WO2012164993A1

WO2012164993A1 - 通信システム、通信装置および通信システムの動作方法

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Publication number: WO2012164993A1
Application number: PCT/JP2012/055991
Authority: WO
Inventors: 栄治馬場
Original assignee: 株式会社メガチップス
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-12-06
Also published as: CN103563262B; JP2012253406A; JP5793002B2; US9001903B2; CN103563262A; US20140093001A1

Abstract

　本発明に係る通信システムは、第１通信装置と、当該第１通信装置との間で電力線を伝送路とした電力線通信を行う第２通信装置とを備え、第１通信装置は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、ＯＦＤＭ方式で変調された送信信号を、ゼロクロスタイミングで送信する送信手段とを有し、前記送信手段は、電力線通信を開始する際に、プリアンブルを有するヘッダ信号（ＨＳ）を送信信号として最初に送信し、ヘッダ信号（ＨＳ）を送信した後は、プリアンブルを有さないデータ信号（ＤＳ）を送信信号として送信し、第２通信装置は、受信した送信信号に復調処理を施して、受信データを得る受信処理手段を有する。

Description

通信システム、通信装置および通信システムの動作方法

　本発明は、通信技術に関する。

　近年、電気機器に電力を供給する電力線を利用した電力線通信（Power　Line　Communication：ＰＬＣ）が実用化されている。電力線通信では、商用電源周波数よりも高い周波数の通信信号を商用電力に重畳させて通信が行われる。

　しかし、当該電力線通信は、家庭内の電気機器が接続された電力線を伝送路とする通信方式であるため、電気機器のノイズ（「家電ノイズ」とも称する）の影響を受けて電力線通信の通信品質が悪化する場合がある。

　この家電ノイズによる影響は、商用の交流電圧波形の振幅がピークとなるピーク付近で大きくなるため、これを避けるために、交流電圧波形の振幅がゼロになる、いわゆるゼロクロス付近で電力線通信を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００９－２８４１５９号公報

　しかし、ゼロクロス付近での電力線通信は、時間的に短い期間での通信となるため、伝送容量は小さくなる。

　また一般的に、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を用いたマルチキャリア変調方式の送信信号を、時系列的に分散させて送信する場合、受信側では、受信タイミングを特定することができないため、分散して受信される送信信号それぞれに対して、シンボルタイミング同期を行わなければならない。このように、分散して受信される送信信号それぞれに対してシンボルタイミング同期を行うには、シンボルタイミング同期処理に用いるプリアンブル（Preamble）信号を送信信号に付加することになる。

　しかし、分散して送信される各送信信号に対してプリアンブル信号を付加すると、実際の送信データに割り当てられる伝送容量はさらに小さくなる。

　そこで、本発明は、ＯＦＤＭ信号を用いた電力線通信をゼロクロス付近において行う場合に、送信データを効率的に伝送することが可能な技術を提供することを目的とする。

　本発明に係る通信システムの第１の態様は、第１通信装置と、前記第１通信装置との間で、電力線を伝送路とした電力線通信を行う第２通信装置とを備え、前記第１通信装置は、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、ＯＦＤＭ方式で変調された送信信号を、前記ゼロクロスタイミングで送信する送信手段とを有し、前記送信手段は、前記電力線通信を開始する際に、プリアンブルを有する第１送信信号を前記送信信号として最初に送信し、前記第１送信信号を送信した後は、プリアンブルを有さない第２送信信号を前記送信信号として送信し、前記第２通信装置は、受信した前記送信信号に復調処理を施して、受信データを得る受信処理手段を有する。

　また、本発明に係る通信システムの第２の態様は、上記第１の態様であって、前記第２通信装置は、前記第１送信信号の前記プリアンブルを用いてシンボル同期処理を実行して、シンボル同期情報を取得する同期処理手段、をさらに有し、前記受信処理手段は、前記第２送信信号を受信した場合、隣接するゼロクロスタイミング間の間隔を示すゼロクロス間隔および前記シンボル同期情報を用いて、前記第２送信信号に対するシンボル同期タイミングを特定して、前記第２送信信号に前記復調処理を施す。

　また、本発明に係る通信システムの第３の態様は、上記第２の態様であって、前記ゼロクロス間隔は、商用電源の既知の周波数に基づいて特定された間隔である。

　また、本発明に係る通信システムの第４の態様は、上記第２の態様であって、前記第１通信装置は、前記検出手段によって検出されるゼロクロスタイミングに基づいて、ゼロクロス間隔を示す付属情報を生成する生成手段、をさらに有し、前記送信手段は、前記付属情報を含む前記第１送信信号を送信し、前記受信処理手段は、前記付属情報を含む前記第１送信信号に前記復調処理を施して、前記付属情報を前記受信データとして取得し、前記第２通信装置は、前記受信処理手段によって取得された前記付属情報に基づいて前記ゼロクロス間隔を特定する。

　また、本発明に係る通信システムの第５の態様は、上記第４の態様であって、前記送信手段は、パイロット信号を含む前記第１送信信号を送信し、前記受信処理手段は、受信した前記第１送信信号に含まれる前記パイロット信号を用いて伝送路特性を推定し、推定伝送路特性を取得する伝送路推定手段と、前記推定伝送路特性に含まれる位相に関する伝送路推定情報と、前記付属情報とを用いて、前記第２送信信号に含まれるデータシンボルの位相を補正する等化処理を行う等化処理手段とを有する。

　また、本発明に係る通信システムの第６の態様は、上記第１の態様であって、前記第１通信装置は、前記検出手段によって検出されるゼロクロスタイミングに基づいて、ゼロクロス間隔を示す付属情報を生成する生成手段をさらに有し、前記第２通信装置は、前記第１送信信号の前記プリアンブルを用いてシンボル同期処理を実行して、シンボル同期情報を取得する同期処理手段をさらに有し、前記送信手段は、前記付属情報を含む第２送信信号を所定のゼロクロスタイミングで送信し、前記受信処理手段は、前記付属情報を含む第２送信信号に前記復調処理を施して、前記付属情報を前記受信データとして取得し、前記受信処理手段は、取得された前記付属情報に基づいて特定されるゼロクロス間隔および前記シンボル同期情報を用いて、前記所定のゼロクロスタイミングの次のゼロクロスタイミングで送信される第２送信信号のシンボル同期タイミングを特定する。

　また、本発明に係る通信装置は、電力線を伝送路とした電力線通信を行う通信装置であって、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、ＯＦＤＭ方式で変調された送信信号を、前記ゼロクロスタイミングで送信する送信手段とを備え、前記送信手段は、前記電力線通信を開始する際に、プリアンブルを有する第１送信信号を前記送信信号として最初に送信し、前記第１送信信号を送信した後は、プリアンブルを有さない第２送信信号を前記送信信号として送信する。

　また、本発明に係る通信システムの動作方法は、第１通信装置と、前記第１通信装置との間で電力線を伝送路とした電力線通信を行う第２通信装置とを含む通信システムの動作方法であって、ａ）前記第１通信装置において、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する工程と、ｂ）前記第１通信装置において、ＯＦＤＭ方式で変調された送信信号を前記ゼロクロスタイミングで送信する工程と、ｃ）前記第２通信装置において、受信した前記送信信号に復調処理を施して、受信データを得る工程とを備え、前記ｂ）工程では、前記電力線通信を開始する際に、プリアンブルを有する第１送信信号が前記送信信号として最初に送信され、前記第１送信信号を送信した後は、プリアンブルを有さない第２送信信号が前記送信信号として送信される。

　本発明によれば、ＯＦＤＭ信号を用いた電力線通信をゼロクロス付近において行う場合に、送信データを効率的に伝送することが可能になる。

　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本実施形態に係る通信システムの構成図である。第１通信装置および第２通信装置の機能構成を示すブロック図である。通信システムにおける送信信号の伝送タイミングを示す図である。通信システムにおける通信態様を示す図である。ヘッダ信号の詳細を示す図である。データ信号の詳細を示す図である。比較例に係る通信システムの通信態様を示す図である。通信システムの動作を示すフローチャートである。第１通信装置の動作概要を示す図である。第２通信装置の動作概要を示す図である。変形例に係る等化処理の概要を示す図である。

　以下、実施形態について図面を参照して説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一または相応する要素を示すものとする。

　＜１．実施形態＞
　　［１－１．通信システムの構成］
　図１は、本実施形態に係る通信システム１の構成図である。

　図１に示されるように、通信システム１は、第１通信装置１０と第２通信装置２０とを有している。通信システム１における第１通信装置１０および第２通信装置２０はそれぞれ、電力線３０に接続されている。そして、第１通信装置１０および第２通信装置２０は、電力線３０を伝送路とした電力線通信（ＰＬＣ：power line communication）によって、互いに通信可能に構成されている。

　また、通信装置１０，２０間の電力線通信は、周波数軸上で互いに直交する複数のサブキャリアを合成して得られるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を用いて行われる。

　なお、以下では、第１通信装置１０は送信装置として機能し、第２通信装置２０は受信装置として機能する場合を例示するが、これに限定されるものではない。すなわち、第１通信装置１０は、少なくとも送信機能を有しており、当該送信機能に加えて受信機能を有していてもよい。同様に、第２通信装置２０は、少なくとも受信機能を有しており、当該受信機能に加えて送信機能を有していてもよい。

　以下では、通信システム１を構成する第１通信装置１０および第２通信装置２０それぞれの構成について、この順序で説明する。図２は、第１通信装置１０および第２通信装置２０の機能構成を示すブロック図である。

　図２に示されるように、第１通信装置（送信装置）１０は、結合部１０１、送信処理部１０２、受信処理部１０３、同期処理部１０４、および通信制御部１０５を備えている。

　結合部１０１は、電力線３０に接続され、送信処理部１０２から入力されるＯＦＤＭ信号を電力線通信を行うための通信信号（ＰＬＣ信号）に変換し、当該ＰＬＣ信号を電力線３０に出力する機能を有している。また、結合部１０１は、電力線３０からＰＬＣ信号を取り出し、当該ＰＬＣ信号を受信信号として受信処理部１０３に出力する機能を有している。

　送信処理部１０２は、ゼロクロス検出部１２１と付属情報生成部１２２と変調部１２３とを有し、通信制御部１０５から送信データを取得し、当該送信データを変調して、送信データを含むＯＦＤＭ信号を生成する。

　具体的には、ゼロクロス検出部（検出手段）１２１は、商用の交流電圧波形の振幅がゼロになるタイミング（「ゼロクロスタイミング」とも称する）を検出し、検出したゼロクロスタイミングに同期して検出信号を出力する。

　付属情報生成部（生成手段）１２２は、ゼロクロス検出部１２１から出力される検出信号に基づいて、ゼロクロス間隔を示す付属情報（「指標情報」または「マーカー情報」とも称する）を生成する。付属情報は、クロック発生部１０６から出力されるクロック信号をカウントして得られるカウント値（カウント数）で表される。すなわち、付属情報生成部１２２は、ゼロクロスタイミングを示す検出信号が入力されてから次の検出信号が入力されるまでの間、クロック信号のクロック数をカウントし、得られるカウント値をゼロクロス間隔を示す付属情報として出力する。

　変調部１２３は、通信制御部１０５から入力される送信データと付属情報生成部１２２から入力される付属情報とに基づいてＯＦＤＭシンボルを生成し、当該ＯＦＤＭシンボルに逆高速フーリエ変換を施して、ＯＦＤＭ信号を生成する。生成されたＯＦＤＭ信号は、結合部１０１に出力される。

　受信処理部１０３は、結合部１０１から入力される受信信号を復調して、受信データを生成する機能を有している。受信処理部１０３で生成された受信データは、通信制御部１０５に出力される。

　同期処理部１０４は、通信制御部１０５と協働して、周波数同期、およびシンボルタイミング同期（シンボル同期）等の各種同期処理を行う。同期処理の詳細は、後述する。

　通信制御部１０５は、第１通信装置１０における各種処理動作を制御する。具体的には、通信制御部１０５は、送信データを生成して送信処理部１０２の変調部１２３へ出力する。そして、ゼロクロス検出部１２１からの検出信号に基づいて特定されるゼロクロスタイミングで、送信信号を出力するように結合部１０１を制御する。このように、結合部１０１は、通信制御部１０５と協働して送信手段として機能する。またさらに、通信制御部１０５は、受信処理部１０３で復調された受信データを取得し、当該受信データに基づいて所定の処理を行う。

　次に、第２通信装置２０（受信装置）の構成について詳述する。第２通信装置２０は、第１通信装置１０と同様の構成を有しているため、ここでは、受信装置としての特徴部分（受信処理部２０３の構成）をより詳細に説明する。

　図２に示されるように、第２通信装置２０は、結合部２０１、送信処理部２０２、受信処理部２０３、同期処理部２０４、および通信制御部２０５を備えている。

　結合部２０１は、上述の結合部１０１と同様の機能を有している。すなわち、結合部２０１は、電力線３０に接続され、送信処理部２０２から入力されるＯＦＤＭ信号をＰＬＣ信号に変換し、当該ＰＬＣ信号を電力線３０に出力する機能を有している。また、結合部２０１は、電力線３０からＰＬＣ信号を取り出し、当該ＰＬＣ信号を受信信号として受信処理部２０３に出力する機能を有している。

　送信処理部２０２は、上述の送信処理部１０２と同様、通信制御部２０５から送信データを取得し、当該送信データを変調して、送信データを含むＯＦＤＭ信号を生成する。

　受信処理部（受信処理手段）２０３は、ＦＦＴ部２３０と伝送路推定部２３１と等化処理部２３２と復調部２３３とを有し、結合部２０１から入力される受信信号を復調して、受信データを生成する機能を有している。

　具体的には、ＦＦＴ部２３０は、受信信号に高速フーリエ変換を施して、時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する、いわゆるマルチキャリア復調処理を実行する。ＦＦＴ部２３０から出力されるマルチキャリア復調処理後の受信信号は、伝送路推定部２３１および等化処理部２３２に入力される。

　伝送路推定部（伝送路推定手段）２３１は、受信信号に含まれるパイロット信号を用いて、パイロット信号を伝送したサブキャリアの伝送路特性（パイロット信号の伝送路特性）を算出する。そして、伝送路推定部２３１は、パイロット信号の伝送路特性を用いて補間処理を実行することによって、パイロット信号以外の他の信号を伝送したサブキャリアの伝送路特性を推定する。このような伝送路推定処理によって得られたパイロット信号以外の他の信号の伝送路特性（「推定伝送路特性」とも称する）は、等化処理部２３２に出力される。

　等化処理部（等化処理手段）２３２は、受信信号を、当該受信信号に対応する推定伝送路特性で除算する等化処理を行う。等化処理部２３２から出力される等化処理後の受信信号は、復調部２３３に出力される。

　復調部２３３は、等化処理後の受信信号にデマッピング処理等のサブキャリア復調処理を施し、復調された受信データを通信制御部２０５に出力する。なお、本実施形態では、復調処理は、マルチキャリア復調処理およびサブキャリア復調処理の少なくとも１つを含む概念として用いる。

　同期処理部（同期処理手段）２０４は、通信制御部２０５と協働して、キャリア周波数の誤差を調整する周波数同期、および第２通信装置２０に到来したＯＦＤＭ信号を検出して、ＯＦＤＭシンボルとマルチキャリア復調処理とのタイミングの同期をとるシンボルタイミング同期等の各種同期処理を行い、同期情報を取得する。

　通信制御部２０５は、第２通信装置２０における各種処理動作を制御する。例えば、通信制御部２０５は、送信データを生成して送信処理部２０２へ出力する。また、例えば、通信制御部２０５は、受信処理部２０３で復調された受信データを取得し、当該受信データに基づいて所定の処理を行う。

　　［１－２．電力線通信の通信態様］
　次に、上述のような構成を有する通信装置１０，２０間で行われる電力線通信の通信態様について説明する。図３は、通信システム１における送信信号の伝送タイミングを示す図である。図４は、通信システム１における通信態様を示す図である。図５は、ヘッダ信号の詳細を示す図であり、図５では、ヘッダ信号に含まれるダミーデータ信号が周波数軸上でも表されている。図６は、データ信号の詳細を示す図であり、図６では、ヘッダ信号に含まれるダミーデータ信号が周波数軸上でも表されている。図７は、比較例に係る通信システムの通信態様を示す図である。

　通信装置１０，２０間で行われる電力線通信は、電力線３０に接続された電気機器によって生じる家電ノイズの影響を避けるため、特定の期間において行われる。

　具体的には、図３に示されるように、家電ノイズＫＮの影響は、商用の交流電圧波形の振幅がピークとなるピーク付近で大きくなるため、通信装置１０，２０間で行われる電力線通信は、交流電圧波形の振幅がゼロになる、いわゆるゼロクロス付近ＺＲの特定期間（「ゼロクロス期間」とも称する）で行われる。

　このように、通信システム１では、家電ノイズの影響を避けるために、商用の交流電圧波形の振幅がゼロになるゼロクロス点を含むゼロクロス期間において電力線通信を行うように構成されている。なお、ここでは、商用の交流電圧波形の振幅がゼロになるタイミングを「ゼロクロスタイミング」とも称する。

　そして、図４に示されるように、送信（伝送）を行う最初のゼロクロスタイミング（初期ゼロクロスタイミング）では、第１通信装置１０は、ヘッダ信号ＨＳを送信信号として送信する。

　図５に示されるように、ヘッダ信号ＨＳは、プリアンブル部ＰＢとダミーデータ部ＤＤとで構成されている。

　プリアンブル部ＰＢの信号（プリアンブル信号）ＰＢＳは、同一のＯＦＤＭシンボルに基づいて生成された繰り返しのＯＦＤＭ信号によって構成される。当該プリアンブル信号ＰＢＳは、受信装置において、周波数同期およびシンボルタイミング同期等の各種同期処理に用いられる。

　一方、ダミーデータ部ＤＤの信号（ダミー信号）は、ダミーデータ信号ＤＤＳとガード・インターバル（ＧＩ：Guard Interval）ＧＩＳとで構成されている。ダミーデータ信号ＤＤＳは、変調部１２３内で生成される１のＯＦＤＭシンボルに基づいて生成される信号であり、伝送路推定に用いられるパイロット信号と、ゼロクロス間隔を示す付属情報とを含んでいる。

　ＯＦＤＭシンボル単位の当該ダミーデータ信号ＤＤＳを周波数軸上で表すと、図５の様になり、図５には、ＯＦＤＭ信号を構成する複数のサブキャリアにおいて、分散して配置される複数のパイロット信号ＰＳと、隣接する数サブキャリアに渡って配置される付属情報ＱＦとが示されている。なお、図５では、ダミーデータ信号ＤＤＳにパイロット信号ＰＳと付属情報とが含まれている態様を例示しているが、パイロット信号ＰＳおよび付属情報に加えて他の情報を含んでいてもよい。また、ダミーデータ信号ＤＤＳにおける、パイロット信号ＰＳおよび付属情報ＱＦをＯＦＤＭ信号を構成する複数のサブキャリアに割り当てる際のサブキャリアへの割り当て態様は、図５の態様に限定されず、他の態様であってもよい。

　また、図４に示されるように、ヘッダ信号送信後の各ゼロクロスタイミングでは、第１通信装置１０は、ヘッダ信号ＨＳを送信することなく、データ信号ＤＳを送信信号として送信する。

　一度のゼロクロスタイミングで送信されるデータ信号ＤＳは、１のＯＦＤＭシンボル或いは、複数のＯＦＤＭシンボルに基づいて生成される。図６では、一度のゼロクロスタイミングで送信されるデータ信号ＤＳとして、連続した複数のＯＦＤＭシンボルに基づいて生成される信号が示されている。

　ＯＦＤＭシンボル単位の各データ信号は、送信装置から受信装置に伝送される実データ信号（伝送実データ信号）ＤＳＲと、ガード・インターバルＧＩＳとで構成されている。

　各データ信号における実データ信号ＤＳＲは、変調部１２３内で生成される１のＯＦＤＭシンボルに基づいて生成される信号であり、パイロット信号と、ゼロクロス間隔を示す付属情報と、実際のデータ（「実データ」とも称する）とを含んでいる。

　ＯＦＤＭシンボル単位の実データ信号ＤＳＲを周波数軸上で表すと、図６の様になり、図６には、ＯＦＤＭ信号を構成する複数のサブキャリアにおいて、分散して配置される複数のパイロット信号ＰＳと、パイロット信号ＰＳを乗せるサブキャリア以外の他のサブキャリアに乗せる付属情報ＱＦおよび実データＤＦが示されている。なお、実データ信号ＤＳＲにおける、パイロット信号ＰＳ、付属情報ＱＦおよび実データＤＦをＯＦＤＭ信号を構成する複数のサブキャリアに割り当てる際のサブキャリアへの割り当て態様は、図６の態様に限定されず、他の態様であってもよい。

　このように、通信システム１では、伝送を行う最初のゼロクロスタイミングで、各種同期処理用のプリアンブル部を有するヘッダ信号ＨＳが伝送され、ヘッダ信号ＨＳ送信後のゼロクロスタイミングでは、各種同期処理用のプリアンブル部を有さないデータ信号ＤＳが伝送される。これによれば、図７に示されるように、ゼロクロスタイミングごとにプリアンブル部ＰＢ１を有した送信信号（プリアンブル信号を含む送信信号）ＥＳを伝送する場合に比べて、プリアンブル信号を伝送する替わりに実データを伝送することができるので、伝送効率を向上させることが可能になる。

　例えば、商用電源の周波数を６０Ｈｚ（商用電源の１周期を約１６ｍｓ）とすると、１のゼロクロスタイミングで通信に利用できる期間は、約４ｍｓとなる。また、ＦＦＴポイント数を１２８、ＦＦＴのサンプリングクロック数を１．２ＭＨｚとすると、サブキャリアのスペーシング周波数は、約１０ＫＨｚとなり、１のＯＦＤＭシンボルあたりの期間が１００μｓとなる。ここで、プリアンブル信号の伝送に要するＯＦＤＭシンボル数を「１０」とすると、プリアンブル信号の送信期間は１ｍｓとなる。

　このように、１のゼロクロスタイミングで通信に利用できる約４ｍｓの送信期間のうち、プリアンブル信号の送信期間は１ｍｓであるから、当該プリアンブル信号の送信期間において、プリアンブル信号に代えて実データを伝送可能になると伝送効率は約２０％改善することになる。なお、ここで用いた、プリアンブル信号の伝送に要するＯＦＤＭシンボル数（「１０」）は、平均的な値であり、規格または方式に応じて変化しうる。

　また、ゼロクロスタイミングごとにプリアンブル信号を含む送信信号を送信していた、従来のゼロクロス付近における電力線通信では、十分な伝送容量を確保できないため、従来のゼロクロス付近における電力線通信が実装されるケースは少なかった。このため、実際は、家電ノイズの影響を防ぐためのノイズ除去用フィルタを設けて、商用の交流電圧波形の振幅がピークとなるピーク付近においても通信を行う場合が多かった。

　しかし、本通信システム１によれば、伝送効率の向上により、ゼロクロスタイミングでの電力線通信で、十分な伝送容量を確保できるので、商用の交流電圧波形の振幅がピークとなるピーク付近で通信を行う必要性がなくなる。すなわち、本通信システム１の方式を採用すれば、通信装置において家電ノイズの影響を防ぐためのノイズ除去用フィルタ等のノイズ対策用の回路が不要になるので、通信装置の低価格化、および小型化を図ることが可能になる。

　また、通信システム１で採用されている電力線通信は、電力線３０を伝送路とした有線通信であるため、マルチパスの影響がない。このため、最初に受信されるヘッダ信号ＨＳのプリアンブル信号ＰＢＳを用いて行われた周波数同期情報（詳細には、キャリア周波数の誤差情報）を用いれば、ヘッダ信号ＨＳ受信後の各ゼロクロスタイミングで受信されるデータ信号ＤＳに対して、新たに周波数同期処理を実行することなくキャリア周波数の誤差を取り除くことができる。すなわち、各ゼロクロスタイミングで受信されるデータ信号ＤＳに対しては、新たに周波数同期処理を実行することなくマルチキャリア復調処理を行うことが可能になる。

　またさらに、通信システム１では、ゼロクロスタイミングごとに送信信号が送信される。このため、受信装置において、ヘッダ信号ＨＳに含まれるプリアンブル信号ＰＢＳを用いてシンボルタイミング同期が確立された後は、各ゼロクロスタイミングで伝送される送信信号（データ信号ＤＳ）それぞれについては、新たにシンボルタイミング同期処理を実行することなくマルチキャリア復調処理を行うことができる。

　具体的には、受信装置は、プリアンブル信号ＰＢＳを用いてシンボルタイミング同期を確立すると、当該シンボルタイミング同期によって得られたシンボルタイミング同期情報（詳細には、シンボル同期タイミング）を保持する。そして、受信装置は、商用電源の既知の周波数に基づいて特定される既知のゼロクロス間隔を自装置内で計測し、当該ゼロクロス間隔と保持したシンボル同期タイミングとを用いて、各ゼロクロスタイミングで伝送される各送信信号のシンボル同期タイミングを特定し、マルチキャリア復調処理を行う。

　なお、送信信号は、送信信号における時系列上の特定位置とゼロクロスタイミングとが一定の関係を有した状態で送信される。具体的には、送信信号は、送信信号の先頭位置（ガード・インターバルＧＩＳの開始位置）とゼロクロスタイミングとが一致するように送信される。或いは、送信信号は、送信信号におけるガード・インターバルＧＩＳの中心位置とゼロクロスタイミングとが一致するように送信される。これにより、隣接したゼロクロスタイミングで送信される各送信信号における特定位置間の距離は、ゼロクロス間隔に等しくなるので、受信装置は、各ゼロクロスタイミングで送信される送信信号の受信タイミングを、ゼロクロス間隔を用いて特定可能となる。

　このように、通信システム１では、伝送を開始する際の最初の送信信号（ヘッダ信号ＨＳ）に含まれるプリアンブル信号ＰＢＳを用いて、シンボルタイミング同期が確立される。シンボルタイミング同期確立後は、シンボル同期タイミングを保持し、当該シンボル同期タイミングを用いることによって、ヘッダ信号ＨＳに含まれるダミー信号に対して、新たなシンボルタイミング同期を行うことなくマルチキャリア復調処理を行うことが可能になる。また、データ信号ＤＳに対しては、保持したシンボル同期タイミングと、ゼロクロス間隔とを用いることによって、新たなシンボルタイミング同期を行うことなくマルチキャリア復調処理を行うことが可能になる。

　またさらに、通信システム１では、上述のように、既知のゼロクロス間隔を用いてマルチキャリア復調処理を行ってもよいが、付属情報ＱＦを用いて特定されたゼロクロス間隔を用いて、マルチキャリア復調処理を行ってもよい。付属情報ＱＦを用いて特定されたゼロクロス間隔を用いて、マルチキャリア復調処理を行うことによれば、商用電源の電源周期の変動を考慮したゼロクロス間隔を用いて、マルチキャリア復調処理を行うことになるので、マルチキャリア復調処理をさらに精度良く行うことができる。

　　［１－３．付属情報を用いたゼロクロス間隔の特定動作］
　以下では、付属情報ＱＦを用いて特定したゼロクロス間隔を用いて、マルチキャリア復調処理を行うときの通信システム１の動作について説明する。図８は、通信システム１の動作を示すフローチャートである。なお、図８では、左側に送信装置としての第１通信装置１０の動作、右側に受信装置としての第２通信装置２０の動作がそれぞれ記載されている。図９は、第１通信装置１０の動作概要を示す図であり、図１０は、第２通信装置２０の動作概要を示す図である。

　図８に示されるように、通信システム１を構成する送信装置（ここでは、第１通信装置１０）では、まず、ステップＳＰ１１において、ゼロクロス間隔の測定が行われる。当該ゼロクロス間隔の測定は、ゼロクロス検出部１２１および付属情報生成部１２２の協働により実行される。

　具体的には、付属情報生成部１２２は、ゼロクロスの検出に応じてゼロクロス検出部１２１から入力される検出信号に基づいて、ゼロクロス間隔を生成する。上述のように、生成されたゼロクロス間隔は、隣接した２つのゼロクロスタイミング間における、クロック信号のクロック数をカウントしたカウント値として表される。

　このようなゼロクロス間隔の検出は、図９に示されるように、送信信号を送信するための送信動作が実行（開始）される前においては、ゼロクロスタイミング間ごとに繰り返し行われる。

　そして、ゼロクロスタイミング間ごとに取得されるカウント値、換言すれば各ゼロクロス間隔を示すカウント値に対しては、付属情報生成部１２２において平均処理が施される。平均化されたカウント値（平均カウント値）は、送信信号を送信する前のゼロクロス間隔を示す付属情報ＱＦとなる。

　次のステップＳＰ１２において、送信信号を送信するための送信動作の実行（開始）が検出されると、動作工程はステップＳＰ１３に移行される。

　ステップＳＰ１３では、付属情報生成部１２２によって付属情報ＱＦの出力が行われる。

　ステップＳＰ１４では、送信処理部１０２によって付属情報ＱＦを含む送信信号が生成される。最初の当該ステップＳＰ１４で生成される送信信号は、ヘッダ信号ＨＳであり、付属情報ＱＦはヘッダ信号ＨＳ内のダミーデータ信号ＤＤＳに組み込まれることになる（図９参照）。当該ヘッダ信号ＨＳは、次のステップＳＰ１５において、送信動作開始後の最初のゼロクロスタイミングＴ１で受信装置に送信される。

　ステップＳＰ１５の動作工程が終了すると、動作工程は、ステップＳＰ１１に移行され、ステップＳＰ１１～ステップＳＰ１５の各工程が実行される。すなわち、ステップＳＰ１５の動作工程終了後に実行されるステップＳＰ１１～ステップＳＰ１５では、次のゼロクロスタイミングＴ２で送信する付属情報ＱＦが生成され、当該付属情報ＱＦを組み込んだデータ信号ＤＳがゼロクロスタイミングＴ２で送信される。

　以後、一連の送信動作では、ステップＳＰ１１～ステップＳＰ１５の各工程が繰り返し実行され、送信装置からは、付属情報ＱＦを含む送信信号（データ信号ＤＳ）がゼロクロスタイミングＴ３，Ｔ４ごとに送信されることになる。

　なお、ヘッダ信号ＨＳが送信される最初のゼロクロスタイミングＴ１よりも後のゼロクロスタイミングで送信される付属情報ＱＦは、過去のゼロクロス間隔のカウント値を平均したものでもよく、直近のゼロクロス間隔のみのカウント値であってもよい。

　一方、通信システム１を構成する受信装置（ここでは、第２通信装置２０）では、ステップＳＰ２１において、ヘッダ信号ＨＳが受信されると、動作工程は、ステップＳＰ２２へと移行される。

　ステップＳＰ２２では、ヘッダ信号ＨＳに含まれるプリアンブル信号ＰＢＳを用いて周波数同期およびシンボルタイミング同期が行われる。これらの同期確立後、ヘッダ信号ＨＳに含まれるダミー信号に対して復調処理が施される。

　そして、ステップＳＰ２３では、通信制御部２０５によって、復調処理後の受信データから付属情報が取得される。

　次のステップＳＰ２４では、通信制御部２０５によって、付属情報に基づいて次の送信信号の受信タイミングが特定される。

　具体的には、通信制御部２０５は、受信データから取得された付属情報によって与えられるカウント値を、ヘッダ信号ＨＳを受信してから次のデータ信号ＤＳを受信するまでのゼロクロス間隔として用いる。

　そして、受信装置は、クロック信号を生成するクロック発生部（不図示）を有し、ゼロクロス間隔を実際に把握するために、当該クロック信号を用いる。すなわち、付属情報によって与えられたカウント値分のクロックを、受信装置において生成されたクロック信号を用いてカウントすることによって、次の送信信号の受信タイミングを特定する。

　なお、受信装置は、付属情報を取得するために復調処理等を行うため、ヘッダ信号ＨＳを受信してからゼロクロス間隔を特定するまで所定時間を要する。このため、実際に受信タイミングを特定する際には、受信装置は、ゼロクロス間隔の特定に要した所定時間分の遅延量を、特定されたゼロクロス間隔から差し引くことによって得られる値分のクロック数をカウントすることになる。より詳細には、図１０に示されるように、ゼロクロス間隔ＺＫの特定に所定時間分の遅延量ＲＭを要したとすると、受信装置は、ゼロクロス間隔ＺＫから遅延量ＲＭを差し引いて得られる値ＨＫ分のクロック数を、クロック信号を用いてカウントすることによって、次の送信信号の受信タイミングを特定する。このように、ゼロクロス間隔の特定に要する遅延量を考慮して次の送信信号の受信タイミングを特定する処理は、データ信号ＤＳの受信処理においても同様に実行される。

　また、送信信号は、送信信号におけるガード・インターバルＧＩＳの中心位置とゼロクロスタイミングとが一致するように送信されることが好ましい。例えば、図１０に示されるように、ヘッダ信号ＨＳについては、ヘッダ信号ＨＳのガード・インターバルＧＩＳの中心位置とゼロクロスタイミングＴ１０とが一致するように送信される。また、データ信号ＤＳについては、データ信号ＤＳのガード・インターバルＧＩＳの中心位置とゼロクロスタイミングＴ２０とが一致するように送信される。

　これによれば、ガード・インターバルＧＩＳの中心を基準にして（起算点として）、ゼロクロス間隔分のクロック数をカウントすることになるため、送信装置におけるクロック信号と受信装置におけるクロック信号とが同期していないことによる誤差（非同期による誤差）を考慮する必要性がなくなる。なお、送信装置および受信装置におけるクロック信号のクロック間隔は、短いほどゼロクロス間隔の特定制度は高くなるが、ガード・インターバルＧＩＳ期間内に数クロック分のクロックが存在するクロック間隔でもよい。

　図８に戻って、ステップＳＰ２５において、データ信号ＤＳが受信されると、動作工程は、ステップＳＰ２６に移行される。

　ステップＳＰ２６では、付属情報に基づいて特定されたゼロクロス間隔と、ステップＳＰ２２においてシンボルタイミング同期処理で得られた情報（すなわち、シンボル同期タイミング）とを用いて、受信されたデータ信号ＤＳにマルチキャリア復調処理が施される。マルチキャリア復調処理後のデータ信号には、等化処理およびサブキャリア復調処理が施され、受信データが生成される。

　ステップＳＰ２６の動作工程が終了すると、動作工程は、ステップＳＰ２３に移行され、受信データから新たな付属情報が取得される。以後、新たな付属情報に基づいてゼロクロス間隔が特定され（ステップＳＰ２４）、次のデータ信号ＤＳが受信されると（ステップＳＰ２５）、上記新たな付属情報に基づいて特定されたゼロクロス間隔を用いてサブキャリア復調処理が実行されることになる。

　このように、ゼロクロスタイミングごとに順次に取得されるデータ信号ＤＳそれぞれに対して、ステップＳＰ２３～ステップＳＰ２６の各工程が繰り返し実行される。これにより、ゼロクロスタイミングごとに取得される各データ信号ＤＳに対しては、最新の付属情報に基づいて特定されたゼロクロス間隔を用いたマルチキャリア復調処理が実行されることになる。

　以上のように、送信装置は、ゼロクロス間隔を示す付属情報をヘッダ信号ＨＳおよびデータ信号ＤＳに組み込んで受信装置に送信する。受信装置は、ヘッダ信号ＨＳおよびデータ信号ＤＳに組み込まれた付属情報からゼロクロス間隔を取得し、当該ゼロクロス間隔およびシンボル同期タイミングを用いて次のデータ信号ＤＳのシンボル同期タイミングを特定して、データ信号ＤＳに対するマルチキャリア復調処理を実行する。

　ゼロクロス間隔は、電力線３０に接続された各電気機器の誘導性負荷、或いは容量性負荷の影響により、変動する可能性がある。しかし、上述のように、送信装置において実際に検出されたゼロクロス間隔を受信装置に伝送し、実際に検出されたゼロクロス間隔を用いてマルチキャリア復調処理を実行することによれば、ゼロクロス間隔の変動に追従して精度良くシンボル同期タイミングを特定することができ、ひいてはマルチキャリア復調処理を精度良く実行することが可能になる。

　＜２．変形例＞
　以上、通信システム１の実施形態について説明したが、当該実施形態は、下記のように変形することができる。

　例えば、上記実施形態では、ヘッダ信号ＨＳに加えてデータ信号ＤＳにも、パイロット信号ＰＳを含め、データ信号ＤＳを受信した際にも伝送路推定処理を実行していたが、これに限定されない。図１１は、変形例に係る等化処理の概要を示す図である。

　具体的には、上述のように、通信システム１で採用されている電力線通信は、電力線３０を伝送路とした有線通信であるため、マルチパスの影響がない。このため通信システム１における電力線通信では、無線通信の場合とは異なり、伝送路品質が比較的損なわれない可能性が高い。

　そこで、データ信号ＤＳに関しては、ヘッダ信号ＨＳを用いた伝送路推定処理によって得られた推定伝送路特性を用いて、等化処理を行うようにして、データ信号ＤＳに含めるパイロット信号を減らす、或いは無くすようにしてもよい。具体的には、受信装置は、ヘッダ信号ＨＳを用いた伝送路推定処理によって得られた推定伝送路特性を保持する。そして、データ信号ＤＳに対して等化処理を行う際には、保持した推定伝送路特性に含まれる位相に関する伝送路推定情報（位相推定情報）を用いて、データ信号ＤＳに含まれる各データシンボルの位相を補正する等化処理を行う。

　またさらに、通信システム１は、ゼロクロスタイミングごとにデータ信号ＤＳを送信する構成であるため、ゼロクロスタイミングごとに送信された各データ信号ＤＳは、連続したＯＦＤＭシンボルに基づいて生成された信号ではない。このため、上記のように、位相推定情報を用いてデータ信号ＤＳに含まれる各データシンボルの位相を補正するだけでは、ヘッダ信号ＨＳの取得タイミングから等化処理対象のデータ信号ＤＳの取得タイミングまでの位相ズレが生じてしまうため、各データシンボルの位相に関する伝送路特性の影響を十分に除去することができない。

　そこで、本変形例における等化処理では、位相推定情報に加えて、ゼロクロス間の時間的なズレ情報を有する付属情報をも用いてデータシンボルの位相を補正する。

　具体的には、図１１に示されるように、本変形例における等化処理ＴＰでは、ヘッダ信号ＨＳを用いた伝送路推定処理ＥＰによって得られる位相推定情報ＨＦに加えて、受信装置において取得済みの付属情報ＱＦをも用いてデータシンボルの位相が補正される。等化処理ＴＰでは、下記の式（１）で示される処理が実行され、データシンボルの位相に関する伝送路特性の影響が除去されることになる。

　なお、式（１）において、Ｄｓ’（ｔ）は等化処理後のデータシンボル、Ｄｓ（ｔ）は等化処理前のデータシンボル、ｆ（ｔ）は位相推定情報ＨＦ、ｐ（ｔ）は受信装置において取得済みの付属情報から得られる、ヘッダ信号ＨＳの取得タイミングから等化処理対象のデータ信号ＤＳの取得タイミングまでの時間情報、Ｎは標本数をそれぞれ示している。なお、式（１）では、便宜上、式（１）を構成する各要素を時間領域の関数として表しているため、式（１）は、等化処理前のデータシンボル「Ｄｓ（ｔ）」と、位相に関する推定伝送路特性との畳み込み演算によって、等化処理後のデータシンボル「Ｄｓ’（ｔ）」を求める構成となっている。

　このように、データ信号ＤＳに関する等化処理をヘッダ信号ＨＳを用いた伝送路推定処理によって得られた推定伝送路特性と付属情報とを用いて行うことによれば、当該データ信号ＤＳを用いた伝送路推定処理が不要となる。これによれば、データ信号ＤＳに含めるパイロット信号を減らす、或いは無くすことができるので、パイロット信号ＰＳを減らした分、実データを伝送するための伝送容量を増やすことができる。すなわち、実データの伝送効率を高めることができる。

　また、位相推定情報ＨＦに加えて、受信装置において取得済みの付属情報ＱＦをも用いてデータシンボルの位相を補正することによれば、データシンボルの位相補正に関する精度を向上させることができる。

　また、次のような動作態様を通信システム１に付加してもよい。

　具体的には、第１通信装置１０において、付属情報生成部１２２で生成される付属情報ＱＦを通信制御部１０５に入力するようにし、通信制御部１０５は、付属情報ＱＦを用いてゼロクロス間隔を監視する。そして、第１通信装置１０は、ゼロクロス間隔の状況に応じて、種々の動作を実行する。動作の一例としては、例えば、ゼロクロス間隔の変動が大きくなった場合、通信動作の中止を知らせるステータス情報を付属情報ＱＦに含めて、送信してもよい。

　また、第２通信装置２０において、送信信号の受信エラーを検出した場合、そのエラー情報を第１通信装置１０に送信して、受信できなかった送信信号を再送させる態様としてもよい。

　また、上記実施形態では、ヘッダ信号ＨＳおよびデータ信号ＤＳに付属情報ＱＦを常に組み込む態様を例示したが、これに限定されない。

　具体的には、第１通信装置１０において、付属情報生成部１２２で生成される付属情報ＱＦを通信制御部１０５に入力するようにし、通信制御部１０５は、付属情報ＱＦを用いてゼロクロス間隔を監視する。そして、第１通信装置１０は、ゼロクロス間隔の変動が大きくなったときに付属情報ＱＦをヘッダ信号ＨＳ或いはデータ信号ＤＳに組み込む態様としてもよい。

　これによれば、ヘッダ信号ＨＳおよびデータ信号ＤＳに付属情報ＱＦを常に組み込む場合に比べて、付属情報ＱＦを伝送する替わりに実データを伝送できる可能性も生じうるので、伝送効率をさらに向上させることが可能になる。

　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

　１　通信システム
　１０　第１通信装置
　２０　第２通信装置
　１０２，２０２　送信処理部
　１０３，２０３　受信処理部
　１０４，２０４　同期処理部
　１０５，２０５　通信制御部
　１２１　ゼロクロス検出部
　１２２　付属情報生成部
　１２３　変調部
　２３０　ＦＦＴ部
　２３１　伝送路推定部
　２３２　等化処理部
　２３３　復調部
　３０　電力線
　ＨＳ　ヘッダ信号
　ＤＳ　データ信号
　ＱＦ　付属情報

Claims

　第１通信装置と、
　前記第１通信装置との間で、電力線を伝送路とした電力線通信を行う第２通信装置と、
を備え、
　前記第１通信装置は、
　　商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、
　　ＯＦＤＭ方式で変調された送信信号を、前記ゼロクロスタイミングで送信する送信手段と、
を有し、
　前記送信手段は、前記電力線通信を開始する際に、プリアンブルを有する第１送信信号を前記送信信号として最初に送信し、前記第１送信信号を送信した後は、プリアンブルを有さない第２送信信号を前記送信信号として送信し、
　前記第２通信装置は、
　　受信した前記送信信号に復調処理を施して、受信データを得る受信処理手段、
を有する通信システム。
　前記第２通信装置は、
　　前記第１送信信号の前記プリアンブルを用いてシンボル同期処理を実行して、シンボル同期情報を取得する同期処理手段、
をさらに有し、
　前記受信処理手段は、
　　前記第２送信信号を受信した場合、隣接するゼロクロスタイミング間の間隔を示すゼロクロス間隔および前記シンボル同期情報を用いて、受信した当該第２送信信号に対するシンボル同期タイミングを特定して、当該第２送信信号に前記復調処理を施す請求項１に記載の通信システム。
　前記ゼロクロス間隔は、商用電源の既知の周波数に基づいて特定された間隔である請求項２に記載の通信システム。
　前記第１通信装置は、
　　前記検出手段によって検出されるゼロクロスタイミングに基づいて、ゼロクロス間隔を示す付属情報を生成する生成手段、
をさらに有し、
　前記送信手段は、前記付属情報を含む前記第１送信信号を送信し、
　前記受信処理手段は、前記付属情報を含む前記第１送信信号に前記復調処理を施して、前記付属情報を前記受信データとして取得し、
　前記第２通信装置は、前記受信処理手段によって取得された前記付属情報に基づいて前記ゼロクロス間隔を特定する請求項２に記載の通信システム。
　前記送信手段は、パイロット信号を含む前記第１送信信号を送信し、
　前記受信処理手段は、
　　受信した前記第１送信信号に含まれる前記パイロット信号を用いて伝送路特性を推定し、推定伝送路特性を取得する伝送路推定手段と、
　　前記推定伝送路特性に含まれる位相に関する伝送路推定情報と、前記付属情報とを用いて、前記第２送信信号に含まれるデータシンボルの位相を補正する等化処理を行う等化処理手段と、
を有する請求項４に記載の通信システム。
　前記第１通信装置は、
　　前記検出手段によって検出されるゼロクロスタイミングに基づいて、ゼロクロス間隔を示す付属情報を生成する生成手段、
をさらに有し、
　前記第２通信装置は、
　　前記第１送信信号の前記プリアンブルを用いてシンボル同期処理を実行して、シンボル同期情報を取得する同期処理手段、
をさらに有し、
　前記送信手段は、前記付属情報を含む第２送信信号を所定のゼロクロスタイミングで送信し、
　前記受信処理手段は、前記付属情報を含む第２送信信号に前記復調処理を施して、前記付属情報を前記受信データとして取得し、
　前記受信処理手段は、取得された前記付属情報に基づいて特定されるゼロクロス間隔および前記シンボル同期情報を用いて、前記所定のゼロクロスタイミングの次のゼロクロスタイミングで送信される第２送信信号のシンボル同期タイミングを特定する請求項１に記載の通信システム。
　電力線を伝送路とした電力線通信を行う通信装置であって、
　商用電源のゼロクロスタイミングを検出する検出手段と、
　ＯＦＤＭ方式で変調された送信信号を、前記ゼロクロスタイミングで送信する送信手段と、
を備え、
　前記送信手段は、前記電力線通信を開始する際に、プリアンブルを有する第１送信信号を前記送信信号として最初に送信し、前記第１送信信号を送信した後は、プリアンブルを有さない第２送信信号を前記送信信号として送信する通信装置。
　第１通信装置と、前記第１通信装置との間で電力線を伝送路とした電力線通信を行う第２通信装置とを含む通信システムの動作方法であって、
　ａ）前記第１通信装置において、商用電源のゼロクロスタイミングを検出する工程と、
　ｂ）前記第１通信装置において、ＯＦＤＭ方式で変調された送信信号を前記ゼロクロスタイミングで送信する工程と、
　ｃ）前記第２通信装置において、受信した前記送信信号に復調処理を施して、受信データを得る工程と、
を備え、
　前記ｂ）工程では、前記電力線通信を開始する際に、プリアンブルを有する第１送信信号が前記送信信号として最初に送信され、前記第１送信信号を送信した後は、プリアンブルを有さない第２送信信号が前記送信信号として送信される通信システムの動作方法。