JP4672467B2 - 通信システム及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝送路を介して接続された送信装置と受信装置とを備える通信システム及びその通信方法に関する。

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、通信に支障をきたす状態になる。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

従って、上述のように、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ような環境におかれる場合には、異なる通信方式の通信装置から伝送路上に信号が出力されているか否かを検出するためのしくみが必要となる。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、共通の伝送路に、通信方式の異なる通信装置からの送信信号が出力されている状態を判定可能な送信装置及び受信装置並びに送信方法及び受信方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、共通の伝送路に、通信方式の異なる通信装置からの送信信号が出力されている状態を判定可能な通信システム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、伝送路を介して接続された送信装置と受信装置とを備える通信システムであって、前記送信装置は、自送信装置の通信方式に応じて予め定められた複数の異なる周波数位置に設けられる正弦波信号を有する共存信号を生成する共存信号生成部と、前記共存信号を伝送路に送出する信号送出部とを有し、前記受信装置は、前記伝送路から入力される信号から、所定の周波数位置の雑音特性を測定する雑音特性測定部と、前記雑音特性測定部の結果を用いて、通信方式に応じて予め定められた複数の周波数位置に雑音特性の劣化が存在するか否かにより、前記共存信号の存在を判定する判定部とを有する通信システムが提供されるものである。

この構成により、送信装置は、自送信装置の通信方式の存在を、同一伝送路に接続された通信装置に対して、容易に通知することが可能となり、また、受信装置は、雑音特性を観測することにより容易に他の通信方式からの信号の出力を検出することができる。これにより、共通の伝送路に、通信方式の異なる通信装置からの送信信号が出力されている状態を検出することができる。

本発明は、第２に、上記第１に記載の通信システムであって、前記送信装置の信号送出部は、前記共存信号を第１の周波数帯域に送出し、前記送信装置及び前記受信装置の少なくとも一方は、更に、前記第１の周波数帯域に応じて、データ通信に使用する第２の周波数帯域を補正する周波数帯域補正部を有する。

この構成により、共存信号に用いられる周波数帯域におけるデータ通信を制御することができる。

本発明は、第３に、上記第２に記載の通信システムであって、前記周波数帯域補正部は、前記送信装置の信号送出部が共存信号を送出する間、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域とが重複しないように、前記第２の周波数帯域を補正する。

この構成により、所定の周波数帯を共存信号の送出用として専用に使用するので、共存信号の影響を受けることなくデータ通信を行うことができる。

本発明は、第４に、上記第３に記載の通信システムであって、前記周波数帯域補正部は、前記送信装置の信号送出部が共存信号を送出しない間、前記第２の周波数帯域に前記第１の周波数帯域の少なくとも一部を含めるように、前記第２の周波数帯域を補正する。

この構成により、共存信号に用いられる周波数帯域と、所定の通信方式のデータ通信に用いられる周波数帯域とが共用されるので、周波数帯をより効率的に利用することができる。

本発明は、第５に、上記第２に記載の通信システムであって、前記周波数帯域補正部は、他の前記送信装置の信号送出部が共存信号を送出する間、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域とが重複しないように、前記第２の周波数帯域を補正する。

この構成により、所定の周波数帯を共存信号の送出用として専用に使用するので、共存信号の影響を受けることなくデータ通信を行うことができる。

本発明は、第６に、上記第５に記載の通信システムであって、前記周波数帯域補正部は、前記他の送信装置の信号送出部が共存信号を送出しない間、前記第２の周波数帯域に前記第１の周波数帯域の少なくとも一部を含めるように、前記第２の周波数帯域を補正する。

この構成により、共存信号に用いられる周波数帯域と、所定の通信方式のデータ通信に用いられる周波数帯域とが共用されるので、周波数帯をより効率的に利用することができる。

本発明は、第７に、上記第１ないし第６のいずれかに記載の通信システムであって、前記共存信号生成部は、前記共存信号の生成と非生成とを交互に行い、前記判定部は、前記比較部からの比較結果を所定期間について集計し、当該集計結果に基づいて、前記共存信号の有無を判定する。

この構成により、受信装置は、伝送路特性に起因した雑音特性の劣化か、送信装置で意図的に作成した共存信号による雑音特性の劣化かを識別することができるので、共存信号の誤検出を低減させ、より高精度な検出を行うことができる。

本発明は、第８に、上記第１ないし第７のいずれかに記載の通信システムであって、前記共存信号生成部は、逆マルチキャリア変換器を用いて前記正弦波信号を発生する。

この構成により、送信装置は、自送信装置に応じて予め定められた周波数位置に対応した各サブキャリアにオール１又はオール−１等のデータを入力することにより、容易に正弦波信号を発生することができる。また、マルチキャリア通信方式を用いた送信装置であれば、特別な信号発生器のハードウェアを追加することなしに、複数の正弦波信号、つまり共存信号を簡単に生成することができる。

本発明は、第９に、伝送路を介して接続された送信装置と受信装置とを備える通信システムの通信方法であって、自送信装置の通信方式に応じて予め定められた複数の異なる周波数位置に設けられる正弦波信号を有する共存信号を生成するステップと、前記共存信号を伝送路に送出するステップと、前記伝送路から入力される信号から、所定の周波数位置の雑音特性を測定するステップと、前記雑音特性の測定結果を用いて、通信方式に応じて予め定められた複数の周波数位置に雑音特性の劣化が存在するか否かにより、前記共存信号の存在を判定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、共存信号に用いられる周波数帯域と、所定の通信方式のデータ通信に用いられる周波数帯域とが共用されるので、周波数帯をより効率的に利用することができる。

本発明によれば、共通の伝送路に、通信方式の異なる通信装置からの送信信号が出力されている状態を判定可能な通信システム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１４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１１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１１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、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で共存する共存方式の例としては、周波数分割や時分割の多元接続方式が挙げられる。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。

例えば、通信方式Ａのみの通信が行われているときには、通信方式Ａの通信装置が全ての帯域（２〜３０ＭＨｚ）を用いて通信を行う。そこで、周波数帯２〜１５ＭＨｚのみを優先的に占有する通信方式Ｂの通信装置が通信を開始した場合には、通信方式Ａの通信装置は、通信方式Ｂの信号を検出し、通信方式Ｂに応じた共存処理、すなわち周波数帯域２〜１５ＭＨｚを不使用として、周波数帯域１６〜３０ＭＨｚのみで通信を行うように切り替えるように制御すれば、通信効率が高く、かつ共通の伝送路上で複数の通信方式の通信装置の通信を行うことができる。

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から伝送路上に信号が出力されているか否かを検出し、さらに、その通信方式に応じた共存処理を行うために検出した通信方式を判定することにより、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。

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１０６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１２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１３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１２及び図１３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１２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１３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１３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１２及び図１３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１４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１４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）２４、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１１、および可変増幅器（ＶＧＡ）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。

続いて、本発明の実施形態に係る通信システム４００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送信装置及び受信装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る通信システム４００は、伝送路の一例としての電力線１０６を介して接続された受信装置１及び送信装置２を備える。

受信装置１は、Ａ／Ｄ変換器１１と、フーリエ変換器（ＦＦＴ）又はウェーブレット変換器（ＤＷＴ）等、所望の時間−周波数変換を行うためのマルチキャリア変換器１２と、伝送路の影響をキャンセルするように受信信号を補正する等化器１３と、パラレルデータをシリアルデータに変換するＰ／Ｓ変換器１４と、マッピングされたシンボルデータを受信信号であるビットデータに変換するデマッパ１５と、受信信号の雑音レベルの一例として、使用するサブキャリアの各々について搬送波対雑音比（Carrier to Noise Ratio：以下、ＣＮＲ）を測定するＣＮＲ測定器１６と、ＣＮＲ測定器１６により測定された雑音特性に関する周波数解析を行う制御部１７とを備える。ここで、ＣＮＲ測定器１６は雑音特性測定部の一例として、制御部１７は判定部の一例として機能する。

なお、図１４に示すメインＩＣ２０１のＰＬＣ・ＭＡＣブロック２０１ｂが、上述した制御部１７を、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２０１ｃが、マルチキャリア変換器１２、等化器１３、Ｐ／Ｓ変換器１４、デマッパ１５、及びＣＮＲ測定器１６を、ＡＦＥＩＣ２０２がＡ／Ｄ変換器１１を有している。なお、制御部１７は、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２０１ｃに含まれていてもよい。

送信装置２は、送信信号であるビットデータをシンボルデータに変換してシンボルマッピングを行うシンボルマッパ２１と、シリアルデータをパラレルデータに変換するＳ／Ｐ変換器２２と、逆フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）や逆ウェーブレット変換器（ＩＤＷＴ）等、所望の周波数−時間変換を行う逆マルチキャリア変換器２３と、Ｄ／Ａ変換器２４と、共存信号発生器２５と、Ｄ／Ａ変換器２６とを備える。ここで、共存信号発生器２５が共存信号発生部の一例として、Ｄ／Ａ変換器２６が信号送出部の一例として機能する。

なお、図１４に示すメインＩＣ２０１のＰＬＣ・ＰＨＹブロック２０１ｃが、上述した、シンボルマッパ２１、Ｓ／Ｐ変換器２２、逆マルチキャリア変換器２３、及び共存信号発生器２５を有しており、ＡＦＥＩＣ２０２がＤ／Ａ変換器２４、２６を有している。

これら、受信装置１及び送信装置２は、いずれも、図１２ないし図１４に示すマルチキャリア通信装置で構成されるが、受信装置１は、受信機能のみで構成してもよく、送信装置２は、送信機能のみで構成することも可能である。

次に、本実施形態における、共通の伝送路に通信方式の異なる通信装置からの送信信号が出力されている状態を判定するための方法の概要について説明する。

送信装置２に設けられた共存信号発生器２５は、自送信装置の通信方式に応じて予め定められた共存信号を生成する。この共存信号は、複数の異なる周波数位置に設けられた正弦波信号を有して構成される。なお、周波数位置とは、周波数軸上の位置をいい、具体的には、所定の周波数または所定の周波数を含む帯域である。

図２は本発明の実施形態に係る通信システムにおける共存信号を含む受信信号の周波数スペクトルの第一例を示す図である。図２に示す周波数スペクトルＳ１の例では、共存信号スペクトルとして５つの狭帯域の信号成分が５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の周波数帯の中に現れている。これらの５つの狭帯域の信号成分は、それぞれ共存信号を構成する正弦波信号Ｃ１１〜Ｃ１５を表している。これらの正弦波信号の周波数は、例えば、マルチキャリア通信に用いるいずれかのサブキャリアの周波数とほぼ一致するように割り当てるようにしてもよい。

また、図２に示す例では、共存信号を構成する各正弦波信号の受信レベルは通常のノイズのレベルよりも十分に大きいので、共存信号は通信信号に対してノイズよりも大きな影響を及ぼす。例えば、通信方式Ａの通信装置同士で通信を行っているときに、通信方式Ｂの送信装置から正弦波信号を含む共存信号が送信されると、通信方式Ａの受信装置は、通信方式Ｂからの正弦波信号を大きなノイズとして検出することとなる。

図３は図２に示す受信信号におけるＣＮＲ特性を示す図である。図２に示すような信号を受信した場合、受信側で検出されるＣＮＲの分布は図３に示すような特性になる。

すなわち、共存信号を構成する各正弦波信号の周波数（図３ではサブキャリア毎にＣＮＲを示してある）では、正弦波信号が存在しない周波数に比べて、８ｄＢ程度、ＣＮＲの劣化が認められる。なお、ＣＮＲの劣化分は、背景雑音と共存信号スペクトルとの強度差に比例するものである。

図４は本発明の実施形態に係る通信システムにおける共存信号を含む受信信号の周波数スペクトルの第二例を示す図、図５は図４に示す受信信号におけるＣＮＲ特性を示す図である。上述の場合と同様に、図４に示すような周波数スペクトルＳ２の信号を受信した場合には、受信側で検出されるＣＮＲの分布は図５に示すような特性になる。図５に示す例では、共存信号を構成する各正弦波信号Ｃ２１〜２５の周波数では、正弦波信号が存在しない周波数に比べて、２８ｄＢ程度、ＣＮＲの劣化が認められる。

図１に示す通信装置においては、送信装置２の共存信号発生器２５が異なる複数の周波数の正弦波信号（図２に示すような周波数スペクトルＳ１の信号）をディジタル信号として生成し、このディジタル信号をＤ／Ａ変換器２６がアナログ信号に変換して電力線１０６に送出する。これにより、既知の共存信号が電力線１０６に現れる。

なお、マルチキャリア通信を行う場合には、実際には共存信号発生器２５及びＤ／Ａ変換器２６を省略することも可能である。すなわち、共存信号を構成するそれぞれの正弦波信号の周波数に対応するサブキャリアに、例えば、オール１（あるいはオール−１）のデータを入力することで、送信側の逆マルチキャリア変換器２３は該当するサブキャリアの周波数に正弦波信号を出力する。この場合、逆マルチキャリア変換器２３が共存信号発生部の一例として、Ｄ／Ａ変換器２４が信号送出部の一例として機能する。

一方、受信装置１においては、Ｐ／Ｓ変換器１４が出力する受信信号をＣＮＲ測定器１６が入力し、サブキャリアの周波数毎にＣＮＲを測定する。つまり、図５に示すような特性を検出する。そして、制御部１７はＣＮＲ測定器１６の検出結果に基づいて共存信号の有無及び通信方式を識別する。そして、その通信方式に応じた共存方式による共存処理を行うための制御信号を出力する。

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。

図６は、本発明の実施形態に係る受信装置の動作手順の第一例を示すフローチャートである。

ＣＮＲ測定器１６は、各サブキャリアの周波数帯のＣＮＲを測定する（ステップＳ１０１）。なお、マルチキャリア通信装置では、伝送路推定を行う際にＣＮＲ測定を行っているので、このＣＮＲ測定結果を用いてもよい。なお、共存信号を検出するために全帯域にわたりＣＮＲを測定する必要はなく、例えば、正弦波信号が設けられる周波数位置を含む周波数帯域およびその周囲の周波数帯域のみを測定することも可能である。

次に、制御部１７は、少なくとも、共存方式に応じて予め定められている正弦波信号の周波数位置のＣＮＲとその周囲の周波数位置のＣＮＲとの差を求め、しきい値ＴＨ１と比較する（ステップＳ１０２）。そして、その比較結果がしきい値ＴＨ１より大きい場合には（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、その周波数位置に応じて、共存信号を出力している送信装置の通信方式を識別し、その通信方式に応じた共存処理を行う（ステップＳ１０３）。なお、比較結果がしきい値ＴＨ１以下の場合には（ステップＳ１０２のＮＯ）、制御部１７は、共存信号を受信していないと判定し、ステップＳ１０１へ戻る。

ここで、複数の正弦波信号を含む共存信号の検出方法の例としては、例えば次の二つの方法が上げられる。

第一の方法としては、受信装置１の制御部１７において、正弦波信号の周波数位置を含む周波数帯及びその周囲の周波数帯の各々について平均ＣＮＲの差分を求め、共存信号の周波数位置における結果（平均ＣＮＲの差分）を積算し、その積算値としきい値ＴＨ１と比較することで、そのしきい値ＴＨ１より大きい場合に、その通信方式に応じた共存処理を行う。

第二の方法としては、制御部１７において、各々の正弦波信号の周波数位置及びその周囲のＣＮＲの差分としきい値ＴＨ１との比較結果をカウントする。具体的には、ＣＮＲの差分がしきい値ＴＨ１を越えた場合を、カウント値ＣＴ１としてカウントし、ＣＮＲの差分がしきい値ＴＨ１を超えない場合を、カウント値ＣＴ２としてカウントする。そして、カウント値ＣＴ１がカウント値ＣＴ２を超える場合に（つまり多数決にて）、その通信方式に応じた共存処理を行う。

次に、共存信号を設ける周波数位置について説明する。図７は、本発明の実施形態に係る通信システムにおける周波数帯域の割り当ての第一例を示す図である。図７（Ａ）に示すように、この例では、使用周波数帯を４つの通信チャネル＃１，＃２，＃３，＃４に区分して優先権を通信チャネル毎に制御する場合を想定している。また、この例では２つの通信チャネル＃１，＃２を含む周波数帯ＲＡは一方のグループ（通信方式Ａ）に優先的に割り当てられ、残りの２つの通信チャネル＃３，＃４を含む周波数帯ＲＢをもう一方のグループ（通信方式Ｂ）に優先的に割り当てられるものとする。例えば、通信方式Ａがアクセス系の通信方式であり、通信方式Ｂが宅内系の通信方式であるとする。

単一の通信方式（例えば、通信方式Ｂのみ）での通信が行われている場合には、図７（Ｂ）に示すように、４つの通信チャネル＃１，＃２，＃３，＃４の全てをデータ通信に利用できる。

そして、通信方式Ａの通信装置が通信を行うために、その送信装置２から共存信号を送信する場合には、自通信方式が優先して用いることが可能なチャネルを用いて共存信号を送信する。図７（Ｃ）の例では、チャネル＃２が用いられている。すなわち、通信方式毎に、共存信号が送信される帯域が異なる。

そして、共存処理を行う場合には、通信信号が通信方式間で衝突しないように通信方式毎に通信チャネルを区分して割り当てる。また、共存信号に割り当てられるチャネルの利用法には、図７（Ｄ）〜（Ｆ）に示す３つの例が挙げられる。即ち、周波数帯域補正部として機能する逆マルチキャリア変換器２３が、所定のサブキャリアをマスクすることで、共存信号が設けられる周波数帯域（第１の周波数帯域）に応じて、データ通信に使用する周波数帯域（第２の周波数帯域）を補正する。

図７（Ｄ）の例では、通信方式Ａの送信装置２が有する逆マルチキャリア変換器２３が、共存信号が送出される間、共存信号が設けられる周波数帯域と、通信方式Ａの周波数帯域とが重複しないように、通信方式Ａの周波数帯域を補正する（つまり周波数帯域を縮退させる。）。これにより、通信チャネル＃２は共存信号専用に割り当てられてどの通信方式の通信にも使用されない。そして、他の通信チャネルは優先権のある通信方式の通信装置が使用するように割り当てられている。例えば、通信チャネル＃１には通信方式Ａが、通信チャネル＃３、＃４には通信方式Ｂが割り当てられている。こうすることで、変調信号と共存信号とが混在しないので、受信装置１における共存信号の検出精度を向上させることが出来る。

図７（Ｅ）の例では、共存信号が送出されなくなると、共存信号を送出していた通信方式Ａの送信装置２が有する逆マルチキャリア変換器２３が、通信方式Ａの周波数帯域に、共存信号が設けられていた周波数帯域（＃２）を含むように、通信方式Ａの周波数帯域を補正する（つまり周波数帯域を拡張させる。）。これにより、共存信号に割り当てられる通信チャネル＃２も含め、各通信方式の通信装置が優先権のある通信チャネルのみを使用するように割り当てられる。例えば、通信チャネル＃１、＃２には通信方式Ａが、通信チャネル＃３、＃４には通信方式Ｂが割り当てられている。こうすることで、周波数効率を向上させることが出来る。なお、図７（Ｅ）では、通信方式Ａの周波数帯域に、共存信号が設けられていた周波数帯域（＃２）の全てを含む場合について説明したが、通信方式Ａの周波数帯域に、共存信号が設けられていた周波数帯域（＃２）の一部を含むようにしてもよい。

また、図７（Ｆ）の例では、共存信号が送出されなくなると、共存信号を送出していない通信方式Ｂの送信装置２が有する逆マルチキャリア変換器２３が、通信方式Ｂの周波数帯域に、共存信号が設けられていた周波数帯域（＃２）を含むように、通信方式Ａの周波数帯域を補正する（つまり周波数帯域を拡張させる。）。これにより、共存信号を送出した通信方式以外の通信方式の通信装置が共存信号に割り当てられる通信チャネル＃２と優先権のある通信チャネルを利用し、共存信号を送出した通信方式の通信装置は通信チャネル＃２以外の優先権のある通信チャネルのみを使用するように割り当てられる。例えば、通信チャネル＃１には通信方式Ａが、通信チャネル＃２〜＃４には通信方式Ｂが割り当てられている。こうすることで、図７（Ｅ）と同様に、周波数効率を向上させることが出来る。なお、図７（Ｆ）では、図７（Ｅ）と同様に、通信方式Ｂの周波数帯域に、共存信号が設けられていた周波数帯域（＃２）の全てを含む場合について説明したが、通信方式Ｂの周波数帯域に、共存信号が設けられていた周波数帯域（＃２）の一部を含むようにしてもよい。

なお、いずれの割り当て方法を用いるかについては、事前に決定しておく必要がある。そして、受信装置１の制御部１７は、共存信号の検出した周波数位置から、その共存信号を出力している送信装置の通信方式を識別し、識別された通信方式に予め定められた割当方法に基づいて共存処理を行うように制御信号を生成する。

図８は、本発明の実施形態に係る通信システムにおける周波数帯域の割り当ての第二例を示す図である。図８に示す例では、共存信号を出力する周波数帯を最も周波数の低い通信チャネル＃１に割り当てる場合を想定している。それ以外は図７の場合と同様である。

図７、図８では、また、時間帯を区分することにより複数の独立した通信チャネルを確保することも可能であり、互いに異なる通信チャネルを図７及び図８と同様に通信方式の異なる通信装置に割り当てることができる。但し、時間帯を区分する場合には、全ての通信方式について時間を同期させる必要がある。

図９は、ノイズを含む受信信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。図９に示すように、共存信号を構成する正弦波信号と同様の狭帯域信号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、・・・がノイズあるいは干渉波として電力線１０６上に現れる可能性もあるため、干渉波を共存信号と間違えて検出する可能性もある。従って、共存信号と干渉波との区別を容易にする必要がある。

そこで、送信装置２において、共存信号の生成と非生成とを交互に行い、受信装置１において、例えば所定の周期の間、特性を監視することにより、その狭帯域信号が伝送路特性によるものであるのか、意図的に生成された共存信号に含まれる正弦波信号であるのかを判定する。

図１０は、本発明の実施形態に係る受信装置の動作手順の第二例を示すフローチャートである。同図において、図６と重複する部分には同一の符号を付す。

図１０に示すように、まず、ステップＳ１０１においてＣＮＲ測定が行われる。そして、図６のステップＳ１０２と同様に、少なくとも、通信方式に応じて予め定められている正弦波信号の周波数位置のＣＮＲとその周囲の周波数位置のＣＮＲとの差を求め、しきい値ＴＨ１と比較する。そして、制御部１７において、共存信号の有無を判定する。そして、共存信号が検出された場合と、検出されなかった場合とを、それぞれＣ１、Ｃ２として、回数をカウントする（ステップＳ２０１）。そして、これらの合計カウント数、すなわち共存信号の有無の判定回数が所定の回数Ｎに達するまで、ステップＳ１０１〜ステップＳ２０１までを繰り返す（ステップＳ２０２）。

そして、カウント数がＮ回に達する（又は、共存信号の有無の判定を開始してから所定期間が経過する）と（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、共存信号が検出された場合の回数Ｃ１と、検出されなかった場合の回数Ｃ２との差の絶対値を求め、しきい値ＴＨ２と比較する。Ｃ１とＣ２との差の絶対値がしきい値ＴＨ２以下の場合（ステップＳ２０３のＮＯ）には、送信装置２からの共存信号の生成と非生成によって、検出の差が認められると判断できるので、他の通信方式を検出したものと判定し、検出した通信方式に応じた共存処理を行う（ステップＳ１０４）。

一方、Ｃ１とＣ２との差の絶対値がしきい値ＴＨ２より大きい場合（ステップＳ２０３のＹＥＳ）には、送信装置２からの共存信号が送信されていない（共存信号の非検出回数が圧倒的に多くなる）、又は共存信号に含まれる正弦波信号の部分に狭帯域ノイズがある（共存信号の検出回数が圧倒的に多くなる）と判断できるので、他の通信方式の信号が存在しない、又は検出ができないと判定し、ステップＳ１０１に戻る。

このようにして、共存信号の生成・非生成に基づいた判定ができるので、伝送路の特性等に起因した共存信号の誤検出を低減させ、より高精度な検出を行うことができる。

このような本発明の実施形態によれば、送信装置は、自送信装置の通信方式の存在を、同一伝送路に接続された通信装置に対して、容易に通知することが可能となり、また、受信装置は、雑音特性を観測することにより容易に他の通信方式からの信号の出力を検出することができる。これにより、共通の伝送路に、通信方式の異なる通信装置からの送信信号が出力されている状態を検出することができる。

なお、以上の例では、共存信号の検出方法として、受信側におけるＣＮＲを用いて判定する場合について説明したが、サブキャリア毎の電力を測定し、共存信号帯域と共存信号帯域以外の電力差を比較することで検出してもよい。

本発明の通信システム及び通信方法は、共通の伝送路に、通信方式の異なる通信装置からの送信信号が出力されている状態を判定可能な効果を有し、電力線通信システム等に有用である。

本発明の実施形態に係る送信装置及び受信装置の概略構成の一例を示すブロック図 本発明の実施形態に係る通信システムにおける共存信号を含む受信信号の周波数スペクトルの第一例を示す図 図２に示す受信信号におけるＣＮＲ特性を示す図 本発明の実施形態に係る通信システムにおける共存信号を含む受信信号の周波数スペクトルの第二例を示す図 図４に示す受信信号におけるＣＮＲ特性を示す図 本発明の実施形態に係る受信装置の動作手順の第一例を示すフローチャート 本発明の実施形態に係る通信システムにおける周波数帯域の割り当ての第一例を示す図 本発明の実施形態に係る通信システムにおける周波数帯域の割り当ての第二例を示す図 ノイズを含む受信信号の周波数スペクトルの一例を示す図 本発明の実施形態に係る受信装置の動作手順の第二例を示すフローチャート 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

１ 受信装置
２ 送信装置
１１ Ａ／Ｄ変換器
１２ マルチキャリア変換器
１３ 等化器
１４ Ｐ／Ｓ変換器
１５ デマッパ
１６ ＣＮＲ測定器
１７ 制御部
２１ シンボルマッパ
２２ Ｓ／Ｐ変換器
２３ 逆マルチキャリア変換器
２４ Ｄ／Ａ変換器
２５ 共存信号発生器
２６ Ｄ／Ａ変換器
４００ 通信システム

Claims (4)

1. 伝送路を介して接続された送信装置と受信装置とを備える通信システムであって、
   前記送信装置は、
   自送信装置の通信方式に応じて予め定められた複数の異なる周波数位置に設けられる正弦波信号を有し、前記通信方式を識別するための共存信号を生成する共存信号生成部と、
   所定の通信方式での前記共存信号の通信に使用される第１の周波数帯域を用いて、前記共存信号を前記伝送路に送出し、前記第１の周波数帯域の少なくとも一部を含み、前記所定の通信方式でのデータ通信に使用される第２の周波数帯域を用いて、データ通信用の信号を前記伝送路に送出する信号送出部と、
   前記信号送出部により前記共存信号を送信する場合には、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域とが重複しないように、前記第２の周波数帯域を縮小するよう補正し、前前記信号送出部による前記共存信号の送信が完了した場合には、前記第２の周波数帯域が前記第１の周波数帯域の少なくとも一部を含むように、前記第２の周波数帯域を拡張するよう補正する周波数帯域補正部と、
   を有し、
   前記受信装置は、
   前記伝送路から入力される信号から、所定の周波数位置の雑音特性を測定する雑音特性測定部と、
   前記雑音特性測定部の結果を用いて、通信方式に応じて予め定められた複数の周波数位置に雑音特性の劣化が存在するか否かにより、前記共存信号の存在を判定する判定部と、
   を有する通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記判定部は、
   前記共存信号の存在を所定回数判定し、
   前記共存信号が存在すると判定された回数と前記共存信号が存在しないと判定された回数との差が所定閾値以下である場合、当該受信装置で使用される通信方式とは異なる通信方式の信号を検出したものと判定する通信システム。
3. 請求項１または２に記載の通信システムであって、
   前記共存信号生成部は、逆マルチキャリア変換器を用いて前記正弦波信号を発生する通信システム。
4. 伝送路を介して接続された送信装置と受信装置とを備える通信システムの通信方法であって、
   自送信装置の通信方式に応じて予め定められた複数の異なる周波数位置に設けられる正弦波信号を有し、前記通信方式を識別するための共存信号を生成するステップと、
   所定の通信方式での前記共存信号の通信に使用される第１の周波数帯域を用いて、前記共存信号を前記伝送路に送出し、前記第１の周波数帯域の少なくとも一部を含み、前記所定の通信方式でのデータ通信に使用される第２の周波数帯域を用いて、データ通信用の信号を前記伝送路に送出するステップと、
   前記信号送出部により前記共存信号を送信する場合には、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域とが重複しないように、前記第２の周波数帯域を縮小するよう補正し、前前記信号送出部による前記共存信号の送信が完了した場合には、前記第２の周波数帯域が前記第１の周波数帯域の少なくとも一部を含むように、前記第２の周波数帯域を拡張するよう補正するステップと、
   前記伝送路から入力される信号から、所定の周波数位置の雑音特性を測定するステップと、
   前記雑音特性の測定結果を用いて、通信方式に応じて予め定められた複数の周波数位置に雑音特性の劣化が存在するか否かにより、前記共存信号の存在を判定するステップと
   を有する通信方法。

Images