(57)【要約】【課題】  様々なノイズや信号減衰が存在する有線通信の環境下において、高速通信が可能な通信装置および通信システムを実現する。【解決手段】  変復調時の搬送波信号と通信線路上の搬送波との間で周波数変換を行う搬送波周波数変換手段２２，３２と、通信線路上の搬送波の周波数帯域を所定の周波数帯域の中から選択する制御手段２７を備える構成とした。また、２つの通信装置間でトレーニングデータを用いた通信を行い、通信線路上のＳ／Ｎ比を求めるようにした。そして、通信線路上のノイズや信号減衰の実態に合わせて、通信搬送波の周波数帯域を選択し、また、Ｓ／Ｎ比に応じて搬送波へのデータの割り付け量を決定するようにした。これにより、ノイズや信号減衰が小さい帯域での通信が可能となり、搬送波へのデータの割り付け量が最適化されるので、高速通信を実現することができる。【選択図】      図１
2005269416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ定められた所定の複数の周波数帯域から通信に使用する搬送波信号の周波数帯域を選択する帯域選択信号を出力する制御手段と、
有線の通信線路に接続されて、前記帯域選択信号によって選択される周波数帯域の搬送波信号を通過させるバンドパスフィルタ手段と、
前記帯域選択信号によって選択される周波数帯域に対応して所定の周波数の基準波信号を発生する基準波信号発生手段と、
前記バンドパスフィルタ手段を介して通信線路の搬送波信号を受信して増幅する受信信号増幅手段と、
前記受信信号増幅手段により増幅された受信搬送波信号および前記基準波信号発生手段により発生された前記基準波信号が入力されて、前記受信搬送波信号の周波数を変換する受信搬送波周波数変換手段と、
前記受信搬送波周波数変換手段により周波数変換された受信搬送波信号を受けて受信データを復調する復調手段と、
送信データを変調して送信搬送波信号を生成する変調手段と、
前記変調手段により生成された前記送信搬送波信号および前記基準波信号発生器により発生された基準波信号が入力されて、前記送信搬送波信号の周波数を変換する送信搬送波周波数変換手段と、
前記送信搬送波周波数変換手段により周波数変換された前記送信搬送波信号を増幅し、前記バンドパスフィルタ手段を介して通信線路へ出力する送信信号増幅手段と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信装置において、前記制御手段は、
他の通信装置から送信された所定の搬送波信号のＳ／Ｎ比を、前記復調手段が復調する際の受信信号のＳ／Ｎ比として求め、前記Ｓ／Ｎ比に基づき前記帯域選択信号の出力値を変更することを特徴とする通信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の通信装置において、前記制御手段は、
他の通信装置から送信された所定の搬送波信号を復調した受信データの伝送誤り率を求め、前記伝送誤り率に基づき前記帯域選択信号の出力値を変更することを特徴とする通信装置。
【請求項４】
請求項１に記載の通信装置において、前記制御手段は、
入力スイッチのオン・オフ状態に基づき前記帯域選択信号を出力することを特徴とする通信装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかの一項に記載の通信装置において、
前記変調手段が生成する送信搬送波信号および前記復調手段が復調する受信搬送波信号は、位相変調および振幅変調による多値変調方式の搬送波信号であることを特徴とする通信装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかの一項に記載の通信装置において、
前記変調手段が生成する送信搬送波信号および前記復調手段が復調する受信搬送波信号は、マルチキャリア変調方式の搬送波であることを特徴とする通信装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の通信装置において、前記制御手段は、さらに、
他の通信装置から送信された所定の搬送波信号のＳ／Ｎ比を、前記復調手段が復調する際の受信信号のＳ／Ｎ比として求め、前記Ｓ／Ｎ比に基づき前記多値変調方式における搬送波へのデータ割り付け量を決定し、そのデータ割り付け量を前記復調手段および前記変調手段に割り付けることを特徴とする通信装置。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載の通信装置において、前記制御手段は、さらに、
他の通信装置から送信された所定の搬送波信号を復調した受信データの伝送誤り率を求め、前記伝送誤り率に基づき前記多値変調方式における搬送波へのデータ割り付け量を決定し、そのデータ割り付け量を前記復調手段および前記変調手段に割り付けることを特徴とする通信装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかの一項に記載の複数の通信装置と、前記複数の通信装置を相互につなぐ有線の通信線路とを備えた通信システムであって、
前記有線の通信線路が、構内電気機器に対して低周波帯域の電気信号または電力を供給する既設の配線であることを特徴とする通信システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の通信システムにおいて、
前記既設の配線から分岐して前記構内電気機器が接続される部分に、前記複数の通信装置間の通信で用いられる搬送波を遮断する高周波遮断フィルタ手段が設けられることを特徴とする通信システム。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の通信システムにおいて、
前記既設の配線が、構内電気機器への構内電力供給線であること
を特徴とする通信システム。
【請求項１２】
請求項９または請求項１０に記載の通信システムにおいて、
前記既設の配線が、構内放送機器を相互につなぐ構内放送線であること
を特徴とする通信システム。
【請求項１３】
請求項９または請求項１０に記載の通信システムにおいて、
前記既設の配線が、構内電話機器を相互につなぐ構内電話線であること
を特徴とする通信システム。
【請求項１４】
請求項９または請求項１０に記載の通信システムにおいて、
前記既設の配線が、テロップ表示機器を相互につなぐテロップ表示データ通信線であることを
を特徴とする通信システム。
【請求項１５】
請求項９ないし請求項１４のいずれかの一項に記載の通信システムにおいて、
前記通信システムにおける有線の通信線路を複数の通信線路区間に区分し、前記区分した通信線路区間相互の境界に、前記通信装置間の通信で用いられる搬送波信号を遮断する高周波遮断フィルタ手段を設け、かつ、
前記区分した通信線路区間の１の通信線路区間に接続された１の通信装置と、前記区分した通信線路区間の他の通信線路区間に接続された他の１の通信装置とが、前記有線の通信線路とは異なる他の通信線路により通信する通信手段を備えた
ことを特徴とする通信システム。
【請求項１６】
請求項９ないし請求項１４のいずれかの一項に記載の通信システムにおいて、
前記通信システムにおける有線の通信線路を複数の通信線路区間に区分し、前記区分した通信線路区間に接続された通信装置間の通信で用いられる搬送波信号の周波数と、前記区分した他の通信線路区間に接続された通信装置間の通信で用いられる搬送波信号の周波数とが、相互に異なるようにし、かつ、
前記区分した通信線路区間の１の通信線路区間に接続された１の通信装置と、前記区分した通信線路区間の他の通信線路区間に接続された他の１の通信装置とが、前記有線の通信線路とは異なる他の通信線路により通信する通信手段を備えた
ことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有線の通信線路の通信で用いられる通信装置および通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＴ（Information Technology）技術の普及および進展に伴い、工場、プラント、ビル、住宅、列車等あらゆるところにおいて、情報機器やパソコンのみならず各種の機器や装置がネットワークでつながれ、相互に多くの情報のやり取りを行うようになった。その情報のやり取りを行う通信路としては、ケーブルを利用した有線通信が多く用いられている。
【０００３】
ケーブルを利用した有線通信で問題になるのは、特に既設の工場、プラント、ビル、住宅、列車等においては、ケーブル敷設のコストであったり、ケーブル敷設の空間的余地がないことであったりする。この問題を解決するために、最近では、しばしば、既設の電灯線、放送線、電話線等を通信用ケーブルとして利用することが行われている。しかしながら、電灯線、放送線、電話線等の多くは、平行ケーブルやツイストペア線であり、周囲で発生するノイズの影響を受けやすい。
【０００４】
また、最近では、工場、プラント、列車のみならず個人の住宅においてもインバータを用いた機器が普及してきている。インバータは大きな電流のオン／オフを制御する装置であるため、そのスイッチング動作に際して、かなり大きなノイズを発生する。このようなインバータが発生するノイズは、インバータノイズまたはスイッチングノイズと呼ばれている。さらに、工場やプラント、列車等には、インバータ機器に限らず、大型機器、高周波過熱機、各種の無線機器等が多く設置されており、それらの機器が、その動作に際して、それ相応の高周波ノイズや電磁波を発生している。
【０００５】
これらのノイズや電磁波は、通信ケーブルの信号に重畳される。そのため、その通信ケーブルを用いて行われる通信の通信性能は低下する。また、通信ケーブルに分岐点やコネクタがあったり、終端が開放されていたりした場合には、インピーダンス不整合による反射によって特定の周波数近傍でノッチ減衰と呼ばれる急峻な信号減衰が生じることがある。さらに、通信ケーブルが長くなれば、その長さに応じて信号の減衰が生じる。その減衰率は搬送波の周波数が高くなるほど大きくなる。このようなノイズや信号減衰は、通信線路の通信性能低下の大きな要因となっている。
【０００６】
以上のような通信性能を低下させる様々の要因が存在する環境下にあって、通信性能を低下させることなく安定な通信を行う通信方法として、特許文献１に開示されている通信方法がある。その通信方法によれば、ノイズ等の通信環境が悪い場合または劣化した場合には、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）における搬送波の周波数帯域を広げる一方で、その搬送波に割り付けるデータ割り付け量を下げることにより通信性能の低下を防ぐとしている。この通信方法は、特許文献１では、無線通信を対象としたものとしているが、有線通信にも適用可能である。
【特許文献１】特開２００２−３３０４６７号公報（段落０００７〜０００８、図３）
【０００７】
また、無線ＬＡＮ（Local Area Network）のIEEE 802.11規格の通信や、近距離無線通信規格であるＢｌｕｅｔｏｏｔｈにおいては、いわゆる周波数ホッピングという技術が用いられ、短い周期で搬送波の周波数を切り替えながら通信するようにしている。すなわち、周波数ホッピングにより搬送波の周波数が固定されないので、特定周波数近傍に生じるノイズの影響を受けにくくすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、有線通信の場合には、特定の周波数近傍にノイズやノッチ減衰が生じることが多いので、特許文献１に開示された通信方法のように、搬送波へのデータ割り付け量を周波数分割された全搬送波について一斉に同一の値に下げると、そのノイズやノッチが生じている周波数部分、すなわち、特にＳ／Ｎ比が低下している周波数部分に合わせて搬送波へのデータ割り付け量が決められることになる。その結果、全体としての通信速度が低下する。特許文献１に開示された通信方法では、このような場合には、通信周波数帯域を広げることにより、当初の通信速度を得ることができるとしている。しかしながら、有線通信の場合には、通信線におけるインダクタンス、抵抗、静電容量のために、高周波になればなるほど通信信号の減衰が大きくなる。そのため、通信帯域を大きく広げても、その効果として十分な通信速度が得られるとは限らない。
【０００９】
また、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈにおける周波数ホッピング技術による通信方法は、短い周期で搬送波の周波数を切り替えるため、通信速度を向上させる目的には適していない。また、周波数切り替えのシーケンスは定められており、特定の周波数近傍に発生するノイズやノッチ減衰を避けるわけではないので、それに相応した通信誤りを避けることはできない。通信誤りは、誤り訂正符号や再送等のプロトコル制御により補償することはできるが、その分通信速度が低下することになる。
【００１０】
本発明の課題は、以上の従来技術の問題点に鑑み、有線通信においてノッチ減衰や信号線長による減衰、さらには、様々なノイズが重畳される環境下においても、高速通信を行うことが可能な通信装置および通信システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の通信装置（請求項１）は、変復調時の搬送波信号と実際に通信線路上で使用する搬送波との間で周波数の変換を行う搬送波周波数変換手段を備え、さらに通信線路上で使用する搬送波の周波数帯域を所定の周波数帯域の中から選択する制御手段を備える構成とした。したがって、本発明の通信装置では、制御手段により通信線路上の搬送波の周波数帯域を、いくつかの帯域の中から自由に選択することができる。そこで、本発明の通信装置では、通信線路上に生じるノイズや信号減衰の実態に合わせて、つまり、ノイズや信号減衰が小さい周波数帯域を選択して、通信することができる。そのため、ノイズや信号減衰が大きい周波数帯域を避けて通信することができるようになるので、通信速度の低下をなくすことができる。
【００１２】
また、本発明の通信装置（請求項２、請求項３）の制御手段手段は、受信時の信号または受信データによりＳ／Ｎ比または伝送誤り率を求め、求めたＳ／Ｎ比または伝送誤り率に応じて通信線路上の搬送波の周波数帯域を変更できるようにした。これによって、各種インバータ機器等の空間的配置に基づくノイズ環境だけでなく、その稼動状況等に基づく時間的に変化するノイズ環境下にあっても、そのノイズや信号減衰の実態に合わせた周波数帯域の搬送波を選択して通信することができる。そのため、よりきめ細かくノイズや減衰が大きい周波数帯域を避けた通信をすることができるようになる。
【００１３】
また、本発明の通信装置（請求項４〜請求項７）は、搬送波の変復調を、多値変調、マルチキャリア方式で行うものとし、さらに、制御手段は、求めたＳ／Ｎ比または伝送誤り率に応じて搬送波に対するデータ割り付け量を変更できるようにした。これにより、通信で使用する周波数帯域の一部に局所的なノイズやノッチ減衰がある場合であっても、その部分に該当する搬送波のみデータの割り付け量を減らすだけですむので、通信速度の低下を最小限に抑えることができる。
【００１４】
また、本発明の通信システム（請求項８〜請求項１３）は、前記の本発明の通信装置を複数用い、通信線路として構内電力供給線、構内放送線、構内電話線、テロップ表示データ通信線等の既設の配線を用い、既設の配線から分岐して電気機器等がつながる配線部分に高周波遮断フィルタを設ける構成とした。この場合、通信線路として既設の設備を利用するので、通信線路を敷設する費用を節約することができ、その結果、通信システム全体を構築するコストを低減することができる。
【００１５】
また、本発明の通信システム（請求項１４，請求項１５）では、通信線路を複数の通信線路区間に区分し、区分された通信線路区間の境界には高周波遮断フィルを設ける構成、または、各通信線路区間では異なる周波数帯域で通信する構成とした。さらに、各通信区間の境界にある通信装置同士が前記の通信線路を使用する通信とは異なる通信手段によって通信できる構成とした。このような構成をとることによって、通信線路長を所定の長さ以下に抑えることができる。そのため、通信線路が長すぎるため信号減衰によって通信ができなくなったり、または、通信速度が著しく低下したりするような事態を避けることができる。さらに、線路区間の境界に隣接する通信装置間では他の通信手段により通信することができるので、全体として広い範囲の通信システムを構築することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上、本発明の通信装置によれば、有線通信において、ノイズやノッチ減衰が大きい部分を避けて通信することができる。または、搬送波の周波数帯域に局所的なノイズやノッチ減衰があっても、その影響を最小限に抑制することができる。そのため、通信速度の低下を最小限に抑制することができ、高速の通信速度を維持することができる。
また、本発明の通信システムによれば、新たに通信線路を敷設する必要がないので、通信システム全体を構築するコストを低減することができる。さらには、通信線路が長い場合であっても、区分して利用することができるので広い範囲で通信システムを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信装置および通信システムの構成を示した図である。図1において、本実施形態の通信システムは、ケーブル等による有線の通信線路１に通信装置２ａ，２ｂ，２ｃが接続された構成をし、通信装置２ａ，２ｂ，２ｃ相互間でデータ通信を行う。ここで、通信装置の数は、例として３としたが、３に限定されることはなく、複数であればよい。また、通信装置２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ入出力線３ａ，３ｂ，３ｃを備え、図示していない情報処理装置との間で、各種情報の入力または出力を行う。
【００１９】
通信装置２ａは、バンドパスフィルタ手段であるバンドパスフィルタ２０と、受信信号増幅手段である受信信号増幅部２１と、送信信号増幅手段である送信信号増幅部３１と、受信搬送波周波数変換手段である受信搬送波周波数変換部２２と、送信搬送波周波数変換手段である送信搬送波周波数変換部３２と、バンドパスフィルタ２３と、Ａ／Ｄ（digital／Analog）変換部２４と、Ｄ／Ａ（Digital／Analog）変換部３４と、等化部２５と、復調手段である復調部２６と、変調手段である変調部３６と、基準波信号発生手段である基準波信号発生部３７と、制御手段である制御部２７と、プロトコル変換部２８とを含んで構成される。また、通信装置２ｂ，２ｃの構成も、通信装置２ａの構成と同様の構成をしている。
【００２０】
（通信装置の構成および構成各部の機能）
以上のように構成された通信装置２ａにおいて、プロトコル変換部２８は、図示していない情報処理装置とインタフェースをとる役割を担う。情報処理装置は、通常、パソコンをベースとしたものであり、通信装置２ａと情報処理装置とをつなぐ入出力線３ａでは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）やＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/ Internet Protocol）等のプロトコルが用いられる。プロトコル変換部２８は、情報処理装置から情報が入力されると、その情報を通信装置２ａで扱う所定フォーマットの通信パケットに変換する。制御部２７は、プロトコル変換部２８から通信パケットを受信すると、パケットのデータを変調部３６に出力する。
【００２１】
変調部３６は、パケットのデータを所定の変調方式に従って変調し、ベースバンドの搬送波信号を生成する。本実施形態における、所定の変調方式は、マルチキャリア多値変調方式であるとする（マルチキャリア多値変調方式については、後で詳しく説明する。）。マルチキャリア多値変調方式の場合、搬送波ごとに多値のレベルを決めるデータ割り付け量の情報２７ｂが、制御部２７から別途入力され、パケットのデータは、そのデータ割り付け量２７ｂに基づき変調され、ベースバンドの搬送波信号が生成される。
【００２２】
ベースバンドの搬送波信号は、Ｄ／Ａ変換部３４によりアナログ信号に変換され、さらに、送信搬送波周波数変換部３２によって所定の周波数に変換され、送信信号増幅部３１によって増幅され、バンドパスフィルタ２０を介して搬送波信号として通信線路１に出力される。そして、通信線路１に出力された搬送波信号は、通信装置２ｂ，２ｃによって受信される。ここで、送信搬送波周波数変換部３２は、いわゆるミキサ回路によって構成され、Ｄ／Ａ変換後の搬送波信号の周波数を、基準波信号発生部３７が出力する信号の周波数だけシフトさせる機能を有している。また、基準波信号発生部３７は、複数の周波数の基準波を出力することができ、どの周波数の基準波を出力するかは、制御部２７が出力する帯域選択信号２７ｃによって選択される。
【００２３】
一方、通信装置２ｂ，２ｃから通信線路１を介して送信されてきた搬送波信号は、バンドパスフィルタ２０によって所定の通信帯域以外の信号成分が除去され、所定の通信帯域の信号成分が通過させられる。受信信号増幅部２１は、バンドパスフィルタ２０を通過した搬送波信号を増幅し、増幅した信号を受信搬送波周波数変換部２２へ出力する。
【００２４】
受信搬送波周波数変換部２２は、いわゆるミキサ回路によって構成され、受信信号増幅部２１が出力する出力信号の周波数を基準波信号発生部３７が出力する信号の周波数だけシフトさせる機能を有している。すなわち、受信搬送波周波数変換部２２は、受信した搬送波信号を復調に際して用いられるベースバンドの搬送波信号に戻す役割を担っている。ここで、基準波信号発生部３７は、複数の周波数の基準波を出力することができ、どの周波数の基準波を出力するかは、制御部２７が出力する帯域選択信号２７ｃによって選択される。
【００２５】
バンドパスフィルタ２３は、所定の周波数帯域の搬送波信号を通過させることによって、受信搬送波周波数変換部２２が受信搬送波を周波数変換するのに際し発生するビート信号等の２次波を除去する。そして、Ａ／Ｄ変換部２４は、バンドパスフィルタ２３によって通過させられた搬送波信号をアナログ／ディジタル変換し、変換したディジタル信号を等化部２５へ入力する。
【００２６】
等化部２５は、通信線路１の通信路歪（伝送路歪ともいう）を補正するためのものであり、通信路歪の補正処理を行う。等化部２５により補正されたベースバンドの搬送波信号は、復調部２６へ出力される。復調部２６は、所定の変調方式（本実施形態では、マルチキャリア多値変調方式）で変調されているベースバンドの搬送波信号を復調する。マルチキャリア多値変調方式の搬送波の場合、制御部２７が指示する搬送波ごとのデータ割り付け量情報２７ａに基づき、各搬送波に割り付けられているデータを取り出す。
【００２７】
制御部２７は、復調部２６で取り出されたデータに基づき、所定のフォーマットの通信パケットに変換し、プロトコル変換部２８へ出力する。プロトコル変換部２８は、受信パケットのデータを、例えば、ＵＳＢやＴＣＰ／ＩＰなどのプロトコルに変換し、図示しない情報処理装置との間でデータの授受をすることができるようする。そして、プロトコル変換された通信パケットは、図示しない情報処理装置に取り込まれる。
【００２８】
（通信動作の詳細）
次に、図２〜図１１を用い、適宜図１を参照しながら、本実施形態における通信動作の詳細について、具体的に説明する。まず、図２および図３により通信で使用する周波数帯域について説明する。
【００２９】
図２は、本実施形態に係る（ａ）バンドパスフィルタ２０の構成を示す図、（ｂ）バンドパスフィルタの通過帯域を示す図である。本実施形態では、通信装置２ａ，２ｂ，２ｃ相互間の通信において使用する搬送波の周波数は、通信線路１上に重畳されるノイズの実態にあわせて、例えば３つの周波数帯域の中から適宜切り替えて使用される。そこで、通信装置２ａ，２ｂ，２ｃに備えられているバンドパスフィルタ２０には、図２（ａ）に示すように、通信で使用する搬送波の周波数帯域に合わせた受信側のバンドパスフィルタＡ２０１ａと、バンドパスフィルタＢ２０２ａと、バンドパスフィルタＣ２０３ａとが設けられ、また、そのうち１つを選択するための選択スイッチ２０４が設けられている。さらに、送信側にもバンドパスフィルタＡ２０１ｂと、バンドパスフィルタＢ２０２ｂと、バンドパスフィルタＣ２０３ｂとが設けられ、また、そのうち１つを選択するための選択スイッチ２０５が設けられている。
【００３０】
図２（ｂ）において、バンドＡ２１１、バンドＢ２１２、および、バンドＣ２１３は、それぞれ、バンドパスフィルタＡ２０１ａ，２０１ｂ、バンドパスフィルタＢ２０２ａ，２０２ｂ、および、バンドパスフィルタＣ２０３ａ，２０３ｂの通過周波数帯域を示している。また、図２（ａ）における選択スイッチ２０４，２０５を切り替えるための帯域選択信号２７ｃは、制御部２７から出力されている（図１参照）。
【００３１】
図３は、ある工場における構内放送配線を通信線路として用いた場合に通信線路上に重畳されるノイズの実態の例を示した図である。図３に示されているように、通信線路１に重畳されるノイズは低周波ほど信号レベルが高い。ここで信号レベルは、パワーを表すものとし、その単位はｄＢ（デシベル）とする。また、通信装置２ａから通信装置２ｂへ搬送波信号を送信する場合、通信装置２ａによって通信線路１に出力される送信信号のレベルが所定の周波数帯域内で一定（図３参照）であっても、通信線路１が有する周波数特性のために、通信装置２ｂが受信する受信信号のレベルは、高周波ほど低下し、かつ、変動している。このような信号減衰は、通信線路１のインダクタンスや、通信線路１の往路と復路との間の静電容量や、通信線路１の分岐点（コネクタ含む）や端点での信号反射などによって生じる。
【００３２】
安定したデータ通信のためには、受信信号とノイズの強さの比（ｄＢ表現では差）であるＳ／Ｎ比を所定値以上とする必要がある。受信信号の高周波帯域での減衰およびＳ／Ｎ比を実際の工場等の環境において評価すると、５０ＭＨｚ以下の周波数帯域を通信帯域として使用することが望ましい。一方、通信に使用する周波数帯域を狭くすると、通信速度が低くなるという問題があるため、高速データ通信の帯域としては、少なくとも１ＭＨｚ以上で５０ＭＨｚ以下が望ましい。
【００３３】
図１の等化部２５は、通信線路１の通信路歪を補正し、復調部２６が正しくデータを復調するために必要である。等化部２５は、受信信号におけるプリアンブル信号を用いて通信路歪を評価し、その評価の結果を用いて通信路歪を補正する。図３に示されているように、等化部２５は、通信路歪を補正して、減衰した受信信号を均一化するが、その際ノイズ成分も増幅されるためＳ／Ｎは改善されない。ただし、この等化部２５がなければ、通信路歪の影響で復調されるデータに誤りが生じる。そのような誤りは、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check Code）等の誤り検出符号によって検出され、パケットの伝送誤りとして捉えられる。
【００３４】
図３の受信信号には、８ＭＨｚ、１４ＭＨｚ、２４ＭＨｚ近傍にノッチ減衰が現れている。ノッチ減衰は、通信線路１の分岐点や端点での反射などによって特定の周波数近傍に生じる信号減衰であるので、通信線路１のレイアウトすなわち通信線路１における分岐の構造や通信装置２ａ，２ｂ，２ｃ等の配置位置等が決まればノッチ減衰が生じる周波数もほぼ決まる。
【００３５】
（通信周波数帯域の変更）
本実施形態においては、例として図３に示すように、通信に使用する周波数の帯域は、５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚであるとする。そして、その周波数帯域をさらに、例えば、５ＭＨｚ〜１２ＭＨｚ、１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚ、２３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの帯域に３分割する。この分割した７ＭＨｚの帯域が、通信装置２ａ，２ｂ，２ｃ間の通信で使用される帯域となる。すなわち、図２（ｂ）において、バンドＡ２１１は５ＭＨｚ〜１２ＭＨｚの帯域に、バンドＢ２１２は１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚの帯域に、また、バンドＣ２１３は２３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの帯域に対応する。
【００３６】
ここで、バンドＡ２１１は５ＭＨｚ〜１２ＭＨｚの帯域をベースバンド帯域とし、変調部３６および復調部２６（図１参照）によって変復調される搬送波信号の周波数帯域である。また、バンドＢ２１２（１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚ）およびバンドＣ（２３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）の搬送波は、ベースバンドの搬送波信号を、ミキサ回路である送信搬送波周波数変換部３２によって周波数変換すなわち周波数シフトして、生成する。このとき、周波数シフトの量は、基準波信号発生部３７から供給する基準波信号の周波数によって定められる。この場合、バンドＢ２１２（１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚ）へ周波数シフトする場合は、基準波信号の周波数は、１０ＭＨｚであり、バンドＣ（２３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）へ周波数シフトする場合は、基準波信号の周波数は、１８ＭＨｚである。なお、周波数シフトをしないバンドＡ２１１（５ＭＨｚ〜１２ＭＨｚ）の場合は、受信搬送波周波数変換部２２および送信搬送波周波数変換部３２の周波数変換機能が働かないようにしておけばよい。
【００３７】
また、基準波信号発生部３７が発生する基準波信号の周波数は、制御部２７から出力される帯域選択信号２７ｃによって、選択される。本実施形態の場合、基準波信号発生部３７には、１０ＭＨｚの基準波および１８ＭＨｚの基準波の発生回路が備えられており、いずれの基準波を出力するかは、帯域選択信号２７ｃによって決定される。なお、基準波信号発生部３７は、可変周波数発振回路によって構成されるものとし、帯域選択信号２７ｃに対応する信号として、その発振周波数、例えば１０ＭＨｚというデータによって基準波信号の周波数を指定してもよい。
【００３８】
また、受信搬送波周波数変換部２２および送信搬送波周波数変換部３２の周波数変換機能によって搬送波信号の周波数変換が行われる場合には、変換後の周波数帯域に合わせて、バンドパスフィルタ２０の通過帯域を選択する。この場合、その選択信号としては、基準波信号発生部３７へ入力される信号と同じ帯域選択信号２７ｃが用いられる。
【００３９】
以上の実施形態では、１３ＭＨｚ〜１４ＭＨｚの周波数帯域の使用が避けられている。その理由は、図３にあるように１４ＭＨｚ付近に大きなノッチ減衰があるからである。すなわち、このように周波数帯域を分割すると、そのノッチ減衰を避けた帯域での通信ができるので、ちなみに、１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚの帯域には、ノッチ減衰もないので、かなり品質のいい通信すなわち高速通信が可能であると期待できる。また、前記したように、ノッチ減衰が生ずる周波数帯域は、通信線路１の配置構造等に依存するので、その配置構造等が定まれば、頻繁に変化するものではない。
【００４０】
そこで、制御部２７は、帯域選択信号２７ｃによってバンドＢ２１２（１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚ）を選択する。そして、通信装置２ａ，２ｂ，２ｃ間の通信をバンドＢ２１２（１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚ）の搬送波を用いて行う。すなわち、本実施形態によれば、ノイズやノッチ減衰等の実態に応じて、ノイズやノッチ減衰が小さい帯域を選んで通信することができるので、高速かつ品質のよい通信を実現することができる。
【００４１】
また、工場等における設備や装置の稼働状況により、例えば、午後３時から午後５時まで、例えば、１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚの帯域に大きなノイズが生じるような場合には、そのような場合に限り、通信に使用する周波数帯域をバンドＢ２１２（１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚ）からバンドＡ２１１（５ＭＨｚ〜１２ＭＨｚ）へ切り替える。この場合、通信品質や速度がやや犠牲になるが、通信速度の低下は最小限ですむ。
【００４２】
そこで、通信に使用する周波数帯域を、ノイズやノッチ減衰の実態に合わせて、例えば、時間帯ごとに切り替えて使用すると、通信速度は実現可能な最高の状態を保つことができる。さらには、後記するように、制御部２７が受信信号のＳ／Ｎ比や受信データの伝送誤り率を測定することにより、通信線路の品質を判定しながら、リアルタイムで通信に使用する周波数帯域を切り替えるようにすることもできる。
【００４３】
一方で、ノイズやノッチ減衰は、工場等における設備や装置の配置や、通信線路１の配置構造が固定されれば、それほどは変わらない場合も多い。そのような場合には、ノイズやノッチ減衰がもっとも小さくなる特定の周波数帯域を使用するように、制御部２７が出力する帯域選択信号２７ｃを固定してもよい。ここで、帯域選択信号２７ｃを固定するには、例えば、制御部２７に付属するように入力スイッチを設け、そのスイッチのオン・オフの状態により帯域選択信号２７ｃを定めることができるようにしておけばよい。なお、このようなスイッチを設けておくと、通信装置メーカの立場に立った場合には、異なる周波数帯域の通信装置を同じ通信装置で提供できることになるので、設計・開発のみならず製造上の合理化を実現できるメリットがある。
【００４４】
（変復調方式）
本実施形態では、以上に説明した通信周波数帯域を切り替える仕組みをより効果的にするために、搬送波の変復調方式としては、マルチキャリア変調方式、多値変調方式またはその両方を併用したマルチキャリア多値変調方式を用いる。図４は、マルチキャリア変調方式における搬送波の周波数スペクトルを示した図である。マルチキャリア変調方式は、通信に使用する周波数帯域に複数の狭帯域の搬送波（キャリア）を設け、その各搬送波にデータを割り付けて搬送波を変復調する方式である。図４におけるマルチキャリア変調方式では、帯域Δｆの搬送波が６波設けられている。通常のマルチキャリア変調方式では、これら複数の搬送波が互いに重ならないようにするために、各搬送波間に所定帯域のスペースがとられ、各搬送波には所定の送信データのデータ（ビット）が割り付けられる。
【００４５】
また、変復調方式として、マルチキャリア変調方式の一つであるＯＦＤＭ（直交周波数多重分割：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を用いてもよい。図５は、ＯＦＤＭにおける周波数スペクトルを示した図である。ＯＦＤＭでは、図５に示すように、搬送波のピーク点では、他の搬送波のパワー（信号レベル）がゼロとなるように各搬送波が配置され、各搬送波の帯域をΔｆとすると、時間１／（Δｆ／２）での逆フーリエ変換による直交性の維持を図っている。このため、一般のマルチキャリアとは異なって、各搬送波が重なり合っても信号が復元可能であり、使用帯域が一般のマルチキャリアより狭くてすむ。
【００４６】
従って、ＯＦＤＭにおける周波数帯域の利用効率は、一般のマルチキャリアに比べ倍以上に大きく、狭い帯域でも一般のマルチキャリアと同等の通信速度を確保することが可能となる。このため、ＯＦＤＭでは比較的Ｓ／Ｎ比の高い周波数帯域を使用周波数帯域として設定することができるので、高速通信にも有利である。
【００４７】
また、多値変調方式においては、１つの搬送波に、振幅と位相が異なる複数の波形を割り付けることにより、多値データの伝送が可能となる。ここで、搬送波に割り付けられるデータ量は、データ割り付け量またはビット割り付け量と呼ばれている。そのデータ割り付け量は、通常、通信線路１から受信された搬送波のＳ／Ｎ比により制限される。
【００４８】
図６は、データ割り付け量に対応する多値変調方式と、通信誤り率との関係を示した図である。図６において、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）は２位相偏移変調方式、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）は４位相偏移変調方式、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）は直交振幅変調方式を表している。また、各々の方式における搬送波へのデータ割り付け量は、ＢＰＳＫが１ビット（２値）、ＱＰＳＫが２ビット（４値）、１６ＱＡＭが４ビット（１６値）、６４ＱＡＭが６ビット（６４値）、２５６ＱＡＭが８ビット（２５６値）である。
【００４９】
図６において、例えば、伝送誤り率を１０-5に設定すれば、２５６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ、ＢＰＳＫでは、Ｓ／Ｎ比は、それぞれ最低でも約２２．５ｄＢ、約１７．７ｄＢ、約１３．５ｄＢ、約９．５ｄＢ、約６．３ｄＢが必要である。多値変調方式においては、その通信線路１のＳ／Ｎ比に応じて、搬送波に割り付けるデータ量を変えることができる。そのとき、データ割り付け量を減らせば、通信速度は遅くなり、増やせば、通信速度は速くなる。従って、多値変調方式においては、通信線路１のＳ／Ｎ比に応じた通信速度の通信を行うことができる。
【００５０】
また、誤り訂正符号による誤り訂正機能を付加することにより、伝送誤り率を１０-5から１０-7程度にすることが可能である。この場合、通信速度が１Ｍｂｐｓであれば、確率的に１０秒に１回誤りが発生することになるが、誤りが発生した伝送フレームあるいはパケットを再送することにより、安定した通信が可能になる。
【００５１】
以上に説明したマルチキャリア変調方式と多値変調方式とを併用することは、何らの不都合もない。ここでは、単一キャリア多値変調方式とマルチキャリア多値変調方式との差について簡単に説明しておく。単一キャリア多値変調方式の場合には、マルチキャリア多値変調方式に比べ比較的広い周波数帯域をとることができるので、Ｓ／Ｎ比も比較的大きくなる。しかしながら、単一キャリア変調方式において、そのキャリアの周波数帯域におけるノイズレベルがたまたま大きくなり、そのＳ／Ｎ比が小さくなった場合には、そのキャリアに割り付けるデータ量が小さくなり、通信速度が大きく低下することになる。一方、マルチキャリア変調方式では、キャリアの帯域が狭いので、一つのキャリアにおけるＳ／Ｎ比は、大きくとれないが、特定の周波数近傍におけるノイズレベルが大きくなっても、どれか１つのキャリアへのデータ割り付け量が低下するだけであり、他のキャリアへの影響はない。そのため、マルチキャリア変調方式では、特定の周波数近傍におけるノイズレベルが大きくなっても、全体としての通信速度の低下を小さく抑えることができる。
【００５２】
（Ｓ／Ｎ比の評価によるトレーニング処理）
図７は、本実施形態において通信線路のＳ／Ｎ比を評価する処理の手順を示した図である。ここで、通信線路のＳ／Ｎ比を評価する処理は、トレーニング処理とも呼ばれる。トレーニング処理においては、通信装置相互間で所定のトレーニングデータに基づき実際に通信を行うことにより、受信された信号によりＳ／Ｎ比を算出し、その算出されたＳ／Ｎ比に基づき搬送波へのデータ割り付け量を決定する。以下、図７を参照してトレーニング処理について説明する。
【００５３】
トレーニング処理は、通信装置２ａと通信装置２ｂとが通常のデータの送受信処理を行っている中にあって、例えば、通信装置２ａにおいてタイマ等の割り込みによって、所定の時間間隔ごとに起動される。トレーニング処理が起動されると、まず、通信装置２ａの制御部２７は、あらかじめ用意された所定のトレーニングデータを変調部３６へ出力する。すると、出力されたトレーニングデータは、所定の搬送波に変調されて、通信装置２ｂへ送信される（ステップＳ６）。
【００５４】
通信装置２ｂは、送信されてきたトレーニングデータを受信し（ステップＳ１０）、搬送波ごとのＳ／Ｎ比を計算する（ステップＳ１１）。そして、通信装置２ｂは、搬送波番号とその搬送波に対するデータ割り付け量をペアとしてパケットデータに変換し、変調部３６に出力する（ステップＳ１２）。ここで、搬送波番号とデータ割り付け量のペアをデータ割り付け情報とよぶ。また、ステップＳ１２においては、通信装置２ｂは、自身のデータ割り付け情報を更新するために制御部２７が有するデータ割り付け情報テーブルを書き換える。このデータ割り付け情報は、この後に通信装置２ａから送信されてくる搬送波を、通信装置２ｂで復調する際に使用される。
【００５５】
一方、通信装置２ａは、通信装置２ｂから送信されてくる送信波ごとのデータ割り付け情報を受信し（ステップＳ７）、通信装置２ａの制御部２７が有するデータ割り付け情報テーブルを書き換える（ステップＳ８）。そして、通信装置２ａは、通信装置２ｂに対してＡＣＫ（Acknowledge）メッセージを送信する（ステップＳ９）ことにより、データ割り付け情報テーブルの書き換えが完了したことを通知する。また、通信装置２ｂは、そのＡＣＫメッセージを受信し（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００５６】
以上のトレーニング処理が終了すると、今度は、通信装置２ｂから通信装置２ａにトレーニングデータを送信し、通信装置２ｂから通信装置２ａへの搬送波のＳ／Ｎ比を評価する。すなわち、通信装置２ａと通信装置２ｂとは、その役割を入れ替えて図７のトレーニング処理を行う。
【００５７】
なお、通信線路１のＳ／Ｎ比が対称になっている場合は、図７のトレーニング処理を、役割を変えて２度行う必要はないが、Ｓ／Ｎ比に対称性がないが場合には実行する意味がある。例えば、本実施形態を列車における放送線等に適用した場合には、ノイズ源であるインバータが、例えば、通信装置２ｂ側にあることが多く、従って、通信装置２ｂ側のノイズが通信装置２ａ側のノイズより大きいことがある。そのため、通信装置２ｂにおけるＳ／Ｎ比が小さくなり、通信装置２ａから通信装置２ｂにデータを送信する場合には、各搬送波に割り付けるデータをＳ／Ｎ比に応じて小さくする必要が生じる。このように、通信装置間でのＳ／Ｎ比に差がある場合には、双方向でのＳ／Ｎ比評価を実施し、その結果得られるデータ割り付け情報を、各々の制御部２７に記憶しておき、変調および復調に際して利用しなければならない。
【００５８】
図８は、本実施形態の通信装置間における通信で用いられるパケットの伝送フォーマットを示した図である。図８において、伝送フォーマットは、プリアンブル信号、ヘッダ、データ、ＣＲＣから構成されている。ここで、ヘッダの中には、送信されるデータがトレーニング情報なのか、通常のデータ情報なのかを示すトレーニング情報／データ情報識別情報が含まれている。その識別情報がトレーニング情報である場合には、データの中にはトレーニングデータが入っており、また、その識別情報がデータ情報である場合には、データの中には通常の送信データが入っている。なお、プリアンブルは、シンボル同期のために用いられ、ＣＲＣは、伝送データの誤りチェックのために用いられる。
【００５９】
ここで、トレーニングデータについて説明をしておく。トレーニングデータとしては、２５６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、ＱＰＳＫなどのデータもあるが、ここでは理解を容易にするために、ＱＰＳＫのトレーニングデータを例に以下に説明する。
【００６０】
図９は、ＱＰＳＫ変調における信号点配置を示した図である。図９で、Ｉ軸は信号の同相成分を表し、Ｑ軸は信号の直交成分を表している。ＱＰＳＫは搬送波に２ビットを割り付ける変調方式であるが、ＱＰＳＫにおける信号点へのデータ割り付けは、例えば、第１象限の信号点でデータ“００”を示し、第２象限の信号点でデータ“０１”、第３象限の信号点でデータ“１１”、第４象限の信号点でデータ“１０”を表す。そこで、全ての象限のデータを送信した方がＳ／Ｎ比をより一層正確に評価することが可能であるが、厳密でなければ、２ビットからなる適当なデータを利用してもよい。例えば、第１象限と第３象限のデータで構成し、“００”、“１１”としてもよいし、すべて第１象限のデータとし、“００”としてもよい。
【００６１】
本発明においては、トレーニングデータとして“００”、“０１”、“１１”、“１０”を設定する。そして、図１において制御部２７から変調部３６に対して、出力する搬送波のデータ割り付け量が２ビット（４値）であることを示す信号（データ割り付け量情報２７ｂ）を出力する。これにより、変調部３６はＱＰＳＫ変調により、２ビットづつのトレーニングデータを、各搬送波に割り付けて搬送波を生成する。トレーニングの場合には、各搬送波のＳ／Ｎ比を評価することが目的であるため、全搬送波に対してＱＰＳＫ変調を施してデータを送信する。トレーニングの際には、あらかじめＱＰＳＫ変調で伝送することを定めておけば、受信側ではＱＰＳＫで復調する。ＱＰＳＫ変調では、どの信号点に対しても振幅が一定であり、位相が異なるだけなので、復調処理やＳ／Ｎ比の評価処理が簡単ですむが、２５６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどを利用してトレーニングを実施してもよい。
【００６２】
次に、Ｓ／Ｎ比の評価について説明する。図１０は、ＱＰＳＫ変調におけるノイズを説明するための図である。図１０で、Ｉ軸は信号の同相成分を表し、Ｑ軸は信号の直交成分を表している。ＱＰＳＫ変調において、通信線路１上の信号にノイズも減衰も発生しなければ、復調後の信号点は、図１０の真値の位置に位置する。しかし、現実には通信線路１上にはノイズも減衰もある。ただし、減衰については等化部２５（図２参照）によって補正されるため、復調された信号の信号点は、信号点配置において、基本的には真値の周りに復元されることになる。
【００６３】
図１０において、円で示した範囲は、復調後の信号点位置を表す。原点から真値までの距離が信号の強さＳであり、真値から復調後の信号点位置までの距離がノイズの強さＮである。従って、両者の比を計算すればＳ／Ｎ比が求まる。トレーニングでは、変調方式をあらかじめ定めているので、真値がどこにあるかをあらかじめ通信装置に記憶させておくことができる。
【００６４】
Ｓ／Ｎ比を算出する方式としては、以上のように真値を用いるのではなく、平均値を用いる方式がある。これは、復調後の信号点位置の平均を算出し、その結果を用いて原点からの距離を信号に強さＳとし、各復調後の信号点位置からの距離をノイズの強さＮとする方式である。
【００６５】
なお、いずれの方式においても、ノイズをより正確に評価（推定または測定）するためには、各搬送波に対して何度もトレーニングデータを送信する必要がある。セキュリティを考慮すると、秒オーダ、望ましくは１秒ごとにトレーニングを実施するのがよい。
【００６６】
（トレーニング処理：その２）
次に、トレーニング処理をイベントで実施する方式について説明する。図１１は、本実施形態においてイベントにより起動されるトレーニング処理の手順を示した図である。図７に示したトレーニング処理は、タイマ等による所定時間間隔の割り込みによって起動されるが、図１１に示すトレーニング処理は、通常の通信が行われている状態にあって所定時間内における伝送誤りの発生頻度が所定値以上になった場合に、起動される。
【００６７】
図１１において、ステップＳ１〜ステップＳ５は、通常の通信において行われている処理を示したものである。このうち、ステップＳ１およびステップＳ２は、通常の送信処理である。まず、通信装置２ａの制御部２７は、プロトコル変換部２８から送信すべきデータを取り込み、それに基づき、パケットデータを作成する（ステップＳ１）。次に、その作成したパケットデータを変調部３６へ出力する（ステップＳ２）。変調されたパケットデータは、Ｄ／Ａ変換され、周波数変換され、増幅された上で通信線路１を介して通信装置２ｂに送信される。
【００６８】
また、ステップＳ３ないしステップＳ５は、通常の受信処理である。通信装置２ｂから送信されてくる搬送波は、増幅され、周波数変換され、Ａ／Ｄ変換され、等化された上で、復調部２６へ入力され、復調される。通信装置２ａの制御部２７は、復調されたパケットデータを復調部２６から取り込む（ステップＳ３）。そして、パケットに付されているＣＲＣ（Cycle Redundancy Code Check）の評価を実施して、伝送誤り検出を行う（ステップＳ４）。このとき、伝送誤りが検出された場合には、通信装置２ｂに再送要求をし、伝送誤りがなければ取り込んだデータをプロトコル変換部２８に出力する。
【００６９】
本実施形態においては、ＣＲＣの評価（ステップＳ４）の後、そのＣＲＣ評価（誤り検出）の結果を基に、所定時間内での誤り発生頻度（伝送誤り率）を算出し（ステップＳ５）、その結果得られる誤り発生頻度（伝送誤り率）があらかじめ定めた所定値以上の場合に、トレーニング処理を実施する。以下のトレーニング処理手順（ステップＳ６〜ステップＳ１３）については、図７に示した手順と同じであるので説明を省略する。通信装置２ａ，２ｂは、これらのトレーニング処理が終了すると、通常のデータ通信を実施する。この場合、搬送波に対するデータ割り付け量の割り付けは、更新されたものに従って行われる。
【００７０】
なお、以上の例では、通信装置２ｂから通信装置２ａへのデータ送信時に発生した伝送誤り率に基づいて、通信装置２ａから通信装置２ｂへのトレーニング処理の手順を示したが、逆に、通信装置２ａから通信装置２ｂへのデータ送信時に発生した伝送誤り率に基づいて、通信装置２ｂから通信装置２ａへのトレーニング処理も同様にして実施することができる。
【００７１】
このように、伝送誤り率の低下というイベントに応じてトレーニング処理をするのは、Ｓ／Ｎ比が悪化したときにのみトレーニング処理をするため、一定時間毎にＳ／Ｎ比の評価処理を実施する方式に比べ、割り込みの頻度がはるかに小さくてすむ。そのため、通常行われる通信データについての伝送効率は、ほとんど低下しない。
【００７２】
また、以上のようなイベント駆動によるトレーニング処理と、所定時間間隔で起動されるトレーニング処理とを併用することによって、データ伝送効率向上を図ることができる。すなわち、イベント駆動によるトレーニング処理では、Ｓ／Ｎ比が悪化したときに限り、搬送波へのデータ割り付け量を更新できるが、Ｓ／Ｎ比が改善しても、データ割り付け量をもとに戻すことができない。そこで、タイマ割り込み等によって所定時間間隔ごとに、トレーニング処理を行うようにする。すると、Ｓ／Ｎ比が改善した場合には、搬送波へのデータ割り付け量を大きい値に更新することができる。こうすることによって、Ｓ／Ｎ比が改善した場合には、より高速の通信へ復帰させることができるので、全体としての伝送効率向上を図ることができる。
【００７３】
制御部２７は、復調部２６および変調部３６に対しデータ割り付け量情報２７ａ，２７ｂを出力するが、この情報が示すデータ割り付け量は常に一定ではなく、以上に説明した一定時間間隔ごとにトレーニング処理を行って、搬送波ごとのＳ／Ｎ比を評価するか、または、通信時の伝送誤り率を評価し、その結果に応じて、トレーニング処理を行う。また、前記したようにこれら両者を併用してもよい。このように、通信装置２ａ，２ｂ，２ｃ間で通信線路１の通信特性（伝送誤りやＳ／Ｎ比）をダイナミックに評価し、この結果に基づいて変復調の処理（データ割り付け量の変更）を行うことによって、より高速で、伝送誤りの少ない高品質の通信を実現することができる。
【００７４】
（トレーニングによる通信周波数帯域の変更）
図７および図１１におけるトレーニング処理では、搬送波のＳ／Ｎ比を評価することにより、搬送波に対するデータ割り付け量を変更することを示したが、本実施形態においては、搬送波のＳ／Ｎ比の評価に基づき、搬送波全体の周波数帯域を変更（シフト）することもできるようにする。通信で使用する周波数帯域を変更するには、図１の制御部２７が帯域選択信号２７ｃを出力し、それによって基準波信号発生部３７の出力周波数を変更し、受信搬送波周波数変換部２２および送信搬送波周波数変換部３２を動作させ、また、バンドパスフィルタ２０を対応する周波数帯に切り替える。
【００７５】
すなわち、制御部２７は、トレーニング処理によって得られるＳ／Ｎ比や伝送誤り率が悪化した場合には、通信周波数の帯域を、Ｓ／Ｎ比や伝送誤り率がよりよいとされている周波数帯域へ切り替える。一般には、通信に使用されていない周波数帯域のＳ／Ｎ比や伝送誤り率は分からないが、図３に示されているようなノイズや信号レベルの特性をあらかじめ測定しておき、それに基づき、どの周波数帯域へ切り替えるかを決定してもよい。また、図７に示した一定時間間隔ごとのトレーニング処理を時々は周波数帯域を変更して行い、そのとき通信に使用していない周波数帯域でのノイズや信号レベルの特性を取得し、そのデータに基づき、どの周波数帯域へ切り替えるかを決定してもよい。
【００７６】
また、さらには、実施したトレーニング処理の結果を周波数帯域別に、時間帯や、工場などにおける他の設備機械の稼働状況等との関連の統計を取り、その結果得られたデータに基づき周波数帯域の切り替えを行ってもよい。このような関連の統計を取れば、例えば、ある機械設備Ａが稼働しているときは、周波数帯域Ａにはノイズが多く発生するので、周波数帯域Ｂへ切り替えたほうがよいというような情報が得られる。これによって、ノイズや信号減衰の実態に合わせた、通信周波数帯域を選択することができるので、より高速でより高品質の通信を実現することができる。
【００７７】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態で示した通信装置を用いた通信システムに関する。
【００７８】
本実施形態に係る通信システムでは、通信線路１として、工場やプラント、事務所、住宅内における構内電気機器に対して低周波帯域の電気信号または電力を供給する既設の配線を利用する。そのような配線の例としては、構内放送の配線、構内の電話配線、構内の電力供給配線等をあげることができる。また、列車やビルなどにおいては、ニュースや広告表示用のテロップ表示機器がよく用いられており、そのテロップ表示機器につながっているテロップ表示データ通信線を利用することもできる。
【００７９】
例えば、構内放送線や構内電話線は、通常、工場や事務所等の構内で音声信号を通信する目的で利用されている。音声信号は約４ｋＨｚ以下の低周波帯域の信号であるので、図１で示した通信装置２ａ，２ｂ，２ｃ間の通信信号帯域として、高周波帯域、例えば、メガヘルツ（ＭＨｚ）帯域を利用することにすれば、容易に両者の周波数を分別することができる。ここでは、その周波数分別のために、周波数スプリッタを用いる。
【００８０】
図１２は、本実施形態に係る通信システムにおける周波数スプリッタの接続例を示した図である。図１２においては、通信線路１を単線図でなく、２本の電線で示している。ここで、周波数スプリッタは、高周波遮断フィルタ１３で構成され、通信線路１が例えば放送機器１４に接続されるように分岐された通信線路１上に設けられる。このように接続することによって、高周波遮断フィルタ１３は、通信装置間の通信で用いられるメガヘルツ（ＭＨｚ）帯の信号を遮断させ、約４ｋＨｚ以下の音声信号を通過させることができる。
【００８１】
周波数スプリッタは、また、高周波遮断フィルタ１３の代わりに低周波通過フィルタ（ローパスフィルタ）であってもよい。高周波遮断フィルタ１３の遮断周波数は１００ｋＨｚで十分である。また、低周波通過フィルタの場合にも遮断周波数は１００ｋＨｚで十分であるが、不必要な高周波を抑制させるために４０ｋＨｚ程度（４ｋＨｚの１０倍）が好ましい。また、通信装置２（図１では、２ａ，２ｂ，２ｃ）には、通信で使用する周波数帯域の信号のみを通過させるためのバンドパスフィルタ２０が設けられているため、音声信号が通信装置２内に取り込まれることはない。以上のように構成することにより、音声信号と、通信装置２間の通信信号とは、混信することなく分離される。
【００８２】
なお、放送機器１４には、音声信号の通信をするために、音声信号の帯域のみを通過させるフィルタが組み込まれている場合がある。このフィルタは、低周波通過フィルタ、つまり、高周波遮断フィルタであり、通信装置２のバンドパスフィルタ２０と同じように、放送機器１４が通信線路１に接続される部分に設置されている。この場合には、図１２に示した高周波遮断フィルタ１３は、不要になる。従って、通信線路１に通信装置２を接続するだけで、通信線路１を利用して、通信装置２相互間の通信が可能になる。また、通信装置２相互間の通信から何ら影響を受けることなく、音声通信を行うことも可能である。
【００８３】
図１３は、通信線路１として、直流電圧や交流電圧が印加されている構内の電力供給配線を使用した場合の周波数スプリッタの接続例を示した図である。この場合、図１２の場合と同じように、電力供給配線から電力の供給を受けている電気機器１５へ接続するために分岐した電力供給線上に周波数スプリッタとしての高周波遮断フィルタ１３を設ける。この高周波遮断フィルタ１３によって、電気機器１５に通信周波数帯域の高周波信号がカットされる。
【００８４】
また、通信装置２は、結合器４０を備え、この結合器４０を介して通信線路１に接続される。結合器４０は、コンデンサで直流電圧あるいは交流電圧をカットまたは十分に抑制する。一方で、トランスのインダクタンスとこのコンデンサの静電容量によって、ＭＨｚ帯域の高周波通過特性を持たせることにより、通信用の搬送波は、減衰することなく結合器４０を通過することができる。
【００８５】
なお、直流電圧源、交流電圧源および電気機器１５が、ＭＨｚ帯域の通信信号に対して何ら影響されない場合には、高周波遮断フィルタ１３は不要である。この場合には、直流電圧または交流電圧が印加されている電力供給配線の通信線路１に通信装置２ａを接続するだけで通信が可能となる。
【００８６】
以上のように、第２の実施形態における通信システムでは、通信線路１として、既設の構内放送の配線、構内の電話配線、構内の電力供給配線またはテロップ表示データ通信線等を使用する。そのため、新たな通信用配線を敷設する必要がなく、初期投資の少ない安価な通信システムを実現することができる。
【００８７】
＜第３の実施形態＞
第２の実施形態の通信システムにおいて、通信線路１が長く、また、分岐が多い場合には、末端に行くほど通信信号の減衰は大きくなり、ノッチ減衰も多く現れる。さらに、重畳されるノイズが多く、通信線路１上のＳ／Ｎ比がよくない場合には、通信線路１の長さを大きくすることができない。そこで、第３の実施形態においては、通信線路１が長く、分岐が多く、または、ノイズレベルが大きい場合にも、適用可能な通信システムの構成を示す。
【００８８】
図１４は、第３の実施形態に係る通信システムの構成の例を示した図である。図１４において、通信線路１ａ，１ｂは、高周波遮断フィルタ１８によって区分されている。高周波遮断フィルタ１８は、高周波の通信信号を遮断するが、低周波の音声信号や直流または交流電圧の通過には、何ら影響を与えない。そこで、本実施形態の通信システムにおいては、通信線路１を、分岐が少なくなり、また、線路長をあまり長くならない区間で区分し、その区間の境界に、高周波遮断フィルタ１８を設ける。なお、ここで、高周波遮断フィルタ１８は、低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）であってもよい。
【００８９】
以上のようにすれば、各区間の通信線路区間内、例えば、通信線路１ａ，１ｂでは、ノイズやノッチ減衰も少なく、線路長に依存した信号減衰も少なくなる。従って、同一区間、例えば、通信線路１ａに接続された通信装置２ａと通信装置２ｂとの間では、良好な通信品質が得られ、高速通信が可能となる。
【００９０】
一方、通信線路区間が異なる、例えば、通信線路１ａ，１ｂにそれぞれ接続された通信装置２ａと通信装置２ｃとの間では、高周波遮断フィルタ１８のために通信を行うことができない。そこで、高周波遮断フィルタ１８を挟み、通信線路１の境界付近にあり、互いに異なる通信線路区間に接続された通信装置２ｂと通信装置２ｂ１との間を、入出力線３ｂによって接続する。そして、この入出力線３ｂを介して、通信装置２ｂが受信した通信データは必ず通信装置２ｂ１へ送信し、通信装置２ｂ１は、その受信データを搬送波として通信線路１ｂへ出力する。また、逆に、通信装置２ｂ１が受信した通信データは必ず通信装置２ｂへ送信し、通信装置２ｂは、その受信データを搬送波として通信線路１ａへ出力する。こうすることにより、通信線路区間が異なる、例えば、通信線路１ａ，１ｂにそれぞれ接続された通信装置２ａと通信装置２ｃとの間でも通信を行うことが可能になる。
【００９１】
なお、入出力線３ｂでは、通常、ＵＳＢやＴＣＰ／ＩＰ等のプロトコルが使用されており、通信装置２ｂと２ｂ１との間では、プロトコル変換された信号で相互にデータ授受が行われる。従って、搬送波は、通信線路各区間の境界の通信装置２ｂ，２ｂ１によっていったんディジタル信号に変換された後、再度搬送波に戻される。したがって、搬送波はそこで増幅されることになるので、通信線路上の搬送波のＳ／Ｎ比は向上する。
【００９２】
なお、以上の例においては、通信線路１を区分する境界に、高周波遮断フィルタ１８を設ける構成としたが、各通信線路区間において通信に利用する搬送波の周波数帯域を異なるように設定すれば、この高周波遮断フィルタ１８は、なくてもよい。例えば、通信線路１ａの区間は、５ＭＨｚ〜１２ＭＨｚの搬送波を用い、通信線路１ｂの区間は、１５ＭＨｚ〜２２ＭＨｚの搬送波を利用すると、高周波遮断フィルタ１８がなくても互いの通信が混信することはない。
【００９３】
以上のように、第３の実施形態によれば、通信線路１が長くても、また、分岐が多くても、通信線路を区分して使用するので、ノイズや信号減衰を抑えることができ、高速通信を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１の実施形態に係る通信装置および通信システムの構成を示した図である。
【図２】第１の実施形態に係る（ａ）バンドパスフィルタ２０の構成を示す図、（ｂ）バンドパスフィルタの通過帯域を示す図である。
【図３】ある工場における構内放送配線を通信線路として用いた場合に通信線路上に重畳されるノイズの実態の例を示した図である。
【図４】マルチキャリア変調方式における搬送波の周波数スペクトルを示した図である。
【図５】ＯＦＤＭにおける周波数スペクトルを示した図である。
【図６】データ割り付け量に対応する多値変調方式と、通信誤り率との関係を示した図である。
【図７】第１の実施形態における通信線路上のＳ／Ｎ比を評価する処理（トレーニング処理）の手順を示した図である。
【図８】第１の実施形態に係る通信装置間における通信で用いられるパケットの伝送フォーマットを示した図である。
【図９】ＱＰＳＫ変調における信号点配置を示した図である。
【図１０】ＱＰＳＫ変調におけるノイズを説明するための図である。
【図１１】第１の実施形態に係るイベントにより起動されるトレーニング処理の手順を示した図である。
【図１２】第２の実施形態に係る通信システムにおける周波数スプリッタの接続例を示した図である。
【図１３】第２の実施形態に係る通信システムにおける通信線路として、直流電圧や交流電圧が印加されている構内の電力供給配線を使用した場合の周波数スプリッタの接続例を示した図である。
【図１４】第３の実施形態に係る通信システムの構成の例を示した図である。
【符号の説明】
【００９５】
１，１ａ，１ｂ            通信線路
２ａ，２ｂ，２ｂ１，２ｃ  通信装置
３ａ，３ｂ，３ｃ          入出力線
１３，１８    高周波遮断フィルタ
１４          放送機器
１５          電気機器
２０，２３    バンドパスフィルタ
２１    受信信号増幅部
２２    受信搬送波周波数変換部
２４    Ａ／Ｄ変換部
２５    等化部
２６    復調部
２７    制御部
２７ａ，２７ｂ  データ割り付け量情報
２７ｃ  帯域選択信号
２８    プロトコル変換部
３１    送信信号増幅部
３２    送信搬送波周波数変換部
３４    Ｄ／Ａ変換部
３６    変調部
３７    基準波信号発生部
４０    結合器
２０４，２０５  選択スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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