JPH0818484A - 電源周波数同期を用いたスペクトラム拡散通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】送信側と受信側の同期確立のためのプリアンブ
ル信号の送出を必要としないスペクトラム拡散通信装置
を提供する。 【構成】起動信号11で拡散符号12を起動する拡散符号発
生器１と、この拡散符号12で送信データ21をスペクトラ
ム拡散変調する拡散変調回路２と、電力線31を伝送路と
しこの伝送路にスペクトラム拡散変調されたデータ32を
送信する電力線インターフェイス３と、この電力線イン
ターフェイス３からスペクトラム拡散変調された受信デ
ータ33を受信し拡散符号12で拡散復調する拡散復調回路
４と、電力線31から商用電源周波数を受けこの商用電源
周波数に同期した同期信号54を発生する波形成形回路５
と、から構成され、拡散符号12の起動信号11は波形成形
回路５の同期信号54からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、拡散符号によりデータ
の帯域を広げることで、電力線を通信路として用いて、
高速性、高品質なデータ伝送を実現する電源周波数同期
を用いたスペクトラム拡散通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力線は、元来電力供給線路として敷設
されたもので、通信路として見たときの伝送路特性は劣
悪であり、接続されている負荷変動のために時変特性と
なる。従って、通常の狭帯域変調（例えば、ASK,FSK,PS
K 変調）では、高速性、高品質のデ−タ伝送を行うこと
が困難である。近年、電力線を用いたデータ伝送として
拡散符号によりデータの帯域を広げることで、第三者か
らの妨害や干渉に強く、また第三者に与える干渉が小さ
い、あるいは通信の秘話性が確保し易いなどで、高速
性、高品質を実現するスペクトラム拡散通信方式が研究
されている。

【０００３】次に、スペクトラム拡散通信（以下、ＳＳ
通信と略称する）方式を概説する。ＳＳ通信の原理を最
も基本的でよく使われる直接拡散（Direct Sequence;Di
rectSpread:ＤＳ）方式について説明する。ＤＳ方式で
は、送るべきデータ信号を拡散符号により変調（例え
ば、アナログ量；乗算，ディジタル量；排他論理和）し
てスペクトルを拡散し、このベースバンド信号を搬送波
で変調して所要の伝送帯域に移し送信する。拡散符号と
して擬似雑音（Pseudo Noise：ＰＮ）系列を用いる。受
信側では、送信側と同一のＰＮ系列と相関をとることに
より相関ピークを検出して同期捕そくおよび保持を行
い、相関検波により復調する。

【０００４】いま送るべきデータ信号を図４(a) のよう
に、振幅+1,-1 、パルス幅Τの方形波とすると、その電
力密度スペクトルは同右図に示すようになる。このデー
タ信号に、図４(b) に示すような周期Τで繰り返すパル
ス幅Tc＝Ｔ／Ｎ（Ｎ：整数）のＰＮ系列を乗ずる。この
ＰＮ系列のスペクトルは図４(a) のスペクトルに対して
Ｎ倍の広がりを有し、かつ、２π／Ｔ間隔の線スペクト
ルから構成される。このＰＮ系列とデータ信号を掛け合
わせると図４(c) のようになり、そのスペクトルは図４
(b) の各線スペクトルを搬送波とする側波帯波の集合と
なり、図４(b)と同じくＮ倍の広がりを有する。この整
数Ｎを拡散比という。図４(a) の信号も図４(c) の信号
も振幅は同じであるから電力は等しく、従って、図４
(c) の電力スペクトル密度の大きさは図４(a) のそれの
１／Ｎである。伝送路の途中で一定の白色雑音が加わっ
た場合、信号スペクトル幅が広いとそれだけ多くの雑音
を拾うことになるから、図４(c) でＮを大きくとると、
受信機入力では信号波形は雑音に埋もれほとんど観察で
きない状態にまでなる。このように雑音に埋もれた信号
を検出する方法として、相関検出が行われる。

【０００５】次に相関検出の原理を、ＳＳ通信用ＰＮ系
列として従来最もよく使われてきたＭ系列符号を例にと
り説明する。いま一定周期で繰り返すＮチップ（ＰＮ系
列の１ビットTcを１チップという）からなる同一のＭ系
列信号を、図５(A) のように位相をずらしながら一周期
にわたって乗算を行っていくと、両信号が同期した場合
にはすべてのチップについてその積は（±１）² ＝１と
なり、その一周期にわたる累積値はＮとなるが、その他
の位相では、値が不一致のチップ数が常に値の一致した
チップ数より一つだけ多いので（これはＭ系列符号の特
徴）、一周期にわたる累積値は−１となり、この結果、
自己相関特性は図５(b) に図示されるように位相差＝０
のところで鋭いピーク値Ｎを有し、他の位相差では-1で
ある。

【０００６】図４(c) のようにＰＮ系列がデータによっ
て変調されている場合には、データが-1のとき、極性が
逆になることを考慮すればよい。実際に受信機側でＰＮ
信号発生器の位相をずらせながら、入力信号と相関をと
っていくと、入力信号中のＰＮ系列と位相が一致した時
点で出力側には鋭いピーク信号が現れ、位相が同期した
ことを示す。

【０００７】そこで同期回路により同期を保持しながら
１チップごとに乗算を行い、元のデータ１ビット分（Ｐ
Ｎ系列１周期，Ｎチップ分）ずつ総和（積分）すると、
データの一周期ごとに、データの正負に対応した極性で
ピーク信号が得られ、データが復元できる。入力信号と
相関をとる場合、入力信号中の雑音成分とも乗算を行う
ことになる。この場合、各チップごとの雑音との積の累
計は電力和で加わり電力でＮ倍となるが、一方信号成分
の方は電圧でＮ倍となるので、そこにＮ倍のひらきがで
き、この結果、出力のＳＮ比は受信機入力のＳＮ比のＮ
倍になる。

【０００８】スペクトラム拡散通信方式は、送信側と受
信側の同期確立のため、送信側は、プリアンブル信号
（復調回路の初期化のためのビットパターン）を送出
し、受信側は、そのプリアンブル信号から、上記の様に
相関検出のピーク値Ｎに相当する位相を検出し、この同
期化位相抽出で同期捕捉を行い、プリアンブル信号に続
く受信データを捕捉した同期化位相で拡散復調する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の様
な従来技術のスペクトラム拡散通信方式では、受信側が
同期を捕捉するために、送信側は、プリアンブル信号を
送る必要がある。受信側は、送信側が送信しているプリ
アンブル信号から同期化位相抽出を行い、同期を捕捉
し、プリアンブル信号に続く受信データを、捕捉した同
期化位相で拡散復調する。このように、スペクトラム拡
散通信方式は、送信側と受信側の同期確立のためのプリ
アンブル信号の送出時間が必要である。特に、半二重通
信のデータ伝送システムでは、１組の送受信回線を切り
替えて使用するので、送信側と受信側を切り替えてデー
タ伝送を行うたびにプリアンブル信号送出を必要とする
ため、スペクトラム拡散通信方式の持つ高速性が完全に
生かされない。

【００１０】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、劣悪な
伝送路特性を有する電力線を介して、送信の拡散変調と
受信の拡散復調の開始タイミングを電源周波数に同期さ
せて、送信側と受信側の同期確立のためのプリアンブル
信号の送出を必要としない電源周波数同期を用いたスペ
クトラム拡散通信装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明においては、起動信号で拡散符号を起動
する拡散符号発生器と、この拡散符号で送信データをス
ペクトラム拡散変調する拡散変調回路と、電力線を伝送
路としこの伝送路にスペクトラム拡散変調されたデータ
を送信する電力線インターフェイスと、この電力線イン
ターフェイスからスペクトラム拡散変調された受信デー
タを受信し拡散符号で拡散復調する拡散復調回路と、電
力線から商用電源周波数を受けこの商用電源周波数に同
期した同期信号を発生する波形成形回路と、から構成さ
れ、拡散符号の起動信号は波形成形回路の同期信号から
なるものとする。

【００１２】また、第２の発明においては、波形成形回
路はバンドパスフィルタとコンパレータとからなるもの
とする。

【００１３】

【作用】上記構成により、波形成形回路は、電力線から
商用電源周波数を受け、この商用電源周波数に同期した
同期信号を発生し、この同期信号によって拡散符号を起
動させる。データをスペクトラム拡散変調して電力線に
送信するときは、送信データを拡散変調する拡散符号の
開始タイミングを、上述の電源周波数に同期して、例え
ば、商用電源の零クロス点から同期信号を構成する。ま
た、スペクトラム拡散変調されたデータを上記電力線か
ら受信するときは、受信データを拡散復調する拡散符号
の開始タイミングを、電源周波数に同期して、例えば、
商用電源の零クロス点から同期信号を構成する。この結
果、送信の拡散変調と受信の拡散復調の開始タイミング
を電源周波数に同期させて、同期確立時間の短縮化を図
る。

【００１４】また、波形成形回路は、バンドパスフィル
タで商用電源の交流信号に重畳しているノイズを除去
し、コンパレーターに入力し、方形波に成形して、拡散
変調と拡散復調の開始タイミングを得る。即ち、電源周
波数の方形波の変化点（商用電源の零クロス点）に拡散
変調・復調の開始タイミングを同期させる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明によるスペクトラム拡散通信装
置のブッロク回路図、図２は送信処理のフローチャー
ト、図３は受信処理のフローチャート、図４はスペクト
ラム拡散通信の原理を説明する波形と電力密度スペクト
ルの特性図、図４は自己相関特性図である。

【００１６】図１において、スペクトラム拡散通信装置
は、起動信号11で拡散符号12を起動する拡散符号発生器
１と，この拡散符号12で送信データ21をスペクトラム拡
散変調する拡散変調回路２と，電力線31を伝送路としこ
の伝送路に上記スペクトラム拡散変調されたデータ32を
送信する電力線インターフェイス３と，からなる送信ル
ートと、電力線31を経由して電力線インターフェイス３
からスペクトラム拡散変調データ33を受信し，上記拡散
符号12で拡散復調し，受信データ42を形成する拡散復調
回路４からなる受信ルートと、同期化のため電力線31か
ら商用電源周波数を受けこの商用電源周波数に同期した
同期信号54を発生する波形成形回路５と、から構成され
ている。

【００１７】波形成形回路５は一実施例では、商用電源
AC100Vを分圧するトランス51と、商用電源AC100Vに含ま
れる種々のノイズを除去するバンドパスフィルタ52と、
コンパレータ53とから構成され、方形波の同期信号54が
形成される。そして、拡散符号12の起動信号11は、波形
成形回路５の同期信号54で起動される。かかる構成にお
いて、電力線31からの商用電源AC100Vをトランス51に入
力して電圧を下げる。電圧変換後の交流信号のノイズ成
分除去のために、電力線の電源周波数を中心周波数とす
るバンドパスフィルタ52に入力する。フィルタ通過後の
正弦波の交流信号をコンパレーター53に入力して、方形
波54を成形する。この方形波54は、例えば、商用電源電
圧が零ボルトをクロスする点で波形変化を生じる様に構
成され、ここでは図示省略されているＣＰＵに入力す
る。

【００１８】拡散変調回路２では、送信データ21と、拡
散符号12（例えば、ＰＮ符号）を乗じる（一実施例で
は、送信データ21と拡散符号12がディジタル信号である
ので、排他論理和をとる）ことにより拡散変調を行い、
データの帯域幅を広げ、電力線インタフェース３を介し
て、電力線31経由で、他場所に設置されているスペクト
ラム拡散通信装置の受信回路（拡散復調回路４）で受信
される。

【００１９】拡散復調回路４では、商用電源に同期した
送信側と同一の拡散符号12（同一パターンのＰＮ符号）
を、送信側の帯域幅と同じ帯域幅を有するスペクトラム
拡散変調データ33に乗じる（一実施例では、スペクトラ
ム拡散データ33と拡散符号12との排他論理和をとり、こ
の値を拡散符号12のＮチップ期間積算し、この積算値を
予め定められた閾値で比較判定する）ことにより、ノイ
ズに埋もれたスペクトラム拡散データ33から、受信デー
タ42を再生することができる。

【００２０】次に、送信時の処理フローチャートを図２
で説明する。送信するデータがあるとき、図２に示すフ
ローチャートの送信処理を起動する。ステップS1で、波
形成形回路５の同期信号54の方形波の変化点を検出する
まで、商用電源の入力端子の状態を監視する。同期信号
54の方形波の変化点を検出すると、ステップS2で、拡散
変調回路２に１番目の送信データ21を送る。ステップS3
で、ＰＮ符号発生器１を起動させて、送信データ21とＰ
Ｎ符号12との排他論理和をとり、電力線31の伝送路にス
ペクトラム拡散データ32の送信を開始する。ステップS4
で、２番目以降の送信データ21を拡散変調回路２に送
り、スペクトラム拡散変調し、全ての送信データ21を電
力線31の伝送路に送る。

【００２１】次に、受信時の処理フローチャートを図３
で説明する。受信可能な状態になったら、図３に示すフ
ローチャートの受信処理を起動する。ステップS11 で、
同期信号54の方形波の変化点を検出するまで、商用電源
の入力端子の状態を監視する。同期信号54の方形波の変
化点を検出すると、ステップS12 で、拡散復調回路４か
らここでは図示省略されているＣＰＵに受信データ42を
読み込む。ステップS13 で、ＣＰＵに読み込まれた１バ
イトの受信データ42が異常データならば、ステップS11
に戻る。読み込まれた１バイトの受信データ42が正常デ
ータならば、順次、拡散復調回路４からの受信データ42
をＣＰＵに読み込み、全スペクトラム拡散データ33の受
信処理を行う。

【００２２】拡散符号12に対する要求特性として、(1)
自己相関関数が位相差＝０で鋭いピーク値を有し、その
他の位相差では絶対値が十分小さいこと、(2) 各局に割
り当てられた拡散符号間の相互相関の絶対値が、いかな
る位相差においても十分小さいこと、(3) 同じ系列長の
拡散符号の種類が多いこと、が挙げられ、擬似雑音（Ps
eudo Noise：ＰＮ）系列が用いられる。これらの特性を
満たすものとして、Ｍ系列およびその線形合成によるGo
ld系列を代表とする線形帰還シフトレジスタ系列などが
ある。この様に拡散符号12のパターンを適宜選択するこ
とにより、スペクトラム拡散通信が有する相関検出特性
により、同一電力線31を介して、同時に複数の端末間
で、複数の異なる通信データを交信することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、商用電源から拡散符号発生器の同期信号を生成し、
この同期信号により拡散符号の起動時点が伝送システム
全体にわたって同期化をとることができるため、受信側
の同期化のためのプリアンブル信号をデータフレームの
前に組み込む必要がなくなり、同期捕捉に要する時間の
短縮が可能となり、実質的に、伝送効率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスペクトラム拡散通信装置のブッ
ロク回路図

【図２】送信処理のフローチャート

【図３】受信処理のフローチャート

【図４】スペクトラム拡散通信の原理を説明する波形と
電力密度スペクトルの特性図

【図５】自己相関特性図

【符号の説明】

１ 拡散符号発生器 11 拡散符号発生器の起動信号 12 拡散符号 ２ 拡散変調回路 21 送信データ 22 スペクトラム拡散変調信号 ３ 電力線インタフェース 31 電力線 32,33 スペクトラム拡散変調信号 ４ 拡散復調回路 42 受信データ ５ 波形成形回路 51 トランス 52 バンドパスフィルタ 53 コンパレータ Ｔ パルス幅 Tc ＰＮ系列の１ビット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】起動信号で拡散符号を起動する拡散符号発
   生器と、 この拡散符号で送信データをスペクトラム拡散変調する
   拡散変調回路と、 電力線を伝送路とし、この伝送路に前記スペクトラム拡
   散変調されたデータを送信する電力線インターフェイス
   と、 この電力線インターフェイスからスペクトラム拡散変調
   された受信データを受信し、前記拡散符号で拡散復調す
   る拡散復調回路と、 前記電力線から商用電源周波数を受け、この商用電源周
   波数に同期した同期信号を発生する波形成形回路と、か
   ら構成され、 前記拡散符号の起動信号は、前記波形成形回路の同期信
   号からなる、 ことを特徴とした電源周波数同期を用いたスペクトラム
   拡散通信装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電源周波数同期を用いた
   スペクトラム拡散通信装置おいて、波形成形回路は、バ
   ンドパスフィルタと、コンパレータと、からなる、こと
   を特徴とする電源周波数同期を用いたスペクトラム拡散
   通信装置。