WO2007040203A1

WO2007040203A1 - 通信システム間の共存を可能にする通信装置および共存方法

Info

Publication number: WO2007040203A1
Application number: PCT/JP2006/319698
Authority: WO
Inventors: Akio Kurobe; Go Kuroda; Koji Ikeda; Hisao Koga; Yuji Igata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2007-04-12
Also published as: JPWO2007040203A1; EP1933485A1; US7609681B2; TWI376894B; KR101217317B1; KR20080054371A; EP1933485B1; TW200721714A; US20070097960A1; EP1933485A4; DE602006015828D1; JP4881869B2

Abstract

　宅内系通信システム（１１０及び１３０）もアクセス系通信システム（１２０）も、電力周期に同期したＴＤＭによって共存を図り、かつ、ＡＶ－ＱｏＳの確保が必要な通信システムは、ビーコン周期を電力線の周期に同期させて、自通信システム内の子局の送信タイミングを割り当てる。

Description

明細書

通信システム間の共存を可能にする通信装置および共存方法

技術分野

[0001] 本発明は、通信システム共存を可能とする通信装置及び共存方法に関し、より特定的には、同一の通信媒体を利用する通信方式が異なる 2つの通信システム（映像伝送や音声通信に必要な AV— QoS (Audio Visual-Quality of Services)を保ったデータ通信を行う）を共存させる技術であって、それぞれの通信システムに含まれる通信装置及びその通信装置が実行する共存方法に関する。

背景技術

[0002] 宅内のパソコン（PC : Personal Computer )からインターネットにアクセスするために、宅内のパソコンをブロードバンドルータ等のネットワーク機器に接続する通信手段の 1つとして、電力線通信技術が存在する。この電力線通信技術は、既設の電力線を通信媒体に用いるため、新たな配線工事が不要でありかつ家中にある電源コンセントに電源プラグを挿すだけで高速通信が実現できる。このため、電力線通信技術は、世界中で活発に研究開発や実証実験が行われており、欧米ではすでに商用化に至ってヽるものも多数ある。

[0003] その一例として、米国の HomePlugアライアンス社が、 HomePlugl . 0 (非特許文献 1を参照）を規格策定している。この HomePlugl . 0は、パソコンによるインターネットゃメール及びファイル転送を主要なアプリケーションとして想定しており、どの電力線通信モデムが電力線にアクセスするかといった媒体アクセス制御に CSMAZCA 方式を採用して、使用帯域の保証がないベストエフオート通信を実現する。

[0004] 図 18に、インターネットへアクセスする際の一般的な通信システムの構成を示す。

図 18において、パソコン 2501は、イーサネット（登録商標） 2511、ブロードバンドルータ 2502及びアクセス回線 2512を介して、インターネット 2522に接続されている。アクセス回線 2512は、一般的には ADSLや FTTH等が用いられる。ここで、ァクセス回線 2512が宅内に引き込まれる場所とパソコン 2501を使用する部屋とが異なつている場合には、イーサネット（登録商標） 2511の引き回しが問題となる。そこで、電力線通信機器としては、電力線通信とイーサネット (登録商標）との変換アダプタという形態で商品化されている。

[0005] 図 19は、変換アダプタを用いた通信システムの構成を示している。図 19において、 2台の電力線通信—イーサネット（登録商標）変換アダプタ 2603及び 2604は、パソコン 2601及びブロードバンドルータ 2602が設置された部屋の電源コンセントにそれぞれ接続されており、宅内電力線 2614を介した電力線通信によってベストェフォート通信を実現する。このように、電力線通信を用いると、配線工事が不要でありかつ家中にある電源コンセントに電源プラグを挿すだけで、高速通信が実現できる。

[0006] また、欧州（スペイン等）におヽてはインターネットのアクセス回線として家庭に電力を供給する電力線を用いるアクセス系電力線通信モデムがある。図 20は、このァクセス系電力線通信モデムの使用形態を表した図である。宅外トランスの所に設けられたアクセス系電力線通信モデム親局 2703は、中圧配電線 2713を通してブロードバンド回線と接続されており、また低圧配電線 2712、分電盤 2715及び宅内電力線 271 1を通して宅内のアクセス系電力線通信モデム宅内機 2702に対して通信を行う。さらに、アクセス系電力線通信モデム宅内機 2702とパソコン 2701とをイーサネット（登録商標） 2704で接続することにより、パソコン 2701からインターネットへのアクセスを行うことができる。

[0007] このように、アクセス系電力線通信モデムを利用すると、家庭内へのケーブル等の引き込み工事なしにインターネットアクセスを提供することができる。また、宅内の任意のコンセントにアクセス系電力線通信モデム宅内機 2702を設置するので、 ADSL や FTTH等に比べて設置の自由度は優れている。

[0008] また、図 21は、イーサネット (登録商標）とのブリッジとして実装された、一般的な電力線通信モデムの内部構成を示す図である。図 21において、電力線通信モデムは、 AFE (Analog Front End) 2801と、デジタノレ変調咅 2808と、通信帘 U御咅 2809と、イーサネット（登録商標） IZF部 2810とを備える。 AFE2801は、 BPF (Band- Pass Fi Iter) 2802、 AGC (Automatic Gain Control) 2803、 A/D変換部 2804、 LPF (Low -Pass Filter ) 2805、 PA (Power Amp ) 2806、及び DZ A変換部 2807を含む。以下、この電力線通信モデムの動作について説明する。 [0009] まず、イーサネット（登録商標）フレームを電力線に送信する場合は、イーサネット ( 登録商標） 2811を通してイーサネット (登録商標)フレームが到着すると、イーサネット（登録商標) IZF部 2810を通して通信制御部 2809に通知される。通信制御部 28 09は、通信路の状態を判別してし力るべきタイミングでデジタル変調部 2808にフレームデータを出力する。デジタル変調部 2808は、誤り訂正付加、符号化及びフレーミング等を行って、フレームデータを送信データ列へ変調する。 DZA変換部 2807 は、送信データ列をデジタル信号からアナログ信号へ変換する。 PA2806は、アナ口グ信号を増幅する。 LPF2805は、増幅後のアナログ信号から通信帯域成分以外の信号をカットして、通信帯域成分だけを電力線へ注入する。次に、電力線から受信する場合は、 BPF2802によって通信帯域の信号が抽出される。 AGC2803は、抽出された信号を増幅する。 AZD変換部 2804は、増幅されたアナログ信号をデジタルデータ化する。デジタル変調部 2808は、デジタルデータについてフレーム同期検出、等価化、逆符号化及び誤り訂正等を行い、受信データとして復調して通信制御部 28 09へ通知する。その後、受信データは、イーサネット（登録商標) IZF部 2810からィーサネット (登録商標）フレームとしてイーサネット (登録商標） 2811へ送信される。

[0010] 以上、高速電力線通信の第 1世代の技術は、インターネットのメールや Webァクセスと、つたべストエフオート応用を対象として、たが、配線不要で宅内の!/、たるところにコンセントが準備されてヽる電力線通信は、デジタルィ匕が進む VoIPや映像配信を宅内の、たるところで利用できる可能性を秘めて、る。

[0011] しかし、 VoIPは、音声の遅延時間が増大すると違和感が生じるため、伝送遅延があるレベルを超えるパケットは廃棄されてしまう。このパケット廃棄は、音声情報の喪失につながり、頻度が増えると音声の途切れやノイズとなる。一方、映像配信には、大量のデータ通信が必要である。例えば、ハイビジョン映像の 1秒当たりのデータ量は、 24Mビットにも及ぶ。この大量のデータを機器が許容範囲内の遅延時間で伝送する必要がある。このような AVデータの伝送に必要な品質要件を AV— QoSと呼んでおり、一般的には平均伝送速度、遅延時間、及びジッタ等で規定される。

[0012] 従来、 AV— QoSを満たす電力線通信とベストエフオートな電力線通信とを共に実現する技術として、 TDMA(Time Division Multiple Access)と CSMA (Carrier Sense Multiple Access)とのハイブリッド媒体アクセス制御方法が考案されている。図 22に、この従来のハイブリッド媒体アクセス制御方法の一例を示す。

[0013] 図 22において、 AV— QoSを満たすように設計された電力線通信システムは、 1つのマスタ機能を有する端末 (マスタ端末)と 1つ以上のスレーブ機能を有する端末 (スレーブ端末）とから構成される。マスタ端末は、一定時間毎にビーコン 1201を送信する。この一定時間をビーコン周期と言う。ビーコン周期が短い方がデータ遅延を小さく抑えることができる力 1パケットで伝送するデータ量が小さくなるため、ヘッダ情報等のオーバヘッドの割合が増して伝送効率が低下する。一般的に伝送する信号の遅延時間要件と伝送効率とを勘案して、ビーコン周期は 10m秒から 100m秒当たりの時間に設定される。また、このビーコンには、各々の端末に通信を許可する時間領域が記されている。図 22の例では、端末 # 1〜# 3に各々一定の時間を許可している。また、マスタ端末は、こうした一定時間毎に送信を制御する TDMAに続いて、 CSM A期間を割り振る。この期間では、送信信号のある端末が所定のアルゴリズムで送信権を獲得してデータを送信するため、一定時間毎に一定のデータを発生しな、メールゃ Webアクセスのような従来のインターネットデータの伝送に向!、て!/、る。しかし、ー且データ送信が始まるとバースト的にデータ通信が «続するため、このように TD MA領域と分けることで TDMA領域のデータ伝送を局所的に邪魔することを回避している。

[0014] 次に、電力線通信における共存制御について説明する。

このように、電力線通信は宅内からアクセス網に至るまで様々な形での利用が考えられており、多種多様な方式の電力線通信技術が開発されている力こういった電力線通信の方式は統一されていないのが現状である。しかし、家庭内の電力線は全て分電盤で繋がっており、さらに屋外電力線とも繋がっているため、異なる方式の電力線通信モデムを同一家屋内及び屋内と近隣の屋外で利用すると、互いの通信信号がそれぞれに到達する可能性がある。また、各方式の電力線通信モデムは、他方式の電力線通信モデムが通信路に送信してヽる他方式信号を復調することができなヽため、他方式信号がノイズにしか見えない。そのため、方式が異なる 2つの通信を同時に行うと、互いの通信を妨害することとなり、双方共に通信ができなくなる、通信速度が大幅に低下する等の問題が発生する。

[0015] このような問題を回避するための方法の 1つに、電力線通信方式の統一規格を新たに策定することが考えられる。しかし、新たな規格を策定するためには、莫大な時間と費用を必要とするため、直ちに実行できるものではない。

[0016] この改善策として、例えば特許文献 1には、データ通信方式の異なる複数の電力線モデムが同一の電力線上に存在する場合に、各電力線モデムのデータ送信を制御する方法を提案している。図 23は、この従来技術を説明する図である。

図 23において、管理プロセッサ 6内の選択部 61が、例えば方式 Bの電力線モデム 4a〜4mを送信許可電力線モデムに選択したとする。この場合、メッセージ生成部 62 力方式 Bの電力線モデム 4a〜4mに送信許可を指示する送信許可電文を、方式 A の電力線モデム 3a〜3mに送信禁止を指示する送信禁止電文を、それぞれ生成する。そして、方式 Aの電力線モデム 3nが、送信禁止電文を方式 Aの電力線モデム 3a 〜3mに送信し、方式 Bの電力線モデム 4n力送信許可電文を方式 Bの電力線モデム 4a〜4mに送信する。

[0017] 図 23の通信システムを用いて同じ電力線上で 2つの宅内システムが時間を分けながら共存する動作を、図 24に示す。図 24において、管理プロセッサ 6は、宅内系通信システム 1に対して送信を許可する共存信号 1401と、宅内系通信システム 2に対して送信を許可する共存信号 1402とを出力する。この動作を一定の TDMで周期的に繰り返すことにより、宅内系通信システム 1と宅内系通信システム 2とに均等な時間スロットを衝突することなく与えている。

特許文献 1 :特開 2002— 368831号公報

非特許文献 1：ユー ·ジユー 'リン他、「ァ 'コンパラテイヴ'パフォーマンス 'スタディ ·ォブ ·ワイヤレス ·アンド 'パヮ一'ライン ·ネットワークス」、アイトリプルィ一'コミュニケ一シヨン'マガジン、 2003年 4月 (Yu-Ju Lin, "A Comparative Performance Study of Wi reless and Power Line Networks", IEEE Communication Magazine, April, 2003, p54 - p63)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0018] しかしながら、上述した従来のシステムでは、複数の通信システム間で AV— QoS を確保することができない。すなわち、共存信号 1401及び 1402を送信する通信システムは、宅内において AV— QoSを確保しょうとしている通信システムとは異なっている。異なる通信システムが共存信号を送信する場合には、通信システム間のクロックの同期が一致していないことから、 AV— QoSを確保すべき宅内系通信システムのビーコン 1201と当該共存信号との位相は一致せず、時間の経過と共にずれていく。

[0019] よって、図 24に示すように、ある共存信号の直後の共存周期内では宅内系通信システム 1のスロット内の最初にビーコン 1201を送信していたとしても、何周期か後の共存周期内の宅内系通信システム 1のスロット内ではビーコンが後方にずれてしまう。このため、ビーコン 1201の時間指定によって送信を開始する宅内系通信システム 1システム内の端末の送信時間は、他の共存システムの時間スロット内にずれ込んでしまい、双方のシステムが衝突して共存関係が維持できなくなる。つまり、 AV-QoS も維持できなくなってしまう。

[0020] なお、アクセス系通信システムは、多数の家庭にサービスを行う性格上、共存制御のマスタとして自身のタイミングで宅内系通信システムを共存させるため、アクセスサ一ビス内の QoSは比較的容易にとることが可能である。また、宅内系通信システムでも、ベストエフオートの CSMAによるアクセス制御を行う場合には、自端末が具備する共存制御部の指示に従って容易に送信を制御することが可能である。

[0021] それ故に、本発明の目的は、複数の異なる通信システム、特に電力線通信のようにキャリアセンス機構のみによって通信信号の有無を判定することが困難な通信システムにおいて、 AV— QoSを満たしつつ共存を可能とする通信装置及び共存方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0022] 本発明は、時分割によつて同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う 1つ以上の宅内系通信システム、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する 1つのアクセス系通信システムに属する、基準信号に基づいて QoSを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置及び方法に向けられている。

[0023] そして、上記目的を達成させるために、本発明の通信装置は、電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部と、基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行う TDM共存制御部と、基準点に同期して、基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部とを備えている。

[0024] 好ましくは、電力基準点抽出部は、商用電源のゼロクロス点を基準点として定める力商用電源のゼロクロス点力も 60度の整数倍だけ位相がシフトした地点を基準点として定める。また、典型的な基準信号は、ビーコンである。

発明の効果

[0025] 上記本発明によれば、各端末が占有して使用できる送受信時間をビーコンを用いて一括して通知する帯域設定方法と、複数の異なる通信方法の通信システムを時分割により共存させる方法とを併用することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図

[図 2A]図 2Aは、宅内系通信システム 110の宅内系親局 111の詳細な構成例を示す図

[図 2B]図 2Bは、宅内系通信システム 110の宅内系子局 112の詳細な構成例を示す図

[図 2C]図 2Cは、アクセス系通信システム 120のアクセス系子局 122、及び宅内系通信システム 130の宅内系親局 131及び宅内系子局 132の詳細な構成例を示す図 [図 3]図 3は、電力基準点抽出部 203及び共存信号送受信部 204の動作を説明するタイミング図

[図 4]図 4は、ゼロクロス点を基準点にした各種信号のタイミングを示す図

[図 5]図 5は、第 1の実施形態の通信システムが行う共存処理を説明するタイミング図 [図 6A]図 6Aは、宅内系親局 111の定常状態における共存処理の動作を説明するフ口¹ ~~チヤ¹ ~~卜

[図 6B]図 6Bは、宅内系親局 111の定常状態における共存用 TDMスロットの計数及びビーコンの送信処理の動作を説明するフローチャート [図 7]図 7は、アクセス系子局 122、宅内系親局 131、及び宅内系子局 132の定常状態における共存処理の動作を説明するフローチャート

圆 8]図 8は、第 1の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図

圆 9]図 9は、第 1の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図

圆 10]図 10は、第 1の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図

[図 11]図 11は、共存信号のフォーマット例を示す図

[図 12]図 12は、本発明の第 2の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図 [図 13]図 13は、本発明の第 2の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図 [図 14]図 14は、本発明の第 2の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図 [図 15]図 15は、本発明の第 2の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図

[図 16]図 16は、本発明の第 2の実施形態に係る通信装が行う共存処理の一例を示す図

[図 17]図 17は、本発明の第 2の実施形態に係る通信装が行う共存処理の一例を示す図

[図 18]図 18は、宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例

[図 19]図 19は、宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例

[図 20]図 20は、宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例

[図 21]図 21は、イーサネット (登録商標）とのブリッジとして実装された、一般的な電力線通信モデムの内部構成を示す図

[図 22]図 22は、 AV— QoSを保って通信する従来の電力線通信方法のタイミングを示す図 [図 23]図 23は、複数の電力線モデムを共存させる従来の通信システム構成例を示す図

[図 24]図 24は、図 23に示す従来の通信システムが行う共存処理を説明するタイミング図

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。なお、下記の各実施形態では、通信媒体が電力線である場合を説明しているが、通信媒体は無線であってもよいし、電力線以外の有線であってもよい。

[0028] (第 1の実施形態）

第 1の実施开態では、時分割多重（TDM : Time Division Multiplexing)手法を用いて、 3つの通信システムを共存させる例を説明する。

図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図である。この第 1の実施形態では、 3つの通信システムとして、宅内系通信システム 110及び 130と、アクセス系通信システム 120とが定義されている。なお、図 1に示した通信システムの構成は一例であり、宅内系通信システム 110と宅内系通信システム 130とが同一の家屋内に存在していてもよいし、宅内系通信システムが 3 つ以上存在していてもよい。

[0029] 宅内系通信システム 110は、宅内に配線された電力線 113を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム 120との共存を制御する宅内系親局 111と、宅内系親局 111以外の宅内系子局 112とによって構成される。宅内系親局 111は、アクセス系通信システム 120に属する局が送信する共存信号を受信し、宅内系子局 112へ伝える機能を有する通信装置である。宅内系親局 111は、一般的には宅内に唯一存在しており、固定的に指定されてもよいし、運用中に動的に決定又は変更されてもよい。宅内系子局 112は、宅内系親局 111の制御下で動作する通信装置であり、 1つの宅内系通信システム 110内において 1台以上存在する。

[0030] 宅内系通信システム 130は、宅内に配線された電力線 133を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム 120との共存を制御する宅内系親局 131と、宅内系親局 131以外の宅内系子局 132とによって構成される。この宅内系親局 131 及び宅内系子局 132は、それぞれ宅内系通信システム 110の宅内系親局 111及び宅内系子局 112と同じ装置構成、機能、及び役割を有する。

[0031] アクセス系通信システム 120は、宅内の電力線 113、宅内から電柱 123上に配された柱上トランス 126までの低圧配電線 124、さらには柱上トランス 126から変電所（図示せず)への中圧配電線 125を利用する電力線通信システムである。このアクセス系通信システム 120に属する通信装置のうち、宅内系通信システム 110と干渉を起こす範囲に位置するものには、アクセス系親局 121と、宅内に設置されたアクセス系宅内機（以下、アクセス系子局と記す） 122とが存在する。アクセス系親局 121は、図 1のように柱上トランス 126とは別の通信装置として設置されてもよいし、柱上トランス 126に内蔵されてもよい。さら〖こは、電力線が地底配線されている場合等も考慮すると、ァクセス系親局 121は、柱上トランス 126以外のし力るべき機器に内蔵されていてもよい

[0032] なお、アクセス系子局 122を宅外の低圧配電線 124上に配し、アクセス系子局 122 内に宅内系通信システム 110の通信機能を持たせる等の手法を取ることもできる。また、図 1では省略しているが、宅内系通信システム 110とアクセス系通信システム 120 とは、宅内系親局 111とアクセス系子局 122とをイーサネット（登録商標）や無線 LA N等を介して接続する、又は宅内系親局 111とアクセス系子局 122とを単一の装置とする等によって、相互通信が可能となる。

[0033] この第 1の実施形態では、各通信システム 110〜130に属する各局力例えば 2M Hz〜30MHzの周波数帯域を使用できる機能を備えて、るものとする。この周波数帯域は、各通信システム 110〜130が互いの通信を妨害することなく共存するための共存信号の送受信、及び各通信システム内部におけるデータ通信のために用いられる。アクセス系通信システム 120は、この周波数帯域を使用した一部又は全部の時間を優先的に利用することができる。宅内系通信システム 110及び 130は、後述する共存信号によってアクセス系通信システム 120が利用している時間を検出し、ァクセス系通信システム 120が利用して、な、時間を、後述する共存信号を用いて時分割することで共用する。アクセス系通信システム 120が存在しない場合は、宅内系通信システム 110及び 130が時間を 2分割して使用することができる。 [0034] 次に、図 2A〜図 2C及び図 3をさらに参照して、図 1における宅内系通信システム 1 10が周期的な基準信号を出力する機能を用いて自身の QoSを確保する通信システムであり、アクセス系通信システム 120及び隣家の宅内系通信システム 130は QoSをサポートしな!/、システムである場合の、各局の詳細な構成及び共存信号の送受信動作を説明する。なお、以下の実施形態では、宅内系通信システム 110が出力する周期的な基準信号がビーコンである場合を例に説明する。

[0035] 図 2Aは、宅内系通信システム 110の宅内系親局 111の詳細な構成例を示す図である。この宅内系親局 111は、ビーコン送信タイミング決定部 202と、電力基準点抽出部 203と、共存信号送受信部 204と、 TDM共存制御部 205と、モデム信号送受信部 206とを備える。なお、本実施形態では、共存信号を制御する親局が QoSビーコンを送信する機能をも有している場合を説明するが、このビーコン機能は共存信号を制御する親局とは異なる装置が有してヽても構わな、。

[0036] 図 2Bは、宅内系通信システム 110の宅内系子局 112の詳細な構成例を示す図である。この宅内系子局 112は、ビーコン送信タイミング決定部 202と、モデム信号送受信部 206とを備える。

[0037] 図 2Cは、アクセス系通信システム 120のアクセス系子局 122、及び宅内系通信システム 130の宅内系親局 131及び宅内系子局 132の詳細な構成例を示す図である。これらの各局は、電力基準点抽出部 203と、共存信号送受信部 204と、 TDM共存制御部 205と、モデム信号送受信部 206とを備える。

[0038] 図 3は、電力基準点抽出部 203及び共存信号送受信部 204の動作を説明するタイミング図である。この図 3の例では、欧州で主に使用されている三相交流電源について記載しているが、本発明は、日本、米国、及びアジアを含む二相三線式や、その他すベての国の電力線に対して効果を発揮するものである。

[0039] 図 3に示す 3つの交流電源 301〜303は、各々 60度ずつ位相がシフトしている。こうした多相の電力系統は、宅内で各相に分けて配線されているため、電気機器はいずれ力 1つの位相の電力し力検出することができない。よって、位相の異なる配線に接続された電気機器間では、ゼロクロス点を基準点に選んでも位相のずれが生じてしまう。そこで、各電気機器は、自身が検出したゼロクロス点を基準点にして、それから 60度毎に基準点を選べば、全ての電気機器と基準点を一致させることができる。

[0040] この様子を図 4に示す。図 4の（a)は、図 2に示した電力基準点抽出部 203の内部信号であり、 1つの交流信号のゼロクロス点毎にパルスを発生している。図 4の（b)は、電力基準点抽出部 203の出力信号であり、（a)に示した内部信号を基準に 60度毎にパルスを発生している。

[0041] 共存信号送受信部 204は、共存する通信システムに共通の時間スロットを、基準点を基準に予め定義しておき、自通信システムの存在と共存する他の通信システムの存在とを通知し合うことを行う。ここでは、アクセス系を含めた 3つの通信システムが、 TDM方式による共存信号を用いて共存する例を説明する。なお、共存信号は、 FD M方式や FDMと TDMとのハイブリッド方式であってもよい。

[0042] 共存信号 305は、同期点を基準に配置され、同期点からの時間によって複数のスロットが設定されている。各通信システムは、電力線を使用する場合は該当するスロットに特定の信号を送信する。特定の信号とは、例えば既知の関数で表される OFD M信号が考えられる。この関数を知る通信システムは、特定の信号を検出することができ、スロットの使用を知ることができる。共存関係にある各通信システムは、基準点毎に共存信号 305の検出を試みる。共存信号 305を検出できない場合、通信システムは、共存する他の通信システムが存在しないと判断し、予め決められた共存周期毎の基準点のタイミングで共存信号を送信する。一方、共存信号 305を検出した場合、通信システムは、共存周期、及び TDM周期と使用する順番 (TDMスロット）を決定する。この検出された共存信号 305の情報は、 TDM共存制御部 205に通知される。

[0043] 共存信号 305において 1つの通信システムの存在しか検出されない場合は、その通信システムが TDM周期の全ての時間（TDMスロット）を占有できる（図 4の（c) )。共存信号 305に 2つの通信システムの存在が検出された場合は、例えばその 2つの通信システムで TDM周期の時間を 2分割できる（図 4の（d) )。共存信号 305に 3つの通信システムの存在が検出された場合は、例えばその 3つの通信システムで TDM 周期の時間を 3分割できる（図 4の（e) )。なお、アクセス系通信システムは全時間の 1 Z2を使用して残りの時間を宅内系通信システムで等分する、等といった設定が予め決められているのであれば、もちろんその設定に準じた分割 z割り当てが行われることになる。

[0044] TDM共存制御部 205が、自通信システムが使用する TDMスロットを決定すると、モデム信号送受信部 206は、その TDMスロットにだけモデム信号を送信し、この TD Mスロットだけを受信する。

[0045] これにより、宅内系親局 111のビーコン送信タイミング決定部 202は、共存する他通信システムとの同期情報及び共存すべき通信システム数を、より具体的には自通信システムの送信タイミングを、電力基準点抽出部 203及び TDM共存制御部 205から事前に知ることが可能となる。

[0046] さらに特筆すべきことは、 TDM周期のタイミングは電力系統に同期しているため、電力基準点抽出部 203からの情報に基づいて、ビーコン送信タイミングを電力系統に同期させれば、図 5に示すような送信時間アロケーションを事前に決定し、ビーコンの中に容易に設定することができる。図 5において、自通信システムの送信時間を、同期の取れたクロックに対して予め設定できるため、時分割された複数の TDMスロットに渡って自通信システムの子局が送受信するタイミングをビーコン 501の中で通知することが可能となる。よって、子局は、自分の親局が指定する時間に送受信を行うだけで、自通信システムに設定された TDMスロット 502の中で送受信を行うことができる。

[0047] ここで、宅内系親局 111の定常状態における共存処理の動作フローを図 6Aに、共存用 TDMスロットの計数及びビーコンの送信処理を図 6Bに示す。ここでの定常状態とは、局の起動時や異常動作時等を除いた通常動作状態のことであり、図 6Aでは、その定常状態におけるデータ通信や機器制御等の共存処理関連を省略したものを示している。

[0048] 図 6Aでは、宅内系親局 111は、ゼロクロス点を検出すると (ステップ S601)、共存信号の送信タイミングであるカゝ否かを判断する (ステップ S602)。共存信号の送信タイミングでなければ、宅内系親局 111は、ゼロクロス点の検出を継続して行う。共存信号の送信タイミングであると判断すれば、宅内系親局 111は、共存信号を送信する（ステップ S603)。 [0049] 図 6Bでは、宅内系親局 111は、ゼロクロス点を検出すると (ステップ S604)、ゼロクロス点を更新した後（ステップ S605)で、ゼロクロス点を基準として TDMスロットの時間を計数する (ステップ S606)。一方、ゼロクロス点を検出しない場合には、宅内系親局 111は、ゼロクロス点を更新せずに、以前に検出されたゼロクロス点を基準にした TDMスロットの時間計数を継続して行う（ステップ S606)。以上の動作は、ビーコン送信時間まで繰り返され (ステップ S607)、ビーコン送信時間になると、宅内系親局 111は、その時間における TDMスロットが自通信システムが使用してもよい TDM スロットである力否かを判断する（ステップ S608)。そして、宅内系親局 111は、自通信システムの TDMスロットであると判断すればビーコンを送信し (ステップ S609)、自通信システムの TDMスロットでなヽと判断すればビーコン送信は保留されて、上記ステップ S604〜S606力繰り返し行われる。

[0050] さらに、アクセス系子局 122、宅内系親局 131、及び宅内系子局 132の、定常状態における共存処理関連の動作フローを図 7に示す。アクセス系子局 122、宅内系親局 131、及び宅内系子局 132は、ゼロクロス点を検出すると (ステップ S701)、共存信号の送信タイミングであるカゝ否かを判断する (ステップ S702)。共存信号の送信タイミングでなければ、アクセス系子局 122、宅内系親局 131、及び宅内系子局 132は、ゼロクロス点の検出を継続して行う。共存信号の送信タイミングであると判断すれば、アクセス系子局 122、宅内系親局 131、及び宅内系子局 132は、共存信号を送信する（ステップ S 703)。

[0051] 次に、共存信号を拡張した具体例を説明する。

図 8は、アクセス系通信システム 120と複数の宅内系通信システム 110及び 130とが時分割多重で共存する場合における、共存信号、 TDMスロット、ビーコン、及びデ一タスロットのタイミングを示す図である。図 8では、 TDM周期内に 5つの TDMスロッ HD— Slot、 S— Slotl〜4)を設定している。 S— Slot3及び 4は、アクセス系通信システム 120が占有するスロットである。 S— Slotl及び 2は、アクセス系通信システム 1 20及び宅内系通信システム 110及び 130のいずれもが宣言することで継続使用可能なスロットである。 D— Slotは、共存信号で D— Slotを使用することを宣言した最大 3つの通信システム力交互に使用できるスロットである。この D— Slotは、不規則でバースト的に発生するデータを、ダイナミックに効率よく取り扱うために導入された TD Mスロットである。なお、 D— Slotの使用を宣言する通信システムが 1つである期間中は、 D— Slotは S— Slotと同義となる。

[0052] 図 9は、アクセス系通信システム 120と複数の宅内系通信システム 110及び 130とが周波数分割多重で共存する場合における、共存信号、 TDMスロット、ビーコン、及びデータスロットのタイミングを示す図である。図 9では、上述した TDMによる共存制御と共に、アクセス系通信システム 120はチャネル #Xを優先的に使用し、宅内系通信システム 110及び 130はチャネル # Yを使用することが定められて!/、る。この場合、アクセス系通信システム 120が存在しなければ、チャネル #Xを宅内系通信システム 110及び 130が使用することも可能である（図 10を参照）。

[0053] また、図 11は、上記共存方法に対応できるよう拡張した共存信号のフォーマット例を示す図である。図 11に示す共存信号は、時分割で定義されたスロット A、 H1〜H4 、 JL、 JH、 Ba〜Bc、及び Xと、周波数分割で定義されたチャネル #X及び #Yとで構成される。スロット Η1〜Η4は、それぞれ S— Slotl〜4に対応している。スロット JL及び JHは、新規に S— Slotを使用したい通信システム力すでに使用している通信システムに対して Join要求を行う場合に用いられる。例えば、通信システム Aが S— Slo tl〜4の全てを使用している場合には、共存信号のスロット H1〜H4はすでに使用されている。よって、以後共存したい他の通信システム Bは、スロット H1〜H4ではなぐスロット JL及び JHに信号を送信することによって、通信システム Aにスロットの開放を要求する。スロット JLとスロット JHとの違いは、優先度の違いである。通信システム Aは、要求スロットの優先度と自己の優先度との比較により、 S— Slotのどれだけを開放するかを自ら判断することができる。また、スロット Ba〜Bcは、 D— Slotを制御するためのスロットである。 Xスロットは、通信システム間の共存信号周期の再同期を要求するスロットである。これらスロット Ba〜Bc及び Xの制御方法については、本発明の対象外であるのでここでは説明を省略する。

[0054] 以上のように、本発明の第 1の実施形態に係る通信装置を用いた通信システム及び共存方法によれば、各端末が占有して使用できる送受信時間をビーコンを用いて一括して通知する帯域設定方法と、複数の異なる通信方法の通信システムを時分割により共存させる方法とを併用することが可能となる。

[0055] (第 2の実施形態）

複数の通信システムを時分割により共存させる方法は、各通信システムが他の通信システムが送信する共存信号に基づいて制御を行う。このため、直接には通信信号が届かない関係にある 2つの通信システムも、介在する他の通信システムによって共存同期が取られている場合もあり得る。

[0056] ところが、宅内系通信システムに属する電気機器は、常に電源が入れられている機器だけではなぐ使うときにだけ電源が入れられる機器も存在する。このため、上記のような介在する他の通信システムが電源オフになった場合、直接には通信信号が届かない関係にある 2つの通信システムの同期関係が崩れる。よって、次に、介在する他の通信システムが電源オン時した時には、最初から共存同期制御を行わなければならないという問題がある。すなわち、特定の通信システムの電源がオフ Zオンされることで、システム全体の同期が乱れてしまうといった事態が発生し得る。

[0057] 例えば、図 12に示すように、通信システム 1210及び 1230力通信システム 1220 を介在して同期していた状態を考える。この状態で通信システム 1220の電源がオフされた場合、通信システム 1210及び 1230は、相手が送信する共存信号を相互に受信できなくなる。よって、通信システム 1210及び 1230は、各々独自の送信タイミングで共存信号を送信することになる。この結果、 2つの通信システム 1210及び 1230の親局が有するクロックの精度差に応じて、互、の共存信号の送信タイミングがずれてしまう（図 13)。このため、この状態から通信システム 1220の電源を再びオンにしても、一方の通信システムの共存信号に同期すれば他方の通信システムと干渉を起こすことになる（図 14)。

[0058] そこで、第 2の実施形態では、上記問題を解決する手法を説明する。

図 15は、本発明の第 2の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図である。この第 2の実施形態の通信システムは、上記第 1の実施形態の通信システムに隣家の宅内系通信システム 140をさらに加えた構成である。もちろん、図 15に示した通信システムの構成は一例であり、宅内系通信システム 110と宅内系通信システム 130とが同一の家屋内に存在していてもよいし、宅内系通信システム力つ以上存在していてもよい。なお、上記第 1の実施形態と同一の構成については、説明を省略する。

[0059] 宅内系通信システム 140は、宅内に配線された電力線 133を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム 120との共存を制御する宅内系親局 141と、宅内系親局 141以外の宅内系子局 142とによって構成される。この宅内系親局 141 及び宅内系子局 142は、それぞれ宅内系通信システム 110の宅内系親局 111及び宅内系子局 112と同じ装置構成、機能、及び役割を有する。

[0060] この実施形態では、宅内系通信システム 110、 130、及び 140の 3つの通信システムが、上記第 1の実施形態で説明した手順に従って共存制御関係をすでに構築している場合を説明する。また、宅内系通信システム 140は、宅内系通信システム 110とは、電力線上での距離が離れている等の理由により、相互に通信信号が届かない関係にあるものとする。これは、宅内系通信システム 130が存在しなければ、宅内系通信システム 110と宅内系通信システム 140とは共存すべき関係にないことを意味する

[0061] アクセス系通信システム 120が送信する共存信号を基準として、まず宅内系通信システム 110がこの共存信号に同期し、自己の情報を含めた共存信号を送信する。次に、宅内系通信システム 130がこの共存信号に同期し、自己の情報をさらに加えた共存信号を送信する。最後に、宅内系通信システム 140が、この共存信号に同期して、さらに自己の情報を加えた共存信号を送信する。これにより、この宅内系通信システム 110、 130、及び 140は、共存制御関係を構築する。この様子を図 16に示す。

[0062] この状態で宅内系通信システム 130の電源がオフされた場合、宅内系システム 11 0及び 140は、相手が送信する共存信号を相互に受信できなくなる（図 17)。よって、宅内系システム 110及び 140は、各々独自の送信タイミングで共存信号を送信することになる。

[0063] しかし、本発明では、宅内系システム 110及び 140は、共通の商用電源に同期した一定の間隔で共存信号を送信し続けるため、その送信タイミングは保たれたままである。よって、その後再び宅内系通信システム 130の電源がオンされても、宅内系通信システム 110の共存信号と宅内系通信システム 140の共存信号との同期が保たれているため、宅内系通信システム 130は、この同期のとれたタイミングで共存信号を送信することが可能となる。

[0064] 以上のように、本発明の第 2の実施形態に係る通信装置を用いた通信システム及び共存方法によれば、共存信号の送信タイミングを商用電源に同期させているので、共存する通信システムが安定して動作し続けることが可能となる。よって、共存する通信システムが起動停止するたびに QoS品質が損なわれるという従来の欠点を、大幅に改善することができる。

[0065] なお、上記した各実施形態は、記憶装置 (ROM、 RAM,ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータ力 CPUによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上カゝら直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、 ROMや RAMやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクゃハードディスク等の磁気ディスクメモリ、 CD— ROMや DVDや BD等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。

[0066] また、各実施形態で説明したビーコン送信タイミング決定部、電力基準点抽出部、共存信号送受信部、 TDM共存制御部、モデム信号送受信部等の各機能ブロックは、典型的には集積回路である LSI (集積度の違いにより、 IC、システム LSI、スーパー LSI,又はウルトラ LSI等と称される）として実現される。これらは、個別に 1チップィ匕されてもよいし、一部又は全部を含むように 1チップ化されてもよい。また、 1つの通信システム内における通信に関与する部分と共存信号の送受信に関与する部分とが、それぞれ個別の LSIとしてチップィ匕されてもょ、。

また、集積回路化の手法は、 LSIに限るものではなぐ専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、 LSI製造後にプログラムすることが可能な FPGA (Field Pr ogrammable Gate Array )や、 LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギユラブル ·プロセッサを利用してもよ、。

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別の技術により、 LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然その技術を用いて機能ブロックの集積ィヒを行ってもよ、。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。

[0067] 本発明を含む宅内系通信装置は、イーサネット (登録商標)インタフェース、 IEEE1 394インタフェース、及び USBインタフェース等の信号インタフェースを、電力線通信のインタフェースに変換するアダプタの形態を採用することによって、各種のインタフエースを有するパソコン、 DVDレコーダ、デジタルテレビ、及びホームサーバシステム等のマルチメディア機器に接続することができる。これによつて、電力線を媒体としたマルチメディアデータ等のデジタルデータを高速伝送するネットワークシステムを構築することが可能となる。この結果、従来の有線 LANのようにネットワークケーブルを新たに敷設することなぐ家庭やオフィス等にすでに設置されている電力線をそのままネットワーク回線として利用できるので、コスト面及び設置の容易性力もその利便 '性は大きい。

[0068] また、将来的には、上述したマルチメディア機器が本発明を含む機能を内蔵することにより、マルチメディア機器の電源コードを介して機器間のデータ伝送が可能になる。この場合、アダプタやイーサネット（登録商標）ケーブル、 IEEE1394ケーブル、及び USBケーブル等が不要になり、配線が簡略化される。また、ルータを介したインターネットへの接続や、無線 LANや従来の有線ケーブルの LANにハブ等を用いて接続することができるので、本発明の高速電力線伝送システムを用いた LANシステムの拡張に何らの問題も生じない。また、電力線伝送により電力線を介して流される通信データは、電力線に直接接続して傍受する以外に無線 LANで問題となる傍受によるデータ漏洩の問題が生じないので、電力線伝送方式は、セキュア面からのデータ保護にも効果を有する。もちろん、電力線上を流れるデータは、例えば IPプロトコルにおける IPSec、コンテンツ自身の暗号化、その他の DRM方式等で保護されている。

[0069] 従来の電力線通信に比べ、上記のコンテンツ暗号化による著作権保護機能や、本発明の効果である効率的な通信メディアの利用、さらには QoS (Quality of Service) 機能を実装することによって、電力線を用いた高品質な AVコンテンツの伝送が可能となる。

産業上の利用可能性本発明は、複数の相互接続不可能な通信システムが同一通信媒体上で各々他の通信システムに妨害されることなく通信を行う場合等に利用可能であり、特に電力線や無線を通信媒体として用いるモデム及びこれらの通信機能を有する各種の電気機器等に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 時分割によつて同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う 1つ以上の宅内系通信システム (110,130)、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する 1つのアクセス系通信システム (120)に属する、基準信号に基づいて QoS を確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置 (111)であって、

電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部 (203)と、前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行う TDM共存制御部 (205)と、

前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部 (202)とを備える、通信装置。

[2] 前記電力基準点抽出部 (203)は、商用電源のゼロクロス点を、前記基準点として定めることを特徴とする、請求項 1に記載の通信装置。

[3] 前記電力基準点抽出部 (203)は、商用電源のゼロクロス点から 60度の整数倍だけ位相がシフトした地点を、前記基準点として定めることを特徴とする、請求項 1に記載の通信装置。

[4] 前記基準信号がビーコンであることを特徴とする、請求項 1に記載の通信装置。

[5] 時分割によつて同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う 1つ以上の宅内系通信システム (110,130)、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する 1つのアクセス系通信システム (120)に属する、基準信号に基づいて QoS を確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置 (111)が行う方法であって、電力線上の商用電源の基準点を抽出し、

前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行い、

前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する、方法。

[6] 時分割によつて同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う 1つ以上の宅内系通信システム (110,130)、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する 1つのアクセス系通信システム (120)に属する、基準信号に基づいて QoS を確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置 (111)に用いられる集積回路であつて、

電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部 (203)、

前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行う TDM共存制御部 (205)、及び

前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部 (202)として機能する回路を集積する、集積回路。