JP4584055B2 - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定の交流電圧が供給される電力線に接続され、データ通信を行う通信装置及び通信方法に関する。

例えば、コンピュータのような端末を用いて家庭、オフィス、工場などで有線でデータ通信を行う場合には、通常は伝送路として使用するケーブルやコネクタなどの配線を必要な箇所に敷設する必要があるため、通信設備の稼働開始までに様々な工事を行わざるを得ない。

一方、家庭、オフィス、工場などではほとんどの場合は商用電源、例えば交流電圧１００Ｖ（５０／６０Ｈｚ）を使用しているので、この電力を供給するための電力線（電灯線）が家庭内、オフィス内、工場内などのあらゆる箇所に既に敷設されている。したがって、これらの電力線をデータ通信に利用できれば、通信用の特別な配線を新たに設ける必要はなくなる。すなわち、通信装置を電源のコンセントに差し込むだけで通信経路を確保することが可能になる。

このような電力線を通信に利用する技術については、例えば特許文献１に開示された技術が知られている。また、現状では、日本を含む各国で、電力線通信を利用するための条件（例えば周波数帯域）などが検討されている。
特開２０００−１６５３０４号公報

ところで、現状では前述のような電力線を通信に利用する技術については規格が定まっていないので、実際の通信に使用するプロトコル、変調方式、周波数帯などの通信方式については、開発するメーカ毎に仕様が異なっている。

一方、このような通信技術が実際に使用される環境を考えると、同じ場所で複数種類の通信方式が混在する可能性が高い。例えば、アパートやマンションのような集合住宅に住んでいるユーザ（通信装置の利用者）の場合を想定すると、同じ集合住宅に住むそれぞれのユーザは必ずしも同じメーカの通信装置（例えばモデム）を使用するとは限らないので、複数のメーカが独自に製造した複数種類の通信装置が共通の電力線に同時に接続される場合がある。

このように、プロトコルや変調方式などの通信方式の異なる、複数種類の通信装置が同じ電力線に接続された場合には、自局と違う方式の通信装置から送出された信号を自局で復調することはできず、単なるノイズとして認識されることになる。したがって、複数種類の通信装置が同じ周波数帯を使用しているにもかかわらず、他の通信装置の存在すら認識できないため、複数種類の通信装置が送出する信号が衝突することになり、通信ができない状態になる。すなわち、共通の電力線上で複数種類の通信装置が共存することが困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、通信方式の異なる複数種類の通信装置が共通の伝送路に接続された場合であっても、信号衝突の発生を回避したデータ通信の制御が可能な通信装置及び通信方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１に、Ｎ相及び周期Ｔの交流電圧が供給される電力線に接続され、前記電力線を介したデータ通信を制御する通信装置であって、前記電力線の交流波形のタイミングに基づいて同期信号を生成する同期信号生成部と、前記同期信号生成部により生成された同期信号を基準としたＴ／２Ｍ（ＭはＮの自然数倍）の制御区間に、通信方式の異なる通信装置を前記電力線上において複数共存させる、共存方式の情報を含む制御信号を、前記電力線に出力する通信制御部とを備える通信装置が提供されるものである。

この構成により、電力線の交流波形のタイミングに基づいて生成した同期信号を用いてタイミングを制御するので、種類の異なる通信装置同士であっても互いに信号送出や監視のタイミングを合わせることが可能になる。また、制御区間をＴ／Ｍとすることで、Ｎ相の交流電圧が用いられ、電源プラグとコンセントとの接続の向きに応じて位相が異なる複数の通信装置間でも、信号の衝突の発生を回避したデータ通信の制御することができる。

本発明は、第２に、上記第１に記載の通信装置であって、前記整数Ｍは、予め３に設定される。

この構成により、世界の多数の国で採用されている単相、３相の交流電圧に対応することができる。

本発明は、第３に、上記第１又は第２に記載の通信装置であって、前記制御信号は、通信開始の要求又は通信終了情報を含む。

この構成により、通信制御部は、前記制御信号の通信タイミングとして、通信開始及び通信終了時のみでデータ通信を制御することが可能であるので、制御信号に対する処理負担を軽減させることができる。

本発明は、第４に、上記第１ないし第３のいずれかに記載の通信装置であって、更に、前記電力線を介して前記データ通信を行うデータ通信部を備え、前記通信制御部は、前記制御信号に基づいて、前記データ通信部が行うデータ通信を制御する。

この構成により、Ｎ相の交流電圧が用いられ、電源プラグとコンセントとの接続の向きに応じて位相が異なる複数の通信装置間でも、信号の衝突を回避したデータ通信を行うことができる。

本発明は、第５に、上記第４に記載の通信装置であって、前記通信制御部は、前記制御信号に基づいて、前記制御区間より後の通信区間におけるデータ通信を制御する。

この構成により、制御信号に含まれる共存方式の情報に基づいて、通信装置のデータ通信を制御することができる。

本発明は、第６に、上記第４又は第５に記載の通信装置であって、前記通信制御部は、他の前記通信装置から受信した前記制御信号に基づいて、前記制御区間より後の通信区間におけるデータ通信を制御する。

この構成により、他の通信装置が出力した制御信号に基づいて、自通信装置のデータ通信を制御することにより、信号の衝突を回避したデータ通信を行うことができる。

本発明は、第７に、上記第６に記載の通信装置であって、前記通信区間は、前記制御区間の整数倍である。

この構成により、制御区間の周期を変更する必要がなく、また、通信区間を長くすれば、制御信号に対する処理負担を軽減させることができる。

本発明は、第８に、上記第５又は第７に記載の通信装置であって、前記制御信号は、前記通信区間の期間を示す情報を更に含む。

この構成により、通信区間の期間を、通信中に適応的に変化させることが可能となり、柔軟な通信制御を行うことができる。

本発明は、第９に、上記第５ないし第８のいずれかに記載の通信装置であって、前記データ通信部は、前記通信区間毎に前記データ通信を行う。

この構成により、通信区間毎にデータ通信を行うことで、所望のデータ通信帯域を利用して通信を行うことが可能となり、周波数効率を高めることができる。

本発明は、第１０に、上記第１ないし第９のいずれかに記載の通信装置であって、前記制御信号は、複数に分割された時間区間を有し、各時間区間の信号の組合せにより、制御内容を示す。

この構成により、例えば、制御信号をＫ個の時間区間に分割し、時間区間毎に２進数の情報を表す場合、制御信号は２のＫ乗種類の制御内容を表現することができる。

本発明は、第１１に、上記第１ないし第１０のいずれかに記載の通信装置であって、前記通信制御部は、時間的に隣り合う複数の前記制御区間にそれぞれ、同一の前記情報を含む制御信号を出力する。

この構成により、制御信号の共存処理の信頼性を向上させることが出来る。

本発明は、第１２に、上記第１ないし第１１のいずれかに記載の通信装置であって、前記通信制御部は、前記データ通信部によるデータ通信が行われていない際に、前記制御信号を出力する。

この構成により、制御信号とデータ信号とを時間的に重ねないことで、一方の帯域から他方への帯域に信号が漏れることを防止することができるので、カバレッジの低下を抑制することが出来る。

本発明は、第１３に、Ｎ相及び周期Ｔの交流電圧が供給される電力線に接続され、前記電力線を介したデータ通信を制御する通信装置の通信方法であって、前記電力線の交流波形のタイミングに基づいて同期信号を生成するステップと、前記同期信号を基準としたＴ／２Ｍ（ＭはＮの自然数倍）の制御区間に、通信方式の異なる通信装置を前記電力線上において複数共存させる、共存方式の情報を含む制御信号を、前記電力線に出力するステップとを有する通信方法が提供されるものである。

この方法により、電力線の交流波形のタイミングに基づいて生成した同期信号を用いてタイミングを制御するので、種類の異なる通信装置同士であっても互いに信号送出や監視のタイミングを合わせることが可能になる。また、制御区間をＴ／Ｍとすることで、Ｎ相の交流電圧が用いられ、電源プラグとコンセントとの接続の向きに応じて位相が異なる複数の通信装置間でも同期をとることができる。

本発明によれば、通信方式の異なる複数種類の通信装置が共通の伝送路に接続された場合であっても、信号衝突の発生を回避したデータ通信の制御することが可能な通信装置及び通信方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図１１を参照しながら以下に説明する。

まず、共通の伝送路に複数の通信方式を用いた通信装置が接続された場合について説明する。図８は共通の伝送路に複数の通信装置が接続されたシステムの構成例を示すブロック図である。図８に示す例では、複数の通信装置１００（Ａ１）、１００（Ａ２）、１００（Ｂ１）、１００（Ｂ２）、１００（Ｃ１）、１００（Ｃ２）が共通の伝送路１０６に接続されている。通信装置１００（Ａ１）、１００（Ａ１）は「Ａ」方式の通信方式で通信を行い、通信装置１００（Ｂ１）、１００（Ｂ１）は「Ｂ」方式の通信方式で通信を行い、通信装置１００（Ｃ１）、１００（Ｃ１）は「Ｃ」方式の通信方式で通信を行う。ここで、「通信方式」とは、送信装置と受信装置とが通信を行うためのプロトコルをいい、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）やＳＳ（Spread Spectrum）などの変復調方式があり、更に、シンボルレートやフレームフォーマットの仕様も含む概念である。

従って、通信装置１００（Ａ１）と通信装置１００（Ａ２）とが同じ種類の装置であり、通信装置１００（Ｂ１）と通信装置１００（Ｂ２）とが同じ種類の装置であり、通信装置１００（Ｃ１）と通信装置１００（Ｃ２）とが同じ種類の装置である。しかし、通信装置１００（Ａ１、Ａ２）、通信装置１００（Ｂ１、Ｂ２）、通信装置１００（Ｃ１、Ｃ２）は互いに種類が異なっている。この種類の違いは、実際には通信に用いるプロトコル、データ信号の変調方式、データ信号のシンボルレートなどの通信方式が異なることを意味している。

このような状況が想定される例として、電力線通信が挙げられる。すなわち、例えば、集合住宅には独立した複数の家庭がユーザとして含まれているが、使用している伝送路としての電力線は共通であり、各家庭の電力線は互いに電気的に接続されている。一方、各家庭のユーザは必ずしも同じメーカ（つまり同じ通信方式）の通信装置を使用するとは限らないので、各家庭のユーザは、互いに種類の異なる通信装置１００を使用する場合がある。つまり、メーカ毎に通信装置１００が通信に用いるプロトコル、データ信号の変調方式、データ信号のシンボルレートなどの通信方式が異なる可能性がある。

このように、種類の異なる複数の通信装置１００が共通の伝送路１０６に接続された場合には、各通信装置１００は自局と種類の異なる他の通信装置１００が送出した信号を復調できないので、他の通信装置１００の存在すら検出することができない。その結果、種類が異なる複数の通信装置１００が送出した信号同士が伝送路１０６上で衝突することになる。信号の衝突が生じると通信ができないので、特別な制御を行わない限り、種類の異なる複数の通信装置１００が伝送路１０６上で共存することはできない。

そこで、複数の異なる通信方式の通信装置１００が同一の伝送路１０６で共存する例としては、各種の共存方式が挙げられる。ここで「共存方式」とは、通信方式の異なる複数の通信装置１００を、信号が衝突しないように同一の伝送路１０６で共存させる方式をいい、周波数分割、時間分割、符号分割などの多元接続方式を用いて、異なる通信方式に基づくデータ通信を、周波数的に、または時間的に、または符号的に、またはこれらを組み合わせて、互いに分離させることをいう。

周波数分割であれば、通信に使用される周波数帯域が例えば２〜３０ＭＨｚのとき、通信方式Ａが例えば１５〜３０ＭＨｚの周波数帯域、通信方式Ｂが２〜１５ＭＨｚの周波数帯域を使用することにより、通信方式Ａと通信方式Ｂとを共通の伝送路上で利用することができる。

また、時分割による共存方式として、例えば、所定の時間間隔で通信方式Ａと通信方式Ｂとを切り替えることで、通信方式Ａと通信方式Ｂとを共通の伝送路上で共存することができる。

ここで、通信方式によって、予め定められた周波数帯や時間帯のみを使用して通信を行うことにより、他の通信方式の信号との衝突が避けることができる。しかしながら、通信の効率を考慮すると、複数の通信方式での通信が行なわれていない場合には、通信を行っている通信方式で全帯域を用いることが好ましい。

そこで、本発明の実施形態では、異なる通信方式の通信装置の間で、通信装置や通信方法等を示す制御信号を用いて共存処理を行い、共通の電力線等の伝送路に異なる通信方式の通信装置が接続される場合においても、信号が衝突することなく、効率のよい通信を行うことができる送信装置及び受信装置について説明する。ここで、「制御信号」とは、通信方式の異なる通信装置を電力線上において複数共存させる、共存方式の情報を含む信号をいい、具体的には、どの通信方式をどの周波数帯域で通信させるか、どの通信方式をどのチャネル（時間帯）で通信させるか、あるいは、どの通信方式を優先させるか（つまり優先権を与えるか）など、共存処理の制御内容を示す信号である。なお、通信装置（つまりメーカ名や型番などの種類）に応じて共存方式を予め設定しておくことで、制御信号に、その種類を示す識別情報のみを含ませるようにすることも可能である。

次に、本発明の実施形態に係る送信装置及び受信装置が適用可能な通信装置について説明する。本発明の実施形態において、通信装置の一例としては、伝送路として電力線を用い、マルチキャリア通信方式の広帯域通信（２〜３０ＭＨｚ）を行う通信装置を例にとって説明する。なお、本発明の実施形態の通信装置は、マルチキャリア通信方式に限らず、シングルキャリア通信方式やスペクトル拡散方式を行ってもよい。また、通信に使用される伝送路も、電力線に限られるものではない。例えば、同軸ケーブル、ＴＥＬ線、スピーカ線、ハーネスなどの伝送路を使用してもよい。

図９は本発明の実施形態に係る通信装置の前面を示す外観斜視図、図１０は本発明の実施形態に係る通信装置の背面を示す外観斜視図である。

本発明の実施形態における通信装置１００は、図９及び図１０に示すようにモデムである。通信装置１００は、筐体１０１を有している。筐体１０１の前面には、図９に示すようにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの表示部１０５が設けられている。筐体１０１の背面には、図１０に示すように電源コネクタ１０２、ＲＪ４５などのＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１０３、及びＤｓｕｂコネクタ１０４が設けられている。電源コネクタ１０２には、図１０に示すように、平行ケーブルなどの電力線１０６が接続される。モジュラージャック１０３には、図示しないＬＡＮケーブルが接続される。Ｄｓｕｂコネクタ１０４には、図示しないＤｓｕｂケーブルが接続される。なお、通信装置の一例として、図９及び図１０のモデムを示したが、特にこれに限る必要はなく、通信装置は、モデムを備えた電気機器（例えばテレビなどの家電機器）であってもよい。

図１１は本発明の実施形態に係る通信装置のハードウェアの一例を示すブロック図である。通信装置１００は、図１１に示すように、回路モジュール２００及びスイッチング電源３００を有している。スイッチング電源３００は、＋１．２Ｖ、＋３．３Ｖ、＋１２Ｖの電圧を回路モジュール２００に供給する。回路モジュール２００には、メインＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２０１、ＡＦＥ ＩＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ ＩＣ）２０２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０３、ドライバＩＣ２０５、カプラ２０６、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０７、ＡＭＰ（増幅器） ＩＣ２０９、ＡＤＣ（ＡＤ変換） ＩＣ２１０、メモリ２１１、及びイーサネット（登録商標）物理層ＩＣ（ＰＨＹＩＣ）２１２が設けられている。

メインＩＣ２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１ａ、ＰＬＣ・ＭＡＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ブロック２０１ｂ、及びＰＬＣ・ＰＨＹ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）ブロック２０１ｃで構成されている。ＡＦＥ ＩＣ２０２は、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）２２４、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）２１１、および可変増幅器（ＶＧＡ）２１９で構成されている。カプラ２０６は、コイルトランス２０６ａ、及びコンデンサ２０６ｂで構成されている。

更に、回路モジュール２００には、共存ＩＣ２５１、共存ＡＦＥ ＩＣ２５２、ＬＰＦ２５３、ドライバＩＣ２５５、ＢＰＦ２５７、ＡＣサイクル検出器３０が設けられている。共存ＩＣ２５１は、共存ＭＡＣブロック２５１ｂ、及び共存ＰＨＹブロック２５１ｃで構成されている。ＡＦＥ ＩＣ２５２は、ＤＡＣ２７４、ＡＤＣ２６１、およびＶＧＡ２６９で構成されている。共存ＩＣ２５１では、共存処理に関する制御信号の処理を行う。なお、共存ＩＣ２５１は、その機能の一部又は全部をメインＩＣ２０１に取り込んでもよい。そして、メインＩＣ２０１が共存ＩＣ２５１の機能を全て果たす場合には、共存ＡＦＦ ＩＣ２５２、ＬＰＦ２５３、ドライバＩＣ２５５、ＢＰＦ２５７を設ける必要はない。

続いて、本発明の実施形態に係る通信システムの詳細について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る通信装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。

図１に示すように、通信装置１００は、データ通信部の一例として機能するデータ通信器１０と、通信制御部の一例として機能する通信制御器２０と、同期信号生成部の一例として機能するＡＣサイクル検出器３０とを備える。

データ通信器１０は、図１１に示すメインＩＣ２０１に含まれ、一般的なモデムと同様にデータ通信のための基本的な制御や変復調を含む信号処理を行う電気回路である。すなわち、図示しないパソコンなどの通信端末から出力されるデータ信号を変調して送信信号（データ）として出力すると共に、電力線１０６側から入力されるデータ信号を受信信号（データ）として復調してパソコンなどの通信端末に出力する。また、電力線１０６を使用できるかどうかを確認するために、データ通信器１０は、通信する前に、通信制御器２０に所定の通信要求信号を出力する。また、データ通信器１０は、通信制御器２０からの指示に基づいた周波数帯や時間帯にてデータ通信を行う。

通信制御器２０は、ＡＣサイクル検出器３０が出力する同期信号ＳＳのタイミングに同期して、複数種類の通信装置１００が電力線１０６上で共存するために必要な制御を行う。すなわち、データ通信器１０から入力される通信要求に従って、自局（通信装置１００）が電力線１０６を使用するための優先権獲得のための制御を行う。また、他の通信装置１００との間で優先権獲得のネゴシエーションを行うために、通信制御器２０は制御信号を電力線１０６に送出し、電力線１０６から制御信号を受信する。

ＡＣサイクル検出器３０は、複数種類の通信装置１００が共通のタイミングで制御を実施するために必要な同期信号を生成する。実際には、電力線１０６上には、商用電源波形、すなわち、日本では５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの正弦波からなる交流電圧波形ＡＣが現れるので、この交流電圧波形ＡＣの電圧のゼロクロス点を検出し、このタイミングを基準とする同期信号ＳＳを生成する。図１に示す同期信号ＳＳは、一例であって、交流電圧波形ＡＣのゼロクロス点に同期した複数のパルスからなる矩形波である。交流電圧波形ＡＣは、電力線の交流波形の一例であって、交流電流波形や交流電力波形であってもよい。

なお、データ通信器１０のデータ送受信の切り替えは、物理的なスイッチなどのオン／オフ制御可能な素子を用いて制御しても良い。図２は本発明の実施形態に係る通信装置の概略構成の他の例を示す機能ブロック図である。

図２に示すように、通信装置１００ｂは、データ通信機１０、通信制御器２０、ＡＣサイクル検出器３０のほか、スイッチ部４０を有する。スイッチ部４０は、図１１に示すＡＦＥ・ＩＣ２０２に含まれ、ＤＡＣ２２４の電源をオン／オフ制御するものであり、データ通信器１０と電力線１０６との間でデータ信号の通過のオンオフを制御するスイッチである。通信制御器２０は、自局が電力線１０６上の帯域を使用できるタイミングか否かに応じて、スイッチ部４０をオンオフ制御する。なお、データ送受信の切り替えは、データ信号が通過する線路に接続された素子をオン／オフ制御すれば、必ずしも、ＤＡＣ２２４の電源オン／オフ制御に限る必要はなく、例えば、ドライバＩＣ２２５などの他の素子をオン／オフ制御してもよい。また、素子をオン／オフを制御するのではなく、ＤＡＣ２２４などの、データ信号が通過する線路に接続された素子に、Ｅｎａｂｌｅ／Ｄｉｓａｂｌｅ信号を送信してもよい。

このように、交流電圧波形ＡＣのタイミングを利用して同期を取る共存処理の例について説明する。図３は、交流電圧波形ＡＣを利用した共存処理の一例を示すタイムチャートである。

図３に示すように、電力線１０６上の周波数帯域を、商用電源帯域、制御信号帯域、及びデータ信号帯域に区分してある。具体的には、商用電源帯域は５０Ｈｚ〜２ＭＨｚの範囲内に割り当て、制御信号帯域は２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの範囲内に割り当て、データ信号帯域は３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に割り当ててある。なお、割り当てる周波数帯域は任意であり、適宜変更が可能である。

商用電源帯域については商用電源との干渉を防止するため通信には利用できない。この形態では、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯を更に制御信号帯域とデータ信号帯域とに区分して利用する。なお、制御信号帯域とデータ信号帯域と利用する周波数帯域は、商用電源帯域と重複しなければ、特に２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚに限る必要はない。また、制御信号に割り当てる周波数帯域、及び、データ信号帯域に割り当てる周波数帯域も、それぞれ、２ＭＨｚ〜３ＭＨｚ、３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚに限る必要ない。

制御信号帯域は、複数種類の通信装置１００が電力線１０６を通信に使用するための優先権を獲得するためのネゴシエーション専用に用いる。すなわち、図１に示す制御信号の周波数が制御信号帯域に割り当てられる。データ信号帯域は、実際のデータ通信のための信号専用の周波数帯域である。すなわち、図１に示すデータ信号の周波数がデータ信号帯域に割り当てられる。

一般的には、２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの帯域では、発生する雑音が大きくなる傾向がある。高速の伝送を実現するためには、できる限り広い周波数帯を通信に使用するのが望ましいが、２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの帯域はＳ／Ｎ（信号対雑音比）が低いため、高速伝送に対する寄与度が低いのが実情である。そのため、２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの帯域を制御信号帯域としてネゴシエーションに専用に割り当てても伝送速度の低下はほとんど生じない。

このように、制御信号帯域を使用してネゴシエーションのための制御信号を送受信する通信制御器２０の内部機能構成について説明する。図４は本発明の実施形態における通信制御器の概略構成を示すブロック図である。

図４に示すように、通信制御器２０は制御部２１、信号発生器２２、Ｄ／Ａ変換器２３、ローパスフィルタ２４、バンドパスフィルタ２５、ＡＧＣ回路２６、Ａ／Ｄ変換器２７、及びＦＦＴ（高速フーリエ変換）回路２８を備えている。

制御部２１は、図１１に示される共存ＩＣ２５１の共存ＭＡＣブロック２５１ｂに含まれ、データ通信器１０から入力される通信要求や、図１に示す制御信号に従い、ＡＣサイクル検出器３０から入力される同期信号ＳＳのタイミングに同期して通信制御器２０の全体の制御を行うディジタル回路である。

信号発生器２２は、図１１に示される共存ＩＣ２５１の共存ＰＨＹブロック２５１ｃに含まれ、制御部２１の指示に従って、電力線１０６に接続された他の通信装置１００との間のネゴシエーションに必要な信号の波形パターンを発生する。この信号はマルチキャリア信号であり、この形態ではＯＦＤＭ信号を、制御信号として生成される。なお、変調方式としては、特にＯＦＤＭに限る必要はなく、例えば、Ｗ−ＯＦＤＭ（ウェーブレット変換をベースとしたＯＦＤＭ）やＳＳを用いてよい。

Ｄ／Ａ変換器２３は、図１１に示される共存ＡＦＥＩＣ２５２のＤＡＣブロック２７４に含まれ、信号発生器２２から出力されるディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号に変換する。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）（バンドパスフィルタでもよい）２４は、図１１に示されるＬＰＦブロック２５３に含まれ、前述の制御信号帯域の周波数成分だけを電力線１０６に出力するために不要な周波数成分の通過を阻止する。

バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２５は、図１１に示されるＢＰＦブロック２５７に含まれ、電力線１０６上に現れた信号の中から制御信号帯域の周波数成分だけを抽出してＡＧＣ回路２６に出力する。ＡＧＣ回路２６は、図１１に示される共存ＡＦＥＩＣ２５２のＶＧＡブロック２６９に含まれ、減衰して入力された信号が規定のレベルになるように、自動的に利得を制御して信号を増幅する。

Ａ／Ｄ変換器２７は、図１１に示される共存ＡＦＥＩＣ２５２のＡＤＣブロック２６１に含まれ、ＡＧＣ回路２６から入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する。ＦＦＴ回路２８は、図１１に示される共存ＩＣ２５１の共存ＰＨＹブロック２５１ｃに含まれ、Ａ／Ｄ変換器２７から入力されるディジタル信号に対して所定の高速フーリエ変換処理を施し、時間領域で並んで現れるマルチキャリア信号を周波数領域の信号に変換する。ＦＦＴ回路２８は、例えば１２８ポイントのＦＦＴ処理を行えばよい。なお、ＦＦＴ回路２８の代わりに相関器を用いてもよい。

制御部２１は、ＦＦＴ回路２８が出力する信号を調べて、他の通信装置１００が制御信号として送出した信号の有無を確認する。

図３では、交流電圧波形のゼロクロス位置と制御信号との位置関係で共存を制御する例を示しており、共存処理を行う一単位である制御区間Ｔｃを交流電圧波形の周期Ｔ（６０Ｈｚ：１６．６７ｍｓ／５０Ｈｚ：２０ｍｓ）として処理が行われている。そして、立ち上がりのゼロクロス直後に制御信号が位置すれば、次の制御区間Ｔｃにて通信装置（又は通信方式）Ａがデータ信号の通信を行い、立ち下がりのゼロクロス直後に制御信号が位置すれば次の制御区間Ｔｃにて通信装置（又は通信方式）Ｂがデータ信号の通信を行う。

このように、ＡＣサイクル検出器３０が交流電圧波形ＡＣに基づいて生成する同期信号のタイミングに同期して制御を実施するので、共通の電力線１０６に接続された他の通信装置１００との間で制御のタイミングを同期させることが可能である。

しかしながら、共通の電力線１０６に接続された複数の通信装置１００の間で、生成される同期信号のタイミングにずれが生じる場合もある。

このことについて、以下に説明する。図５は、本発明の実施形態における制御タイミングを示す説明図であり、図５（Ａ）は、単相の交流電圧が電力線に供給される場合における位相のずれを説明する図、図５（Ｂ）は、３相の交流電圧が電力線に供給される場合に生じる位相のずれを説明する図、図５（Ｃ）は、本発明の実施形態における制御タイミングを示す図である。

図１に示すＡＣサイクル検出器３０は、電力線１０６を構成する２つの線路の間の交流電圧が正から負に変化するゼロクロスタイミング、又は電圧が負から正に変化するゼロクロスタイミングで同期信号ＳＳを生成する。また、ＡＣサイクル検出器３０を搭載した通信装置１００は、通常は２極の電源プラグや電源コネクタ１０２を介して単相の電力線１０６側に設けられた２極コンセントに接続される。

ところが、前記電源プラグと２極コンセントとの相対的な向きは特に定まっておらず、反対の向きで接続することもできる。電源プラグと２極コンセントとが逆の向きで接続された場合、通信装置１００内のＡＣサイクル検出器３０が監視する交流電圧の極性が反転し、位相が逆になる。すなわち、図５（Ａ）に示すように、特定の向き（便宜上、通常の向きとする）で電源プラグと２極コンセントとを接続した通信装置１００（１）と、逆の向きで電源プラグと２極コンセントとを接続した通信装置１００（２）とでは、これらの通信装置１００の内部で扱う電源波形に１８０度の位相差が生じてしまう。従って、図３に示すように、交流電圧波形の周期Ｔを制御区間Ｔｃとした場合、通信装置１００（１）と通信装置１００（２）との間で位相のずれが１８０度生じてしまっているため、制御区間Ｔｃ内における制御信号の位置で共存処理の制御を行うと、この位相のずれによって共存処理の制御が成立しなくなってしまう。

さらに、通信装置１００を接続する電力線が３相の交流電圧を供給する場合には、１組の電力線を構成する３つの線路に現れる交流電圧の間に互いに１２０度の位相差が発生している。したがって、図５（Ｂ）に示すように、３つの線路の中でＡＣサイクル検出器３０が接続される２つの線路の選択状態及び接続の向き（極性）に応じて、１２０度ずつ位相差が発生することとなる。

このように、複数の通信装置１００の間で同期信号ＳＳの発生するタイミングにずれが生じると、通信装置１００同士の制御上のタイミングがずれるため正しい動作が行われなくなる。

ここで、１２０度ずつ位相がずれて接続された通信装置１００（１）、１００（２）、１００（３）が共通の電力線１０６に接続される状態において、それぞれの通信装置１００（１）〜１００（３）がゼロクロスタイミングに同期信号ＳＳを生成すると、６０度毎にいずれかの通信装置１００に同期信号ＳＳが現れることになる。

ここで、Ｎ相の交流電圧が供給される電力線に接続される場合、ゼロクロスタイミングが現れる可能性があるのは、交流電圧波形の周期Ｔを２Ｎで割ったタイミング、すなわちＴ／２Ｎ毎となる。したがって、Ｔ／２Ｍ（ＭはＮの、自然数倍）を一単位（制御区間Ｔｃ）として共存処理の制御を行うことにより、位相がずれて接続された通信装置が存在したとしても、ゼロクロスタイミングを同期信号ＳＳとして、位相差の影響を排除することができる。

すなわち、電源が単相の交流電圧の場合には、通信区間Ｔｃを交流電圧波形ＡＣの周期Ｔの１／２、電源が３相の交流電圧の場合には、通信区間Ｔｃを交流電圧波形ＡＣの周期Ｔの１／６とすることで、位相差の影響を排除することができる。

ここで、世界の多数の国では、単相又は３相の交流電圧が採用されているので、予め制御区間ＴｃをＴ／６に設定することにより、単相・３相のどちらにも対応することができる。なお、複数の相数の交流電圧に接続されると想定した場合、「Ｔ／２Ｍ」の「Ｍ」を、予めその相数の最小公倍数に設定することで、それらの相数の交流電圧に対応することができる。図５（Ｃ）では、制御区間ＴｃをＴ／６の長さを制御区間Ｔｃとして、共存処理の制御を行う場合の例を示している。なお、通信制御器２０は、制御信号Ｃを送信する場合、制御区間Ｔｃに含まれるように送信する。

図６は本発明の実施形態における共存処理の一例を示すタイムチャートである。図６は、制御区間Ｔｃを交流電圧波形ＡＣの周期Ｔの１／６の場合を示している。図６に示すように、制御区間Ｔｃに含まれる制御信号に基づいて、その制御区間より後の通信区間におけるデータ通信の制御が行われている。

例えば、通信装置（又は通信方式）Ａに優先権が与えられる情報を含んでいる制御信号Ｃ１が電力線１０６に伝送された場合、各々の通信装置１００の通信制御器２０は、次の制御区間において通信装置（又は通信方式）Ａが通信を行うように共存処理を行う。通信装置（又は通信方式）Ｂに優先権が与えられる情報を含んでいる制御信号Ｃ２が電力線１０６に伝送された場合、各々の通信装置１００の通信制御器２０は、次の制御区間において通信装置（又は通信方式）Ｂが通信を行うように共存処理を行う。また、通信装置（又は通信方式）Ｂ，Ｃに優先権が与えられる情報を含んでいる制御信号Ｃ３が電力線１０６に伝送された場合、各々の通信装置１００の通信制御器２０は、次の制御区間において通信装置（又は通信方式）Ｂ，Ｃが予め定められた周波数帯域を分割して通信を行うように共存処理を行う。なお、制御信号Ｃ３に、使用する周波数帯域を指定する情報を含ませても良い。

なお、データ信号の通信処理の区間（以下、通信区間）は、制御区間Ｔｃと同一である必要はなく、その自然数倍であればよい。通信区間は、通信制御器２０に予め制御区間Ｔｃの何倍であるかを設定する。例えば、通信区間を予め制御区間Ｔｃの２倍と取り決められ、通信装置（又は通信方式）Ｂに優先権が与えられる情報を含んでいる制御信号Ｃ４が電力線１０６に伝送された場合に、各々の通信装置の通信制御器２０は、制御区間Ｔｃの２倍において通信装置（又は通信方式）Ｂが通信を行うように共存処理を行う。制御区間Ｔｃの２倍の期間をデータ通信に用いる。

また、通信区間を予め定めるのではなく、制御信号に通信区間の長さを定める情報を含めてもよい。例えば、制御信号Ｃ４が、優先権が与えられる通信装置（又は通信方式）の他に、通信区間の長さを指定する情報（この場合、制御区間Ｔｃの２倍）を含むことで、制御信号Ｃ４が伝送された場合に、各々の通信装置の通信制御器２０は、指定された通信区間（制御区間Ｔｃの２倍）において通信装置（又は通信方式）Ｂが通信を行うように共存処理を行ってもよい。

このように、通信区間が制御区間の自然数倍であれば、制御区間の周期（タイミング）を変更する必要なく処理を行うことが可能であり、また、通信区間を長くすれば、制御信号に対する処理負担を軽減させることができる。

また、制御信号は、通信装置及び通信方式の少なくとも一方を示す情報のほか、その通信装置又は通信方式に対応する通信開始の要求や、通信終了の情報を含んでいてもよい。例えば、図６の制御信号Ｃ５、Ｃ６はそれぞれ、通信装置（又は通信方式）Ａの通信開始、通信終了を示す情報を含んでいる。そして、各々の通信装置の通信制御器２０は、制御信号Ｃ５が伝送されると、通信装置（又は通信方式）Ａが通信を開始するように共存処理を行い、制御信号Ｃ６が伝送されることにより、通信装置（又は通信方式）Ａが通信を終了するように共存処理を行う。これにより、制御信号の通信タイミングとして、通信開始及び通信終了時のみでデータ通信を制御することが可能であるので、制御信号に対する処理負担を軽減させることができる。

なお、図６では、制御信号を制御区間Ｔｃで１回のみ出力する場合について説明したが、同一の制御信号を連続して（時間的に隣り合う制御区間Ｔｃで）出力させることも可能である。こうすることで、共存処理の信頼性を向上させることが出来る。また、図６では、制御信号とデータ信号とを同一の制御区間Ｔｃ内に出力させる場合について説明したが、制御信号とデータ信号とを時間的に重ねないように出力させることも可能である。こうすることで、一方の帯域から他方への帯域に信号が漏れる遠近問題を解消することが出来、カバレッジの低下を抑制することが出来る。

図７は本発明の実施形態における制御信号のデータ構成の一例を示す図である。図７に示すように、制御信号Ｃは、複数のデータスロットＴｓ１〜ＴｓＫを有して構成される。そして、各スロットのオン／オフで制御信号に含まれる情報（共存処理の制御内容）を表現する。この場合、制御信号Ｃに含まれるデータスロットの数がＫ個の場合、各スロットのオン／オフの組合せにより、２のＫ乗の種類の動作（制御内容を示す情報）を表現することが可能となる。なお、通信装置間のＡＣサイクル検出の誤差を考慮し、ガードタイムＴｇが設けられることが好ましい。

このような本発明の実施形態の通信装置及び通信方法によれば、電力線の交流電圧波形ＡＣのタイミングに基づいて生成した同期信号を用いてタイミングを制御するので、種類の異なる通信装置同士であっても互いに信号送出や監視のタイミングを合わせることが可能になる。また、制御区間をＴ／２Ｍ（ＭはＮの自然数倍）とすることで、Ｎ相の交流電圧が用いられ、電源プラグとコンセントとの接続の向きに応じて位相が異なる複数の通信装置間でも同期をとることができる。

なお、図７に示した制御信号Ｃは、１つの通信装置が出力する場合について説明したが、各データスロットＴｓ１〜ＴｓＫに対応させて、複数の制御信号を、制御区間Ｔｃ中に出力するようにしてもよい。例えば、通信方式毎にデータスロットを予め割り当てておき、各通信装置が、自分が属する通信方式に対応したデータスロットに、制御信号を出力するようにしてもよい。こうすることで、これら複数の制御信号で構成された、データスロットＴｓ１〜ＴｓＫに示される値に応じて、共存処理の制御内容を決定することも可能である。

例えば、通信方式Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・の通信装置が存在する場合に、データスロットＴｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３、・・・に対応して、各通信方式Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・の通信装置が、制御信号を出力するように設定しておく。この状態で、データスロットＴｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３、・・・に対応する制御信号に、「１」、「０」、「０」、・・・が出力された場合、通信方式Ａに優先権を与える。あるいは、データスロットＴｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３、・・・に対応する制御信号に、「０」、「０」、「１」、・・・が出力された場合には、通信方式Ｃに優先権を与える。この際、優先度の高い通信方式の制御信号を、出来るだけ図７中左方に（つまり制御区間Ｔｃの先頭に）配置することが好ましい。こうすることで、次の制御区間Ｔｃの共存方式を早い段階で決定することが出来る。

また、通信方式の種類毎に、異なる数のデータスロットを予め割り当てておくことも可能である。例えば、周波数分割を採用する通信方式（例えばアクセス系の通信方式）が１種類、時間分割を採用する通信方式（例えば宅内系の通信方式）が複数種類、存在する場合に、周波数分割の通信装置には、１つのデータスロットを割り当て、時間分割の各通信装置には、複数のデータスロットを割り当てる。この場合、周波数分割では、周波数分割を採用する通信方式同士を共存させる必要がない一方、時間分割では、時間分割を採用する複数の通信方式同士を共存させる必要があるので、前者より後者の方が共存方式の情報を多く必要とすることから、制御区間Ｔｃを、共存方式の情報に対して効率良く使うことが出来る。

なお、上述した実施の形態では、図１や図２に示すように、データ通信器１０を備えた通信装置１００、１００ｂの例を示したが、データ通信器１０を必ずしも備えている必要はない。例えば、制御信号を出力する機能を有していない電力線通信用モデムに、ＡＣサイクル検出器３０及び通信制御器２０を備えた通信装置（つまり制御信号を出力するアダプタ）を設けることで、電力線通信用モデムとアダプタとを、通信装置１００として機能させることが可能である。

本発明の通信装置及び通信方法は、通信方式の異なる複数種類の通信装置が共通の伝送路に接続された場合であっても、信号衝突の発生を回避したデータ通信の制御が可能な効果を有し、電力線通信装置等に有用である。

本発明の実施形態に係る通信装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図 本発明の実施形態に係る通信装置の概略構成の他の例を示す機能ブロック図 交流電圧波形を利用した共存処理の一例を示すタイムチャート 本発明の実施形態における通信制御器の概略構成を示すブロック図 本発明の実施形態における制御タイミングを示す説明図 本発明の実施形態における共存処理の一例を示すタイムチャート 本発明の実施形態における制御信号のデータ構成の一例を示す図 共通の伝送路に複数の通信装置が接続されたシステムの構成例を示すブロック図 本発明の実施形態に係る通信装置の前面を示す外観斜視図 本発明の実施形態に係る通信装置の背面を示す外観斜視図 本発明の実施形態に係る通信装置のハードウェアの一例を示すブロック図

符号の説明

１０ データ通信器
２０ 通信制御器
２１ 制御部
２２ 信号発生部
２３ Ｄ／Ａ変換器
２４ ローパスフィルタ
２５ バンドパスフィルタ
２６ ＡＧＣ回路
２７ Ａ／Ｄ変換器
２８ ＦＦＴ回路
３０ ＡＣサイクル検出器
４０ スイッチ部
１００ 通信装置

Claims (13)

1. Ｎ相及び周期Ｔの交流電圧が供給される電力線に接続され、前記電力線を介したデータ通信を制御する通信装置であって、
   前記電力線の交流波形のタイミングに基づいて同期信号を生成する同期信号生成部と、
   前記同期信号生成部により生成された同期信号を基準としたＴ／２Ｍ（ＭはＮの自然数倍）の制御区間に、通信方式の異なる通信装置を前記電力線上において複数共存させる、共存方式の情報を含む制御信号を、前記電力線に出力する通信制御部と
   を備える通信装置。
2. 請求項１に記載の通信装置であって、
   前記整数Ｍは、予め３に設定される通信装置。
3. 請求項１又は２に記載の通信装置であって、
   前記制御信号は、通信開始の要求又は通信終了情報を含む通信装置。
4. 請求項１ないし３いずれか一項に記載の通信装置であって、更に、
   前記電力線を介して前記データ通信を行うデータ通信部を備え、
   前記通信制御部は、前記制御信号に基づいて、前記データ通信部が行うデータ通信を制御する通信装置。
5. 請求項４に記載の通信装置であって、
   前記通信制御部は、前記制御信号に基づいて、前記制御区間より後の通信区間におけるデータ通信を制御する通信装置。
6. 請求項４又は５に記載の通信装置であって、
   前記通信制御部は、他の前記通信装置から受信した前記制御信号に基づいて、前記制御区間より後の通信区間におけるデータ通信を制御する通信装置。
7. 請求項６に記載の通信装置であって、
   前記通信区間は、前記制御区間の整数倍である通信装置。
8. 請求項５又は７に記載の通信装置であって、
   前記制御信号は、前記通信区間の期間を示す情報を更に含む通信装置。
9. 請求項５ないし８のいずれか一項に記載の通信装置であって、
   前記データ通信部は、前記通信区間毎に前記データ通信を行う通信装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の通信装置であって、
    前記制御信号は、複数に分割された時間区間を有し、各時間区間の信号の組合せにより、制御内容を示す通信装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の通信装置であって、
    前記通信制御部は、時間的に隣り合う複数の前記制御区間にそれぞれ、同一の前記情報を含む制御信号を出力する通信装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の通信装置であって、
    前記通信制御部は、前記データ通信部によるデータ通信が行われていない際に、前記制御信号を出力する通信装置。
13. Ｎ相及び周期Ｔの交流電圧が供給される電力線に接続され、前記電力線を介したデータ通信を制御する通信装置の通信方法であって、
    前記電力線の交流波形のタイミングに基づいて同期信号を生成するステップと、
    前記同期信号を基準としたＴ／２Ｍ（ＭはＮの自然数倍）の制御区間に、通信方式の異なる通信装置を前記電力線上において複数共存させる、共存方式の情報を含む制御信号を、前記電力線に出力するステップと
    を有する通信方法。

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