JP5869622B2 - インテリジェントな電力システムおよびその使用の方法 - Google Patents

Description

本発明の特徴は、消費者の装置に電力を分配するインテリジェントなシステムを提供することに関する。より具体的には本発明は、帯域内および帯域外で情報を送信することに関して情報を送信することを想定する。

通常の電力システムは、電力を発生させて、高電圧を持つ位置から低電圧の領域に電力を流すことにより、簡単に電力を分配する。

電力供給源は、エネルギ消費を監視することが可能ではあるが、エネルギを消費する装置についてはいかなる情報もたいていの場合知らない。同様に、消費者の装置は、電力を受けているかどうかを判断することはできるが、どの電力供給源から電力を受けているのかはたいていの場合判断しない。本発明の特徴は、この問題および他の問題を解消する。

本発明の第１の構成においては、電力を分配するシステムが提供される。このシステムは、電力供給源、電力送受信部、消費者の装置、およびサーバを有することができる。接続された様々な構成要素にシステムが与える制御、規制および有用性を改善するために、これらの４つの構成要素は、多数の副構成要素を有することができる。本発明のある特徴は、電力供給源の特性（例えば自然電力）に関する情報に基づいて消費者の装置を制御する方法を提供することができる。また、電力信号にシグネチャを埋め込むすなわち差し挟む様々な方法が開示され、その方法は、電力を分配するベースバンドキャリア波および消費者の装置に関する情報を生成することを含む。

埋め込まれたまたは符号化された情報を活用するため、組み合わせられた電力信号からシグネチャを復号する方法を開示する。消費者に関する情報への認証されないアクセスを制限することを補助するため、帯域外通信内容を暗号化する方法を開示する。また、セキュリティ、停電、および損傷した電力ライン、または処理能力の調節のために、消費者の装置の識別子からの情報を使用することについて電力供給源で実行される方法を開示する。

また、ＯＦＤＭを用いてシグネチャを電力信号に埋め込む方法を開示する。これらの方法のいくつかは、シグネチャを電力信号に符号化するためにＰＳＫのような特定の変調技術を使用することができる。また、帯域幅の考慮と次元の問題をバランスさせるため様々な方法を、例えば誤り符号チェッキングを付加する技術として開示する。また、ＯＦＤＭを用いて信号を埋め込むことに加え、ＣＤＭＡを用いてシグネチャを電力信号に埋め込む方法を開示する。

また、消費者の装置の電力消費を追跡する方法として、チャネルの長さを計測する様々な方法を開示する。さらに、エネルギを消費者の装置に引き込むか、エネルギを消費者の装置から送信するかを判定するための方法を開示する。

電力供給源の特性に関連する情報に基づいて、消費者の装置を制御する方法は、電力送受信部で電力信号を受信する工程、変調部を用いて前記電力信号にシグネチャを埋め込み、組み合わせられた信号を生成する工程、前記組み合わせられた電力信号を消費者の装置に送信する工程、記録を有するサーバに前記シグネチャおよびさらなる情報を送信する工程、前記記録に前記シグネチャおよび前記さらなる情報を格納する工程、前記組み合わせられた信号を復調して前記シグネチャを特定する工程、前記消費者の装置に接続された電源装置へ前記電力信号から電力を送信する工程、前記シグネチャに基づいてクエリーを生成する工程、前記さらなる情報を要求するための主キーとして前記シグネチャを使用して、前記サーバに前記記録内の情報を検索するように依頼するための前記クエリーを送信する工程、または、前記消費者の装置に前記さらなる情報を送信することにより前記クエリーに応答する工程を備えてよい。また、この方法は、電力コストが所定の値を超えると前記サーバからの情報が示す場合に、前記電源装置を止めること、電力が所定の値を超えると前記サーバからの情報が示す場合に、前記消費者の装置を電力節約モードで動くように設定すること、電力が所定の値より小さいと前記サーバからの情報が示す場合に、前記電源装置を作動させること、電池特性、ユーザの充電および放電の傾向、および乗物装置に固有な情報を消費者の装置に送信すること、時刻的な制約（time-of-day restrictions）および電力コスト情報を送信すること、または前記電力供給源の特性を監視し、電力がどの程度自然エネルギ源に由来するのかを特定することと、電力のうちのある割合が自然エネルギ源に由来するのではない場合に、ある電気装置のスイッチを切るか電力削減レベルに移行させることを備えてもよい。

ＯＦＤＭを用いて電力信号にシグネチャを埋め込む方法は、前記シグネチャを生成する工程と、消費者の装置に電力を送信するため、および前記消費者の装置に前記シグネチャを送信するために、高調波を持つ電力信号を受信する工程と、前記シグネチャをいくつかのサブシーケンスに逆多重化する工程と、変調部を用いて電力信号に近い１つ以上のキャリアで前記サブシーケンスを変調する工程とを備えてよく、前記変調する工程は、前記電力信号に近い前記キャリアに情報を埋め込むためにＯＦＤＭを使用する。前記電力信号は、スペクトル振幅のピークと非ピークの位置を備えてよく、前記変調する工程は、非ピーク振幅の位置で前記キャリアに前記サブシーケンスを付加してよい。さらに、前記変調部は、瞬間的な位相または振幅の切れ目を使用し、サブチャネル変調を行うとともに、電力チャネルでのキャリアの誤り率を改善するように指示されてよく、前記変調する工程は、最小シフトキーイング（ＭＳＫ）、２ＰＳＫ（ＢＰＳＫ）、４ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）、または差動ＰＳＫ（Ｄ−ＰＳＫ）を用いて、サブチャネル変調を行い、前記変調する工程は、周波数変調を用いて、サブチャネル変調を行ってよく、前記変調する工程は、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）を用いて、サブチャネル変調を行ってよい。いくつかの実施の形態において、前記埋め込まれる情報は、少なくとも９０％のスペクトル拘束を有してよく、前記埋め込まれる情報は、５Ｈｚ、１０Ｈｚ、または２０Ｈｚの帯域で埋め込まれてよく、前記変調部が５Ｈｚの帯域幅で２位相シフトキーイングを使用するように指令される場合に、前記埋め込まれる情報は、０．５ｂｐｓ／Ｈｚかつ２．５ビット／秒で情報を送信でき、前記変調部が２０Ｈｚの帯域幅で４位相シフトキーイングを使用するように指令される場合に、前記埋め込まれる情報は、１ｂｐｓ／Ｈｚかつ２０ビット／秒で情報を送信でき、前記変調部は、電力信号の第１２次、第１４次、および第１６次の高調波の付近にサブチャネルを配置してよく、前記変調部は、前記シグネチャを誤り保護するために、順方向誤り訂正符号化を使用してよく、前記誤り訂正符号化はcoded OFDMであってよく、前記誤り訂正符号化は畳み込み符号を使用してよく、前記誤り訂正符号化はリード・ソロモン符号化および時間／周波数インタリービングに連結された畳み込み符号を使用してよく、または、前記誤り訂正符号化はターボ符号化または低密度パリティチェッキングであってよい。

電力供給源からの消費者の装置の電力消費を追跡する方法は、ユーザの支払情報および消費者の装置の情報を持つアカウントを記憶するメモリを有するサーバを設ける工程と、消費者の装置を電力用差込口に接続して、電力が前記電力供給源から前記消費者の装置に流れるようにする工程と、電力の消費について、前記消費者の装置に関連付けられた前記アカウントに請求する前記電力供給源に帯域内送信内容を送信する工程とを備えてよく、前記送信する工程は、前記消費者の装置を識別するシグネチャを生成すること（シグネチャは符号を備え、その符号がＶＩＭに記憶されている）と、前記シグネチャをいくつかのサブシーケンスに逆多重化することと、前記サブシーケンスを前記帯域内送信に変調することとを備える。さらに、前記電力供給源で前記帯域内送信を復調して前記シグネチャを特定する工程、前記消費者の装置に関連付けられたアカウントが存在するか否か前記サーバに判定するようにクエリーする工程と、前記電力供給源に前記クエリーに関する応答を送信する工程とを実行してもよい。前記消費者の装置に関連付けられたアカウントが存在すると前記応答が示す場合に、前記電力供給源から前記消費者の装置への電力の流れを監視する工程、前記消費者の装置が電力の引き込みを終えることを検知する工程、消費されたエネルギの総量を前記サーバに送信する工程、消費されたエネルギについて前記アカウントにいくら請求するかを決定する工程、エネルギについての総請求額および前記消費者の装置で消費されたエネルギの総量を送信する工程、または前記消費者の装置の構成要素で、前記総請求額および前記消費エネルギを表示する工程を実行してもよい。前記消費者の装置に関連付けられたアカウントが存在すると前記応答が示さない場合に、前記消費者の装置へメッセージを送信し、前記消費者の装置がアカウントに関連づけられていないことを示す情報を前記消費者の装置に表示させる工程を実行してもよい。さらに、前記消費者の装置の身元が特定されると、前記消費者の装置にエネルギの価格を送信する工程を実行してもよく、前記消費者の装置が乗物装置、より具体的には電気またはハイブリッド自動車である。

本発明の実施の形態は、コントローラと、電荷を持つ電源装置とを有する消費者の装置を含んでよい。前記コントローラがコンピュータ読み取り可能なメモリに記憶された指令を備え、前記指令が前記消費者の装置に、エネルギのワットあたりコストの最大値と、エネルギのワットあたりコストの最小値を設定する工程と、電力のコストが、ワットあたりコストの最大値より小さく、前記電源装置の電荷が所定の割合よりも小さい場合に、電力供給源から電力を引き込む工程と、前記電力供給源が、ワットあたりコストの最小値より大きい値を申し出ており、前記電源装置の電荷が所定の割合より大きい場合に、前記電力供給源に電力を送信する工程とを実行させ、前記消費者の装置が電気またはハイブリッド自動車である。

本発明の実施の形態の概略図を示し、電力供給源、電力送受信部、消費者の装置、およびサーバを有するシステムを表している。 電力波形の中に差し挟まれるＰＳＫ変調されたシグネチャを示し、変調されたシグネチャの振幅が時間に対してプロットされたグラフである。 そのシグネチャのプロットも示されていること以外は、図２Ａのグラフに類似する。 電力波形の中に差し挟まれるＰＳＫ変調されたシグネチャを示し、電力信号および組み合わせられた信号の振幅が周波数に対してプロットされたグラフである。 電力送受信部から発せられた電力信号および組み合わせられた信号のベースバンド変形の第２の実施の形態のグラフである。 電力送受信部と消費者の装置の間の距離を特定するためのフロー処理を示す本発明の実施の形態の概略図である。 電力送受信部から発せられた電力信号および組み合わせられた信号の周波数内容の第３の実施の形態のグラフである。 送信されたキャリア信号のグラフである。 送り返されたキャリア信号のグラフである。 送り返されたキャリア信号のタイムシフト（時間的ずれ）を特定する処理を示す。 送り返されたキャリア信号のタイムシフト（時間的ずれ）を特定する処理を示す。 送り返されたキャリア信号のタイムシフト（時間的ずれ）を特定する処理を示す。 電力供給会社が電力についてユーザに請求または借方を作ることができる本発明の実施の形態の概略図である。

本発明の特徴は、インテリジェントな電力分配のためのシステム１０を提供する。図１は、本発明の実施の形態の概略図を示す。実施の形態は、４つの構成要素、すなわち電力供給源１００、電力送受信部２００、消費者の装置３００、およびサーバ５００を備える。本発明の様々な実施の形態はこれらの構成要素のいくつかについては複数備えてもよいし、これらの構成要素のうちの１つ以上については備えないで実施の形態を構成してもよい。

電力供給源１００は、例えばフーバー・ダムのような大規模な発電設備であってもよいし、例えばLILCO（Long Island Lighting Company）、PECO（Philadelphia Electric Company）、ConEdisonのような地域の電力設備でもよいし、例えばHoneywell、Briggs and Stratton、またはGeneracによって作られた電力発生装置であってもよい。また、電力供給源１００は、電力信号７１０（図２Ｃ）を発生させる発電機１１０を備える。この電力信号は、出力部１２０を介して電力送受信部２００に送信されうる。発電機１００が電力送受信部２００を備えていてもよいし、これらは図示の通り別個の構成要素であってもよい。電力送受信部２００は、ディジタルシグネチャと呼ばれる離散的なデータの単一の元ストリームを生成する（Ｓ４Ａ）信号生成部２２１を備えてもよい。逆多重化部（demultiplexer）222は、その信号をいくつかのサブシーケンスに逆多重化する（Ｓ４Ｂ）。なお、多重化（multiplexing）はいくつかの異なるシーケンスを組み合わせて単一の複合シーケンスにすることである。逆多重化（demultiplexing）は多重化処理の逆処理であり、単一の明確に認識できるシーケンスに対しても施されていくつかのサブシーケンスを生成することができる。変調部２２０は、元シーケンスまたはサブシーケンス（Ｓ４Ｃ）を１つ以上のサブチャネルのキャリア波形で変調する。なお、変調（modulating）は、離散的な「symbols」のシーケンスをアナログ波形で表現することである。この表現は、しばしば離散的なシーケンスの変化を使用することで引き起こされ、１つ以上の正弦波形の振幅、周波数または位相の特定の同期的な変化を形成する。ある場合には、「symbols」は個々のデータビットであり、ある場合には、「symbols」はデータビットの集合である。電力送受信部は、プロセッサ２４０とメモリ２５０を備えてよい。メモリ２５０には変調部２２０に電力信号７１０への様々な修正を実行させるソフトウェア２６０が格納されている。また、変調部は、電力信号を受信する（Ｓ３）電力信号受信部２１０と、組み合わせられた電力信号を消費者の装置３００に送信する出力部２３０を備えていてもよい。

電力送受信部２００は、電力信号（７１０、図２Ｃ）に１つのシグネチャ（６５０、図２Ｂ）を付加して、組み合わせられた波形を生成するために使用されうる。これを行うため、電力送受信部２００は、信号生成部２２１に１つのシグネチャ６５０を生成するように信号生成部２２１に指示するであろう（Ｓ４Ａ）。逆多重化部２２２は、そのシグネチャを複数のサブシーケンスに分離して、逆多重化されたシグネチャを生成することができる（Ｓ４Ｂ）。変調部２２０は、サブチャネル内に（場合によっては逆多重化処理に従っていくつかのサブチャネル内に）シグネチャを付加する（Ｓ４Ｃ）。その後、復調部４３０が二次変調波形とそれに対応するシグネチャを元の電力波形から、ある程度識別することができる。なぜなら、元の電力波形は、約６０Ｈｚに「集中」され、二次波形は他の周波数に「集中」されているからである。また、電力送受信部は、消費者送受信部３００またはサーバ５００から情報を受信するための入力部２１５を備えていてもよい。

消費者の装置３００は、なんらかの機能を実行するために自身の電源装置３１０に電力を引き込む装置（例えば、洗濯機、電灯、またはエアコンディショナ）である。また、システム１０は、発電機または電池を備えてもよい。このようなシステムでは、電力を発電機から電力供給源１００へ逆に流すことができる。さらに、システム１０はハイブリッド式の乗物装置であってよく、電力はそのハイブリッド式の装置の電池から電力供給源１００に流れ、電力供給源１００からハイブリッド式の装置の電池に流れてもよい。消費者の装置３００のコントローラ３２０はメモリを備えていてもよく、そのメモリは、消費者の装置３００に多数の異なる機能（説明する）を実行させるための指令を格納する。図１に示す実施の形態では、電力送受信部２００から電力信号を受信するための入力部４１０を有する消費者送受信部４００が示されている。ある周波数範囲にある電力信号の一部を消費者の装置が選択することができるように、バンドパスフィルタ４７０が含められてもよい。消費者の装置３００の電源装置３１０に電力信号からの電力を送信し、サーバ５００に情報を送信するためにスプリッタ４２０を使用してもよい。消費者送受信部４００は、電力信号７１０からシグネチャ６５０を特定するための復調部４３０を備えてもよい。復調部４３０は、受信した復調アナログシグネチャをディジタルシグネチャに変換するために、アナログ・ディジタル変換器を備えてもよい。プロセッサ４８０は、消費者送受信部のメモリ４９０に記憶されたソフトウェアを実行し、消費者送受信部の構成要素の動作を制御することができる。例えば、プロセッサは、サーバ５００に帯域外送信（out-of-band communication）を送るように出力部４５０に指令することができる。また、プロセッサは、消費者の装置３００および消費者送受信部４００の間の通信を制御することができる。例えば、プロセッサは、サーバ５００から受信された情報を消費者の装置３００のコントローラ３２０に送信するように、サーバからの入力部４６０に指令することができる。また、消費者送受信部４００は、消費者の装置３００またはサーバ５００から情報を受信する出力部４１５を備えてもよい。

サーバ５００は、システム１０の他の構成要素に情報をアクセス、分析および配送するためにプロセッサ、メモリ、およびソフトウェアを有していてよい。例えば、プロセッサ５６０は、入力部５１０、情報入力部５４０、および出力部５３０を制御してもよい。これらは、サーバへまたはサーバから情報を送信する。プロセッサ５７０は、メモリ５５０に記憶されて、プロセッサ５７０にサーバ５００内の記録５２０にある情報を検索させるソフトウェアルーチンを実行してもよい。

本発明の第１の構成においては、電力供給源１００は、発電機１１０を使用して電力信号を生成することができ（Ｓ１）、その電力信号は出力部１２０を介して電力送受信部２００に送信されうる。電力送受信部２００は、電力信号受信部２１０を用いて電力信号を受信することができ（Ｓ３）、変調部２２０を用いて情報を電力信号に埋め込むすなわち差し挟むことができ（Ｓ４Ｃ）、出力部２３０を用いてその組み合わせられた電力信号を消費者の装置３００に送信することができる（Ｓ５）。また、出力部２３０は、例えばシグネチャ、どのように電力が発生させられたか（石炭、油、風力など）、電力のコストなどの情報をサーバ５００の情報入力部５４０に送信することができる。サーバ５００は、その記録５２０にその情報およびシグネチャを格納することができる。ある実施の形態では、サーバ５００は、シグネチャが主キーとして機能するデータベースに情報を格納することができる（Ｓ１７）。このデータベースでは、シグネチャが主キーとして機能することで、シグネチャに関するさらなる情報を得るためのクエリーが生成されうる。ステップ（Ｓ５）に戻り、消費者の装置３００は、電力信号に埋め込まれた情報を処理することができる消費者送受信部４００を備えてもよい。消費者送受信部４００は、入力部４１０によって電力送受信部２００からの電力信号を受信することができる（Ｓ６）。入力部４１０は電力信号復調部４３０に送信することができる。復調部４３０はシグネチャを特定することができる（Ｓ７）。復調部４３０は、オプションとしてスプリッタ４２０を使用することができ、電力信号を消費者の装置３００の電源装置３１０に送信することができる（Ｓ８）。復調部４３０は、シグネチャを出力部４５０に送信でき（Ｓ９）、出力部４５０はシグネチャをサーバ５００の入力部５１０に送信できる（Ｓ１１）。また、出力部４５０は、サーバ５００にサーバの記録５２０内のシグネチャに関する情報を検索し（Ｓ１２）、そのシグネチャに関する情報を消費者の装置３００に返信する（Ｓ１３）ように依頼するためのクエリーをサーバ５００に送信することができる。サーバ５００は、出力部５３０を用いて、消費者の装置３００のサーバからの入力部４６０に情報を送信することができる（Ｓ１３）。サーバからの入力部４６０は、サーバ５００から情報を獲得し、その情報を消費者の装置３００のコントローラ３２０に送信することができる（Ｓ１４）。装置コントローラ３２０は、受信された情報に応じて様々な機能を実行することができる（Ｓ１８）。例えば、電力のコストがキロワットあたり１０セントを超えるとサーバからの情報が示す場合には、コントローラ３２０は電源装置３１０を止めてもよい（Ｓ１９）。消費者の装置３００が適切に構成されている場合には、同様に、消費者の装置３００は、受信され（Ｓ７）復調された（Ｓ８、Ｓ９）情報に応じて自動的に様々な機能を実行することができる。例えば、シグネチャ送信（Ｓ５）は、電力の瞬間的な価格、または地域的な電力供給網の現在の状況に関する情報を含みうる。消費者の装置３００のコントローラ３２０およびソフトウェア４９５がそれらの情報項目（Ｓ８、Ｓ９）を復号してそれらに応答するようにあらかじめ設定されている場合には、消費者の装置３００は、あらかじめ設定された指令に応じて、それらの機能の１つまたは多数を実行することができる。このような動作としては、電力供給網から消費者の装置３００を完全に遮断すること、もしもサーバからの情報が所定の値を超えることを示す場合に消費者の装置３００を電力節約モードで動くように設定すること、消費者の装置３００が電力供給網から入力部４１０を通じてさらなる電力を受けるようにすること、または消費者の装置３００の電力蓄積部から電力供給網に電力を消費者の装置３００が供給するようにすることを含みうる。

サーバ５００から送信される情報は、消費者送受信部４００に接続された消費者の装置３００のタイプに依存する。例えば、この装置がハイブリッド式のモータ乗物装置である場合には、この情報は、電池特性、ユーザの充電および放電の傾向、または、現在の情報交換に重要な契約者に固有、乗物装置に固有もしくは網に固有な情報を含みうる。サーバ５００は、この情報を消費者の装置に送信することによって、消費者の装置３００の特性に関するサーバ５００内の情報が正しいことをチェックしたり調整したりすることができる。ある構成においては、消費者の装置３００は、この情報の自身が所有する複製をサーバ５００に送信し、サーバ５００にその記録５２０を更新させるであろう。もし消費者の装置３００が洗濯機もしくはエアコンディショナ、または電力網への負荷を提示する他の種類の装置である場合には、この情報は、時刻的な制約（time-of-day restrictions）、電気コスト情報、または、現在の情報交換に重要な契約者に固有もしくは網に固有の情報を含みうる。もし消費者の装置３００が、電力供給網に解放されるべきエネルギを生成しうる発電機もしくは風力タービン、または太陽電池パネルである場合には、この情報は、時刻的な制約（time-of-day restrictions）、電気料金もしくは課金情報、または、現在の情報交換に重要な契約者に固有もしくは網に固有の情報を含みうる。さらに、消費者の装置３００は、受信された情報に基づいて消費者の装置３００が機能する方法を変更するようにこの情報を使用してもよい。例えば、電力料金が所定値を越えると消費者の装置３００に送信された情報が示す場合には、コントローラ３２０は、消費者の装置３００に電力節約モードに入るように指令してもよい。他の例では、ある企業（システム１０への負荷を表す（represents））が自然エネルギ源または再生可能なエネルギ源（これらはより高価である場合もある）への深い関与を宣伝したいことがある。このような場合には、その企業は電力源を監視し、その企業の電力がどの程度自然エネルギ源に由来するのかを特定してもよい。もしもその電力のうちのある割合が自然エネルギに由来するのではない場合には、コントローラ３２０は、ある電気装置のスイッチを切るか電力削減レベルに移行させるようプログラムされうる。その企業は、電力のうち瞬間的または平均的なある程度の割合を自然エネルギ源から得ることを必要とする電力供給源に、サービスを接続するように有効化または強制するように、この情報を使用してもよい。

電力送受信部２００の機能の１つは、電力信号７１０に１つのシグネチャ６５０を埋め込むすなわち差し挟むことであってよい。１つのシグネチャ６５０は、電力信号７１０の識別可能な特徴であり、ディジタルまたはアナログの形式で表現されうる。これは、ランダムに生成された番号（電力信号の元番号または特徴に基づく）であってもよいし、ある計数アルゴリズム（enumeration algorithm）によって具体的に生成されてもよい。一旦、この「ディジタルの」シグネチャが生成されすなわち把握されると、電力信号に付加されるアナログシグネチャ波形を生成するために、ディジタルのシグネチャは変調されうる。いくつかの構成においては、ディジタルシグネチャは、いくつかの異なる観測可能で相関する信号からのいくつかの計測された量を備えてもよい。これらのいくつかの計測された量は、一緒に判断されることで、完全なシグネチャを表すのでもよい。このシグネチャは、一緒に判断されることで、電力波形の発生源を識別するアナログまたはディジタルの信号を表現する、離散的な数量の組および／またはアナログ信号として可視化されうる。例えば、図２Ａは、振幅−時間のグラフにプロットされた位相シフトした波形（すなわち変調されたシグネチャ信号）を示す。波が約ゼロの振幅までにだけ到達するポイント（６１０）は、復調部４３０が特定するデータのビットに相当する。この例では、ポイント（６１０）でゼロが符号化され、ポイント（６２０）で１が符号化されている。図２Ｂではシグネチャ（６５０）は濃い線で示されている。このように、図２Ａの波形のうち符号化されたシグネチャは００１０１である。図２Ｃは、電力供給源１００から消費者の装置３００へ送信されうる電力信号７１０の最初の波形の周波数スペクトルを示す。電力送受信部２００がシグネチャを電力信号７１０に埋め込むために使用される場合には、組み合わせられた波形が生成される（その周波数スペクトルは７２０として示されている）。本発明の特徴は、電力送受信部２００がシグネチャを電力信号７１０に埋め込むための差し挟むプロセスとして様々なものを想定しており、それらのプロセスは、後に詳述されるようにＯＦＤＭプロセスとＣＤＭＡプロセスを含む。段落００２８〜００３９はＯＦＤＭプロセスに関し、段落００４１〜００４４はＣＤＭＡプロセスに関する。さらに、差し挟みをしないプロセスも想定され、それについては後述する。

本発明に係る代替的な構成においては、プロセッサ２４０は、変換器２７０を用いて、組み合わせられたシグネチャ波形をアナログ形式からディジタル形式に変換することができ、そのディジタル形式をシグネチャとして格納することができる。図１は、プロセッサ２４０がこのアナログ・ディジタル変換器２７０を使用または解放することができるようにするセレクタ２８０を示す。消費者の装置３００の受信部４００が組み合わせられた信号した場合、送受信部４００は、シグネチャ波形を特定するためには、組み合わせられた波形に対して大した処理をする必要はない。というのも、この実施の形態において、組み合わせられた波形はシグネチャ波形だからである。消費者送受信部４００は、アナログ・ディジタル変換器４４０を用いて、シグネチャをディジタル符号に変換することができる。このディジタル符号を用いて、出力部４５０はサーバにクエリーをするであろう。この実施の形態の修正においては、電力送受信部２００の出力部４５０に組み込まれたソフトウェア４６０は、電力送受信部２００に、シグネチャ波形の直接的な計測の代わりにあるいはそれに加えて、結果として得られた組み合わせられたシグネチャ波形を計算および予測させることができる。図３に示すように、電力送受信部２００は、組み合わせられた信号のスペクトルが処理または区別の容易な特定の形をとるように、シグネチャを調節することができる。図３において、図示を容易にするために、この調節されたスペクトルが不規則な矩形の複数のサブチャネルとともに示されている。実施にあたっては、サブチャネルのスペクトルは特に矩形ではないが明確に認識できるものであり、ＯＦＤＭにおけるように多数の独立したおよび／または直交したサブキャリアで近似されうる（詳細については段落００１７を参照）。図３の例では、シグネチャを動的に生成することができ、これによって、組み合わせられた信号のスペクトルおよび／または時間領域の波形は、シグネチャの特定を容易にするか、アナログ・ディジタル変換を簡素化する特定のパターンを有する

図２Ｃは、標準的な電力信号７１０の周波数スペクトル（小さい重み付けで示す）に差し挟まれた、組み合わせられた電力信号７２０の周波数スペクトル（大きい重み付けで示す）を示す。より具体的には、大きく重み付けされた線は、シグネチャ波形と電力信号波形の合計である組み合わせられた周波数スペクトルを表す。シグネチャ波形自体の周波数スペクトルは示されない。ある実施の形態では、消費者送受信部４００は、バンドパスフィルタ４７０を用いて、電力信号上のシグネチャの差し挟みの効果が最も顕著になるような領域に、波形を制限することができる（Ｓ１５）。例えば、差し挟まれたシグネチャ波形の周波数スペクトルは、１００Ｈｚと１２０Ｈｚの間に最大振幅を有する（７３０）。消費者の装置の送受信部４００は、バンドパスフィルタ４７０を用いて、差し挟まれたシグネチャ波形の周波数スペクトルのこの区域だけを処理してもよい。一旦捕捉されたなら、消費者の装置の送受信部４００は、復調部４３０を用いて、電力にシグネチャをプラスした組み合わせられた波形から離散的なシグネチャを再構成することができる。復調部４３０は、位相同期回路、包絡線追従、相関法またはさらなるフィルタリングを用いることにより、組み合わせられた波形から離散的なシグネチャ６５０を再構成することができる。他の実施の形態として、電力送受信部２００のプロセッサ２４０は、元の電力波形の様々な特性を計測して、これらの特性からユニークなシグネチャを特定してもよい。発電機１１０における様々な多くの欠陥によって、電力信号７１０の発生源を識別するのに使用可能な欠陥を持った電力信号７１０が生成される（これは指紋が個人を特定できるのによく似ている）。

図２Ｃの参照に戻り、一旦捕捉されたなら、消費者送受信部４００は、復調処理を用いて（Ｓ７）、組み合わせられた信号７２０からシグネチャを特定することを進める。ある構成において、消費者送受信部４００は、アナログ・ディジタル変換器４４０を用いて、シグネチャのアナログ表現を直接的にディジタル版に変換してもよい。ただし、多くの場合では、変調されて電力波形に付加された「離散的なシグネチャ」の検出は、補完フィルタリング（complementary filtering）および復調処理で実行されるだろう。シグネチャのディジタル版は、例えば、測地座標のセットまたはランダムもしくは演算的に生成された離散的な識別子として表現されうる。ディジタルシグネチャは、消費者送受信部４００のプロセッサ４８０に互換性のある２進数、１６進数または１０進数のフォーマットで記憶してもよい。一旦消費者の装置３００の復調部４３０がシグネチャを識別したならば、消費者の装置３００は、サーバ５００に帯域外通信（Ｓ１１）を送信し、シグネチャに関するさらなる情報を収集することができる。帯域外通信は、電話、インターネット、ブルートゥース（登録商標）、ＷｉＦｉまたは他の通信プロトコルを使用するものでよいが、電力ラインを通じて情報を送信することを除く。動力ラインを通じて送信する通信は帯域内通信（in-band communications）と呼ぶ。

サーバ５００に帯域外通信内容を送るために、消費者の装置３００はディジタルまたはアナログのシグネチャをサーバ５００に送信することができる。また、消費者の装置３００は、サーバ５００または他の消費者の装置に帯域外送信を通じて、あるいは他の消費者の装置または電力送受信部２００に帯域内送信を通じて、１つの識別子を送信することができる。識別子は、消費者の装置３００を識別するために使用される番号または他の符号であってよい。また、識別子は、現在使用中のチャネルでの送信に適するように変調された消費者の装置３００の離散的なシグネチャであってもよい。この識別子は、同様に変調および送信されるさらなるディジタル情報を含むかその情報に関連付けられていてもよい。

電力送受信部２００および消費者送受信部およびサーバ５００の間の帯域外通信を安全にするために暗号化を使用してもよい。例えば、サーバ５００は、この通信を受信し、サーバの記録５２０内のシグネチャに関するさらなる情報を検索し、その情報を暗号化し、暗号化された情報を消費者の装置３００に送信してもよい。また、サーバ５００は、消費者の装置３００に公開鍵を送信してもよい。公開鍵を使用して、消費者の装置３００は、サーバ５００に送信する前にデータを暗号化してよい。この実施の形態において、以前の公開鍵に対応する秘密鍵は、サーバ５００にだけ知られているであろうから、公開鍵を用いて消費者の装置３００で暗号化されたデータをサーバ５００は秘密鍵を用いて暗号解除するであろう。

送信を安全にするために他の暗号技術を使用してもよい。例えば、消費者の装置３００は、そのメモリ４９０に公開鍵および秘密鍵を備えてもよい。マイクロプロセッサ４８０は、その公開鍵をサーバ５００に送信してよい。サーバ５００のマイクロプロセッサ５７０は、消費者送受信部４００に情報を送信する前に、公開鍵を用いてその情報を暗号化することができる。消費者送受信部４００は、サーバからの入力部４６０を用いて、サーバ５００から暗号化された情報を受信することができる。消費者送受信部４００のマイクロプロセッサ４８０は、秘密鍵を用いて暗号化された情報を暗号解除し、その後にその情報をコントローラ３２０に送信することができる。これらの実施の形態は公開鍵および秘密鍵による暗号技術を使用するが、他の構成において、サーバ５００は異なる暗号システムを使用してもよいし、暗号化をまったく使用しなくてもよい。さらに、電力送受信部２００および消費者の装置３００の間の情報交換も暗号化してよいし、電力送受信部２００およびサーバ５００の間の情報交換も暗号化してよい。さらに、公開鍵と秘密鍵の交換およびその結果の暗号化メッセージの交換は、帯域外送信を使用して行ってもよいし、帯域内送信を使用して行ってもよい。

また、電力供給企業は、消費者の装置による電力の使用を監視し計測するために、この技術を使用してよい。消費者の装置３００が電力を受ける時に、消費者の装置３００は、帯域内で上り方向に、自身の識別となるものを示す信号を、電力供給源または他の監視エンティティに送信することができ、これにより電力供給源１００は、消費者の装置３００のエネルギ消費、位置、物理的接続、信号伝播経路、または電力消費および電力発生に関する他のパラメータを監視することができる。消費者の装置の識別子は、プロセッサ４８０に記憶されていてもよいし、および／またはプロセッサ４８０で生成してもよい。もし電力供給源への逆方向の流れが中断した場合には、その中断は、消費者の装置３００、電力信号、または電力ラインに関する問題を示すかもしれない。電力供給源１００のメモリ１４０に格納されて指令を含むソフトウェア１５０は、電力供給源１００に電気の消費の変化を監視させてもよい。例えば、もし消費者の装置の一群がすべて同時にシグネチャを返信できなくなった場合には、電力供給源１００のプロセッサ１３０は、発電機１１０または電力ラインに問題があると判断してよい。電力を有していて（シグネチャ送信で返信することが可能である）消費者の装置３００の位置および電力を有さず（シグネチャ送信で返信することが不可能である）消費者の装置３００の位置を分析することにより、損傷された電力ラインの位置が特定できる。さらに、１つの電力供給源１００または一群の電力供給源１００は、どのラインが故障中か一旦プロセッサ１３０が判断したなら、消費者の装置３００に新ルートで電力を送ることが可能であってもよい。本発明の他の実施の形態は、消費者の装置での使用またはその位置での使用の変動を監視する指令を電力供給源１００のメモリ１４０に設けてもよい。使用のパターンの変化は、消費者の装置３００での潜在的な問題または許可されていない使用を示しうる。例えば、もし消費者の装置がコンピュータであって９時から午後５時までしか稼働させられないのに、午前２時に電力供給されるようにオンされたとしたら、電力送受信部または他の監視エンティティは、そのコンピュータの位置でセキュリティに問題が起きたかもしれないと判断してよい。同様に、電気乗物装置が電力網に充電のために通常取り付けする位置の監視および／または記録によって、電力供給会社は、処理能力の増加のために自身のインフラストラクチャを調節したり、これらの大きな移動可能な消費者装置または発電者装置の潜在的な過剰状態に対処するためのダイナミックなシステム再設定を可能にしたりすることができる。この処理の応用は、複数の電気乗物装置の物理的接続の経過を追う電力供給会社によって制御されるデータベースを含みうる。このデータベースは、サーバ５００の記録５２０およびソフトウェア５６０に論理的に含まれて実行されるであろう。これらの記録５２０および帯域内の双方向送信４５０，４６０によって、サーバ５００は、いずれかの時点で、どの特定の給電機および／または分配リンクに電気乗物装置が物理的に取り付けられたのかを知ることができるであろう。ここで説明された技術を用いて、サーバ５００および関連するソフトウェア５６０は、記録５２０において、電気乗物装置、その電池、およびそのオーナーの充電の傾向および希望、ならびに電力網の構成、電源装置および使用に関する重要なその他のパラメータ、ならびに電力網での装置に供給されるか装置に消費されるエンド・トゥ・エンドの電気サービスの全体的な安定性に関する時間ベースの情報を保存するであろう。電力供給源１００と消費者の装置３００の情報交換に関連し、電力網の安定性または効率に影響を与えたりこれを改善するために使用される、記録５２０に格納された情報項目は、その後に、ソフトウェア５６０によって、多数の消費者の装置３００への帯域内または帯域外通信を達成したり、エンド・トゥ・エンドの電力網の性能を遠隔的に制御すなわち最適化したりするために利用されるであろう。

［ＯＦＤＭでの差し挟み］
電力送受信部２００が変調し、電力信号７１０にシグネチャを差し挟む、すなわち埋め込む方法にはいくつかある。第１の方法は、ＯＦＤＭ（orthogonal frequency division multiplexing）での差し挟みを使用する。ＯＦＤＭは、ディジタルデータのいくつかのストリーム（７３０）を並列に運ぶためにいくつかの重ならない狭帯域のチャネル（周波数分割）を使用する。図２Ｃは、これらの重ならない狭帯域のチャネル７３０の存在を示す。各サブチャネルのデータは、通常、変調されて、個々にまたは合同に誤り制御符号によって保護されうる。この方式では、複数のサブキャリアの集合的なデータレートが維持される一方で、各サブチャネルの比較的低レートの変調によってチャネル状態が補償される。ＯＦＤＭは、各々が別個の変調方式を使用した異なる周波数帯にある複数の独立のサブチャネルを利用し、困難なチャネル環境において効率的にデータを送信する。本発明の実施の形態では、可変の周波数スペーシング、複数の変調技術、および１つ以上のサブチャネルを包含する複数の誤り制御および訂正技術を含む複数の技術の組み合わせを使用してもよい。

１つ以上のサブチャネルにおいて、変調部は、瞬間的な位相の切れ目、例えば、シングルキャリア位相シフトキーイング（Ｎ−ＰＳＫ）、４ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）、差動ＰＳＫ（Ｄ−ＰＳＫ）、または最小シフトキーイングの一種を使用し、サブチャネル変調を行ったり、コヒーレントな復調のためのキャリア再構成を行うことなく、電力チャネルでの誤り率を改善したりする。本発明の実施の形態で使用されるＰＳＫベースのサブキャリア変調の方策のいくつかの特徴の例を下の表１に示す。この表は、９０％および９９％のスペクトル拘束（spectral containment）での特定のサブチャネル帯域幅に基づく、与えられた変調方式についての実効的なビットレートを示す。本発明の実施の形態でのＯＦＤＭの使用のために、この表のビットレートは、シグネチャデータに順方向誤り制御符号化に必要なビットをプラスしたデータのサブキャリアあたりのおおよそのスループットを示す。

表１は、３つの変調方式（ＭＳＫ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ）についてのスペクトル拘束を示す。変調部が離散的なデータ（個々のビットまたはビットの群）を連続的な波形（例えばアナログ信号）に変換する時、結果として生ずる波形は様々な方式で修正される。そのような修正としては、例えば、離散的なデータの各部分の開始と末尾を表す波形の急変がある。例えば、変調方式がＰＳＫ（位相シフトキーイング）である場合には、変調部はアナログ信号の位相を急変させて、ビットまたはシンボルの変遷を示すようにする。アナログ信号の位相は、一般的に波の正または負のＸ方向でのシフトを示す。通信のための変調では、波（キャリア）は時間に対する正弦関数である。したがって、キャリアのＸ方向はおおむね時間軸とみなされ、位相シフトは、正弦的なキャリアの自然な流れの時間上の遅延または進みを示す。例えば、sin(t ± 180°) = -sin(t)である。位相変調は、周波数変調に類似した処理であり、キャリア波の位相が希望情報を埋め込むために修正される。同様に、変調技術が振幅シフトキーイング（Amplitude Shift Keying）である場合には、波の振幅がビットまたはシンボルの変遷を示すように変化させられる。

発電機１１０、電力送受信部２００、または消費者の装置３００により生成された修正波形は、周波数スペクトルにおいて、波形の急変、波形形状の歪み、または不要波の局部的なエネルギの突発（burst）といった変調結果（modulation artifacts）を有しうる。これらの変調結果のスペクトル拘束を改善するために、ある技術が使用されうる。スペクトル拘束は、元の電力信号と並行に差し挟まれた場合、互いに浸入し合わず、電力信号に悪影響を及ぼさない変調結果の割合を示す。いくつかの変調方式は、これらの結果を最小化し、与えられたビットレートまたはキャリア周波数に対するより良好なスペクトル拘束を有する。いくつかの実施の形態では、変調部２２０は、より高いスペクトル拘束を持つ変調された信号を生成し、実効的な秒あたりのビット送信を低減させることがありうる。

本発明の変調部２２０は、スペクトル拘束と送信帯域幅のバランスをとるために、ＭＳＫ（Minimum Shift Keying）、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、またはＱＰＳＫ（Quaternary Phase Shift Keying）を使用することができる。表１に示すように、９９％スペクトル拘束（すなわちほぼ漏れがないこと）を維持するスペクトルの１ＯＨｚまたは２０Ｈｚ部分では、ＭＳＫではＢＰＳＫまたはＱＰＳＫよりも、より大きいビット／秒で送信できる。漏れの低減がより重要ではなく、９０％の拘束が適切な場合には、ＱＰＳＫとＭＳＫはほぼ同じスループットを有する。このように、変調部２４０が、正弦的なキャリア上にシグネチャを変調して変調されたシグネチャ波形を生成するために、ＭＳＫアルゴリズムを使用する場合には、結果として生ずるシグネチャ波形のスペクトルは、変調部２４０が正弦的なキャリア上に同じシグネチャを変調するためにＢＰＳＫまたはＱＰＳＫを使用する場合よりも非常に狭くなりうる。同様に、変調されたシグネチャ波形を元の電力信号に差し挟みまたは埋め込んだ後、変調されたシグネチャ波形の存在により形成された「撹乱」は、小さいスペクトル拘束の変調アルゴリズムの場合よりも、予測可能または制御可能でありうる。

表１および表２に示すように、ＢＷ（帯域幅）を下げると、与えられた時間あたりに送信されるデータ量はおおむね低減する。表２は、異なるチャネル帯域幅（５Ｈｚ、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ）でのいくつかの異なるＰＳＫアルゴリズムで送信される、およそのビット／秒を示す。表２の異なるＰＳＫアルゴリズムでは、シンボルまたはビットの変遷を示すための取りうる位相ソフトの数（Ｍ）が異なる。例えば、Ｍ＝２（ＢＰＳＫ）では、キャリア波形が存在しうる２つの取りうる位相状態がある。１つの「１」データビットは特定の位相状態に対応し、「０」データビットはもう１つの位相状態に対応する。これに対して、Ｍ＝８（８ＰＳＫ）では、キャリア波形が存在しうる８つの取りうる位相状態がある。３つの連続するデータビット（"０００"、"００１"、"０１０"等）からなる異なった各群によって、キャリアが存在する位相状態が決定づけられる。

帯域幅は、直接的に最大データスループットに関連する。というのも、キャリア信号を使用するチャネルを通じて多くの離散的な情報ビットを送信するには、変調部２２０はキャリア信号を修正することが必要だからである。単位時間あたりのキャリア信号に与えられる変化は限られているので、電力送受信部２００は、より広いチャネル帯域幅およびより高い周波数キャリアを使ってより多くの情報を秒あたりに送信することができる。スペクトル拘束を増やすことは、送信されるデータ量を減らすことにつながる。というのも、スペクトル拘束を増やす処理は、隣のスペクトルへの浸入を防止または低減するために変調信号のスペクトルを小さくすることを要するからである。スペクトルを小さくすることは、帯域幅を低減することと等価であり、これは、単位時間あたりの物理的変化の数を減少させ、変調のために使用されるビットの数を減少させ、結局、ビットレートを減少させる。

様々なＰＳＫ変調技術の試験によって、表２に示すように、周波数および次元（すなわち位相シフトのＭ特性）が上昇するほど、秒あたりの送信されるデータが大きくなることが分かった。

このように、５Ｈｚの帯域幅で二位相シフトキーイングを使用するように変調部２２０が指令されると、２．５ビット／秒で送信され、その割合は０．５ｂｐｓ／Ｈｚである。同様に、２０Ｈｚの帯域幅で四位相シフトキーイングを使用するように変調部２２０が指令されると、２０ビット／秒で送信され、その割合は１ｂｐｓ／Ｈｚである。

理論的には、電力送受信部のソフトウェア２６０がキャリア波形の変化あたりに更に多くのデータビットを送信するようにプログラムされていると、送信のスループットすなわち帯域幅（bits/Hz）が上昇するであろう。しかし、Ｍが上昇すると、電力送受信部が使用するアルゴリズムの複雑さが増加するであろうから、ビットの復号において消費者送受信部が誤る可能性が上昇するであろう。例えば、ＢＰＳＫはビット誤りに対して非常に強固であり、消費者送受信部３００が送信内容を復号する時に誤るおそれが少ないが、１６ＰＳＫでは消費者送受信部３００はより誤ることが多くなるので、１６ＰＳＫはあまり好ましくはない。

ここに開示されたシステムを実施する場合には、電力信号および物理チャネルの局所的な特性を補償するために、いくつかの異なるパラメータをカスタマイズまたは調節することが必要かもしれない。これらのパラメータは、様々なサブチャネルの数および幅、各サブチャネルでの送信の電力レベル、および各サブチャネルまたは複数のサブチャネルの集合に対する誤り訂正方式の要件を含みうる。例えば、ＱＰＳＫ変調を利用した第１２次、第１４次、および第１６次の高調波とその付近でのシグネチャの送信が、適切なデータスループット（bits/second）、低い誤り率、簡単な実施、基本波の低い歪み、および良好なスペクトル拘束をもたらすと、現在の研究では分かっている。

さらに、いくつかの実施の形態においては、例えばcoded OFDM（ＣＯＦＤＭ）のような順方向誤り訂正符号化技術を実施するのが有用かもしれない。このような実施の形態では、変調部２２０はCoded OFDMを実施することができる。Coded OFDMは、変調の前にデータビットに適用される誤り訂正符号を用いるＯＦＤＭである。誤り訂正符号化は、基本的に、制御された形式で元のデータをスクランブルし、冗長性を持たせるために他のデータを挿入する。この処理は、送信内容の耐性を向上させ、組み合わせられた信号７２０（図２Ｃ）からシグネチャを復調した後に誤り訂正するためのさらなる技術を消費者送受信部３００にもたらす。アナログ波形が復調されて離散的なシグネチャデータが推定された後では、推定されたデータにはいくつかの誤りが存在することがある。誤り訂正アルゴリズムが利用される場合には、これらの誤りが検出および／または訂正されうる。データブロックに対するパリティチェックビットは簡単な誤り検出符号の一例である。受信ビットのブロックまたはシーケンス内の複数のビット誤りを検出および／または訂正する、より高機能な誤り検出／訂正符号またはアルゴリズムを使用してもよい。本発明と互換性がありうるＣＯＦＤＭのいくつかのタイプは、リード・ソロモン符号化および必要な時間／周波数インタリービングに連結された畳み込み符号（例えば、２：１または３：２の畳み込み符号）を使用するＯＦＤＭシステム、およびターボ符号または低密度パリティチェッキングを使用するＯＦＤＭシステムを含む。畳み込み符号、リード・ソロモン符号、およびターボ符号は、誤り検出／訂正符号の特定の例である。さらに、変調部はマルチプルアクセス多元接続ＯＦＤＭ（ＯＦＤＭＡ）を使用して、時間および周波数の両方において異なるユーザからのシンボルを変調部が区別するようにしてもよい。「シンボル」とは、特定のユーザまたは装置により発せられるデータビットの群であって、ビットがその群に分けられる前に誤り訂正符号化が適用される。これらのビットまたはシンボルの群は、変調処理で使用されて、キャリア信号の位相および／または周波数および／または振幅の変化のトリガーとなる。

変調部２２０は、１つ以上のサブチャネルを用いるＯＦＤＭ技術または１つ以上のサブチャネルを用いる従来技術を用いて二進数のシグネチャデータを変調することができる。いずれの技術を使用する場合でも、各サブチャネルで使用される特定の変調技術は、電力にシグネチャをプラスした組み合わせられた信号を生成することができるような前記の技術の組み合わせであってよい。

［ＣＤＭＡ］
本発明の実施の形態において、帯域内シグネチャを符号化および変調するのに符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）を使用してもよい。「直接シーケンス拡散スペクトル」（ＤＳＳＳ）としても知られているＣＤＭＡは、擬似雑音符号（ＰＮ符号）または「チップシーケンス」と呼ばれる擬似ランダムな二進数シーケンスを用いて、ペイロードのデータシーケンスを離散的に変調する。この離散的な変調において、データシーケンスにはチップシーケンスが乗算される。ＰＮ符号は、データシーケンスのビット期間よりもかなり短いビット期間を有し、そのため、結果として生ずる信号のスペクトルは、大きな周波数レンジにわたって「拡散」される。ＣＤＭＡプロセスの「符号化ゲイン」は、データビットあたりの「チップビット」すなわちＰＮ符号の比率である。結果として生ずる「拡散スペクトル」信号の帯域幅は、符号化ゲインで乗算された元のペイロード信号の実効的な帯域幅から計算される。

ＤＳＳＳ技術から得られるデータストリームのチャネル変調技術としては、二位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）を使用することができる。ＣＤＭＡの重要な特徴は、ペイロードのデータシーケンスを変調・拡散するのに使用されるＰＮ符号の直交性である。これらのＰＮ符号の直交性によって、複数のペイロードシーケンス（各々が異なるＰＮ符号を持つ）は、識別性を確保しながら（符号分割）、共通のスペクトルを同時に使用することができる（マルチプルアクセス）。

変調部２２０は、指示された拡散ゲイン（例えば１６チップ／ビット）でＰＮ符号を用いて、二進数のシグネチャデータを変調することができる。そして、指示されたキャリア周波数（例えば、７５０Ｈｚ）でＢＰＳＫを用いて、結果として生ずるディジタルに拡散された信号を変調して、電力にシグネチャをプラスした組み合わせられた信号を生成することができる。変調部２２０は、変調プロセスのいくつかのパラメータを最適化する必要があるかもしれない。これらのパラメータは、異なるサブチャネルの数および幅、各サブチャネルでの拡散ゲインおよび変調タイプ、拡散のためのＰＮ符号、各サブチャネルで送信されるデータビットの数、シグネチャ送信の電力レベル、ならびに各サブチャネルまたは複数のサブチャネルに対する誤り訂正方式の要件を含みうる。

電力送受信部２００または電力供給源１００から消費者の装置３００のレンジつまり距離を特定するためにも、ＰＮ符号のようなユニークなシーケンスを使用してよい。電力送受信部２００でユニークなＰＮシーケンスがチャネルに差し挟まれると、消費者の装置３００は消費者の装置３００に返信される信号を再現することができる。ＰＮシーケンスのユニークな特性は、相関アルゴリズムによってチャネル長さを推定するのに使用することができる。この相関アルゴリズムは、類似のシーケンスでのタイムシフトを検出することができ、これらのタイムシフトを物理的な距離に結びつけることができる。

［チャネルの長さ］
このシステムは、ケーブル配備、位置決めの特異性、または電力信号を運ぶ電力ラインのユニークな、損傷されたもしくは問題がある箇所を最適化または分類する診断目的のために、チャネルの長さを計測するように構成されていてもよい。チャネルの長さを特定するため、下記の処理を使用することができる。ステップのいくつかは任意であり、多くのステップはここで説明する順序と異なる順序で実行することができる。下記の指令は、消費者送受信部４００および／または電力送受信部２００のメモリに記憶させておいてもよい。下記の指令は、各送受信部のマイクロプロセッサが実行可能なコンピュータ実行可能コードの形式をとっていてもよい。図４を参照し、第１のステップ（Ｔ１）では、ソフトウェアが消費者送受信部４００のプロセッサ４８０に指示して、プロセッサ４８０が消費者送受信部４００の出力部４５０に、受信したあらゆる送信内容または信号を送り返すように指示させることができる。ステップ２（Ｔ２）において、プロセッサは、電力送受信部２００にキャリア波、「送信信号」に埋め込まれた符号を消費者送受信部４００に送信するように指示することができる。ステップ３Ａ（Ｔ３Ａ）において、プロセッサは、送信された信号をメモリに保存するように電力送受信部２００に指示することができる。ステップ３Ｂ（Ｔ３Ｂ）において、プロセッサは、受信部２１０'を使用して返信信号を聴取することを開始するように、また、そこに戻ろうとする送信内容を記録することを開始するように、電力送受信部２００に指示することができる。ステップ４（Ｔ４）において、入力部４１０は、電力送受信部２００の出力部２３０から送信された信号を受信し、電力送受信部２００の受信部２１０'にその信号を送り返すことができる（Ｔ４Ｂ）。ステップ５（Ｔ５）において、プロセッサ２４０は、送り返された信号を電力送受信部２００のメモリ２５０に保存することを電力送受信部３００にさせることができる。ステップＴ３ＡおよびＴ５からのコードは、プロセッサ２４０に転送することができ、プロセッサ２４０は、送信された信号および送り返された信号を解析して、両方の信号の間の相対的なタイムシフト（時間的ずれ）を特定することができる。送信された波形またはそのディジタル版はいかなる誤りも含まないであろうが、送信経路での干渉のために、送り返された信号は誤りを含むことがありうる。この結果、送り返された信号は、送信された信号とは異なりうる。もしこれらの信号が同じである場合は、これらの２つの信号の間のタイムシフトを特定するのは容易であり、電力送受信部２００のプロセッサ２４０は、送り返された波形が送信された波形にぴったり合うまで送り返された波形を時間軸に沿ってシフトすることを要するであろう。２つの波形をぴったり重ねるのに要するシフトの距離は、送信遅延に等しく、チャネルの長さに結びつけることができる（キャリア波に埋め込まれたコードだけを解析する場合にも類似の処理が使用されうる）。しかし、たいていのシステムには干渉があるので、実世界でのタイムシフトの特定の処理はもっと複雑である。干渉に対処するため、プロセッサ２４０は、様々な時点で、送信された波形と送り返された波形の相違を特定するであろう。そして、プロセッサ２４０は、送信された信号と送り返された信号の間のタイムシフトの量として、最小の相違を持つ時点を選択するであろう。例えば、図６Ａは送信された信号８１０を示し、図６Ｂは送り返された信号８２０を示す。期間８３０，８４０での干渉がどのように送り返された信号８２０に期間８５０，８６０を歪ませたかに注意してほしい（実際のシステムでは、この干渉は波長全体に影響を与えるかもしれない）。電力送受信部２００は、メモリ内に格納された送信された波形の符号を既に有しているかもしれない（そうでない場合、電力送受信部は、復調部２９０を使って符号を識別することができる）。一例として符号が101100111000であるとしよう。復調部２９０は、送り返された信号を復調することができ、この例で、復調された信号が1001101110110000であるとしよう。信号の干渉の結果、送り返された信号のビットが送信された信号のビットといかに相違するかに注意してほしい（送り返された信号において、左から第１〜４番目のビット、第９番目のビット、第１３番目のビットが干渉で付加または変化している）。電力送受信部２００のプロセッサ２４０は、図７Ａに示すように、送信された符号を整列させる。境界を有する箱９１０は、処理される受信された符号の部分を示す。最も左にある丸みを帯びた矩形と最も右にある丸みを帯びた矩形との間にある矩形９２０で示されたビットは、受信された信号８２０を示す。最も左にある丸みを帯びた矩形９１５は、実際の信号８２０の前に検出されたランダム雑音を示し、最も右にある丸みを帯びた矩形９２５は、実際の信号の後に検出されたランダム雑音を示す。雑音９１５，９２５を含む信号全体が受信されるので、プロセッサ２４０は、信号を雑音から分離するために信号全体を処理する必要がある。

プロセッサ２４０のメモリ２５０内のソフトウェア２６０は、最初の送信されたビットを最初の送り返されたビットで乗算し、第２番目の送信されたビットを第２番目の送り返されたビットで乗算し、というような乗算をするようにプロセッサ２４０に指令することができる。その後、プロセッサはすべてのビットの積を合計するであろう。この例では、プロセッサは合計が５と判断する。プロセッサが受信された送信内容を左方に１単位時間シフトすると、受信された符号のビットの合計は４になる。プロセッサが受信された送信内容を再びシフトすると、受信された符号のビットの合計は３になる。プロセッサが受信された送信内容をさらに２回シフトすると、図７Ｂに示された例で合計は６になる（シフトは４つである）。干渉を受けたビット（図７Ｂの箱９１０内の第５番目および第９番目のビット）は正しく整列されていないように見えることに注意してほしい。それでも、この処理が完了した時点での最大の合計が、正しいタイムシフトを決め手となる。多くの実施の形態において、プロセッサ２４０は、最大の合計を計算した後で多くの余計な合計を計算するまで、最大の合計を計算していたことを知らないであろう。一例として、受信された符号を再度左にシフトした後で（全部で５単位時間左にシフトしたことになる）、プロセッサ２４０は、合計が２であることを計算するであろう。これは７よりも小さい（図７Ｃ）。プロセッサが４のタイムシフトが最大の合計を生み出したと判断するまで処理は続くことができる。この判断から、プロセッサは、送信された信号が電力送受信部２００から消費者送受信部４００に移動し電力送受信部２００に戻るのに４単位時間を要すると判断する。距離＝（１／２）（速度×時間）の公式を使って、タイムシフトに信号の速度を乗算することで、およその距離が特定されうる（タイムシフトは信号が電力送受信部２００と受信側送受信部４００の間の距離を２回移動する時間だから、係数１／２を含めなければならない）。信号の速度は、例えば、電力送受信部と消費者送受信部の間の距離が既知である場合に、タイムシフトを特定することで特定できるし、光の速度をとってもよい。このように、全体の処理は、まず信号の速度を特定するか、定数である光の速度を用いて、その後に送信側の送受信部と受信側の送受信部の間の距離を特定することを含みうる。電力送受信部２００に、それと消費者送受信部４００の間に存在する距離を特定する指示のための方法を説明したが、消費者送受信部４００に、それと電力送受信部２００の間に存在する距離を特定する指示のための類似の方法が前記の方法と逆方向で簡単に実行されうる。その方法では、消費者送受信部が送信される信号を送信し、電力送受信部が送り返された信号を送信するであろう。

［消費者の装置の消費の追跡］
電気乗物装置またはハイブリッド乗物装置（例えば自動車、オートバイ、ボート、ＲＶ、および飛行機）に関する認識されている１つの困難性は、乗物装置の電池に再充電する充電ステーションを設立する困難性に関する。従来技術の解決策は、電力を差込口から乗物装置に充電するフローに事前認証を要してきた。このような解決策では、ユーザは充電ステーションまで運転してきて、クレジットカードを挿入し、充電ステーションは支払の正当性を認証し、一定の時間だけ差込口をオンにして乗物装置がある一定のエネルギ量を引き込めるようにした。この技術は、高額な装置、予定されるクレジットカードマシン、および既存の電気インフラストラクチャの修正を必要とする。このコストは、公共の駐車場、ホテル、または自動車を駐車する他の場所にとって、大きな妨害であろう。それは、「隣人の」家屋でも働かないであろう。例えば、隣人はエネルギを満たすのに必要なインフラストラクチャを持ちたがらないであろうからである。必要なのは、乗物装置がまさに充電される時に消費されたエネルギについて乗物装置に充電する人間が自動的に課金される一種の自動的な請求システムである。二番目のユーザが乗物装置を差込口まで操作して、同様に簡単な課金システムから利益を受けられるように、特別な工夫が必要ないのが理想的であろう。本発明の特徴はこのような解決策を提供する。

図８を参照して、消費者の装置３００'（例えば、乗物装置であってよい）は、ＶＩＭ（乗物装置識別モジュール）４２５を有することができる。図８に示されるいくつかの内部構成要素（変調部４２３または逆多重化部４２２など）は、図１に代入することができ、その逆もまた同様であることに理解してほしい。ＶＩＭ４２５は、チップであってよいし、単純にはメモリに記憶された符号であってもよい。その符号は、乗物装置のユニークな識別子またはシグネチャ（例えばＶＩＮ番号）を示す。

本発明の１つの構成において、ユーザは、サーバ５００のメモリ５５０内にアカウント５８０を作るというオプションを有しうる。アカウント５８０は、請求先住所、クレジットカード情報、消費者の装置３００'に関する情報、電力引き込み情報、および電力送信情報を含みうる。ユーザが自身の装置３００'を差込口に接続する時、電力は、電力供給源１００から消費者の装置３００'の入力部４１０に流れる（Ｔｌ）。装置の入力部４１０は、消費者の装置３００'のプロセッサ４８０へ情報を送信することができ、電力送受信部２００に、装置３００'が消費するエネルギについてはユーザのアカウントに請求されるべきことを通知することができる。これを用意するため、消費者の装置３００'は、自身の逆多重化部４２２（Ｔ４）と変調部４２３（Ｔ５）を使用し、（段落００１４で前記したように）、シグネチャ（おそらくはＶＩＭから（Ｔ３））を電力信号に付加するであろう。出力部４１５は、そのエネルギを電力送受信部の入力部に返信するであろう（Ｔ６）。いくつかの場合、帯域内チャネルからのシグネチャ送信を取り出してそれらを電力供給源またはサーバに転送するために、電気インフラストラクチャは、電力網のいくつかの場所にさらなる送受信部または聴取装置を備えることができる。また、聴取装置は、特定の位置（電線上の）、時刻、またはその他の傾向を含む電力消費に関する他の事項を追跡することができる。入力部２１５は、電力信号をプロセッサ２４０および復調部２９０に送信することができ（Ｔ７）、受信された電力信号からシグネチャを識別することにより電力送受信部２００は、乗物装置３００'の身元を特定することができる。そして、電力送受信部２００は、乗物装置３００'がアカウント５８０を持つか否かを判定するように、サーバ５００にクエリーすなわち問い合わせすることができる（Ｔ９）。サーバ５００は、その出力部５３０を使用して、電力送受信部２００にそのクエリーに対する応答を送信することができる（ＴｌＯ）。肯定的な回答が送信された場合には、電力送受信部２００は、（プロセッサ２４０および入力部２１５を用いて）差込口の使用を監視し（Ｔｌ１）、ユーザが差込口の使用から離れると、消費者の装置３００'はその身元の送信をすることができなくなる。電力送受信部２００は、電力送受信部２００に送信されている身元データの欠如を記録することができ、消費されたエネルギの総量をサーバ５００に送信することができ（Ｔ１２）、サーバ５００は、（例えばドルとワットの換算係数を用いて）、そのエネルギに対してユーザにいくら請求するかを決定する。この後、サーバ５００は、ユーザのクレジットカードまたはその他のユーザのアカウントの借方に請求する（Ｔ１３）。また、サーバ５００は、消費者の装置３００'のサーバからの入力部４６０に、エネルギの総コスト（およびおそらくはどの程度エネルギが使用されたか）を送信することができる（Ｔ１４）。サーバからの入力部はこの情報をコントローラ３２０に送信することができ（Ｔ１４）、コントローラ３２０はディスプレイ３３０に指示して（Ｔ１６）、この情報を例えば液晶表示スクリーン３３０に表示させるようにする（Ｔ１７）。ユーザがシグネチャに関連付けられたアカウント５８０を有しない場合には、サーバは消費者の装置３００'を通じてユーザへのメッセージを送信することができ（Ｔｌ４）、このメッセージによって、コントローラはディスプレイ３３０でアカウント５８０が作られていないことをユーザに知らせることができる。また、いくつかの実施の形態において、一旦消費者の装置３００'の身元が特定されたなら、消費者の装置３００'にエネルギの価格を送信するであろう（Ｔ１４）。前記の方法は、乗物装置のような移動可能な装置に特に有用ではあるが、電力供給会社がユーザのアカウントに装置が使用した電気について請求することをユーザが望むような識別子を有するいかなる消費者の装置でも使用可能であることに理解してほしい。

引き込まれた電気についてユーザの装置に請求するのではなく、代わりに、装置が電池または節電装置を有する場合には、その装置は電力を電力供給源に送り返すか、電力を第３の位置（例えば電力供給源の他の顧客）に向けることができる。この特徴は、電力供給会社にとっては、電力消費が高い期間、または特定位置に電力を分配することが電力ラインの損傷によって妨げられた時に、好都合であるかもしれない。例えば、第１の位置までの分配チャネルが損傷された時、電力送受信部２００はハイブリッド自動車の電池から第１の位置まで電力を送信するよう要求することができる。このような構成では、電力送受信部２００は、エネルギを消耗させられている電池に関連付けられたアカウントに貸方を設けることができると想定される。より具体的には、電力コストがＡセント／ワット未満で、電池への充電がＢパーセント未満であれば、消費者の装置３００'が電力を引き込み（エネルギ引込設定）、電力供給源１００のエネルギへの支払がＣセント／ワットを越えて電池への充電がＤパーセントを超えれば、消費者の装置３００'が電力を送信する（エネルギ送信設定）ように、アカウントの設定を構成することができる。

結びとして、前記の説明は、電力信号への情報の差し挟みの方法および差し挟まれた情報の捕捉の技術を提供する。その情報を受信する装置のタイプに関連するであろうその情報を使用するための様々な処理を開示した。さらに、移動可能な消費者の装置３００'に関する特定の実施として、消費者の装置３００'の距離を特定する技術を開示した。また、帯域内および帯域外の送信内容を暗号化する様々な方式を開示した。特定の実施について説明したが、それらの実施は例示のみのためであることを意図しており、本発明の範囲は請求の範囲の境界によってのみ限定されるべきである。

Claims (4)

1. コントローラと、電荷を持ち電力を供給可能な電源装置とを有し、前記コントローラがコンピュータ読み取り可能なメモリに記憶された指令を備える消費者の装置であって、前記消費者の装置は、さらに、前記消費者の装置のシグネチャをいくつかのサブシーケンスに逆多重化する逆多重化部と、電力信号のいくつかのサブチャネル内に前記シグネチャを付加する変調部と、を備え、前記指令が前記消費者の装置に、
   （ａ） エネルギのワットあたりコストの最大値と、エネルギのワットあたりコストの最小値を設定する工程と、
   （ｂ） 電力供給源の電力のコストが、ワットあたりコストの最大値より小さい場合に、前記電力供給源から電力を引き込む工程と、
   （ｃ） 前記電力供給源が、ワットあたりコストの最小値より大きい値を申し出ている場合に、前記電力供給源に電力を送信する工程とを実行させ、
   さらに、前記電力供給源から電力を引き込む際に、前記シグネチャが付加された前記電力信号を前記電力供給源に返信する工程と、
   前記電力供給源に電力を送信する際に、前記シグネチャが付加された前記電力信号を前記電力供給源に送信する工程とを
   実行させる、消費者の装置。
2. 前記消費者の装置が電気またはハイブリッド自動車である、請求項１に記載の消費者の装置。
3. 前記電力を引き込む工程は、前記電源装置の電荷が所定の割合より小さい場合に実行される、請求項１に記載の消費者の装置。
4. 前記電力を送信する工程は、前記電源装置の電荷が所定の割合より大きい場合に実行される、請求項１に記載の消費者の装置。
   

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