WO2007116835A1 - 通信システム間の共存を可能にする通信装置 - Google Patents

通信システム間の共存を可能にする通信装置 Download PDF

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WO2007116835A1
WO2007116835A1 PCT/JP2007/057224 JP2007057224W WO2007116835A1 WO 2007116835 A1 WO2007116835 A1 WO 2007116835A1 JP 2007057224 W JP2007057224 W JP 2007057224W WO 2007116835 A1 WO2007116835 A1 WO 2007116835A1
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WO
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communication
time
cycle
coexistence
power supply
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/057224
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shigekiyo Nosaka
Go Kuroda
Koji Ikeda
Akio Kurobe
Original Assignee
Panasonic Corporation
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0602—Systems characterised by the synchronising information used
    • H04J3/0605—Special codes used as synchronising signal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/544—Setting up communications; Call and signalling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5429—Applications for powerline communications
    • H04B2203/5445—Local network

Definitions

  • the present invention relates to a communication device that enables coexistence between a plurality of communication systems, and more specifically, in a plurality of communication systems that use the same communication medium, time division multiplexing (TD M: Time Division).
  • TD M Time Division
  • the present invention relates to a communication device that can share communication resources by Multiplexing.
  • PLC power line communication
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a general communication system when accessing the Internet.
  • a personal computer 2501 is connected to the Internet 2522 via an Ethernet (registered trademark) 2511, a broad node router 2502, and an access line 2512.
  • Ethernet registered trademark
  • For the access line 2512 ADSL or FTTH is generally used.
  • power line communication devices include power line communication media and Ethernet ( (Registered trademark) and a conversion adapter are commercialized in the form.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a communication system using a conversion adapter.
  • two power line communication-Ethernet (registered trademark) conversion adapters 2601 and 2602 are connected to power outlets in a home network 2521 where a personal computer 2501 and a broadband router 2502 are installed.
  • Best F Auto communication is realized by power line communication via As described above, when the power line communication technology is used, wiring work is not required and high-speed communication can be realized only by inserting a power plug into a power outlet in the house.
  • FIG. 14 is a block diagram showing an internal configuration of a general power line communication modem implemented as a bridge with Ethernet (registered trademark) 2811.
  • the power line communication modem includes an AFE (Analog Front End) 2801, a digital modulation unit 2808, a communication control unit 2809, and an Ethernet (registered trademark) IZF unit 2810.
  • AFE2801 is BPF (Band-Pass Filter) 2802, AGC (Automatic Gain Control) 2803, A / D Converter 2804, LP F (Low-Pass Filter) 2805, PA (Power Amplifier) 2806, and D / A Converter Includes 2807. The operation of this power line communication modem will be described below.
  • the communication control unit 2809 determines the state of the communication path and outputs frame data to the digital modulation unit 2808 at a timing to be applied.
  • the digital modulation unit 2808 performs error correction addition, encoding, framing, and the like to modulate the frame data into a transmission data string.
  • the DZA conversion unit 2807 converts the transmission data string from a digital signal to an analog signal.
  • the PA2806 amplifies the analog signal.
  • the LPF 2805 cuts signals other than the communication band component from the amplified analog signal and injects only the communication band component into the power line.
  • a signal in the communication band is extracted by the BPF 2802.
  • the AGC 2803 amplifies the extracted signal.
  • the AZD conversion unit 2804 converts the amplified analog signal into digital data.
  • the digital modulator 2808 performs frame synchronization detection, equalization, inverse encoding, error correction, etc. on digital data, and receives Demodulated as data and notified to the communication control unit 2809. Thereafter, the received data is transmitted from the Ethernet (registered trademark) IZF unit 2810 to the Ethernet (registered trademark) 2811 as an Ethernet (registered trademark) frame.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a communication system in which two power line communication devices 2701 and 2702 are added to the communication system shown in FIG.
  • the power line communication Ethernet (registered trademark) conversion adapter 2601 and the power line communication-Ethernet (registered trademark) conversion adapter 2602 are both devices based on the communication method Ml and can communicate with each other.
  • both the power line communication device 2701 and the power line communication device 2702 are devices based on the communication method M2, and can communicate with each other.
  • a device based on the communication method Ml and a device based on the communication method M2 cannot understand the signals transmitted by the other device.
  • FIG. 16A is a diagram showing a state of data communication between the power line communication—Ethernet (registered trademark) conversion adapter 2601 and the power line communication—Ethernet (registered trademark) conversion adapter 2602.
  • FIG. 16B is a diagram showing a state of data communication between the power line communication device 2701 and the power line communication device 2702.
  • FIG. 16C is a diagram in which the data communication of FIG. 16A and FIG. 16B is displayed superimposed on the time axis and the frequency axis.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents frequency.
  • the power line communication—Ethernet® conversion adapter 2601 and the power line communication—Ethernet® conversion adapter 2602 use the frequency fa force fb, data 2901, 2902 and 2903 communications are implemented.
  • the power line communication device 2701 and the power line communication device 2702 perform communication of data 2911, 2912, and 2913 using the frequency fc force of fd.
  • FIG. 16C it can be seen that data 2901 and data 2911 are transmitted using the same time and the same frequency band.
  • data 2903 and data 2913 use the same time and the same frequency band. Has been sent.
  • CSMA Carrier Sensing Multiple Access
  • a different type of power line communication system in the example shown in Fig. 15, power line communication-Ethernet (registered trademark) conversion adapter 2601 and Power line communication—Power line communication system including Ethernet (registered trademark) conversion adapter 2602 and power line communication apparatus including power line communication device 2701 and power line communication device 2702) are used in home network 2521.
  • the signal transmitted by the power line communication system of the other system to the communication path looks like noise. For this reason, if multiple power line communication systems simultaneously perform data communication, as shown in FIG. 16C, they interfere with each other and the communication speed is greatly reduced.
  • Non-Patent Document 2 discloses a method in which a power line communication system based on a plurality of different communication methods uses a power line communication medium in a time-sharing manner using a signal synchronized with an AC power supply cycle.
  • FIG. 17 is a diagram simply showing a conventional method of sharing a power line communication medium by time division disclosed in Non-Patent Document 2.
  • the time tl when the phase of the sine wave waveform of the AC power supply voltage 3011 is 0 degrees and the time t2 when the time corresponding to two power supply cycles has elapsed from the time tl are defined. Furthermore, we define time ta after ⁇ from time tl and time tb after ⁇ from time t2.
  • the power line communication system using the method disclosed in Non-Patent Document 2 detects a time tl when the phase of the AC power supply voltage 3011 is 0 degrees, and detects it.
  • the time ta after ⁇ has elapsed is set as the synchronization start point, and the power line communication medium is shared in a time-sharing manner every time corresponding to two AC power supply voltage cycles from the time ta.
  • the section for each power line communication system to share the power line communication medium periodically is referred to as a coexistence communication section, and the period is referred to as a coexistence communication section period.
  • Non-Patent Document 2 a section that repeats every period corresponding to two AC power supply voltage periods starting from time ta force is a coexistence communication section, and the coexistence communication section period is two AC power supply voltage periods. It will be equivalent time.
  • each power line communication system transmits and receives a control signal called a beacon in the beacon area 3001 starting from the time ta, so that the data communication area 3002 following the beacon area 3001. The access right to the power line communication medium in is decided.
  • each power line communication device capable of transmitting and receiving a control signal called a beacon defined in Non-Patent Document 2 can share a power line communication medium.
  • Non-Patent Document 1 Yu-Ju Lin, et al., “A Comparative Performance Study of Wireless ana Power Line Networks”, i'Triple ' ⁇ Communication Magazine (IEEE Communication Magazine), April 2003, p54- p63.
  • Non-Patent Document 2 Home Plug 'Avi' White Paper (Home Plug AV White Paper)
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a problem in the conventional method of sharing a power line communication medium by time division described in Non-Patent Document 2. In the example of Fig.
  • the coexistence communication period is defined as the power supply cycle starting from the time when the phase of the AC power supply voltage 3111 waveform is 0 degrees. At time t (i), the phase of the AC power supply voltage 3111 waveform becomes 0 degrees, and coexistence communication section 1 starts from that time. Coexistence communication section 1 ends at time t (i + 1) when two cycles of AC power supply voltage 3111 have elapsed from time t (i), and the next coexistence communication section 2 is started. Coexistence communication section 2 ends at time t (i + 2) when two cycles of AC power supply voltage 3111 have passed since time t (i + l). Although not explicitly shown in FIG. 18, it can be considered that the next coexistence communication section starts from time t (i + 2) and the coexistence communication section is repeated every two cycles of AC power supply voltage 3111. .
  • noise 3112 synchronized with the AC power supply voltage 3111 exists on the power line communication medium.
  • the larger the amplitude of the noise 3112 waveform the stronger the noise.
  • relatively strong noise exists from the point where the phase of the AC power supply voltage 3111 is 0 degrees over a period of about 40% of the power supply cycle.
  • the communication system 1 occupies up to the time corresponding to 1Z3 of the coexistence communication section 1 as a whole, starting power of the coexistence communication section 1 starting from time t (i).
  • the communication system 2 occupies from immediately after the end of the occupation period of the communication system 1 to the time when 2Z3 of the entire coexistence communication section 1 elapses.
  • the communication system 3 occupies the period from the end of the occupation period of the communication system 2 to the end time t (i + l) of the coexistence communication section 1.
  • the communication system 1 occupies from the start time t (i + 1) of the coexistence communication section 2 to the time when 1Z3 of the entire coexistence communication section 2 elapses. Subsequently, the communication system 2 occupies the time until 2Z3 of the entire force coexistence communication section 2 elapses immediately after the occupation period of the communication system 1 ends. Further, the communication system 3 occupies from the end of the occupation period of the communication system 2 to the end time t (i + 2) of the coexistence communication section 2.
  • Figure 18 Although it is not explicitly shown, it may be considered that the communication systems 1 to 3 occupy the power line communication medium in the same scheduling as the coexistence communication sections 1 and 2 even in the coexistence communication section existing after the time t (i + 2). .
  • these regions 3103 and 3104 correspond to the first half of the occupation time zone of the communication system 1 and the second half of the occupation time zone of the communication system 2, respectively. Therefore, even in the coexistence communication section 2, the communication system 1 and the communication system 2 are both forced to communicate in a poor channel state for about half of the occupied time. The communication system 3 is always in a good channel state. You can communicate with. It can be easily estimated that such a communication situation is the same even when the coexistence communication section continues after time t (i + 2).
  • FIG. 18 unlike the communication system 1 and the communication system 2, the communication system 3 can always communicate in a good communication path state, and the occupation time is evenly distributed between the communication systems. Although divided, the communication path conditions are different, so even if a communication device with equivalent performance is used, there will be a large difference in the amount of data that can actually be communicated.
  • both the coexistence communication section and the noise 3112 are synchronized with the AC power supply voltage 3111 and cannot be avoided as long as the coexistence communication section is an integral multiple of the period of the AC power supply voltage 3111.
  • FIG. 18 shows the case where the noise 3112 has a period equal to the period of the AC power supply voltage 3111. However, there are many cases where the noise actually has a period equal to the half period of the AC power supply voltage 3111. To do.
  • the period when the noise 3112 is strong is about 40% of one cycle of the AC power supply voltage 3111, so if the coexistence communication period cycle is sufficiently smaller than 40% of one cycle of the AC power supply voltage 3111.
  • the state in which strong noise exists exists fairly for the occupation period of the power line communication medium of each communication system.
  • one cycle of the AC power supply voltage 3111 is 20 msec for a 50 Hz power supply and about 16.7 msec for a 60 Hz power supply, and 40% of that is about 6.7 msec for a 60 Hz power supply. If this time is further divided by a plurality of communication systems, the time during which one communication system can continuously occupy the power line communication medium becomes very short, resulting in a significant decrease in communication efficiency.
  • FIG. 19 is a diagram showing a general frame configuration in digital data communication.
  • data communication is generally performed in units of frames as shown in FIG. 19, and the frame carries a header 3201 that uses a relatively noise-resistant modulation method, user data, and the like.
  • Error detection Z correction code 3203 is a code for detecting whether or not a transmission error is mixed in payload 3202 during transmission, or correcting the mixed transmission error.
  • the header 3201 has a fixed length, and a fixed modulation method with a low transmission rate is often used for the header 3201.
  • the payload 3202 is often variable in length, and the modulation scheme used for the payload 3202 and the size of the payload 3202 are generally described in the header 3201.
  • the error detection Z correction code 3203 has a limit on the amount of error detection Z correction, and detection Z correction can be performed if the number of error bits mixed in the payload 3202 is within the error detection Z correctable range.
  • the header 3201 since the header 3201 has a fixed length and a payload 3202 force S variable length, the larger the proportion of the payload 3202 in the frame, the higher the transmission efficiency. That is, it can be seen that the larger the proportion of the payload 3202 in the frame, the greater the amount of user data that can be transmitted within a predetermined time. On the other hand, the larger the payload 3202, the greater the amount of transmission errors that are mixed in, so the possibility of transmission errors exceeding the detection Z correction capability of the error detection Z correction code 3203 increases. In digital data communication, this balance is achieved to achieve maximum data transmission efficiency. It is important to show it.
  • the coexistence communication period is set to a time sufficiently short relative to one period of the AC power supply voltage 3111, the ratio of the header 3201 and the error detection Z correction code 3203 in the frame configuration shown in FIG. As a result, the communication efficiency decreases. For this reason, as a method for solving the above problem, it is not realistic to set the coexistence communication section period to a value that is sufficiently short relative to one period of the AC power supply voltage 3111!
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and a specific communication system that does not significantly impair transmission efficiency when two or more communication systems share one communication medium in a time division manner. It is an object of the present invention to provide a communication device capable of avoiding only the influence of noise synchronized with the AC power supply cycle or a half cycle thereof.
  • the present invention is directed to a communication apparatus belonging to one of two or more communication systems capable of sharing one communication medium in a time division manner.
  • the communication device of the present invention determines the coexistence communication period period periodically assigned to each communication system when sharing one communication medium in a time division manner.
  • An arbitrary integer M: a half cycle of the AC power cycle
  • a synchronization signal transmitting / receiving unit configured to transmit and receive a synchronization signal for synchronization with the communication device.
  • the offset value A is LZM (L is an arbitrary real number satisfying 0 ⁇ L ⁇ M).
  • the synchronization signal transmission / reception unit may transmit / receive the synchronization signal using a predetermined time from the start time of the coexistence communication period determined by the communication control unit as a synchronization signal transmission / reception region.
  • the communication apparatus may further include a zero-cross detection unit that detects a zero-cross point of the AC power supply.
  • the communication control unit generates a synchronization signal based on the zero cross point detected by the zero cross detection unit.
  • the zero cross detection unit automatically detects a change in the AC power supply cycle.
  • the communication control unit determines the coexistence communication period according to the change in the AC power supply cycle detected by the zero cross detection unit.
  • Each process performed by each configuration of the communication apparatus described above provides a series of processing procedures. It can be understood as a method of trust. This method is provided in the form of a program for causing a computer to execute a series of processing procedures. This program may be installed in a computer in a form recorded on a computer-readable recording medium. Further, some of the functional blocks constituting the above-described communication apparatus may be realized as an LSI that is an integrated circuit.
  • the present invention it is possible to shift the timing of noise synchronized with the coexistence communication period and the AC power supply period or a half period thereof, and two or more communication system capabilities that do not significantly impair transmission efficiency.
  • the effects of noise can be made fair.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a communication system using a communication device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a communication device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a voltage waveform of the single-phase AC power supply in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a voltage waveform of the three-phase AC power supply in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a coexistence communication section in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a synchronization signal in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the coexistence state of the communication system in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a communication system using a communication device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of schedule information in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of values set in schedule information in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a network system in which the present invention is applied to power line transmission.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a general communication system when accessing the Internet.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a communication system using a conversion adapter.
  • FIG. 14 is a block diagram showing an internal configuration of a general power line communication modem.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a communication system in which two power line communication devices 2701 and 2702 are added to the communication system shown in FIG.
  • FIG. 16A is a diagram showing a state of data communication between the power line communication—Ethernet (registered trademark) conversion adapter 2601 and the power line communication—Ethernet (registered trademark) conversion adapter 2602.
  • FIG. 16B is a diagram showing a state of data communication between the power line communication device 2701 and the power line communication device 2702.
  • FIG. 16C is a diagram in which the data communication of FIG. 16A and FIG. 16B is displayed overlapping on the time axis and the frequency axis.
  • FIG. 17 is a diagram simply showing a conventional method of sharing a power line communication medium in a time division manner.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a problem in the conventional method of sharing a power line communication medium by time division.
  • FIG. 19 is a diagram showing a general frame configuration in digital data communication.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a communication system using the communication device according to the first embodiment of the present invention.
  • power line communication systems 100 and 110 are defined as two communication systems.
  • the configuration of the communication system shown in FIG. 1 is an example, and there may be three or more communication systems.
  • power line communication systems 100 and 110 are power line communication media (hereinafter simply referred to as “power line communication medium”). It is composed of a plurality of communication devices connected by 121).
  • the power line communication system 100 includes a master station 101, a slave station 102, a slave station 103, and a slave station 104.
  • the power line communication system 110 includes a master station 111, a slave station 112, and a slave station 113.
  • the master station 101 transmits schedule information and receives the schedule information from the slave station 102, the slave station 103, and the slave station 104, thereby performing communication within the power line communication system 100.
  • the master station 111 transmits schedule information
  • the slave station 112 and the slave station 113 receive the schedule information, thereby performing communication in the power line communication system 110.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the communication apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the configurations of the master station 101 and the master station 111 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a master station 101 and a master station 111 include an AFE (Analog Front End) 201, a digital modulation unit 208, a communication control unit 209, an Ethernet (registered trademark) iZF unit 210, and a synchronization signal transmission / reception unit 212. And a zero-cross detection unit 213.
  • AFE201 has BPF (Band-Pass Filter) 202, AGC (Automatic Gain Control) 203, A / D converter 204, LPF (Low-Pass Filter) 205, PA (Power Amplifier) 206, and DZA converter 206.
  • BPF Band-Pass Filter
  • AGC Automatic Gain Control
  • a / D converter 204 A / D converter
  • LPF Low-Pass Filter
  • PA Power Amplifier
  • DZA converter 206 DZA converter
  • Ethernet (registered trademark) frame is transmitted to the communication medium 121
  • the Ethernet (registered trademark) frame arrives through the Ethernet (registered trademark) 211
  • the Ethernet (registered trademark) IZF unit 210 is transmitted.
  • the communication control unit 209 is notified.
  • the communication control unit 209 outputs the frame data to the digital modulation unit 208.
  • the digital modulation unit 208 performs error correction addition, code encoding, framing, etc., and modulates frame data into a transmission data string.
  • the DZA conversion unit 207 converts the transmission data string from a digital signal to an analog signal.
  • the PA 206 amplifies the analog signal.
  • the LPF 205 cuts a signal other than the communication band component from the amplified analog signal and injects only the communication band component into the communication medium 121.
  • a signal in the communication band is extracted by the BPF 202.
  • the AGC 203 amplifies the extracted signal.
  • the AZD conversion unit 204 converts the amplified analog signal into digital data.
  • the digital modulation unit 208 performs frame synchronization detection, equalization, inverse encoding, error correction, and the like on the digital data, demodulates the received data, and notifies the communication control unit 209 of it. Thereafter, the received data is transmitted from the Ethernet (registered trademark) IZF unit 210 to the Ethernet (registered trademark) 211 as an Ethernet (registered trademark) frame.
  • the master station 101 and the master station 111 are synchronized by transmitting and receiving a synchronization signal to each other.
  • the synchronization signal transmission / reception unit 212 when receiving a synchronization signal, the synchronization signal transmission / reception unit 212 generates a bit string representing the content of the synchronization signal from the digital signal input from the AZD conversion unit 204 and passes it to the communication control unit 209.
  • the communication control unit 209 determines the time when the frame data can be transmitted / received by itself (and the communication system to which it belongs) based on the bit string representing the contents of the received synchronization signal, and schedules using the determined time zone. Information is generated, and the schedule information is notified to the slave stations belonging to the same communication system as the self through the DZA conversion unit 207, PA206, and LPF205.
  • the zero-cross detection unit 213 detects the zero-cross point of the AC power supply and notifies the communication control unit 209 of it.
  • the communication control unit 209 determines the configuration of the synchronization signal to be transmitted, determines the synchronization signal transmission timing based on the zero-cross point notified from the zero-cross detection unit 213, and notifies the synchronization signal transmission / reception unit 212 of these timings. .
  • the synchronization signal transmission / reception unit 212 generates a synchronization signal based on the information notified from the communication control unit 209, and transmits the generated synchronization signal from the communication control unit 209 via the DZA conversion unit 207, PA206, and LPF205. Send at the instructed timing.
  • FIG. 14 the configuration shown in FIG. 14 or the configuration shown in FIG. 2 may be used for the slave stations 102, 103, 104, 112, and 113 ⁇ .
  • the functional blocks of the BPF202, AGC203, and AZD converter 204 and the functional blocks of the LPF205, PA206, and DZA converter 207 are shared by frame data transmission / reception and synchronization signal transmission / reception. Forces You can add some or all of these functional blocks to send and receive synchronization signals without sharing these functional blocks.
  • Fig. 3 is a diagram showing the voltage waveform of a single-phase AC power supply used in Japan. Referring to FIG.
  • waveform 301 when the power line communication apparatus is used while plugged into an outlet, either waveform 301 or waveform 302 is obtained depending on the direction of insertion into the outlet.
  • the waveform 301 has a point whose phase is 0 degree at time tl, that is, a zero cross point. After that, at time t2 when the phase rotates 360 degrees, the phase becomes 0 degrees again.
  • the waveform 302 has an opposite phase to the waveform 301, and has a phase of 0 degree at time t3 located between time tl and time t2.
  • Any electrical device that receives power supply from an outlet can detect the voltage waveform of either waveform 301 or waveform 302, and the phase of the detected voltage waveform is 0 degrees and 180 degrees.
  • the point As the synchronization signal transmission timing, synchronization with other power line communication devices becomes possible.
  • the base signal is a point where the phase is 0 degree and 180 degrees, and the phase of the synchronization signal is an integer multiple of 180 degrees. Even with the transmission / reception cycle, synchronization with other power line communication devices is possible.
  • FIG. 4 is a diagram showing voltage waveforms of a three-phase AC power supply used in Europe and the like.
  • Fig. 4 when using the power line communication device plugged into an outlet, three voltage waveforms, waveform 401, waveform 402, or waveform 403, and 180 ° phase are inverted depending on the direction of insertion into the outlet. Any one of a total of six voltage waveforms can be obtained. Therefore, every electrical device that receives power supply from the outlet uses the phase of the voltage waveform detected by itself as 0, 60, 120, 180, 240, and 300 degrees as the synchronization signal transmission timing. Thus, synchronization with other power line communication devices becomes possible. As in the case of the single-phase AC power supply in Fig.
  • phase is 0 degrees, 60 degrees, 120 degrees, 180 degrees, 240 degrees, and 300 degrees. Synchronization with other power line communication devices is also possible by setting one of the phase points as a base point and setting the phase as an integer multiple of 60 degrees as the transmission / reception cycle of the synchronization signal.
  • FIG. 5 shows a configuration example of a synchronization signal and a time slot for realizing TDM in the first embodiment of the present invention.
  • the AC power supply voltage 511 waveform starts at the point where the phase of the waveform is 0 degrees. 1.
  • a period of 5 cycles is used as a coexistence communication section.
  • the phase of the waveform of the AC power supply voltage 5 11 becomes 0 degrees, and coexistence communication section 1 starts from that time.
  • Coexistence communication section 1 ends at time t (j + 1) when 1.5 periods of AC power supply voltage 511 have elapsed from time t (j), and the next coexistence communication section 2 is started.
  • Coexistence communication section 2 ends at time t (j + 2) when 1.5 cycles of AC power supply voltage 511 have elapsed from time t (j + l). Although not shown in the figure, the next coexistence communication section starts from time t (j + 2), and the coexistence communication section is repeated every 1.5 cycles of AC power supply voltage 511. You may think. Similarly, it may be considered that the coexistence communication section has been repeated for every 1.5 cycles of the AC power supply voltage 511 before time t (j).
  • a time region for transmitting and receiving a synchronization signal is provided.
  • a synchronization signal transmission / reception area 501 is provided with the start time t (j) as the start time.
  • a synchronization signal transmission / reception area 502 is provided with the start time t (j + 1) as the start time.
  • a synchronization signal transmission / reception area is similarly provided with the start time as the start time.
  • three time slots are provided in the coexistence communication section as a means for a plurality of power line communication systems to share the communication medium 121 by TDM.
  • the synchronization signal transmission / reception area 501 is provided from the start time t (j), but immediately after that, the time t (j + 1) until the coexistence communication section 1 ends is divided into three equal parts.
  • slot 1, slot 2, and slot 3 are provided.
  • the master station 101 and the master station 111 secure these time slots by using a synchronization signal transmitted and received in the synchronization signal transmission / reception area.
  • three equal length slots are provided in the coexistence communication section, but the number of slots is not limited to three.
  • all slots provided in the coexistence communication section do not necessarily have the same length.
  • the coexistence communication section is divided into a time direction and a frequency direction by dividing it into a plurality of frequency directions. You can set up a slot.
  • FIG. 6 shows a configuration example of a synchronization signal according to the first embodiment of the present invention.
  • the synchronization signal consists of three time fields Hl, H2 and H3.
  • master station 101 and master station 111 transmit a predetermined signal to field ⁇ 1 in synchronous signal transmission / reception area 501.
  • coexistence communication section 1 if you want to use slot 2, send a default signal to field H2 in synchronous signal transmission / reception area 501, and if you want to use slot 3, send a default signal to field H3.
  • the master station 101 and the master station 111 can secure time slots used by themselves (and the communication system to which they belong).
  • the number of force fields provided with three fields in the synchronization signal is not limited to three, but is changed according to the number of slots.
  • the synchronization signal is used for negotiation to acquire the right to transmit signals in these fields. There may be fields that exist only for the purpose of measuring synchronization between systems regardless of the reserved slots.
  • FIG. 7 shows an example of the coexistence state of the communication system in the first embodiment of the present invention.
  • noise 612 synchronized with the AC power supply voltage 611 exists on the communication medium 721.
  • the larger the amplitude of the waveform of the noise 612 the stronger the noise. That is, relatively strong noise exists over a period of about 40% of the power supply cycle from the point where the phase of the AC power supply voltage 611 is 0 degree.
  • the synchronization signal transmission / reception area in FIG. 5 is omitted for the sake of simplicity.
  • coexistence communication section 1 a region where strong noise exists appears twice (that is, region 601 and region 602 appear). Both the region 601 and the region 602 overlap with the time during which the power line communication system 100 occupies the communication medium 121.
  • coexistence communication section 2 a region with strong noise appears once (that is, region 603 appears).
  • region 603 the power line communication system 110 occupies the communication medium 121. Overlaps with the time. In this way, in the coexistence communication section 1, the power line communication system 100 is forced to communicate in a relatively poor communication path state, and the power line communication system 110 can communicate in a good communication path state.
  • the power line communication system 100 can perform communication in a good communication channel state, and the power line communication system 110 is forced to perform communication in a relatively poor communication channel state. Therefore, compared with the conventional method of sharing the power line communication medium by time division described with reference to FIG. 18, the communication medium 121 is shared by setting the coexistence communication section period to 1.5 times the AC power supply period. It can be seen that it was possible to provide a fair channel condition for each system.
  • each coexistence communication period is set to NX M + A (N: By setting it to an arbitrary integer, M: AC power cycle, A: Arbitrary offset value that is not an integer multiple of the AC power cycle, the timing of noise synchronized with the coexistence communication period and the AC power cycle can be shifted. It is possible to equalize the influence of the transmission path condition in the time-division communication section in two or more power line communication systems. In many cases, fluctuations in noise and impedance on the communication medium occur in synchronization with the half cycle of the AC power supply cycle. In this case, the coexistence communication interval cycle is defined as NX M + A (N: any integer, The same effect can be obtained by setting M: half cycle of AC power supply cycle and A: arbitrary offset value that is not an integral multiple of half cycle of AC power cycle.
  • FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a communication system using the communication device according to the second embodiment of the present invention.
  • a single power line communication system 700 exists on the communication medium 721, and a plurality of communication devices belonging to the communication system 700 share one power line 721.
  • a power line communication system 700 includes a master station 701, a slave station 702, and a slave station 703.
  • the master station 701 transmits schedule information
  • the slave stations 702 and 703 receive the schedule information, thereby performing communication in the power line communication system 700.
  • Synchronization within the power line communication system 700 is performed by a frame including schedule information that the master station 701 periodically transmits.
  • the slave station 702 and the slave station 703 receive the frame including the schedule information
  • the slave station 702 and the slave station 703 determine a time zone in which the slave station 702 and the slave station 703 can transmit the data frame based on the schedule described in the frame.
  • the transmission timing of the frame including the schedule information may be based on the zero cross point of the AC power supply, as in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of schedule information in the second embodiment of the present invention.
  • the schedule information is composed of a plurality of sets of a schedule number field, a link ID field, and an end time field.
  • the schedule number field is a field that indicates how many pairs of the link ID field and the end time field exist.
  • the link ID field is a field in which an identifier for uniquely identifying a communication link capable of transmitting a data frame is described. Further, the link ID field may be an identifier assigned from the parent station 7001, for example, when the slave station 702 that wants to transmit a data frame requests the parent station 701 for the transmission time.
  • the end time field is a field in which the end time of the time during which the communication link designated in the immediately preceding link ID field can communicate is described. More specifically, the communication link identified by the link ID field n is set to 0 as the time when the schedule information starts to be received, and the end time field immediately after the time described in the end time field (n-1). Data frames can be transmitted until the time described in n. However, n is a value equal to or greater than 1 and less than or equal to the number of pairs of link ID field and end time field to be determined. Note that the base time of the end time field may be a time other than the time when the schedule information starts to be received, such as the time when the schedule information has been received!
  • FIG. 10 is an example of values set in the schedule information.
  • the schedule information shown in Fig. 10 shows an example in which communication time is allocated to two communication links.
  • the value of the end time field is in msec units.
  • the schedule number field is set to a value of “2”, which is equal to the number of communication links to which time is allocated.
  • the link ID1 field that follows is the first communication that can transmit data frames after receiving schedule information. Stores the link ID.
  • the end time 1 field stores the end time of the time zone in which the communication link indicated by the link ID 1 field can transmit the data frame.
  • “1" is set in the link ID1 field
  • "10" is set in the end time 1 field. For this reason, the communication link identified by the link ID 1 ”can transmit data frames after the schedule information is received until 10 msec elapses from the time when the schedule information starts to be received. .
  • the communication link identified by the link ID “2” can transmit data frames from the time when the schedule information starts to be received until 10 msec later and 25 msec later.
  • the coexistence communication period is set to 1.5 times the AC power supply period, it will be 30 msec at 50 Hz and 25 msec at 60 Hz.
  • the schedule information shown in Fig. 10 shows the schedule for all the coexistence communication periods. In the case of 50 Hz, from the time when the schedule information reception starts to 25 msec to 30 msec later. Free time occurs in 5msec.
  • This communication time may not be transmitted by any communication device, but may be used for a non-exclusive time domain using CSMA (Carrier Sequence Multiple Access). It may also be used for transmission / reception of control signals within the communication system.
  • CSMA Carrier Sequence Multiple Access
  • the device configurations of the master station 701, the slave station 702, and the slave station 703 according to the second embodiment of the present invention are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the frame including the schedule information and the time slot configuration for realizing the TDM in this embodiment can be shown in Fig. 5 as in the first embodiment. However, it differs from the first embodiment in that the signal transmitted / received in each synchronization signal transmission / reception area is a frame including the schedule information shown in FIG. 9 which is not the synchronization signal shown in FIG. Further, the coexistence state of the communication devices in the communication system according to the second embodiment of the present invention can be shown in FIG. 7 as in the first embodiment.
  • the common NX M + A (N: any integer, M: AC power cycle, A: AC power cycle) Set to an arbitrary offset value that is not an integral multiple of the period)
  • the timing of noise synchronized with the coexistence communication period and the AC power supply period can be shifted, allowing multiple communication devices in a single power line communication system to
  • the influence of the transmission path condition can be made fair.
  • the coexistence communication interval cycle is set to NX M + A (N: any integer) for fluctuations in noise and impedance that occur in synchronization with the half cycle of the AC power supply cycle.
  • N any integer
  • M Half cycle of AC power cycle
  • A Arbitrary offset value that is not an integral multiple of half cycle of AC power cycle
  • the same effect can be obtained by making the above-mentioned coexistence interval communication cycle “NX M + A” and the offset value A fixed.
  • the time of one communication section is 50 Hz and 60 Hz. It will be different from the region.
  • the header area of the data transmission frame is large (in the example, about 80 Sec) because communication is performed on an unstable transmission path. If the communication section length varies, the communication efficiency varies.
  • the communication device of the present invention can suppress the occurrence of variations in communication efficiency by region by changing the ratio between the coexistence section communication cycle and the power supply cycle in accordance with the AC power supply cycle. The same effect can be obtained by using the zero-cross point of the two-phase power supply.
  • the zero-cross detection unit 213 may further include a function of automatically detecting the AC power supply cycle and notifying the communication control unit 209.
  • the zero cross detection unit 213 automatically detects whether the AC power supply cycle is 50 Hz or 60 Hz, and notifies the communication control unit 209 of it.
  • the communication control unit 209 can optimally determine the coexistence communication period according to the value of the AC power supply period.
  • each functional block such as the synchronization signal transmitting / receiving unit 212 and the communication control unit 209 described in each of the above-described embodiments is typically realized as an LSI that is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include some or all of them. Or, it is involved in the transmission and reception of coexistence signals with the part involved in communication within its own system
  • the parts may be chipped as individual LSIs.
  • the name used here is LSI, but it can also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
  • circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible. It is also possible to use a field programmable gate array (FPGA) that can be programmed after LSI manufacturing, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and settings of circuit cells inside the LSI!
  • FPGA field programmable gate array
  • each of the above embodiments is realized by being interpreted and executed by a predetermined program data power CPU capable of executing the above-described processing procedure stored in a storage device (ROM, RAM, hard disk, etc.). May be.
  • the program data may be introduced into the storage device via the recording medium, or may be directly executed on the recording medium.
  • recording media include semiconductor memories such as ROM, RAM, and flash memory, magnetic disk memories such as flexible disks and hard disks, optical disks such as CD-ROM, DVD, and BD, and recording media such as memory cards.
  • the recording medium is a concept including a communication medium such as a telephone line or a conveyance path.
  • a communication apparatus including the present invention takes various interfaces by taking the form of an adapter that converts a signal interface such as an Ethernet (registered trademark) interface, an IEEE1394 interface, and a USB interface into an interface for power line communication. It can be connected to multimedia devices such as personal computers, DVD recorders, digital televisions, and home server systems. As a result, it becomes possible to construct a network system that transmits digital data such as multimedia data using the power line as a medium at high speed. As a result, power lines already installed in homes, offices, etc. without newly laying network cables as in the conventional wired LAN can be used as network lines as they are, thus reducing costs and ease of installation. Convenience is great.
  • multimedia devices such as personal computers, DVD recorders, digital televisions, home server systems and the like will incorporate functions including the present invention, so that the devices between the devices can be connected via the power cord of the multimedia device. Data transmission becomes possible.
  • an adapter, Ethernet (registered trademark) cable, IEEE1394 cable, USB cable, etc. are not required, and wiring is simplified.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a network system in which the present invention is applied to power line transmission.
  • the IEEE1394 interface, USB interface, etc. provided in multimedia equipment such as a personal computer, DVD recorder, digital TV, home server system, etc. are connected to the power line through an adapter having the function of the present invention. is doing.
  • a network system capable of transmitting digital data such as multimedia data using a power line as a medium at high speed.
  • power lines already installed in homes and offices where a network cable is not newly installed like a conventional wired LAN can be used as a network line as it is, so the cost and ease of installation are also convenient. The sex is great.
  • the above form is an example in which an existing device is applied to power line communication by using an adapter that converts the signal interface of the existing multimedia device into a power line communication interface.
  • the multimedia device incorporates the function of the present invention, data transmission between devices will be possible via the power cord of the multimedia device.
  • the adapter, IEEE 1394 cable, and USB cable shown in Fig. 11 are not required, and wiring is simplified.
  • the LAN system using the power line transmission system of the present invention can be expanded.
  • the power line transmission method is a security aspect. It also has an effect on power data protection.
  • data flowing through the power line is protected by, for example, ip sec in the IP protocol, encryption of the content itself, and other DRM methods.
  • the communication apparatus of the present invention is useful for realizing fair data communication among a plurality of communication systems.

Abstract

　２つ以上の通信システムが１つの通信媒体を時分割で共有する場合に、特定の通信システムのみが交流電源周期もしくはその半周期に同期したノイズの影響を受けることを回避することが可能な通信装置を提供する。通信制御部（２０９）は、１つの通信媒体（１２１）を時分割で共有する際に、各通信システムに周期的に割り当てられる共存通信区間周期をＮ×Ｍ＋Ａ（Ｎ：任意の整数，Ｍ：交流電源周期の半周期，Ａ：交流電源周期の半周期の整数倍でない任意のオフセット値）に決定する。同期信号送受信部（２１２）は、２つ以上の通信システムの他方に属する通信装置との間で、同期のための同期信号を送受信する。

Description

明 細 書
通信システム間の共存を可能にする通信装置
技術分野
[0001] 本発明は、複数の通信システム間の共存を可能とする通信装置に関し、より特定的 には、同一の通信媒体を利用する複数の通信システムにおいて、時分割多重 (TD M:Time Division Multiplexing)で通信リソースを共有することが可能な通信装置に関 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（PLC:Power Line Communication)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いるものも多数ある。
[0003] その一例として、米国の HomePlugアライアンス社が規格策定した、 HomePlugl . 0がある（例えば、非特許文献 1を参照）。この HomePlugl. 0は、ノ ソコンによるィ ンターネットや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 CSM AZCA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 12は、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 である。図 12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 ノ 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、アクセス回線 2512が宅内ネットワーク 2521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っている場合には、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、電力線通信装置としては、電力線通信媒体とイーサネット（ 登録商標）との変換アダプタと 、う形態で商品化されて 、る。
[0005] 図 13は、変換アダプタを用いた通信システムの構成を示す図である。図 13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 2601及び 2602は、 パソコン 2501及びブロードバンドルータ 2502が設置された宅内ネットワーク 2521 内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 信によってべストエフオート通信を実現する。このように、電力線通信技術を用いると 、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] 図 14は、イーサネット (登録商標） 2811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ブロック図である。図 14において、電力線通信モ デムは、 AFE (Analog Front End) 2801と、デジタル変調部 2808と、通信制御部 28 09と、イーサネット（登録商標） IZF部 2810とを備える。 AFE2801は、 BPF (Band- Pass Filter) 2802、 AGC (Automatic Gain Control) 2803、 A/D変換部 2804、 LP F (Low-Pass Filter) 2805、 PA (Power Amplifier) 2806、及び D/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。
[0007] 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に変調する。 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。
[0008] 次に、電力線から信号を受信する場合は、 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 2809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からイーサネット（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。
[0009] しかし、電力線通信方式には、先に述べた HomePlug Ver. 1. 0をはじめとして、 複数の通信方式が現在存在している。このため、宅内において電力線通信装置を使 用する場合、これら複数の通信方式が混在する可能性が考えられる。
[0010] 図 15は、図 13に示す通信システムに 2台の電力線通信装置 2701及び 2702をカロ えた通信システムの構成を示す図である。ここで、電力線通信 イーサネット（登録商 標）変換アダプタ 2601と電力線通信—イーサネット (登録商標）変換アダプタ 2602と は、共に通信方式 Mlに基づく装置であり、相互に通信が可能である。また、電力線 通信装置 2701と電力線通信装置 2702とは、共に通信方式 M2に基づく装置であり 、相互に通信が可能である。しかし、通信方式 Mlに基づく装置と通信方式 M2に基 づく装置とは、互いに他方の装置が送信する信号を理解することができない。
[0011] これらの通信装置が宅内電力線 2614上で通信を行う場合にどのような状況が発生 するかを、図 16A〜図 16Cを用いて説明する。図 16Aは、電力線通信—イーサネッ ト (登録商標)変換アダプタ 2601と電力線通信—イーサネット (登録商標)変換ァダ プタ 2602との間でのデータ通信の状況を示す図である。図 16Bは、電力線通信装 置 2701と電力線通信装置 2702との間でのデータ通信の状況を示す図である。図 1 6Cは、図 16Aと図 16Bとのデータ通信を時間軸および周波数軸上で重ね合わせて 表示した図である。図 16A〜図 16Cでは、横軸が時間を、縦軸が周波数を表してい る。
[0012] 図 16Aを参照して、電力線通信—イーサネット（登録商標）変換アダプタ 2601と電 力線通信—イーサネット (登録商標）変換アダプタ 2602とは、周波数 fa力も fbを利用 して、データ 2901、 2902、及び 2903の通信を実施している。図 16Bを参照して、電 力線通信装置 2701と電力線通信装置 2702とは、周波数 fc力も fdを利用して、デー タ 2911、 2912、及び 2913の通信を実施して!/ヽる。図 16Cでは、データ 2901とデ ータ 2911とが、同じ時間及び同じ周波数帯域を利用して送信されていることがわか る。同様に、データ 2903とデータ 2913とも同じ時間及び同じ周波数帯域を利用して 送信されている。
[0013] 通常、複数の通信装置が同一通信媒体上で通信を行う場合、 CSMA (Carrier Sen se Multiple Access)等の技術によって、複数のデータが同時に送信されることを回避 することが行われる。し力しながら、通信方式 Mlに基づく通信装置と、通信方式 M2 に基づく通信装置とは、互いに他方の通信装置が送信する信号を理解することがで きないため、複数のデータが同時に送信されることを回避することができない。
[0014] 一方、宅内ネットワーク 2521においては、すべての電力線は分電盤を通して繋が つているため、異なる方式の電力線通信システム（図 15に示す例では、電力線通信 —イーサネット (登録商標)変換アダプタ 2601と電力線通信—イーサネット (登録商 標）変換アダプタ 2602とを含む電力線通信システム、及び電力線通信装置 2701と 電力線通信装置 2702とを含む電力線通信システム）を宅内ネットワーク 2521で利 用すると、一方の方式の電力線通信システムからは、他方の方式の電力線通信シス テムが通信路に送信している信号はノイズにしか見えない。そのため、複数の電力線 通信システムが同時にデータ通信を実施すると、図 16Cに示すように互いの通信を 妨害し、通信速度が大幅に低下する。
[0015] このように、複数の異なる通信方式に基づく電力線通信システムが 1つの電力線通 信媒体を共有して通信する際に、互いの通信を妨害しないようにする方法として、従 来、複数の異なる通信方式に基づく電力線通信システムが、互いに理解可能な共通 の信号 (以下、共存信号と記す)を定義し、この共存信号を用いて時分割で電力線 通信媒体を共用する方式が提案されている (例えば、非特許文献 2を参照)。
[0016] 非特許文献 2では、複数の異なる通信方式に基づく電力線通信システムが、交流 電源周期に同期した信号を用いて、電力線通信媒体を時分割して利用する方法が 開示してある。図 17は、非特許文献 2が開示する従来の時分割で電力線通信媒体 を共有する方法を簡潔に示す図である。図 17では、交流電源電圧 3011の正弦波 波形の位相が 0度となる時刻 tl、時刻 tlから電源周期の 2周期分に相当する時刻が 経過した時刻 t2を定義する。さら〖こ、時刻 tlから Δだけ経過した時刻 ta、並びに時 刻 t2から Δだけ経過した時刻 tbを定義する。非特許文献 2が開示する方式を用いる 電力線通信システムは、交流電源電圧 3011の位相が 0度となる時刻 tlを検出し、そ こから Δだけ経過した時刻 taを同期の起点とし、時刻 taから交流電源電圧周期の 2 周期分に相当する時間毎に、時分割で電力線通信媒体を共有する。以下では、この ように周期的に各電力線通信システムが電力線通信媒体を共有するための区間を 共存通信区間、またその周期を共存通信区間周期と称する。非特許文献 2の例では 、時刻 ta力 始まり交流電源電圧周期の 2周期分に相当する期間毎に繰り返される 区間が共存通信区間であり、共存通信区間周期は交流電源電圧周期の 2周期分に 相当する時間となる。
[0017] 非特許文献 2では、具体的には、各電力線通信システムが、時刻 taから始まるビー コン領域 3001において、ビーコンと呼ばれる制御信号を送受信することで、ビーコン 領域 3001に続くデータ通信領域 3002における電力線通信媒体へのアクセス権を 決定する。このようにすることで、非特許文献 2が規定するビーコンと呼ばれる制御信 号を送受信することが可能な各電力線通信装置は、電力線通信媒体を共有すること が可能となる。
非特許文献 1 :ュジュリン (Yu- Ju Lin)著他、「ァ コンパラティブ パホーマンス スタ ディ ォブ ワイヤレス アンド ノ ヮ一 ライン ネットワークス（A Comparative Perfor mance Study of Wireless ana Power Line Networks)」、アイ'トリプル'ィ ~~ コ -ュケ ーシヨン マガジン（IEEE Communication Magazine)、 2003年 4月、 p54- p63.
非特許文献 2：ホーム ·プラグ 'エーヴィ'ホワイト ·ペーパー（Home Plug AV White Pa per)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0018] し力しながら、上記従来の非特許文献 2に開示されている電力線通信媒体を時分 割で共有する方法では、共存通信区間が交流電源周期の 2倍に設定されている。一 方、電力線通信媒体には交流電源周期、もしくはその半周期に同期したノイズやイン ピーダンス変動が発生するという事実が一般的に知られている。そのため、上述した 方法のように、交流電源周期の整数倍の共存通信区間を用いた場合、特定の電力 線通信システムが電力線通信媒体を利用する時間に限って伝送路状態が劣悪であ るという問題が発生する可能性がある。 [0019] 図 18は、非特許文献 2に記載の従来の時分割で電力線通信媒体を共有する方法 における問題点を説明する図である。図 18の例では、交流電源電圧 3111の波形の 位相が 0度の時刻を起点として、電源周期にして 2周期分の時間を共存通信区間とし ている。時刻 t (i)に交流電源電圧 3111の波形の位相が 0度となり、その時刻から共 存通信区間 1が開始される。共存通信区間 1は、時刻 t (i)から交流電源電圧 3111の 2周期分の時間が経過した時刻 t (i+ l)で終了し、次の共存通信区間 2が開始され る。共存通信区間 2は、時刻 t (i+ l)から交流電源電圧 3111の 2周期分の時間が経 過した時刻 t (i+ 2)で終了する。図 18には明示していないが、時刻 t (i+ 2)から更に 次の共存通信区間が開始され、交流電源電圧 3111の 2周期分の時間毎に共存通 信区間が繰り返されると考えてよい。
[0020] また、図 18の例では、交流電源電圧 3111に同期したノイズ 3112が電力線通信媒 体上に存在している。図 18においては、ノイズ 3112の波形の振れ幅が大きいほど強 いノイズが存在することを表している。すなわち、交流電源電圧 3111の位相が 0度の 点から、電源周期のおよそ 40%の期間に渡って、比較的強いノイズが存在すること になる。
[0021] 以上のように規定された共存通信区間と、ノイズ 3112を含む電力線通信媒体の状 態とにおいて、通信システム 1、通信システム 2、及び通信システム 3が共存通信区間 を均等に時分割で分け合つている場合を考える。すなわち、通信システム 1は、時刻 t (i)から開始される共存通信区間 1の先頭力 共存通信区間 1全体の 1Z3に相当す る時間までを占有する。続いて、通信システム 2は、通信システム 1の占有期間終了 直後から、共存通信区間 1全体の 2Z3が経過する時刻までを占有する。さらに、通 信システム 3は、通信システム 2の占有期間終了直後から、共存通信区間 1の終了時 刻 t (i+ l)までを占有する。
[0022] 同様に、共存通信区間 2においても、通信システム 1は、共存通信区間 2の先頭時 刻 t (i+ l)から共存通信区間 2全体の 1Z3が経過する時刻までを占有する。続いて 、通信システム 2は、通信システム 1の占有期間終了直後力 共存通信区間 2全体の 2Z3が経過する時刻までを占有する。さらに、通信システム 3は、通信システム 2の 占有期間終了直後から共存通信区間 2の終了時刻 t (i+ 2)までを占有する。図 18に は明示していないが、時刻 t (i+ 2)以降に存在する共存通信区間においても、共存 通信区間 1および 2と同様のスケジューリングで通信システム 1〜 3が電力線通信媒 体を占有すると考えてよい。
[0023] ここで、共存通信区間 1におけるノイズ 3112に注目する。共存通信区間 1において は、強いノイズが存在する領域が 2回出現する（すなわち、領域 3101と領域 3102と が出現する）。これらの領域 3101と領域 3102とは、それぞれ通信システム 1の占有 時間帯の前半と、通信システム 2の占有時間帯の後半に当たることが分かる。これは 、通信システム 1と通信システム 2とが、共に占有時間の半分程度は劣悪な通信路状 態での通信を強!、られるが、通信システム 3は常に良好な通信路状態で通信するこ とができることを示している。同様に、共存通信区間 2におけるノイズ 3112に注目す ると、共存通信区間 2においても強いノイズが存在する領域が 2回出現する（すなわ ち、領域 3103と領域 3104とが出現する）。これらの領域 3103と領域 3104とは、そ れぞれ通信システム 1の占有時間帯の前半と、通信システム 2の占有時間帯の後半 に当たることが分かる。このため、共存通信区間 2においても、通信システム 1と通信 システム 2とは、共に占有時間の半分程度は劣悪な通信路状態での通信を強いられ る力 通信システム 3は常に良好な通信路状態で通信することができる。このような通 信状況が、時刻 t (i+ 2)以降に共存通信区間が続く場合でも同様であることは、容易 に推測することができる。
[0024] このように、図 18では、通信システム 3は、通信システム 1と通信システム 2と異なり、 常に良好な通信路状態で通信することが可能となり、各通信システム間で占有時間 は均等に分割されているものの、通信路状態が異なるために同等の性能の通信装 置を用いたとしても実際に通信可能なデータ量に大きな差が生じてしまう。これは、 共存通信区間とノイズ 3112とが共に交流電源電圧 3111に同期して!/ヽるためであり 、共存通信区間が交流電源電圧 3111の周期の整数倍である限りは避けられない。 さらには、図 18では、ノイズ 3112が交流電源電圧 3111の周期に等しい周期を有す る場合を示したが、実際にはノイズが交流電源電圧 3111の半周期に等しい周期を 有する場合も多く存在する。
[0025] この課題を解決するための 1つの方法として、共存通信区間周期を短くするというこ とが考えられる。例えば、図 18の例では、ノイズ 3112が強い期間は交流電源電圧 3 111の 1周期の 40%程度であるので、共存通信区間周期が交流電源電圧 3111の 1 周期の 40%よりも充分小さければ、強 ゾィズが存在する状態が各通信システムの 電力線通信媒体の占有期間に対して公平に存在することになる。しかし、交流電源 電圧 3111の 1周期は、 50Hzの電源であれば 20msec、 60Hzの電源であれば約 1 6. 7msecとなり、 60Hzの電源である場合にその 40%は 6. 7msec程度となる。この 時間をさらに複数の通信システムで分割すると、 1つの通信システムが連続して電力 線通信媒体を占有可能な時間が非常に短くなり、結果として通信効率の大幅な低下 を招く。
[0026] 図 19は、デジタルデータ通信における一般的なフレーム構成を示す図である。デ ジタルデータ通信では、図 19に示すようなフレーム単位でデータ通信を行うことが一 般的であり、フレームは、比較的ノイズに強い変調方式を利用するヘッダ 3201と、ュ 一ザデータ等を運ぶための領域であるペイロード 3202と、誤り検出 Z訂正符号 320 3とに分けることができる。誤り検出 Z訂正符号 3203は、ペイロード 3202に伝送中 に伝送誤りが混入していないかどうかを検出し、もしくは混入した伝送誤りを訂正する ための符号である。ここで、ヘッダ 3201は固定長であり、このヘッダ 3201には、伝送 速度が低い固定的な変調方式が用いられることが多い。また、ペイロード 3202は可 変長であることが多ぐペイロード 3202に用いられる変調方式やペイロード 3202の サイズはヘッダ 3201に記述されることが一般的である。また、誤り検出 Z訂正符号 3 203には誤り検出 Z訂正量の限界があり、ペイロード 3202内に混入した誤りビット数 が誤り検出 Z訂正可能な範囲内であれば検出 Z訂正することができる。
[0027] このようなデジタルデータ通信では、ヘッダ 3201が固定長で、ペイロード 3202力 S 可変長であることから、フレーム内に占めるペイロード 3202の割合が大きいほど、伝 送効率が高い。すなわち、フレーム内に占めるペイロード 3202の割合が大きいほど 、所定時間内に伝送可能なユーザデータ量が多いことが分かる。その反面、ペイ口 ード 3202が大きくなれば伝送誤りが混入する量も増大するため、誤り検出 Z訂正符 号 3203の検出 Z訂正能力を超える伝送誤りが混入する可能性が増えることになる。 デジタルデータ通信では、この両面のバランスを取り、最大限のデータ伝送効率を実 現することが重要となる。
[0028] すなわち、共存通信区間周期を交流電源電圧 3111の 1周期に対して充分に短い 時間に設定すると、図 19に記載したフレーム構成において、ヘッダ 3201や誤り検出 Z訂正符号 3203の比率が非常に高くなり、通信効率が低下することになる。このた め、上記の課題を解決する方法として、共存通信区間周期を交流電源電圧 3111の 1周期に対して充分に短 、値に設定することは現実的でな!、。
[0029] 本発明は、上記従来の課題を解決するもので、 2つ以上の通信システムが 1つの通 信媒体を時分割で共有する場合に、伝送効率を大きく損なうことなぐ特定の通信シ ステムのみが交流電源周期もしくはその半周期に同期したノイズの影響を受けること を回避することが可能な通信装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0030] 本発明は、 1つの通信媒体を時分割で共有することが可能な 2つ以上の通信システ ムの一方に属する通信装置に向けられている。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、 1つの通信媒体を時分割で共有する際に、各通信システム に周期的に割り当てられる共存通信区間周期を N X M+A(N :任意の整数， M :交 流電源周期の半周期， A:交流電源周期の半周期の整数倍でない任意のオフセット 値）に決定する通信制御部と、 2つ以上の通信システムの他方に属する通信装置と の間で、同期のための同期信号を送受信する同期信号送受信部とを備える。
[0031] 好ましくは、オフセット値 Aは、 LZM (Lは 0<L< Mを満たす任意の実数）である。
[0032] また、同期信号送受信部は、通信制御部が決定した共存通信区間周期の先頭時 刻から所定時間を同期信号送受信領域として、同期信号を送受信してもよ 、。
[0033] また、通信装置は、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備 える構成であってもよい。この場合、通信制御部は、ゼロクロス検出部によって検出さ れたゼロクロス点を基準として、同期信号を生成する。
[0034] 好ましくは、ゼロクロス検出部は、交流電源周期の変化を自動的に検出する。この 場合、通信制御部は、ゼロクロス検出部によって検出された交流電源周期の変化に 応じて、共存通信区間周期を決定する。
[0035] 上述した通信装置の各構成が行うそれぞれの処理は、一連の処理手順を与える通 信方法として捉えることができる。この方法は、一連の処理手順をコンピュータに実行 させるためのプログラムの形式で提供される。このプログラムは、コンピュータ読み取 り可能な記録媒体に記録された形態で、コンピュータに導入されてもよい。また、上述 した通信装置を構成する一部の機能ブロックは、集積回路である LSIとして実現され てもよい。
発明の効果
[0036] 本発明によれば、共存通信区間周期と交流電源周期もしくはその半周期に同期し たノイズのタイミングをずらすことができ、伝送効率を大きく損なうことなぐ 2つ以上の 通信システム力^つの通信媒体を時分割で共有する際に、ノイズによる影響を公平に することができる。
図面の簡単な説明
[0037] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施形態におけ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。
[図 2]図 2は、本発明の第 1の実施形態における通信装置の構成例を示すブロック図 である。
[図 3]図 3は、本発明の第 1の実施形態における単相交流電源の電圧波形を示す図 である。
[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施形態における三相交流電源の電圧波形を示す図 である。
[図 5]図 5は、本発明の第 1の実施形態における共存通信区間の構成例を示す図で ある。
[図 6]図 6は、本発明の第 1の実施形態における同期信号の構成例を示す図である。
[図 7]図 7は、本発明の第 1の実施形態における通信システムの共存状態の例を示す 図である。
[図 8]図 8は、本発明の第 2の実施形態におけ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。
[図 9]図 9は、本発明の第 2の実施形態におけるスケジュール情報の構成例を示す図 である。 [図 10]図 10は、本発明の第 2の実施形態におけるスケジュール情報に設定される値 の一例を示す図である。
[図 11]図 11は、本発明を電力線伝送に適用したネットワークシステム例を示す図で ある。
[図 12]図 12は、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 す図である。
[図 13]図 13は、変換アダプタを用 、た通信システムの構成を示す図である。
[図 14]図 14は、一般的な電力線通信モデムの内部構成を示すブロック図である。
[図 15]図 15は、図 13に示す通信システムに 2台の電力線通信装置 2701及び 2702 をカロえた通信システムの構成を示す図である。
[図 16A]図 16Aは、電力線通信—イーサネット（登録商標）変換アダプタ 2601と電力 線通信—イーサネット (登録商標）変換アダプタ 2602との間でのデータ通信の状況 を示す図である。
[図 16B]図 16Bは、電力線通信装置 2701と電力線通信装置 2702との間でのデータ 通信の状況を示す図である。
[図 16C]図 16Cは、図 16Aと図 16Bとのデータ通信を時間軸および周波数軸上で重 ね合わせて表示した図である。
[図 17]図 17は、従来の時分割で電力線通信媒体を共有する方法を簡潔に示す図で ある。
[図 18]図 18は、従来の時分割で電力線通信媒体を共有する方法における問題点を 説明する図である。
[図 19]図 19は、デジタルデータ通信における一般的なフレーム構成を示す図である 符号の説明
100、 110、 700 電力線通信システム
101〜104、 111〜113、 701〜703 通信装置
201、 2801 AFE
202、 2802 BPF 203、 2803 AGC
204、 2804 AZD変換部
205、 2805 LPF
206、 2806 PA
207、 2807 DZA変換部
208、 2808 デジタル変調部
209、 2809 通信制御部
210、 2810 イーサネット (登録商標) IZF部
211、 2811 イーサネット (登録商標）
212 同期信号送受信部
213 ゼロクロス検出部
2501 ノ ソ:コン
2502 ブロードバンドルータ
2511、 2613 イーサネット（登録商標）
2512 アクセス回線
2521 宅内ネットワーク
2522 インターネット
2601、 2602 電力線通信—イーサネット（登録商標）変換アダプタ
2614 宅内電力線
2701、 2702 電力線通信装置
発明を実施するための最良の形態
[0039] 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。
[0040] (第 1の実施形態）
図 1は、本発明の第 1の実施形態におけ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、 2つの通信システムとして、電力線 通信システム 100及び 110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、通信システムが 3つ以上存在して 、てもよ 、。
[0041] 図 1において、電力線通信システム 100及び 110は、電力線通信媒体（以下、単に 通信媒体と記す) 121によって接続された複数の通信装置から構成される。具体的 には、電力線通信システム 100は、親局 101、子局 102、子局 103、及び子局 104か ら構成されている。また、電力線通信システム 110は、親局 111、子局 112、及び子 局 113から構成されている。電力線通信システム 100においては、親局 101がスケジ ユール情報を送信し、子局 102、子局 103、及び子局 104力 そのスケジュール情報 を受信することにより、電力線通信システム 100内で通信を行う。また、電力線通信シ ステム 110においては、親局 111がスケジュール情報を送信し、子局 112及び子局 1 13が、そのスケジュール情報を受信することにより、電力線通信システム 110内で通 信を行う。
[0042] 図 2は、本発明の第 1の実施形態に係る通信装置の構成例を示すブロック図である 。図 2を用いて、本発明の第 1の実施形態に係る親局 101並びに親局 111の構成に ついて説明する。図 2において、親局 101並びに親局 111は、 AFE (Analog Front E nd) 201と、デジタル変調部 208と、通信制御部 209と、イーサネット (登録商標) iZF 部 210と、同期信号送受信部 212と、ゼロクロス検出部 213とを備える。 AFE201は 、 BPF (Band-Pass Filter) 202、 AGC (Automatic Gain Control) 203、 A/D変換部 204、 LPF (Low-Pass Filter) 205、 PA (Power Amplifier) 206、及び DZA変換部 2 07を含む。すなわち、図 2に示す構成は、図 14に示す構成に対して、同期信号送受 信部 212、及びゼロクロス検出部 213を追カ卩したものとなっている。以下、親局 101 並びに親局 111の動作にっ 、て説明する。
[0043] まず、イーサネット（登録商標）フレームを通信媒体 121に送信する場合は、イーサ ネット (登録商標） 211を通してイーサネット (登録商標)フレームが到着すると、ィー サネット (登録商標) IZF部 210を通して通信制御部 209に通知される。通信制御部 209は、デジタル変調部 208にフレームデータを出力する。デジタル変調部 208は、 誤り訂正付加、符号ィ匕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 に変調する。 DZA変換部 207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。 PA206は、アナログ信号を増幅する。 LPF205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通信媒体 121 へ注入する。 [0044] また、通信媒体 121から信号を受信する場合は、 BPF202によって通信帯域の信 号が抽出される。 AGC203は、抽出された信号を増幅する。 AZD変換部 204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 208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 209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 210からイーサネット（登録商標）フレームとして、イーサネット (登録商標） 211へ送信される。
[0045] また、親局 101並びに親局 111は、互いに同期信号を送受信することで同期する。
まず、同期信号を受信する場合は、同期信号送受信部 212は、 AZD変換部 204か ら入力されたデジタル信号から同期信号の内容を表すビット列を生成し、通信制御 部 209に渡す。通信制御部 209は、受信した同期信号の内容を表すビット列に基づ いて自身（および自身が属する通信システム）がフレームデータを送受信可能な時間 等を決定し、当該決定した時間帯を利用したスケジュール情報を生成し、 DZA変換 部 207、 PA206、及び LPF205を介して、自身と同じ通信システムに属する子局に 対してスケジュール情報を通知する。
[0046] また、同期信号を送信する場合は、ゼロクロス検出部 213は、交流電源のゼロクロス 点を検出し、通信制御部 209に通知する。通信制御部 209は、送信する同期信号の 構成を決定すると共に、ゼロクロス検出部 213から通知されたゼロクロス点を基準とし て同期信号の送信タイミングを決定し、これらを同期信号送受信部 212に通知する。 同期信号送受信部 212は、通信制御部 209から通知された情報に基づいて同期信 号を生成し、 DZA変換部 207、 PA206、及び LPF205を介して、生成した同期信 号を通信制御部 209から指示されたタイミングで送信する。
[0047] なお、子局 102、 103、 104、 112、並びに 113ίま、図 14の構成であっても、図 2の 構成であっても構わない。また、図 2の構成では、 BPF202、 AGC203、及び AZD 変換部 204の機能ブロックと、 LPF205、 PA206、及び DZA変換部 207の機能ブ ロックとは、フレームデータの送受信と同期信号の送受信とで共用されている力 これ らの機能ブロックを共用せずに、同期信号の送受信のためにこれらの機能ブロックの 一部または全部を追加してもよ ヽ。 [0048] 次に、同期信号の送信タイミングの決定方法について説明する。図 3は、日本ゃァ メリ力で使用されている、単相の交流電源の電圧波形を示す図である。図 3を参照し て、電力線通信装置をコンセントに差して使用する場合、コンセントへの差し込み方 向によって、波形 301もしくは波形 302のいずれかが得られる。波形 301は、時刻 tl に位相が 0度の点、すなわちゼロクロス点が存在する。その後、位相が 360度回転す る時刻 t2において、再び位相が 0度となる。波形 302は、波形 301と逆位相となって おり、時刻 tlと時刻 t2の中間に位置する時刻 t3において位相が 0度となる。
[0049] コンセントから電源供給を受けるあらゆる電気機器は、これら波形 301もしくは波形 302のいずれかの電圧波形を検出することが可能であり、自身が検出した電圧波形 の位相が 0度および 180度の点を同期信号の送信タイミングとすることで、他の電力 線通信装置との同期が可能となる。また、位相が 0度および 180度のすべての点で 同期信号を送信する必要はなぐ位相が 0度および 180度の点を基点として、位相に して 180度の整数倍の期間を同期信号の送受信周期とすることでも、他の電力線通 信装置との同期が可能である。
[0050] 図 4は、ヨーロッパ等で使用されている、三相の交流電源の電圧波形を示す図であ る。図 4を参照して、電力線通信装置をコンセントに差して使用する場合、コンセント への差し込み方向によって、波形 401、波形 402、もしくは波形 403の三種類の電圧 波形と、これらと 180度位相が反転した電圧波形との合計 6種類の電圧波形のうちい ずれかが得られる。したがって、コンセントから電源供給を受けるあらゆる電気機器は 、自身が検出した電圧波形の位相が 0度、 60度、 120度、 180度、 240度、及び 300 度の点を同期信号の送信タイミングとすることで、他の電力線通信装置との同期が可 能となる。なお、図 3の単相交流電源の場合と同様に、位相が 0度、 60度、 120度、 1 80度、 240度、及び 300度のすべての点で同期信号を送信する必要はなぐこれら のいずれかの位相の点を基点として、位相にして 60度の整数倍の期間を同期信号 の送受信周期とすることでも、他の電力線通信装置との同期が可能である。
[0051] 親局 101並びに親局 111は、上述した方法で互いに同期する。図 5に、本発明の 第 1の実施形態における同期信号と、 TDMを実現するための時間スロットの構成例 を示す。図 5では、交流電源電圧 511の波形の位相が 0度の点を起点として、電源周 期にして 1. 5周期分の時間を共存通信区間としている。時刻 t (j)に交流電源電圧 5 11の波形の位相が 0度となり、その時刻から共存通信区間 1が開始される。共存通 信区間 1は、時刻 t (j)から交流電源電圧 511の 1. 5周期分の時間が経過した時刻 t ( j + 1)で終了し、次の共存通信区間 2が開始される。共存通信区間 2は、時刻 t (j + l )から交流電源電圧 511の 1. 5周期分の時間が経過した時刻 t (j + 2)で終了する。 なお、図には明示していないが、時刻 t (j + 2)から更に次の共存通信区間が開始さ れ、交流電源電圧 511の 1. 5周期分の時間毎に共存通信区間が繰り返されると考 えてよい。同様に、時刻 t (j)以前にも、交流電源電圧 511の 1. 5周期分の時間毎に 共存通信区間が繰り返されてきていると考えてもよい。
[0052] 各共存通信区間の先頭には、同期信号を送受信するための時間領域が設けられ ている。共存通信区間 1には、その先頭時刻である t (j)を開始時刻として、同期信号 送受信領域 501が設けられる。同様に、共存通信区間 2には、先頭時刻 t (j + l)を開 始時刻として、同期信号送受信領域 502が設けられている。これら 2つの共存通信区 間の前後に存在する共存通信区間にも、同様に、それらの先頭時刻を開始時刻とし て、同様に同期信号送受信領域が設けられる。これら複数の同期信号送受信領域 は、一般的にはすべて同じだけの時間を占有する。親局 101並びに親局 111は、こ れらの同期信号送受信領域において同期信号を送受信することで、 TDMによる通 信媒体 121の共有を実現する。
[0053] また、図 5では、複数の電力線通信システムが TDMによって通信媒体 121を共有 するための手段として、共存通信区間内に 3つの時間スロットを設けている。共存通 信区間 1では、先頭時刻 t (j)から同期信号送受信領域 501が設けられているが、そ の直後力 共存通信区間 1が終了する時刻 t (j + 1)までを三等分するように、スロット 1、スロット 2、及びスロット 3が設けられる。親局 101並びに親局 111は、同期信号送 受信領域内において送受信する同期信号を用いて、これらの時間スロットを確保す る。なお、本実施の形態では、共存通信区間内に 3つの等しい長さのスロットを設け ているが、スロットの数は 3つに制限されるものではない。また、共存通信区間内に設 けられるスロットは、必ずしもすべて同じ長さである必要はない。さらには、共存通信 区間を周波数方向に複数に分割することにより、時間方向と周波数方向とに区切ら れたスロットを設けてもょ ヽ。
[0054] さら〖こ、図 6には、本発明の第 1の実施形態に係る同期信号の構成例を示す。図 6 の例では、同期信号は 3つの時間フィールド Hl、 H2、並びに H3によって構成され ている。共存通信区間 1において、スロット 1を利用したい場合、親局 101並びに親局 111は、同期信号送受信領域 501におけるフィールド Ή1に既定の信号を送信する。 同様に、共存通信区間 1において、スロット 2を利用したい場合は同期信号送受信領 域 501におけるフィールド H2に、スロット 3を利用したい場合はフィールド H3に既定 の信号を送信する。このようにすることで、親局 101並びに親局 111は、自身 (ならび に自身が属する通信システム）が利用する時間スロットを確保することができる。
[0055] なお、本実施形態では、同期信号に 3つのフィールドを設けている力 フィールドの 数は 3つに制限されるものではなぐスロットの数に応じて変更される。また、同期信 号には、フィールドお、 H2、 H3 (およびスロット数に応じて追加されるフィールド）以 外にも、これらのフィールドに信号を送信する権利を獲得するためのネゴシエーショ ンに用いられるフィールドや、スロットの確保とは無関係にシステム間の同期を計るた めだけに存在するフィールド等があっても構わない。
[0056] 図 7に、本発明の第 1の実施形態における通信システムの共存状態の例を示す。
図 7において、交流電源電圧 611に同期したノイズ 612が通信媒体 721上に存在し ている。図 7では、ノイズ 612の波形の振れ幅が大きいほど強いノイズが存在すること を表している。すなわち、交流電源電圧 611の位相が 0度の点から、電源周期のおよ そ 40%の期間に渡って、比較的強いノイズが存在することになる。なお、図 7では、 説明を簡略化するため、図 5における同期信号送受信領域を省略してある。
[0057] このようなノイズが存在する状態で、電力線通信システム 100がスロット 1とスロット 3 とを、電力線通信システム 110がスロット 2を、それぞれ確保している場合を考える。
[0058] 共存通信区間 1においては、強いノイズが存在する領域が 2回出現する（すなわち 、領域 601と領域 602とが出現する)。これらの領域 601と領域 602とは、共に電力線 通信システム 100が通信媒体 121を占有している時間と重なっている。また、共存通 信区間 2においては、強いノイズが存在する領域が 1回出現する（すなわち、領域 60 3が出現する）。領域 603は、電力線通信システム 110が通信媒体 121を占有してい る時間と重なっている。このように、共存通信区間 1においては、電力線通信システム 100は比較的劣悪な通信路状態での通信を強 、られ、電力線通信システム 110は 良好な通信路状態での通信が可能となる。
[0059] 一方、共存通信区間 2においては、電力線通信システム 100は良好な通信路状態 での通信が可能であり、電力線通信システム 110は比較的劣悪な通信路状態での 通信を強いられる。従って、図 18を用いて説明した従来の時分割で電力線通信媒体 を共有する方法と比較すると、共存通信区間周期を交流電源周期の 1. 5倍に設定 することで、通信媒体 121を共有する各システムに対して、公平な通信路状態を提供 することが可能となったことが分かる。
[0060] 以上のように、本発明の第 1の実施形態によれば、交流電源周期に同期したノイズ やインピーダンスの変動が存在する場合には、各共存通信区間周期を N X M+ A ( N :任意の整数， M :交流電源周期， A：交流電源周期の整数倍ではない任意のオフ セット値）に設定することにより、共存通信区間周期と交流電源周期に同期したノイズ のタイミングをずらすことができ、 2つ以上の電力線通信システムにおいて時分割され た通信区間の伝送路状態による影響を公平にすることができる。なお、通信媒体上 のノイズやインピーダンスの変動は、交流電源周期の半周期に同期して発生する場 合も多ぐその場合は、共存通信区間周期を N X M+A(N :任意の整数， M :交流 電源周期の半周期， A:交流電源周期の半周期の整数倍ではない任意のオフセット 値）に設定することにより、同様の効果を得ることができる。
[0061] (第 2の実施形態）
図 8は、本発明の第 2の実施形態におけ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。図 8では、通信システムとして、単一の電力線通信システム 70 0が通信媒体 721上に存在しており、この通信システム 700に属する複数の通信装 置が 1つの電力線 721を共有している。
[0062] 図 8において、電力線通信システム 700は、親局 701と子局 702、及び子局 703か ら構成されている。電力線通信システム 700において、親局 701がスケジュール情報 を送信し、子局 702及び子局 703が、そのスケジュール情報を受信することにより、 電力線通信システム 700内で通信を行う。 [0063] 電力線通信システム 700内での同期は、親局 701が周期的に送信するスケジユー ル情報を含むフレームによって行われる。子局 702及び子局 703は、スケジュール 情報を含むフレームを受信すると、当該フレームに記載されているスケジュールに基 づ 、て自身がデータフレームを送信可能な時間帯を決定する。スケジュール情報を 含むフレームの送信タイミングは、第 1の実施形態と同様に、交流電源のゼロクロス点 を基準とすればよい。
[0064] 図 9は、本発明の第 2の実施形態におけるスケジュール情報の構成例を示す図で ある。図 9を参照して、スケジュール情報は、スケジュール数フィールドと、リンク IDフ ィールドと終了時間フィールドとの複数の組から構成される。スケジュール数フィール ドは、リンク IDフィールドと終了時間フィールドとが何組あるかを示すフィールドである 。リンク IDフィールドは、データフレームを送信可能な通信リンクを一意に識別するた めの識別子が記載されるフィールドである。また、リンク IDフィールドは、例えばデー タフレームを送信したい子局 702が親局 701に送信時間の依頼を行うことで、親局 7 01から割り当てられる識別子であってもよい。
[0065] 終了時間フィールドは、その直前のリンク IDフィールドで指定された通信リンクが通 信可能な時間の終了時刻が記載されるフィールドである。より具体的には、リンク ID フィールド nによって識別される通信リンクは、スケジュール情報を受信し始めた時刻 を 0として、終了時間フィールド (n— 1)に記載された時刻の直後から終了時間フィー ルド nに記載された時刻までの間、データフレームの送信が可能である。ただし、 nは 1以上、かつスケジュール数フィールドに記載された値力 決定されるリンク IDフィー ルドと終了時間フィールドとの組の個数以下の値である。なお、終了時間フィールド の基点となる時刻は、スケジュール情報を受信完了した時刻など、スケジュール情報 を受信し始めた時刻以外を用いてもよ!、。
[0066] 図 10は、スケジュール情報に設定される値の一例である。図 10に示すスケジユー ル情報では、 2つの通信リンクに通信時間が割り当てられている例を示している。また 、終了時間フィールドの値は、 msec単位とする。スケジュール数フィールドは、時間 を割り当てた通信リンク数に等しい、 "2"という値が設定されている。続くリンク ID1フィ 一ルドには、スケジュール情報受信後、第 1にデータフレームが送信可能となる通信 リンクの IDが格納される。終了時間 1フィールドには、リンク ID1フィールドで示された 通信リンクがデータフレームを送信可能な時間帯の終了時刻が格納される。ここでは 、リンク ID1フィールドには" 1"が、終了時間 1フィールドには" 10"が設定されている 。このため、リンク ID力 1"で識別される通信リンクは、スケジュール情報受信後、スケ ジュール情報を受信し始めた時刻を起点として 10msecが経過するまでの間、デー タフレームの送信が可能となる。
[0067] 続いて、リンク ID2フィールドには" 2"が、終了時間 2フィールドには" 25"が設定さ れている。従って、リンク IDが" 2"で識別される通信リンクは、スケジュール情報を受 信し始めた時刻から 10msec経過後力 25msec後までの間、データフレームの送 信が可能となる。ここで、第 1の実施形態と同様に、共存通信区間周期を交流電源周 期の 1. 5倍と設定するとすれば、 50Hz時で 30msec、 60Hz時で 25msecとなる。 6 OHzの場合は、図 10に示したスケジュール情報で、共存通信区間周期すベてのス ケジュールが示されている力 50Hzの場合は、スケジュール情報受信開始時刻から 25msec経過後から 30msec後までの間の 5msecに空き時間が発生する。この時間 は、いずれの通信装置もデータフレームを送信しなくてもよいが、 CSMA (Carrier Se nse Multiple Access)などを用いた非独占的な時間領域に利用してもよい。また、通 信システム内での制御信号の送受信に利用してもよい。
[0068] 本発明の第 2の実施形態に係る親局 701、子局 702、及び子局 703の装置構成は 、第 1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
[0069] 本実施形態におけるスケジュール情報を含むフレームと、 TDMを実現するための 時間スロット構成は、第 1の実施形態と同様に図 5によって示すことができる。ただし、 各同期信号送受信領域において送受信される信号が、図 6で示される同期信号では なぐ図 9で示されるスケジュール情報を含むフレームである点が第 1の実施形態と異 なる。また、本発明の第 2の実施形態における通信システム内の通信装置の共存状 態は、第 1の実施形態と同様に図 7で示すことができる。
[0070] 以上のように、本発明の第 2の実施形態によれば、第 1の実施形態の場合と同様に 、交流電源周期に同期したノイズやインピーダンスの変動が存在する場合には、共 存通信区間周期を N X M+A (N :任意の整数， M :交流電源周期， A:交流電源周 期の整数倍ではない任意のオフセット値）に設定することにより、共存通信区間周期 と交流電源周期に同期したノイズのタイミングをずらすことができ、単一の電力線通信 システム内の複数の通信装置に対して、伝送路状態の影響を公平にすることができ ることがわ力る。なお、第 1の実施形態の場合と同様に、交流電源周期の半周期に同 期して発生するノイズやインピーダンスの変動に対しては、共存通信区間周期を N X M+A (N:任意の整数， M :交流電源周期の半周期， A:交流電源周期の半周期の 整数倍ではない任意のオフセット値）に設定することにより、同様の効果を得ることが できる。
[0071] なお、以上 2つの実施形態では、上記共存区間通信周期" N X M+ A"及びオフセ ット値 Aを固定にした力 これらを可変にすることでも同様の効果を得ることが可能と なる。特に日本国内などで、交流電源周期が 50Hzの地域と 60Hzの地域にて共存 制御を行う場合、上記共存通信区間を交流電源周期に基づいて固定すると、 1通信 区間の時間が 50Hzの地域と 60Hzの地域とで異なってしまう。電力線通信は不安定 な伝送路で通信を行う関係上、データ伝送フレームのヘッダ領域が大きくなつており (一例では 80 Sec程度）、通信区間長がばらつくと通信効率がばらつく結果となつ てしまう。これを防ぐため、本発明の通信装置は、交流電源周期に応じて共存区間通 信周期と電源周期との割合を変えることにより、地域による通信効率のばらつきの発 生を抑えることができる。また、二相電源のゼロクロス点を用いても同様の効果を得る ことが可能である。
[0072] 具体的には、ゼロクロス検出部 213は、交流電源周期を自動的に検出し、通信制 御部 209に通知する機能をさらに備えてもよい。例えば、ゼロクロス検出部 213は、 交流電源周期が 50Hzであるか 60Hzであるかを自動的に検出し、通信制御部 209 に通知する。これによつて、通信制御部 209は、交流電源周期の値に応じて、共存 通信区間周期を最適に決定することができる。
[0073] また、上述した各実施形態で説明した同期信号送受信部 212、及び通信制御部 2 09等の各機能ブロックは、典型的には集積回路である LSIとして実現される。これら は個別に 1チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように 1チップィ匕されても良 い。または、自システム内での通信に関与する部分と共存信号の送受信に関与する 部分とを、それぞれ個別の LSIとしてチップィ匕されても良い。ここでは、 LSIとしたが、 集積度の違いにより、 IC、システム LSI、スーパー LSI、ウルトラ LSIと呼称されること もめる。
[0074] 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サで 実現してもよい。 LSI製造後に、プログラムすることが可能な FPGA (Field Programma ble 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 ュラブノレ ·プロセッサを利用しても良!、。
[0075] さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により 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匕を行って もよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
[0076] また、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してもよい。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。ここで 、記録媒体とは、 ROM、 RAM、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、 BD等の光デイス ク、メモリカード等の記録媒体をいう。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。
[0077] 本発明を含む通信装置は、イーサネット（登録商標)インターフェース、 IEEE1394 インターフェース、 USBインターフェース等の信号インターフェースを電力線通信の インターフェースに変換するアダプタの形態を取ることによって、各種のインターフエ ースを有するパーソナルコンピュータ、 DVDレコーダ、デジタルテレビ、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 一ブルを新たに敷設することなぐ家庭、オフィス等に既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、設置の容易性力 その利 便性は大きい。 [0078] また、将来的にはパーソナルコンピュータ、 DVDレコーダ、デジタルテレビ、ホーム サーバシステムなどの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、 USBケ 一ブルなどが不要になり、配線が簡略ィ匕される。
[0079] また、ルータを介して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、本発明の通信システムを用い た LANシステムの拡張に何らの問題も生じな 、。
[0080] また以下に、上記実施形態で説明した発明を実際のネットワークシステムに応用し た例を示す。図 11は、本発明を電力線伝送に適用したネットワークシステム例を示す 図である。図 11では、本発明の機能を備えたアダプタを介して、パーソナルコンビュ ータ、 DVDレコーダ、デジタルテレビ、ホームサーバシステム等のマルチメディア機 器が備える IEEE1394のインタフェースや USBインタフェース等と電力線とを接続し ている。これにより、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 高速伝送できるネットワークシステムを構築することができる。このシステムでは、従来 の有線 LANのようにネットワークケーブルを新たに設置することなぐ家庭やオフィス 等にすでに設置されて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 スト面及び設置容易の面力もその利便性は大き 、。
[0081] 上記の形態は、既存のマルチメディア機器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を介すことによって、既存の機器を電力線通信に 適用する例である。しかし、将来的には、マルチメディア機器が本発明の機能を内蔵 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、図 11に示したアダプタや IEEE 1394ケーブルや USBケーブル が不要になり、配線が簡素化される。また、ルータを介したインターネットへの接続や 、無線/有線 LANにハブ等を用いて接続することができるので、本発明の電力線伝 送システムを用いた LANシステムの拡張も可能である。また、電力線伝送方式では、 通信データが電力線を介して流されるため、無線 LANのように電波が傍受されてデ ータが漏洩するという問題が生じない。よって、電力線伝送方式は、セキュリティの面 力 のデータ保護にも効果を有する。もちろん、電力線を流れるデータは、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 れる。
[0082] このように、コンテンツの暗号ィ匕による著作権保護機能や本発明の効果である公平 な通信媒体の利用を含めた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
[0083] 本発明の通信装置は、複数の通信システム間で公平なデータ通信を実現すること 等に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 1つの通信媒体を時分割で共有することが可能な 2つ以上の通信システムの一方 に属する通信装置であって、
前記 1つの通信媒体を時分割で共有する際に、各通信システムに周期的に割り当 てられる共存通信区間周期を N X M+A (N：任意の整数， M：交流電源周期の半周 期， A:交流電源周期の半周期の整数倍でない任意のオフセット値）に決定する通信 制御部と、
前記 2つ以上の通信システムの他方に属する通信装置との間で、同期のための同 期信号を送受信する同期信号送受信部とを備える、通信装置。
[2] 前記オフセット値 Aは、 LZM (Lは 0<L< Mを満たす任意の実数)であることを特 徴とする、請求項 1に記載の通信装置。
[3] 前記同期信号送受信部は、前記通信制御部が決定した共存通信区間周期の先頭 時刻から所定時間を同期信号送受信領域として、前記同期信号を送受信することを 特徴とする、請求項 1に記載の通信装置。
[4] 交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備え、
前記通信制御部は、前記ゼロクロス検出部によって検出されたゼロクロス点を基準 として、前記同期信号送受信部に対して前記同期信号を送信するタイミングを指示 することを特徴とする、請求項 1に記載の通信装置。
[5] 前記ゼロクロス検出部は、前記交流電源周期を自動的に検出し、
前記通信制御部は、前記ゼロクロス検出部によって検出された前記交流電源周期 に応じて、前記共存通信区間周期を決定することを特徴とする、請求項 4に記載の通 信装置。
[6] 1つの通信媒体を時分割で共有することが可能な 2つ以上の通信システムの一方 に属する通信装置が行う方法であって、
前記 1つの通信媒体を時分割で共有する際に、各通信システムに周期的に割り当 てられる共存通信区間周期を N X M+A (N：任意の整数， M：交流電源周期の半周 期， A:交流電源周期の半周期の整数倍でない任意のオフセット値）に決定する通信 制御ステップと、 前記 2つ以上の通信システムの他方に属する通信装置との間で、同期のための同 期信号を送受信する同期信号送受信ステップとを備える、方法。
1つの通信媒体を時分割で共有することが可能な 2つ以上の通信システムの一方 に属する通信装置に用いられる集積回路であって、
前記 1つの通信媒体を時分割で共有する際に、各通信システムに周期的に割り当 てられる共存通信区間周期を N X M+A (N：任意の整数， M：交流電源周期の半周 期， A:交流電源周期の半周期の整数倍でない任意のオフセット値）に決定する通信 制御部と、
前記 2つ以上の通信システムの他方に属する通信装置との間で、同期のための同 期信号を送受信する同期信号送受信部とを備える、集積回路。
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