(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線に信号を重畳して通信を行う電力線搬送通信装置において、
信号を変調し、この変調信号と複数の異なるキャリア周波数を用いて複数の狭帯域変調信号を作成し電力線へ注入する変調手段と、
電力線から複数の狭帯域変調信号を受信し、この複数の狭帯域変調信号を各キャリア周波数毎に周波数変換し、複数の変調信号を抽出して復調する復調手段と、
この復調手段による復調された複数の信号の中から最も大きな信号を選択する選択手段とを備え、
前記選択手段により所定回数の判定を行なった結果、同じキャリアによる信号が選択される傾向にある場合には、そのキャリア周波数を特定し、この特定したキャリア周波数を用いて前記周波数変換手段により周波数変換するとともに、キャリア周波数を特定した以降は、前記選択手段により所定の時間間隔で所定回数の判定を行い特定するキャリア周波数を見直すことを特徴とする電力線搬送通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力線に信号を重畳し通信を行う電力線搬送通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は例えば特開昭６０−８３４４４号公報に示された電力線通信装置から想到される従来の電力線通信装置の構成図であり、図において、１は電力線通信装置、２は制御回路、３は信号入力端子、４は直接拡散変調器、５は結合回路、６は復調回路、７は信号出力端子、８は電力線である。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、送信動作について説明する。
制御回路２から出力されたデータ信号が直接拡散変調器４の信号入力端子３に入力され、直接拡散変調器４により周波数範囲が所定の拡散範囲に拡大され、結合回路５を介して電力線８に注入される。これにより、電力線８を伝送路としたデータ信号の送信が行われる。
【０００４】
次に、受信動作について説明する。
電力線８から結合回路５を介して受信した直接拡散された信号を復調回路６により復調させ、この復調されたデータ信号を信号出力端子７から制御回路２へ出力する。これにより、電力線８からデータ信号の受信が行われる。
以上のように、電力線８を伝送路とした通信において、直接拡散によるスペクトラム拡散通信（以下、ＳＳ通信という）が行われる。
【０００５】
ここで、電力線８上の周波数ゲイン特性や雑音は、電力線８に接続されている様々な電気機器の運転状況により時々刻々と変化する。このため、信号帯域内での大幅な位相・振幅変化や、周波数毎に遅延時間が異なる等の現象が生じる。これにより、拡散した周波数範囲中の広い範囲で信号の伝達が不能になる場合がある。さらに、広い範囲に雑音が出現する場合もある。
【０００６】
よって、このような場合の電力線８の環境下では、復調するために所定の「信号帯域幅」と「位相の直線性」を必要とする直接拡散方式のＳＳ通信は、その拡散による復調利得のメリットを生かすことができず、信頼性の高い通信を行うことはできないという問題点があった。
【０００７】
そこで、この問題点を解決するために、他の通信方法による信頼性向上策としては、無線通信方式の複数搬送波がある。
図１１は例えば特開昭５５−７３１４７号公報に示された従来の無線による複数搬送波通信方法の構成図であり、図において、９は発振器、１０は変調器、１１は送信器アンテナ、１２は信号入力端子、１３は受信器アンテナ、１４は復調器、１５は再生器である。
【０００８】
次に動作について説明する。
まず、発振器９は複数の周波数を出力し、変調器１０群の各々の変調器１０に搬送波を供給する。一方、信号入力端子１２に入力されたデータ信号は変調器１０群に入力され、発振器９による複数の搬送波により変調され、無線信号となり、送信器アンテナ１１を経て空間へ放出される。
【０００９】
この無線信号は受信器アンテナ１３により受信され、復調器１４群により復調され、再生器１５に各々入力される。再生器１５では復調器１４群の信号を電圧加算し、雑音に関しては電力加算を行い合成する。これによりデータ信号は搬送波の数ｎ倍（ｎは復調器１４の数）、雑音はｎ1/2となり、このため、見かけ上データ信号のＳ／Ｎが改善される。
【００１０】
しかしながら、この複数搬送波通信方法の再生器１５による加算技術を電力線通信に用いた場合には、前述のように信号は搬送波毎に異なった位相ひずみや振幅ひずみを受けることがあり、例えば周波数によっては互いに位相が１８０度ずれることもある。このため、再生器１５により単純に電圧加算しただけでは、却って歪みを増加することになり、通信品質が悪化してしまい、信頼性の高い通信を行うことができない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の電力線搬送装置では、電力線に接続されている様々な電気機器の運転状況により、電力線上の周波数ゲイン、位相特性、雑音が時々刻々変化する場合には、十分な信頼性をもって通信を行うことはできないという問題点があった。
【００１２】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、電力線を用いた信頼性の高い通信を行うことができる電力線搬送通信装置を得るものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
また、信号を変調し、この変調信号と複数の異なるキャリア周波数を用いて複数の狭帯域変調信号を作成し電力線へ注入する変調手段と、電力線から複数の狭帯域変調信号を受信し、この複数の狭帯域変調信号を各キャリア周波数毎に周波数変換し、複数の変調信号を抽出して復調する復調手段と、この復調手段による復調された複数の信号の中から最も大きな信号を選択する選択手段とを備え、選択手段により所定回数の判定を行なった結果、同じキャリアによる信号が選択される傾向にある場合には、そのキャリア周波数を特定し、この特定したキャリア周波数を用いて周波数変換手段により周波数変換するとともに、キャリア周波数を特定した以降は、選択手段により所定の時間間隔で所定回数の判定を行い特定するキャリア周波数を見直すようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である電力線搬送通信装置による通信システム全体の構成図、図２はこの発明の実施の形態１である電力線搬送通信装置の構成図、図３はこの電力線搬送通信装置の変調回路の構成図、図４は送信データ信号とキャリア周波数の関係を示す図、図５は送信データ信号を周波数変換した送信信号のスペクトラム分布を示す図、図６は電力線の周波数−ゲイン特性の一例を示す図、図７は受信信号の信号スペクトラム分布を示す図、図８はこの電力線搬送通信装置の復調回路の構成図である。
【００１６】
図において、１６は電力線搬送通信装置（以下、電力線搬送ノードという）、１７は電力線であり、各電力線搬送通信装置１６間でやりとりされる情報を伝える媒体として使用される。
電力線搬送ノード１６は、送信信号の出力、受信信号の処理などを制御する制御回路１８、送信信号を変調し電力線１７に注入する変調回路１９、電力線１７から信号を受信し、受信信号を復調する復調回路２０から構成される。
なお、変調回路１９、復調回路２０はそれぞれ請求項１の変調手段、復調手段を示す。
【００１７】
２１はＰＳＫ（位相偏位キーイング  ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）やＦＳＫ（周波数偏移変調  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）等の変調器（ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  以下、ＭＯＤという）であり、送信データを一次変調し、請求項２の変調手段を示す。２２は一次変調された送信データ信号が入力される周波数変換装置（ミキサー  以下、ＭＩＸという）であり、第１の周波数変換手段を示す。
【００１８】
２３は多周波を同時に発信可能に構成された発振器（多周波ｏｓｃｉｌｌａｅｒ  以下、多周波ＯＳＣという）であり、ＭＩＸ２２へ複数のキャリア周波数を同時に供給する。この実施の形態１では複数のキャリア周波数に図４に示すｆ１、ｆ２、ｆ３の３波を用いる。２４はＭＩＸ２２からの出力を電力線１７に供給するための所定の周波数に帯域制限するフィルタ回路、２５はフィルタ回路２４からの出力を所定の出力レベルに増幅するパワーアンプ、２６は電力線１７と結合する結合回路であり、変調回路１９における結合回路２６は第１の結合回路を示し、復調回路２０における結合回路２６は第２の結合回路を示す。
【００１９】
２７はプリアンプ、２８は第２の周波数変換手段を示す周波数変換装置（以下、ＭＩＸという）であり、電力線１７上の信号は結合回路２６とプリアンプ２７を経て３つのＭＩＸ２８に各々入力される。各ＭＩＸ２８には発振器（以下、多周波ＯＳＣという）２９から個々にｆ１、ｆ２、ｆ３のキャリアが供給されている。３０は請求項２の復調手段を示す復調器（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅｒ  以下、ＤＥＴという）であり、ＭＩＸ２８からの一次変調波が各々入力され、信号セレクタ３３へ各々のデータ信号であるｄａｔａ１、ｄａｔａ２、ｄａｔａ３を出力する。
【００２０】
また、このｄａｔａ１、ｄａｔａ２、ｄａｔａ３は、各ＤＥＴ３０において信号セレクタ３３へ出力する前にそれぞれ所定レベルになるようにＡＧＣ（自動利得制御  ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｇａｉｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を行っており、各ＤＥＴ３０からはＡＧＣのレベルを示すＡＧＣ信号３１を受信周波数選択手段３２へ出力している。さらに、ＤＥＴ３０は一次変調波ｆ０に選択度を持つよう構成されている。
受信周波数選択手段３２の出力は信号セレクタ３３に入力される。
なお、受信周波数選択手段３２は選択手段を示す。
【００２１】
次に動作について説明する。
まず、電力線１７への信号の送信動作について説明する。
制御回路１８が送信データを変調回路１９へ入力する。変調回路１９では、ＭＯＤ２１により送信データを一次変調し、中心周波数がｆ０である狭帯域の送信信号にする。次に、ＭＩＸ２２により、この狭帯域の送信信号を多周波ＯＳＣ２９からの３波のキャリア周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３とかけ算し、ｆ０±ｆ１、ｆ０±ｆ２、ｆ０±ｆ３なる周波数に変換して、６本の狭帯域変調信号を得る。
【００２２】
フィルタ回路２４により、この６本の狭帯域変調信号うちのｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２、ｆ０＋ｆ３の狭帯域変調信号を切り分け、パワーアンプ２５により図５に示すように所定の強度に増幅した後、結合回路２６を介して電力線１７へ注入する。
【００２３】
ここで、電力線１７の周波数ゲイン特性はたとえば図６に示すように一様でない。これは電力線１７に接続される様々な機器のインピーダンス特性の組み合わせにより変化するためである。このような特性の電力線１７を伝わった信号は図７の様に周波数毎に異なる減衰を受ける。この実施の形態１ではｆ０＋ｆ２の変調波が最もレベル高く伝送される場合を示す。
【００２４】
次に、電力線１７からの信号の受信動作について説明する。
電力線ノード１６は、結合回路２６を介して図７に示すように周波数毎に異なる減衰を受けた信号を受信し、プリアンプ２７によりこれらの信号を所定の倍数に増幅した後、３つのＭＩＸ２８へ入力する。
また、ＭＩＸ２８へは多周波ＯＳＣ２９から個々にｆ１、ｆ２、ｆ３のキャリアが供給され、ｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２、ｆ０＋ｆ３の３波の変調信号はＭＩＸ２８毎に周波数変換され、ＤＥＴ３０へそれぞれ周波数ｆ０の狭帯域の一次変調波として入力される。
【００２５】
ＤＥＴ３０ではこのキャリア毎の信号の大きさに比例した一次変調波が入力されると、復調するための必要な強度の信号にするため、ＡＧＣを働かせた後、復調を行う。これにより、元の送信データを得ることができる。すなわち、元の送信データとしてｄａｔａ１、ｄａｔａ２、ｄａｔａ３を得る。その後、ｄａｔａ１、ｄａｔａ２、ｄａｔａ３を信号セレクタ３３へ出力する。
【００２６】
このとき、受信周波数選択手段３２には各ＤＥＴ３０のＡＧＣレベルを示すＡＧＣ信号３１が入力されており、受信周波数選択手段３２はこれらのＡＧＣ信号３１からレベルの一番浅い信号（最も信号の強度が強く、復調に必要なレベル信号にするためのレベルアップ度合が一番浅い信号）が入力されたＤＥＴ３０からの出力データ（この実施の形態１ではｄａｔａ２）を選択するよう信号セレクタ３３を制御する。制御セレクタ３３からはこの復調された最も強いデータ信号を制御手段１８へ出力する。これにより、制御手段１８がデータ信号を受信する。
【００２７】
この実施の形態によれば、第２の周波数変換手段および復調手段をそれぞれ複数個備え、各第２の周波数変換手段毎に別々のキャリア周波数により周波数変換して変調された信号を抽出し、この複数の変調された信号をそれぞれ別々に各復調手段により復調するので、別々のキャリア周波数による周波数変換を同時に行え、複数の変調された信号を同時に復調し、選択手段により最も大きな信号の選択をすぐ行うことができ、通信の遅延時間が発生せず、通信のオーバーヘッドがなく、即時性に優れた電力線搬送通信装置を得ることができるという効果がある。
【００２８】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２である電力線搬送通信装置の復調回路の構成図である。図において、実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付ける。３４は所定の時間間隔を置いて単独の周波数が順に供給されるように周波数切り換え可能に構成した発振器（周波数切換ｏｓｃｉｌｌａｅｒ  以下、周波数切換ＯＳＣという）である。また、ＭＩＸ２８およびＤＥＴ３０はそれぞれ１つだけ用いる。なお、電力線搬送通信装置の復調回路以外の部分については、実施の形態１と同じである。
【００２９】
次に動作について説明する。
電力線１７への信号の送信動作については、実施の形態１を同様のため、説明を省略し、電力線１７からの信号の受信動作について説明する。
電力線ノード１６は、結合回路２６を介して、図７に示すように周波数毎に異なる減衰を受けた信号を受信し、プリアンプ２７によりこれらの信号を所定の倍数に増幅した後、１つのＭＩＸ２８に入力する。
【００３０】
また、ＭＩＸ２８へ周波数切換ＯＳＣ３４からｆ１、ｆ２、ｆ３の３つのキャリア周波数信号が所定の時間間隔を置き、単独の周波数で順に供給されるように、受信周波数選択手段３２が周波数切換ＯＳＣ３４を制御する。これにより、ＭＩＸ２８では、ｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２、ｆ０＋ｆ３の３波の変調信号がそれぞれ所定の時間間隔で周波数変換され、ＤＥＴ３０へそれぞれ周波数ｆ０の狭帯域の一次変調波として入力される。
【００３１】
ＤＥＴ３０は１次変調波ｆ０に選択度を持つように構成されているため、ＤＥＴ３０に印加されたキャリア周波数毎の一次変調波のみ復調することになる。
ＤＥＴ３０ではキャリア周波数毎の信号の大きさに比例した一次変調波が入力されると、復調するための必要な強度の信号にするため、ＡＧＣを働かせ、復調を行う。このときＤＥＴ３０から受信周波数選択手段３２へキャリア毎の一次変調波のＡＧＣレベルを示すＡＧＣ信号３１を入力する。
【００３２】
受信周波数選択手段３２ではＡＧＣレベルの一番浅い信号（強度の強い）のキャリア周波数（この実施の形態２ではｆ２）を判定し、そのキャリア周波数において復調された最も強いデータ信号を復調出力として制御手段１８へ出力するよう決定する。これにより制御手段１８がデータ信号を受信する。
この実施の形態によれば、周波数変換手段および復調手段をそれぞれ１つ備え、所定の時間間隔をおいて、周波数変換手段によりキャリア周波数毎に周波数変換して変調された信号を抽出し、この変調された信号を復調手段により復調するので、通信のオーバーヘッドが生じるが、周波数変換手段および復調手段が１つのため、電力線搬送通信装置全体を小型化することができるとともに、装置が安価に構成できるという効果がある。
【００３３】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、電力線１７からの信号の受信動作時毎に、受信周波数選択手段３２がＡＧＣレベルの一番浅い信号（強度の強い）のキャリア周波数を判定し、そのキャリア周波数において復調されたデータ信号を出力するものを示したが、現実には電力線１７に電力線搬送ノード１６を設置し、何回か判定していると、その電力線１７に接続される様々な機器の状態が大きく変化しない限り、ＡＧＣレベルの一番浅い信号（強度の強い）のキャリア周波数はほぼ特定される。
【００３４】
そこで、図８および図９において、受信周波数選択手段３２に学習機能を備え、特定回数の判定を行った結果、毎回同じキャリア周波数が判定される傾向がある場合には、判定動作を省略してそのキャリア周波数に特定する。
また、キャリア周波数を特定した以降は、抜き打ち試験のように定期的に所定回数の判定を行い、その都度、特定するキャリア周波数を見直す。
なお、受信周波数選択手段３２に学習機能を備え、キャリア周波数の特定および見直しする動作以外の動作については、実施の形態１、２と同じである。
【００３５】
なお、上記実施の形態１〜３では、キャリア周波数信号としてｆ１、ｆ２、ｆ３の３つ使用した場合について説明したが、複数個のキャリア周波数信号を使用を用いてもよく、３つの限定されるものではない。
また、結合回路２６は変調回路１９と復調回路２０にそれぞれ別々に設けたものを示したが、共通のものを１つ用いてもよい。
【００３６】
さらに、上記実施の形態１〜３では、ｆ０±ｆ１、ｆ０±ｆ２、ｆ０±ｆ３の６本の狭帯域変調信号のうち、ｆ０＋ｆ１、ｆ０＋ｆ２、ｆ０＋ｆ３の３波の変調信号を用いたものを示したが、ｆ０をｆ１、ｆ２、ｆ３よりも高い周波数に設定した場合には、ｆ０−ｆ１、ｆ０−ｆ２、ｆ０−ｆ３の３波の変調信号を用いてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３８】
電力線搬送通信装置の設置場所、時間などで様々に変わる電力線の特性により伝送可能な周波数帯が変化するような環境にあっても、同一のデータを同時に複数の周波数で送信し、その中から十分復調に値する信号のみを選択して復調するため、信頼性が高く、かつ、様々な電力線に対応可能な電力線搬送通信装置を得ることができるという効果がある。また、伝送可能な周波数は自動的に受信側のみで選択されるため、複雑なキャリア周波数の切り換え、管理等が不要となり簡単に高品質の伝送システムを構築することができるという効果がある。
【００３９】
また、選択手段に学習機能を有し、選択手段により選択される信号に対応したキャリア周波数を特定し、この特定したキャリア周波数を用いて周波数変換手段により周波数変換するので、学習機能により、初回以降の通信において電力線搬送通信装置の設置された電力線の個々の特性に対応してキャリア周波数を特定していき、通信の遅延時間の発生を少なくし、通信のオーバーヘッドをなくし、安価で効率的な通信を行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す電力線搬送通信装置による通信システム全体の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す電力線搬送通信装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す電力線搬送通信装置の変調回路の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す送信データとキャリア周波数との関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１を示す送信信号の信号スペクトラム分布を示す図である。
【図６】電力線の周波数−ゲイン特性を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１を示す受信信号の信号スペクトラム分布を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１を示す電力線搬送通信装置の復調回路の構成図である。
【図９】この発明の実施の形態２を示す電力線搬送通信装置の復調回路の構成図である。
【図１０】従来の電力線搬送装置の構成図である。
【図１１】従来の複数搬送波通信方法の構成図である。
【符号の説明】
１６  電力線搬送通信装置、  １７  電力線、  １９  変調回路、  ２０  復調回路、  ２１  変調器、  ２２  周波数変換装置、  ２３  発振器、  ２６  結合回路、  ２８  周波数変換装置、  ２９  発振器、  ３０  復調器、  ３２  受信周波数選択手段、  ３３  信号セレクタ、  ３４  発振器。
【図１】
0003562264.tif 000002
【図２】
0003562264.tif 000003
【図３】
0003562264.tif 000004
【図４】
0003562264.tif 000005
【図５】
0003562264.tif 000006
【図６】
0003562264.tif 000007
【図７】
0003562264.tif 000008
【図８】
0003562264.tif 000009
【図９】
0003562264.tif 000010
【図１０】
0003562264.tif 000011
【図１１】
0003562264.tif 000012