(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親局子局間で双方向通信を行う通信方式において、
データフレームに同期を取得するための同期区間が設けられ、
子局において、同一サブネット内の他の子局とは異なる自局の同期パターン信号を保存し、
親局において、各子局の同期パターン信号を保存し、この同期区間に、宛先の子局に対応する同期パターン信号を挿入し、
子局において、受信した信号の同期パターン信号と、自局の同期パターン信号との相関をとることによって、受信データの同期を取得することを特徴とする、電力線搬送における通信方法。
【請求項２】
親局子局間で双方向通信を行う通信方式において、
データフレームに同期を取得するための同期区間が設けられ、
子局において、同一サブネット内の他の子局とは異なる自局の同期パターン信号を保存し、この同期区間に自局の同期パターン信号を挿入し、
親局において、各子局に対応する同期パターン信号を保存し、
親局において、受信した信号の同期パターン信号と、保存している同期パターン信号との相関をとることによって、受信データの同期を取得することを特徴とする、電力線搬送における通信方法。
【請求項３】
同期パターン信号に対応する方式によって、データを符号化していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力線搬送における通信方法。
【請求項４】
符号化技術として、インターリーブを用いて、インターリーブの単位幅、長さ、深さ等のパラメータを変化させることを特徴とする請求項３記載の電力線搬送における通信方法。
【請求項５】
符号化技術として、誤り訂正符号の冗長度を変化させることを特徴とする請求項３記載の電力線搬送における通信方法。
【請求項６】
搬送波変調方式としてＯＦＤＭ(orthogonal frequency division multiplex)変調方式を採用していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電力線搬送における通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線ネットワークでつながれた親局と子局との間で双方向通信を行う、電力線搬送における通信方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力線搬送は、電力用配電線を用いて、データを一般家庭やオフィスなどの需要家（以下「ユーザ」という）に伝送する技術である。
図１は、電力線搬送システムの全体概要図である。高圧配電線５１から柱上トランス５３を通して低圧配電線（以下単に「配電線」という）５２が敷設され、それらの先に複数のユーザがつながっている。このような配電線により構成される電力線ネットワークを「サブネット」という（これに対して、インターネットなどは、より上位のネットワークとなる）。
【０００３】
上位のネットワークから、光ファイバを通して光／電気変換装置（Ｏ／Ｅ）５５、ＰＬＴモデム（親局という）２が接続され、親局２と各配電線５２とが接続されている。
ユーザでは、ＰＬＴモデム（子局という）２を通してパソコンなどの情報端末機器が接続されている。
上位ネットワークからの下りデータは、配電線５２を伝送し、ユーザの情報端末機器に伝送される。情報端末機器からの上りデータは、配電線５２を通して上位ネットワークに伝送される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記電力線搬送システムでは、下りデータ（パケットになっている）は、サブネットに接続されているすべてのユーザあてに送信される。そして、パケットの宛先アドレスと一致するアドレスを持つユーザだけが、データを受信することになる。
このように、１つのユーザあてに送信されたデータであっても、まずは全ユーザがパケットを受け取るので、データを解読しようと思えば、できる状況にある。
【０００５】
特に、電力線搬送においては、サブネットに接続されるユーザ数が数軒から数十軒であり特定数に限られる。また、電力線搬送は、配電線を通信媒体として用いるが、配電線は、通常シールドのない平行２線なので、外部への電磁波の放射がある。したがって、盗聴・漏話に比較的弱い。
そこで発明者は、受信時にデータを再現するための同期取得技術に着目した。
受信データの宛先アドレスと自己のアドレスとが一致しないと同期が取れないようにすれば、データの再現もできなくなるのであるから、秘話性が向上する。
【０００６】
そこで、本発明は、秘話性にすぐれた、電力線搬送における通信方法を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の電力線搬送における通信方法は、データフレームに同期を取得するための同期区間が設けられ、子局において、同一サブネット内の他の子局とは異なる自局の同期パターン信号を保存し、親局において、各子局の同期パターン信号を保存し、この同期区間に、宛先の子局に対応する同期パターン信号を挿入し、子局において、受信した信号の同期パターン信号と、自局の同期パターン信号との相関をとることによって、受信データの同期を取得することを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
データの受信を行う際に、データの始まり、終わり、区切り（情報ビット、データビットなどの区切り）などの情報を得るために同期をとる必要がある。そこで、子局は同一サブネット内の他の子局とは異なる自局の同期パターン信号を保存し、親局は、各子局の同期パターン信号を保存しておく。親局は下りデータ送信をするときに、同期区間に、宛先の子局に対応する同期パターン信号を挿入し、子局において、受信した信号の同期パターン信号と、自局の同期パターン信号との相関をとることとする。
【０００９】
宛先でない子局は、自局の同期パターン信号と一致しないので、同期がとれず、データの始まり、終わり、区切りがまったく分からず、データの再現ができない。宛先の子局のみ自局の同期パターン信号と一致するので、同期がとれ、データの再現ができる。
本発明の電力線搬送における通信方法は、データフレームに同期を取得するための同期区間が設けられ、子局において、同一サブネット内の他の子局とは異なる自局の同期パターン信号を保存し、この同期区間に自局の同期パターン信号を挿入し、親局において、各子局に対応する同期パターン信号を保存し、親局において、受信した信号の同期パターン信号と、保存している同期パターン信号との相関をとることによって、受信データの同期を取得することを特徴とする（請求項２）。
【００１０】
この方法であれば、子局において、同一サブネット内の他の子局とは異なる自局の同期パターン信号を保存し、親局は、各子局に対応するすべての同期パターン信号を保存しておく。子局が上りデータ送信をするときに、同期区間に、送信元の子局に対応する同期パターン信号を挿入し、親局において、受信した信号の同期パターン信号と、保存しているすべての同期パターン信号との相関を、それぞれとる。
【００１１】
送信元でない子局は、データを受信しても、自局の同期パターン信号と一致しないので、同期がとれず、データの再現がまったくできない。親局のみ各子局に対応する同期パターン信号を保存しているので、子局から送られてくる同期パターン信号に基づいて同期がとれ、データの再現ができる。
同期パターン信号を用いれば、秘話性が向上するが、さらに二重の安全性を確保するために、同期パターン信号に対応する方式によって、データも符号化していることが好ましい（請求項３）。これによれば、子局は自局独自の符号化方式を持つことになり、親局のみが各子局に対応する符号化方式を知っていることになる。したがって、秘話性がさらに向上する。
【００１２】
符号化技術として、インターリーブを用いて、インターリーブの単位幅、長さ、深さ等のパラメータを変化させてもよく（請求項４）、符号化技術として、誤り訂正符号の冗長度を変化させてもよく（請求項５）、暗号化を行ってもよい。搬送波変調方式としてＯＦＤＭ(orthogonal frequency division multiplex)変調方式を採用するものであってもよい（請求項６）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、搬送波変調方式としてＯＦＤＭ変調方式を採用した場合を例にとって、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
電力線搬送システムの全体概要は、図１を用いて説明したとおりであるので、再度の説明を省略する。
図２は、モデム（親モデム、子モデム共通）の内部構成を示すブロック図である。以下、親モデムを想定して説明する。
【００１４】
光ファイバを通して、上位ネットワークから送信されてきたディジタル通信データは、Ｏ／Ｅ変換された後、スロット割当制御部１に入り、後に説明するように、配信先に対応するタイムスロットに振り分けられる。
このスロット割当制御部１及びモデム２を総称して「親局」という。また、ユーザ側のスロット割当制御部及びモデムを総称して「子局」という。
スロット割当制御部１から時系列に出力されるデータは、モデム２の中で、誤り訂正符号化回路３、インターリーブ回路４で、それぞれ所定の処理を受けた後、シリアル／パラレル変換回路５で周波数軸上にパラレル変換され、ＰＳＫ又はＱＡＭ符号化回路６により符号化され、ＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）回路７により時間軸上データに変更される。そしてパラレル／シリアル変換回路８でシリアル変換され、ガードインターバル挿入回路９で、時間軸上で後のシンボルを前にもってくるガードインターバルを挿入する操作をうけ、Ｄ／Ａ変換回路１０でＤ／Ａ変換されアナログ信号に変換される。
【００１５】
アナログ信号は、直交変調回路１１で変調され、ミキサ１２により周波数変換（アップコンバート）されて配電線（サブネット）に載せられる。
前記インターリーブ処理時４に、ディジタル通信データは、バッファに書き込まれ、一定数のビットごとに読み出される。この一定数のビットが逆フーリエ変換する１単位になる。
一方、配電線から受信された高周波信号は、ミキサ２１により周波数変換（ダウンコンバート）され直交復調回路２２で復調され、Ａ／Ｄ変換回路２３でディジタル信号に変換される。
【００１６】
ディジタル信号に変換された信号は、同期取得回路２４において同期がとられ、ガードインターバル削除処理２５され、シリアル／パラレル変換回路２６でパラレル信号に変換されてＦＦＴ回路２７により周波数軸上にフーリエ変換される。そして、ＰＳＫ又はＱＡＭ復号化回路２８で復号化され、パラレル／シリアル変換回路２９でシリアル信号に変換され、デインターリーブ３０、誤り訂正３１されて、ディジタル通信データとして光ファイバーで伝送される。
【００１７】
図３は、スロット割当制御部１の機能ブロック図である。スロット割当制御部１は、メモリ４１、制御部４２、メモリ４１の使用領域の切り替え回路４３，４４を備えている。
メモリ４１は、通信設定用とユーザの数とを合わせただけ分割使用され、これらのメモリの分割部分（以下「領域」という）１つ１つがタイムスロットに対応する。
【００１８】
制御部４２は、通信データの宛先を、例えばＩＰアドレス，ＭＡＣアドレス、サブネット内の専用アドレスなどにより識別し、当該データを、宛先に対応するメモリ領域に蓄積する。このときメモリ領域の選択は、切り替え回路４３を制御することにより行う。また、制御部は、各メモリ領域に蓄積されたデータを、切り替え回路４４の制御により、順に、モデムに送り出す。
このとき、メモリ領域に蓄積されたデータ量がタイムスロットに納まらないときは、タイムスロット分だけを送り、残りは次のサイクルまで待つことになる。
【００１９】
図４は、ＩＦＦＴされる前の送信データフレームを示す図であり、データフレームは、同期パターン信号や制御情報の入ったプリアンブルと、ガードインターバルＧＩと、データとで満たされる。
ＯＦＤＭにおいては、受信時にＦＦＴに入力するデータの範囲（始めと終わり）を検出する必要があり、そのために、プリアンブルに同期パターン信号を挿入している。
【００２０】
同期パターン信号は、サブネットにぶら下がるユーザの上限数だけ用意してあり、親局が保存登録している。管理者は、子局が加入するときに、親局が有している同期パターン信号のうち、他の子局と重複しない同期パターン信号をハードウェア若しくはソフトウェアで設定しておく。当該加入した子局は、親局に自局のアドレスと同期パターンを知らせる。
これにより、親局は、各子局のアドレスと同期パターンとの対応を認識し、子局にデータを送る場合は、その子局に固有の同期パターン信号を使用する。
【００２１】
また、子局からデータを受信した際には、親局は、受信した同期パターン信号と、保存している各同期パターン信号との相関をとり、相関の強い同期パターン信号に対応する子局からのデータであることを認識する。「相関」をとるにはどのよう方法を用いてもよいが、例えば、時間をずらしながら符号間の距離（例えばハミング距離）を求める、畳み込み演算を行う、等の方法がとれる。
したがって、子局は、自局の同期パターンに対応するデータのみ復元でき、他局あてのデータを復元することはできないので、通信の秘匿性が向上する。また、同期パターンは各子局に設定するが、いったん設定したらユーザが容易に変更できないようにすれば、他局へのなりすましも不可能となる。
【００２２】
図５は、インターリーブ回路４におけるインターリーブの方法を説明するためのメモリマップ図である。
インターリーブ回路４は、メモリをマトリクス状に使用し、入力されるデータビット列をメモリに所定の順序で書き込み、読み出すときの順序を変えることによりデータにスクランブルをかける。
受信時は、前記とは逆の手順によりデータを正規の列に戻す。
【００２３】
図５では、書き込み時は横方向に５ビット幅を１単位として左端から右端まで記憶し、右端に至ると折り返して次の行の左端から右端まで記憶していく。読み出すときは、５ビット幅を１単位として左端列から順番に右に読み取る。
これにより、書き込み時と、読み出し時でのデータ時系列が異なることになる。この方法により、一般的には、通信時起こったバースト的なエラーに、受信時に復元操作をすることにより時間的に分散させることができ、誤り訂正技術により正確なデータを復元することができる。
【００２４】
本発明では、このインターリーブの書き込み、読み出しの単位幅（例えば前記５ビット）などを各子局ごとに異なるものとすることにより、各子局同期パターンと、書き込み読み出しの単位幅が１対１に対応付けられる。親局のみすべての同期パターンと、書き込み、読み出しの単位幅を知っている。したがって、親局と当該子局のみがその単位幅を知っていることになり、ある子局に送信したデータ、又はある子局から送信されたデータを、他の子局が復元することはできなくなる。
【００２５】
親局は、受信したデータの同期パターンを、保存しているすべての子局の同期パターンとの相関をとった上で、相関の強い同期パターンに対応した読み出しの単位幅でデータを復元することができる。
前記単位幅の代わりに、メモリの行数、列数を各子局ごとに変えることも考えられる。
図６は、誤り訂正符号化回路３における冗長度を、通信の宛先（モデム）ごとに異なるように設定する例を示す図である。
【００２６】
誤り訂正技術は、データ送信時に伝送路において過大なノイズや妨害などにより通信データが誤ったデータに変換された際に、受信後にその誤りを訂正して、もとのデータを復元する技術である。一般に、データに冗長ビットを付加して、この冗長ビットの長さ（冗長度）の情報により誤りを訂正する。
そこで、本発明の実施の形態では、この冗長度を、サブネット内の各子局ごとに異なるものに設定し（ハードウェアで設定してもよく、ソフトウェアで設定してもよい）、各子局固有の同期パターンと冗長度が１対１に対応付けられ、親局のみすべての同期パターンと冗長度との対応を知っている。したがって、親局と当該子局のみがその冗長度を知っていることになり、ある子局に送信したデータ、又はある子局から送信されたデータを、他の子局が復元することはできなくなる。
【００２７】
親局は、受信したデータの同期パターンと、保存しているすべての子局の同期パターンとの相関をとり、相関の強い同期パターンに対応した冗長度によりデータを復元する。
いままでの、インターリーブ、誤り訂正符号化の他に、暗号化と暗号解読鍵により、通信の秘話性を確保してもよい。親局からの下りデータは、対応する子局のみ解読でき、上りデータは、子局の同期シンボルと対応した暗号解読鍵により解読することができる。
【００２８】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。前記実施の形態では、搬送波変調方式としてＯＦＤＭ変調方式の他に、ＦＤＭ，ＴＤＭなど公知の方式を採用することができる。その他、本発明の範囲内において種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電力線搬送システムの全体概要図である。
【図２】モデム（親モデム、子モデム共通）の内部構成を示すブロック図である。
【図３】スロット割当制御部の機能ブロック図である。
【図４】ＩＦＦＴされる前の送信データフレームを示す図である。
【図５】インターリーブ回路４におけるインターリーブの方法を説明するためのメモリマップ図である。
【図６】誤り訂正符号化回路３における冗長度を、通信の宛先（モデム）ごとに異なるように設定する例を示す図である。
【符号の説明】
１  スロット割当制御部
２  モデム
３  誤り訂正符号化回路
４  インターリーブ回路
５  シリアル／パラレル変換回路
６  ＰＳＫ又はＱＡＭ符号化回路
７  ＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）回路
８  パラレル／シリアル変換回路
９  ガードインターバル挿入回路
１０  Ｄ／Ａ変換回路
１１  直交変調回路
１２  ミキサ
２１  ミキサ
２２  直交復調回路
２  Ａ／Ｄ変換回路
２４  同期取得回路
２５  ガードインターバル削除回路
２６  シリアル／パラレル変換回路
２７  ＦＦＴ回路
２８  ＰＳＫ又はＱＡＭ復号化回路
２９  パラレル／シリアル変換回路
３０  デインターリーブ回路
３１  誤り訂正回路
【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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