JP5769156B2 - 通信ノードおよび多様な送信手段の手順 - Google Patents

Description

本発明は、多様な送信手段を使用する通信システムに適用される。特に、本発明のノードおよび手順によって、通信ネットワークのノードを同時に多様な通信手段に接続することが可能になり、これらの送信手段のうち任意のものに接続されたノードと通信することが可能になる。

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１０年３月２２日に出願されたスペイン出願第ＥＳ２０１０３０４１１号の利益を主張する。上記出願の開示内容の全体を、本明細書に参照として組み込む。

通信ネットワークのカバレッジを拡大させる目的で、多様な送信手段（電気、同軸、および電話のケーブルもしくは配線）が利用可能となっており、互いに接続されて共通の通信ネットワークが構築されている。

この目的で、今日までに知られているシステムでは、各手段に異なるノードを用いて、それらを切り替えている。

図１では、ノード１は、送信手段に適切なＯＦＤＭパラメータ設定を用いて、ノード２と通信することができる。異なる手段で動作する２つ以上のネットワーク（ドメイン）に、設置を拡大することができる。互いに異なる手段に接続されたノード間でデータ通信可能とするには、それぞれの手段に接続された２つのノードと、それらの間でデータを交換するためのブリッジとを有する装置（ゲートウェイ）を設ける必要がある。図２では、ノード１がノード６へのメッセージ送信を望む場合、ノード１は同軸手段に送信パラメータを用いて、同軸手段を介してノード３にメッセージを送信しなければならない。ノード３は、ブリッジを介してメッセージをノード４に渡し、ノード４はＰＬＣ手段（電力システム）に送信パラメータを用いてメッセージをノード６に送信する。この方法の問題点は、相互接続された手段の数に正比例して複雑性が増大することである。Ｎ個の手段が存在すれば、システムの複雑性およびコストは、実質的にＮ倍に増大する。

見て分かるように、各手段は、当該手段へのアクセス周期（ＭＡＣ周期）中におけるチャネルへのアクセスもしくはポートを記載した当該手段独自のＭＡＰメッセージ（ａｃｃｅｓｓ−ｔｏ-ｍｅａｎｓ ｐｌａｎ：手段へのアクセス計画）により、当該手段へのアクセスもしくはポートのレベルで、独立して動作する。データは、２つの手段上を同時に送信することができる。通信を行うべく、各ノードは、その送信手段に関連したパラメータを用いる。データが別の手段に存在するノードに送信される場合、データはまず、その手段に相互接続されたノードに送信されなければならない。これらのシステムの例が、米国特許出願第２００９３０２９６９ Ａ１号に記載されている。

その他の方法（同じく、米国特許出願第２００９３０２９６９ Ａ１に記載）では、各手段を物理的に接続する受動ブリッジを使用する。この方法ではコストが抑制され得るが、手段どうしを受動的な態様で相互接続する方法では、様々な送信手段が並列に存在することでノード間での減衰が増大し、既にかなり減衰している接続自体が悪影響を受ける。さらに、最も雑音の多い手段は、その雑音レベルもしくはベースを上げることで、最もクリーンな手段の動的マージンを制限している。

別の制約としては、各手段のＰＳＤ（パワースペクトル密度）を調整することができないことが挙げられ、ある手段から別の手段に伝わる電力は、人的制御を超えた要因により左右される。これにより、最も制限的な手段において許容される最低電力のみを注入することだけが許され、より高い電力を注入可能な手段にとっては不都合となる。

本発明によると、独立請求項に係るノードおよび手順が提供される。好ましい実施形態は、従属請求項に定義される。

本発明の観点によると、Ｎ個の異なる送信手段を介してデータ信号通信システムで使用されるノードであって、Ｎ個の独立したＡＦＥを備え、各ＡＦＥがＮ個の異なる送信手段のうちの対応する手段において信号を送受信するノードが提供される。

その結果、ＡＦＥは、注入される電力と、各手段から最適な動的マージンを抽出する感度とが最適化される。

本発明のさらなる観点によると、Ｎ個の異なる送信手段を介したデータ信号通信のための手順であって、Ｎ個のＡＦＥを介してＮ個の手段に接続されたノードを介して通信が実行され、各ＡＦＥは、Ｎ個の異なる送信手段のうちの対応する手段において信号を送受信する手順が提供される。

この手順を使用することにより、複数の手段にノードを同時に接続することができ、当該ノードは、これらの手段のいずれに接続されたノードとも通信することができる。

本開示のさらなる応用領域は、詳細な説明、特許請求の範囲、および図面から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、例示目的だけに意図されており、本開示の範囲を限定することは意図されていない。

本開示は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。

現在の技術水準における単一送信手段で動作する通信システムの概略図である。

現在の技術水準における２つの異なる送信手段を備える通信システムの図である。

本発明に係る２つの異なる送信手段を備える通信システムの図である。

本発明に係る３つの異なる送信手段を備える通信システムの図である。

本発明に係る２つの手段上で同時に動作可能な通信システムのノードの図である。

本発明に係る２つの手段で同時に動作可能なノードの送信機の代替図である。

本発明に係る２つの手段で同時に動作可能なノードの受信機の代替図である。

本発明に係る２つの手段で同時に動作可能なノードの送信機の第２の代替図である。

本発明に係る２つの手段で同時に動作可能なノードの受信機の第２の代替図である。

筐体内の配線を介したネットワークの場合、送信手段は以下のうちの１つであってよい。
●ＰＬＣ（「電力線システム」）
●電話線
●同軸ケーブル
●ＣＡＴ５ケーブルもしくは同等物（イーサネット（登録商標）型）

本発明によると、手段間を相互接続する装置は、単一の複数手段ネットワーク（ドメイン）（手段の数と同数のネットワークという意味ではない）において単一のノードを有している（各送信手段につき１つという意味ではない）（図３および図４）。このノードは、各手段につき独立したＡＦＥ（アナログフロントエンド）によって、各手段に接続されている。単一ノードであるので、ＡＭＰ（手段へのアクセス計画）は１つしかない。全ての手段が、手段へアクセスするレベルにおいて、一緒に動作する。各ＡＦＥは、各手段において許容されているパワースペクトル密度（ＰＳＤ）マスクに従いつつ、自己が接続されている特定の手段に信号を注入する。

図３に示すように、手段間においてデータを送信する場合、データはノード３を通過しなければならない。ノード１がノード６との通信を望む場合、ノード１はまずノード３にメッセージを送信し、このノード３がメッセージを再送してノード６がメッセージを受信できるようにする。この構成では、ノード３は、図２でのようにブリッジとしてではなく、ＬＬＣ（Ｌｉｎｋ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ：リンク層制御）レベルにおいてデータリピート機能を用いてリピータとして機能する。セキュリティは各ネットワーク内で定義されるので、これは重要である。ブリッジが用いられた場合、ブリッジを通過するパッケージは、復号され、再度暗号化されるので、ブリッジは侵入者がネットワークのセキュリティを攻撃できる地点である。

この構成では、ネットワークの容量は、電力線ネットワークで得られる容量とほぼ同じであるが、同軸ケーブルを介した接続では、ＰＬＣ上でよりも速度が速いという利点がある（同軸は、通常ＰＬＣよりも雑音が少ないが、接続ポイントの数は少ない）。実施例では、ＰＬＣを介した送信ができないほどにＰＬＣにおける雑音が高い場合、同軸手段に接続されたノード間での送信がドメインマスタにより設定される。別の例では、同軸手段に接続されたノード間およびＰＬＣに接続されたノード間の送信が、両手段に接続されたノードが当該通信に同時に関与していないならば（当該通信の一方にのみ関与すべきである）、同時に行われる。手段に接続されているノードが２つある場合、１つの手段から別の手段に移らなければならないデータパッケージにとって、リピータとなり得るものが２つ存在する。チャネル特性に応じて、異なる手段に存在する２つのノード間のパッケージは、上記のノードのうち一方をリピータとして用い、別のノード対の間のパッケージは、上記のノードのうち他方をリピータとして用いる。

上記したように、図４に見られるように、ノードを、１つ、２つ、３つ、もしくは４つの手段に接続することができる。

この場合、ノード３、４、および７の間の通信においては、同軸手段および電話手段を同時に用いることができる。したがって、（同一のデータフローもしくはデータストリームからではあるが、）手段ごとに異なるデータを送信することができ、送信速度もしくはレートが二倍になる。

別の特定的な例（図４）では、２つのノードが、電話線および同軸ケーブルの両方にそれぞれが接続された２つのＡＦＥ（ノード３および４）とともに用いられ、これら２つのＡＦＥは両方の手段を用いて通信を行うので、送信速度もしくはレートは、１つ手段で得られるものの総計となる。ＭＩＭＯ（多重入出力）プロセスの使用は、２つの手段（特に、ＰＬＣと電話線）の間に干渉がある場合には必要であり、干渉がない場合には、これら２つの手段は完全に独立したチャネルとして扱うことができる。他方、一方のノードが２つの手段を用い、他方のノードが１つの手段を用いる場合には、ＭＩＳＯ（多重入力単一出力）プロセスもしくはＳＩＭＯ（単一入力多重出力）プロセスを用いることができるので、干渉は有利である。前者の場合、２つの手段により送信が行われるので、１つの手段で受信される信号が最大化される。後者の場合、１つの手段により送信され、２つの手段の両方で信号が検出されて合成されるので、信号対雑音比およびダイバーシティが向上する。

図５の例では、同一の信号が両方のＡＦＥにより送信され、各手段において適切な電力が注入される。ＰＳＤの形態は、アナログフィルタが追加的に用いられる場合を除いては、同一であるが、ＰＳＤのレベルは手段によって決まる。受信中、２つのチャネルのうち一方が選択される。手段間を相互接続するノードがネットワークのマスタであり、いつの時点においても、どのノードが送信可能であり、どの手段から受信するべきかを知っているので、この選択は、アナログ動作検出器（ａｎａｌｏｇ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）により可能となる。

別の例では、２つの別々のＤＡＣ変換器（デジタル−アナログ変換器）が組み込まれている。この実施例は図６に示されている（簡潔にするべく、送信だけが示されている）。このようにすると、信号（ＰＳＤ）を各手段に適合させるべく、デジタルフィルタリングにかけることができる。

別の特定的な実施形態では、システムは、２つのＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）を備え、信号を受信したときに、デジタル選択（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）が実行される。この選択（図７）は、特定の信号（一般的に、「プリアンブル」と呼ばれる）の検出に基づいており、アナログ選択（ａｎａｌｏｇ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）よりもずっと信頼性がある。

別の特定的な例（図８）においては、送信モードにおいて、２つの異なる処理ブロックがＰＨＹレベル（ＩＳＯのＯＳＩモデルにおける物理レベル）に存在する。したがって、各手段のＰＳＤ構成は、各信号に異なる搬送波電力マスクの使用を許容できるので、ずっと柔軟性がある。受信には、図９に示されるスキームがある。

図５、図６、および図７の例では、各チャネルにより送信されるデータは同一である。図８の例では、各チャネルもしくは複数のチャネルにより同一のデータを送信することができる。同様に、図９の受信機では、同一もしくは異なるデータを各チャネルにより受信することができる。

２つのチャネル上で同一のデータを送信した場合、各ＰＨＹにより抽出されるデータが合成（ｃｏｍｂｉｎｅｄ）される。これは、各チャネルのＳＮＲに基づいた測定等によりＭＲＣ（最大比合成）を用いることで、行うことができる。これは、１つの手段上だけで送信を行うノードから受信した場合にも、当てはまる。この場合、なんらかの干渉が別の手段に結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）され、両方の手段から信号が受信される場合が生じ得る。干渉がない場合は、電力が注入されなかった手段においてはＳＮＲが０になるはずなので、合成（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）においては自動的にそれが考慮される。

送信される情報が異なる場合、受信されるデータは、適切な形態で各チャネルに多重化される。この場合、受信にＭＩＭＯプロセスを用いて、干渉をなくし各チャネルから情報を抽出することができる。干渉が存在せず、各チャネルを独立して扱うことができる場合には、これは不要である。

干渉が生じた場合には、全てのチャネルに同一のＯＦＤＭパラメータを使用しなければならず、もし使用しなければ、干渉によって信号が破壊され、ＭＩＭＯプロセスを用いることができなくなる。干渉がない場合には、各チャネル上を同一の情報が送信されているか否かに拘らず、ＯＦＤＭパラメータはばらばらであってよい（いずれにせよ、ＭＡＣレベルで送信されるデータフローもしくはデータストリームは、常に一本である）。

各手段に用いられる周波数帯域は、同一であっても、異なってもよい。異なる周波数帯域の使用は、干渉を回避する方法でもある。

ＯＦＤＭパラメータを選択する場合、ＰＬＣに適用されるＯＦＤＭパラメータの選択が最適であり、ＯＦＤＭシンボルのデュレーションがより長いものであるので、大きく分散するチャネル応答に対処するためのより大きい周期的プレフィックスの使用が許容される。

１つの手段（ＡＦＥを１つだけ有する２つのノード）だけを用いる送信の場合、最適なパラメータをその手段に用いることができる。さらに、手段間に干渉がない場合（または、干渉が十分に低い場合）、他方の手段の上で同時に送信を行うことができる。

本発明の別の態様では、Ｍ−１個の信号と、グラウンドを介して帰還するコモンモード用いる付加的なＭ−１個とを注入することができるＭ本の導線のセットとして、様々な手段の導線（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）を組み合わせて使うことができる。ある実施例では、ＰＬＣ手段は３本の導線（通常は、相、中性、および接地）を有し、電話線はワイヤ対で形成されるので、ＭＩＭＯプロセスを用いて送信および受信される信号を、最多で５個まで並列に注入することができる５本の導線のセットが得られる。

上記の例では２つの手段の相互接続について言及したが、３つ以上の手段を同様にして相互接続してよい。

本発明により、異なる送信手段に接続された通信ノードを相互に接続して、既存のものよりもカバレッジが広いより簡単な共通通信ネットワークを実現することに関連する問題が解決される。

さらに、全てのノードが互いに通信することができるので、どのノードを各手段に接続するかを判断する必要がなく、設置作業が簡単になる。

Claims (17)

1. データを転送するための第１ノードであって、
   前記第１ノードは、
   少なくとも１つの物理層装置と、
   第１送信線に接続された第１アナログフロントエンドを有する第１送受信機と、
   第２送信線に接続された第２アナログフロントエンドを有する第２送受信機と
   を備え、
   前記第１送受信機は、第１データを含む第１信号を前記第１送信線から受信し、
   前記第２送受信機は、前記第１データを含む第２信号を前記第２送信線から受信し、
   前記第１アナログフロントエンドは、前記少なくとも１つの物理層装置と第２ノードとの間において、前記第１送信線を介して前記第１データを送信し、
   前記第２アナログフロントエンドは、前記少なくとも１つの物理層装置と第３ノードとの間において、前記第２送信線を介して第２データを送信し、
   前記第２送信線の第１型は、前記第１送信線の第２型とは異なり、
   前記第１型は、電力線システム型、電話線型、同軸線型、およびイーサネット（登録商標）ケーブル型のうちの１つであり、
   前記第２型は、電力線システム型、電話線型、同軸線型、およびイーサネット（登録商標）ケーブル型のうちの１つであり、
   前記第１ノードは、リンク層制御レベルにおいてデータリピート機能を用いてリピータとして機能し、
   前記少なくとも１つの物理層装置は、
   前記第１送信線を介して前記第１送受信機が受信した前記第１データを、第１チャネル上で受信する第１物理層装置と、
   前記第２送信線を介して前記第２送受信機が受信した前記第１データを、第２チャネル上で受信する第２物理層装置と
   を有し、
   前記第１ノードは、前記第１チャネルの第１信号対雑音比の測定値と前記第２チャネルの第２信号対雑音比の測定値との最大比合成を用いて、前記第１チャネル上で受信した前記第１データを、前記第２チャネル上で受信した前記第１データと合成する
   第１ノード。
2. データを転送するための第１ノードであって、
   前記第１ノードは、
   少なくとも１つの物理層装置と、
   第１送信線に接続された第１アナログフロントエンドを有する第１送受信機と、
   第２送信線に接続された第２アナログフロントエンドを有する第２送受信機と
   を備え、
   前記第１送受信機は、第１データを含む第１信号を前記第１送信線から受信し、
   前記第２送受信機は、前記第１データを含む第２信号を前記第２送信線から受信し、
   前記第１アナログフロントエンドは、前記少なくとも１つの物理層装置と第２ノードとの間において、前記第１送信線を介して前記第１データを送信し、
   前記第２アナログフロントエンドは、前記少なくとも１つの物理層装置と第３ノードとの間において、前記第２送信線を介して第２データを送信し、
   前記第２送信線の第１型は、前記第１送信線の第２型とは異なり、
   前記第１型は、電力線システム型、電話線型、同軸線型、およびイーサネット（登録商標）ケーブル型のうちの１つであり、
   前記第２型は、電力線システム型、電話線型、同軸線型、およびイーサネット（登録商標）ケーブル型のうちの１つであり、
   前記第１ノードは、リンク層制御レベルにおいてデータリピート機能を用いてリピータとして機能し、
   前記第１送受信機は、前記第１データの少なくとも第１部分を前記第１送信線を介して前記第２ノードに送信し、前記第２送受信機は、前記第１データの第２部分を前記第２送信線を介して前記第２ノードに送信し、
   前記第１送受信機は、第３データの少なくとも第１部分を前記第１送信線を介して前記第２ノードから受信し、前記第２送受信機は、前記第３データの第２部分を前記第２送信線を介して前記第２ノードから受信する
   第１ノード。
3. 前記少なくとも１つの物理層装置は、
   少なくとも１つの媒体アクセス制御器と前記第１アナログフロントエンドとの間において前記第１データを送信する第１物理層装置と、
   前記少なくとも１つの媒体アクセス制御器と前記第２アナログフロントエンドとの間において前記第２データを送信する第２物理層装置と
   を有する請求項２に記載の第１ノード。
4. 前記少なくとも１つの物理層装置は、
   前記第３データの前記第１部分を第１チャネル上で受信する第１物理層装置と、
   前記第３データの前記第２部分を第２チャネル上で受信する第２物理層装置と
   を有し、
   前記第１ノードは、多重入出力プロセスに基づいて、前記第１チャネルおよび前記第２チャネルのうち少なくとも１つに関連する干渉を打ち消し、前記第１チャネルから前記第３データの前記第１部分を抽出し、前記第２チャネルから前記第３データの前記第２部分を抽出し、
   前記第１チャネルは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）パラメータを有し、
   前記第２チャネルのＯＦＤＭパラメータは、前記第１チャネルの前記ＯＦＤＭパラメータと同一である
   請求項２に記載の第１ノード。
5. 前記第１型は、電力線システム型であり、
   前記第２型は、電話線型および同軸線型のうちの１つである
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の第１ノード。
6. 前記第１送信線は、前記第２送信線とは異なる送信速度を有し、
   前記第１送信線は、前記第２送信線とは異なるパワースペクトル密度を有する
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の第１ノード。
7. 前記第１ノードは、前記第１データおよび第２データを、復号および暗号化せずに、送信する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の第１ノード。
8. 前記少なくとも１つの物理層装置と通信する媒体アクセス制御器をさらに備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の第１ノード。
9. 前記第１送受信機は、前記第１送信線にデータ信号を送信し、
   前記第２送受信機は、前記第２送信線に前記データ信号を送信する
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の第１ノード。
10. 前記第１送受信機は、前記第１データを前記第１送信線に送信し、前記第２送受信機は、前記第２データを前記第２送信線に送信する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の第１ノード。
11. 前記第１送信線から受信した第１データ信号を、第１デジタル信号に変換する第１アナログ−デジタル変換器と、
    前記第２送信線から受信した第２データ信号を、第２デジタル信号に変換する第２アナログ−デジタル変換器と
    をさらに備える請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の第１ノード。
12. 第１データ信号を第１アナログ信号に変換し、その後に前記第１アナログ信号を前記第１送信線を介して送信する第１デジタル−アナログ変換器と、
    第２データ信号を第２アナログ信号に変換し、その後に前記第２アナログ信号を前記第２送信線を介して送信する第２デジタル−アナログ変換器と
    をさらに備える請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の第１ノード。
13. 前記第１ノードは、前記第１信号および前記第２信号のうち１つを選択する
    請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の第１ノード。
14. 前記第１送受信機は、前記第１データを前記第１送信線を介して前記第２ノードに送信し、
    前記第２送受信機は、前記第２データを前記第２送信線を介して前記第２ノードに送信し、
    前記第１ノードは、前記第２ノードから、前記第１送信線を介してのみ、データ信号を受信する
    請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の第１ノード。
15. 前記第１送受信機は、第４データを前記第１送信線を介して前記第２ノードから受信し、
    前記第２送受信機は、第５データを前記第２送信線を介して前記第２ノードから受信し、
    前記第１ノードは、前記第２ノードに、前記第１送信線を介してのみ、データ信号を送信する
    請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の第１ノード。
16. 前記第１データは、前記第２データとは異なり、
    前記第１ノードは、前記第１データを前記第２データに多重化して、前記第１データおよび前記第２データを含む合成信号を生成する
    請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の第１ノード。
17. 前記第１送受信機は、前記第１データを含み、かつ第１周波数を有する第１信号を前記第２ノードに送信し、
    前記第２送受信機は、前記第２データを含み、かつ第２周波数を有する第２信号を前記第３ノードに送信し、
    前記第１周波数は、第１周波数帯域に存在し、
    前記第２周波数は、第２周波数帯域に存在し、
    前記第１周波数帯域は、前記第２周波数帯域とは異なる
    請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の第１ノード。

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