(57)【要約】宅内系通信システム（１１０及び１３０）もアクセス系通信システム（１２０）も、電力周期に同期したＴＤＭによって共存を図り、かつ、ＡＶ−ＱｏＳの確保が必要な通信システムは、ビーコン周期を電力線の周期に同期させて、自通信システム内の子局の送信タイミングを割り当てる。
2007040203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割によって同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う１つ以上の宅内系通信システム（１１０，１３０）、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する１つのアクセス系通信システム（１２０）に属する、基準信号に基づいてＱｏＳを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置（１１１）であって、
電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部（２０３）と、
前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行うＴＤＭ共存制御部（２０５）と、
前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部（２０２）とを備える、通信装置。
【請求項２】
前記電力基準点抽出部（２０３）は、商用電源のゼロクロス点を、前記基準点として定めることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記電力基準点抽出部（２０３）は、商用電源のゼロクロス点から６０度の整数倍だけ位相がシフトした地点を、前記基準点として定めることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
【請求項４】
前記基準信号がビーコンであることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
【請求項５】
時分割によって同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う１つ以上の宅内系通信システム（１１０，１３０）、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する１つのアクセス系通信システム（１２０）に属する、基準信号に基づいてＱｏＳを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置（１１１）が行う方法であって、
電力線上の商用電源の基準点を抽出し、
前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行い、
前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する、方法。
【請求項６】
時分割によって同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う１つ以上の宅内系通信システム（１１０，１３０）、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する１つのアクセス系通信システム（１２０）に属する、基準信号に基づいてＱｏＳを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置（１１１）に用いられる集積回路であって、
電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部（２０３）、
前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行うＴＤＭ共存制御部（２０５）、及び
前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部（２０２）として機能する回路を集積する、集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、通信システム共存を可能とする通信装置及び共存方法に関し、より特定的には、同一の通信媒体を利用する通信方式が異なる２つの通信システム（映像伝送や音声通信に必要なＡＶ−ＱｏＳ（Ａｕｄｉｏ  Ｖｉｓｕａｌ−Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）を保ったデータ通信を行う）を共存させる技術であって、それぞれの通信システムに含まれる通信装置及びその通信装置が実行する共存方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  宅内のパソコン（ＰＣ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）からインターネットにアクセスするために、宅内のパソコンをブロードバンドルータ等のネットワーク機器に接続する通信手段の１つとして、電力線通信技術が存在する。この電力線通信技術は、既設の電力線を通信媒体に用いるため、新たな配線工事が不要でありかつ家中にある電源コンセントに電源プラグを挿すだけで高速通信が実現できる。このため、電力線通信技術は、世界中で活発に研究開発や実証実験が行われており、欧米ではすでに商用化に至っているものも多数ある。【０００３】  その一例として、米国のＨｏｍｅＰｌｕｇアライアンス社が、ＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０（非特許文献１を参照）を規格策定している。このＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０は、パソコンによるインターネットやメール及びファイル転送を主要なアプリケーションとして想定しており、どの電力線通信モデムが電力線にアクセスするかといった媒体アクセス制御にＣＳＭＡ／ＣＡ方式を採用して、使用帯域の保証がないベストエフォート通信を実現する。【０００４】  図１８に、インターネットへアクセスする際の一般的な通信システムの構成を示す。図１８において、パソコン２５０１は、イーサネット（登録商標）２５１１、ブロードバンドルータ２５０２及びアクセス回線２５１２を介して、インターネット２５２２に接続されている。アクセス回線２５１２は、一般的にはＡＤＳＬやＦＴＴＨ等が用いられる。ここで、アクセス回線２５１２が宅内に引き込まれる場所とパソコン２５０１を使用する部屋とが異なっている場合には、イーサネット（登録商標）２５１１の引き回しが問題となる。そこで、電力線通信機器としては、電力線通信とイーサネット（登録商標）との変換アダプタという形態で商品化されている。【０００５】  図１９は、変換アダプタを用いた通信システムの構成を示している。図１９において、２台の電力線通信−イーサネット（登録商標）変換アダプタ２６０３及び２６０４は、パソコン２６０１及びブロードバンドルータ２６０２が設置された部屋の電源コンセントにそれぞれ接続されており、宅内電力線２６１４を介した電力線通信によってベストエフォート通信を実現する。このように、電力線通信を用いると、配線工事が不要でありかつ家中にある電源コンセントに電源プラグを挿すだけで、高速通信が実現できる。【０００６】  また、欧州（スペイン等）においてはインターネットのアクセス回線として家庭に電力を供給する電力線を用いるアクセス系電力線通信モデムがある。図２０は、このアクセス系電力線通信モデムの使用形態を表した図である。宅外トランスの所に設けられたアクセス系電力線通信モデム親局２７０３は、中圧配電線２７１３を通してブロードバンド回線と接続されており、また低圧配電線２７１２、分電盤２７１５及び宅内電力線２７１１を通して宅内のアクセス系電力線通信モデム宅内機２７０２に対して通信を行う。さらに、アクセス系電力線通信モデム宅内機２７０２とパソコン２７０１とをイーサネット（登録商標）２７０４で接続することにより、パソコン２７０１からインターネットへのアクセスを行うことができる。【０００７】  このように、アクセス系電力線通信モ���ムを利用すると、家庭内へのケーブル等の引き込み工事なしにインターネットアクセスを提供することができる。また、宅内の任意のコンセントにアクセス系電力線通信モデム宅内機２７０２を設置するので、ＡＤＳＬやＦＴＴＨ等に比べて設置の自由度は優れている。【０００８】  また、図２１は、イーサネット（登録商標）とのブリッジとして実装された、一般的な電力線通信モデムの内部構成を示す図である。図２１において、電力線通信モデムは、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）２８０１と、デジタル変調部２８０８と、通信制御部２８０９と、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ部２８１０とを備える。ＡＦＥ２８０１は、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）２８０２、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）２８０３、Ａ／Ｄ変換部２８０４、ＬＰＦ（Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）２８０５、ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐ）２８０６、及びＤ／Ａ変換部２８０７を含む。以下、この電力線通信モデムの動作について説明する。【０００９】  まず、イーサネット（登録商標）フレームを電力線に送信する場合は、イーサネット（登録商標）２８１１を通してイーサネット（登録商標）フレームが到着すると、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ部２８１０を通して通信制御部２８０９に通知される。通信制御部２８０９は、通信路の状態を判別してしかるべきタイミングでデジタル変調部２８０８にフレームデータを出力する。デジタル変調部２８０８は、誤り訂正付加、符号化及びフレーミング等を行って、フレームデータを送信データ列へ変調する。Ｄ／Ａ変換部２８０７は、送信データ列をデジタル信号からアナログ信号へ変換する。ＰＡ２８０６は、アナログ信号を増幅する。ＬＰＦ２８０５は、増幅後のアナログ信号から通信帯域成分以外の信号をカットして、通信帯域成分だけを電力線へ注入する。次に、電力線から受信する場合は、ＢＰＦ２８０２によって通信帯域の信号が抽出される。ＡＧＣ２８０３は、抽出された信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部２８０４は、増幅されたアナログ信号をデジタルデータ化する。デジタル変調部２８０８は、デジタルデータについてフレーム同期検出、等価化、逆符号化及び誤り訂正等を行い、受信データとして復調して通信制御部２８０９へ通知する。その後、受信データは、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ部２８１０からイーサネット（登録商標）フレームとしてイーサネット（登録商標）２８１１へ送信される。【００１０】  以上、高速電力線通信の第１世代の技術は、インターネットのメールやＷｅｂアクセスといったベストエフォート応用を対象としていたが、配線不要で宅内のいたるところにコンセントが準備されている電力線通信は、デジタル化が進むＶｏＩＰや映像配信を宅内のいたるところで利用できる可能性を秘めている。【００１１】  しかし、ＶｏＩＰは、音声の遅延時間が増大すると違和感が生じるため、伝送遅延があるレベルを超えるパケットは廃棄されてしまう。このパケット廃棄は、音声情報の喪失につながり、頻度が増えると音声の途切れやノイズとなる。一方、映像配信には、大量のデータ通信が必要である。例えば、ハイビジョン映像の１秒当たりのデータ量は、２４Ｍビットにも及ぶ。この大量のデータを機器が許容範囲内の遅延時間で伝送する必要がある。このようなＡＶデータの伝送に必要な品質要件をＡＶ−ＱｏＳと呼んでおり、一般的には平均伝送速度、遅延時間、及びジッタ等で規定される。【００１２】  従来、ＡＶ−ＱｏＳを満たす電力線通信とベストエフォートな電力線通信とを共に実現する技術として、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）とＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）とのハイブリッド媒体アクセス制御方法が考案されている。図２２に、この従来のハイブリッド媒体アクセス制御方法の一例を示す。【００１３】  図２２において、ＡＶ−ＱｏＳを満たすように設計された電力線通信システムは、１つのマスタ機能を有する端末（マスタ端末）と１つ以上のスレーブ機能を有する端末（スレーブ端末）とから構成される。マスタ端末は、一定時間毎にビーコン１２０１を送信する。この一定時間をビーコン周期と言う。ビーコン周期が短い方がデータ遅延を小さく抑えることができるが、１パケットで伝送するデータ量が小さくなるため、ヘッダ情報等のオーバヘッドの割合が増して伝送効率が低下する。一般的に伝送する信号の遅延時間要件と伝送効率とを勘案して、ビーコン周期は１０ｍ秒から１００ｍ秒当たりの時間に設定される。また、このビーコンには、各々の端末に通信を許可する時間領域が記されている。図２２の例では、端末＃１〜＃３に各々一定の時間を許可している。また、マスタ端末は、こうした一定時間毎に送信を制御するＴＤＭＡに続いて、ＣＳＭＡ期間を割り振る。この期間では、送信信号のある端末が所定のアルゴリズムで送信権を獲得してデータを送信するため、一定時間毎に一定のデータを発生しないメールやＷｅｂアクセスのような従来のインターネットデータの伝送に向いている。しかし、一旦データ送信が始まるとバースト的にデータ通信が継続するため、このようにＴＤＭＡ領域と分けることでＴＤＭＡ領域のデータ伝送を局所的に邪魔することを回避している。【００１４】  次に、電力線通信における共存制御について説明する。
このように、電力線通信は宅内からアクセス網に至るまで様々な形での利用が考えられており、多種多様な方式の電力線通信技術が開発されているが、こういった電力線通信の方式は統一されていないのが現状である。しかし、家庭内の電力線は全て分電盤で繋がっており、さらに屋外電力線とも繋がっているため、異なる方式の電力線通信モデムを同一家屋内及び屋内と近隣の屋外で利用すると、互いの通信信号がそれぞれに到達する可能性がある。また、各方式の電力線通信モデムは、他方式の電力線通信モデムが通信路に送信している他方式信号を復調することができないため、他方式信号がノイズにしか見えない。そのため、方式が異なる２つの通信を同時に行うと、互いの通信を妨害することとなり、双方共に通信ができなくなる、通信速度が大幅に低下する等の問題が発生する。【００１５】  このような問題を回避するための方法の１つに、電力線通信方式の統一規格を新たに策定することが考えられる。しかし、新たな規格を策定するためには、莫大な時間と費用を必要とするため、直ちに実行できるものではない。【００１６】  この改善策として、例えば特許文献１には、データ通信方式の異なる複数の電力線モデムが同一の電力線上に存在する場合に、各電力線モデムのデータ送信を制御する方法を提案している。図２３は、この従来技術を説明する図である。
図２３において、管理プロセッサ６内の選択部６１が、例えば方式Ｂの電力線モデム４ａ〜４ｍを送信許可電力線モデムに選択したとする。この場合、メッセージ生成部６２が、方式Ｂの電力線モデム４ａ〜４ｍに送信許可を指示する送信許可電文を、方式Ａの電力線モデム３ａ〜３ｍに送信禁止を指示する送信禁止電文を、それぞれ生成する。そして、方式Ａの電力線モデム３ｎが、送信禁止電文を方式Ａの電力線モデム３ａ〜３ｍに送信し、方式Ｂの電力線モデム４ｎが、送信許可電文を方式Ｂの電力線モデム４ａ〜４ｍに送信する。【００１７】  図２３の通信システムを用いて同じ電力線上で２つの宅内システムが時間を分けながら共存する動作を、図２４に示す。図２４において、管理プロセッサ６は、宅内系通信システム１に対して送信を許可する共存信号１４０１と、宅内系通信システム２に対して送信を許可する共存信号１４０２とを出力する。この動作を一定のＴＤＭで周期的に繰り返すことにより、宅内系通信システム１と宅内系通信システム２とに均等な時間スロットを衝突することなく与えている。
【特許文献１】特開２００２−３６８８３１号公報
【非特許文献１】ユー・ジュー・リン他、「ア・コンパラティヴ・パフォーマンス・スタディ・オブ・ワイヤレス・アンド・パワー・ライン・ネットワークス」、アイトリプルイー・コミュニケーション・マガジン、２００３年４月（Ｙｕ−Ｊｕ  Ｌｉｎ，”Ａ  Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，ＩＥＥＥ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ａｐｒｉｌ，２００３，ｐ５４−ｐ６３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】  しかしながら、上述した従来のシステムでは、複数の通信システム間でＡＶ−ＱｏＳを確保することができない。すなわち、共存信号１４０１及び１４０２を送信する通信システムは、宅内においてＡＶ−ＱｏＳを確保しようとしている通信システムとは異なっている。異なる通信システムが共存信号を送信する場合には、通信システム間のクロックの同期が一致していないことから、ＡＶ−ＱｏＳを確保すべき宅内系通信システムのビーコン１２０１と当該共存信号との位相は一致せず、時間の経過と共にずれていく。【００１９】  よって、図２４に示すように、ある共存信号の直後の共存周期内では宅内系通信システム１のスロット内の最初にビーコン１２０１を送信していたとしても、何周期か後の共存周期内の宅内系通信システム１のスロット内ではビーコンが後方にずれてしまう。このため、ビーコン１２０１の時間指定によって送信を開始する宅内系通信システム１システム内の端末の送信時間は、他の共存システムの時間スロット内にずれ込んでしまい、双方のシステムが衝突して共存関係が維持できなくなる。つまり、ＡＶ−ＱｏＳも維持できなくなってしまう。【００２０】  なお、アクセス系通信システムは、多数の家庭にサービスを行う性格上、共存制御のマスタとして自身のタイミングで宅内系通信システムを共存させるため、アクセスサービス内のＱｏＳは比較的容易にとることが可能である。また、宅内系通信システムでも、ベストエフォートのＣＳＭＡによるアクセス制御を行う場合には、自端末が具備する共存制御部の指示に従って容易に送信を制御することが可能である。【００２１】  それ故に、本発明の目的は、複数の異なる通信システム、特に電力線通信のようにキャリアセンス機構のみによって通信信号の有無を判定することが困難な通信システムにおいて、ＡＶ−ＱｏＳを満たしつつ共存を可能とする通信装置及び共存方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】  本発明は、時分割によって同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う１つ以上の宅内系通信システム、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する１つのアクセス系通信システムに属する、基準信号に基づいてＱｏＳを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置及び方法に向けられている。【００２３】  そして、上記目的を達成させるために、本発明の通信装置は、電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部と、基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行うＴＤＭ共存制御部と、基準点に同期して、基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部とを備えている。【００２４】  好ましくは、電力基準点抽出部は、商用電源のゼロクロス点を基準点として定めるか、商用電源のゼロクロス点から６０度の整数倍だけ位相がシフトした地点を基準点として定める。また、典型的な基準信号は、ビーコンである。
【発明の効果】
【００２５】  上記本発明によれば、各端末が占有して使用できる送受信時間をビーコンを用いて一括して通知する帯域設定方法と、複数の異なる通信方法の通信システムを時分割により共存させる方法とを併用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図
【図２Ａ】図２Ａは、宅内系通信システム１１０の宅内系親局１１１の詳細な構成例を示す図
【図２Ｂ】図２Ｂは、宅内系通信システム１１０の宅内系子局１１２の詳細な構成例を示す図
【図２Ｃ】図２Ｃは、アクセス系通信システム１２０のアクセス系子局１２２、及び宅内系通信システム１３０の宅内系親局１３１及び宅内系子局１３２の詳細な構成例を示す図
【図３】図３は、電力基準点抽出部２０３及び共存信号送受信部２０４の動作を説明するタイミング図
【図４】図４は、ゼロクロス点を基準点にした各種信号のタイミングを示す図
【図５】図５は、第１の実施形態の通信システムが行う共存処理を説明するタイミング図
【図６Ａ】図６Ａは、宅内系親局１１１の定常状態における共存処理の動作を説明するフローチャート
【図６Ｂ】図６Ｂは、宅内系親局１１１の定常状態における共存用ＴＤＭスロットの計数及びビーコンの送信処理の動作を説明するフローチャート
【図７】図７は、アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２の定常状態における共存処理の動作を説明するフローチャート
【図８】図８は、第１の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図
【図９】図９は、第１の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図
【図１０】図１０は、第１の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図
【図１１】図１１は、共存信号のフォーマット例を示す図
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図
【図１５】図１５は、本発明の第２の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図
【図１６】図１６は、本発明の第２の実施形態に係る通信装が行う共存処理の一例を示す図
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施形態に係る通信装が行う共存処理の一例を示す図
【図１８】図１８は、宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例
【図１９】図１９は、宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例
【図２０】図２０は、宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例
【図２１】図２１は、イーサネット（登録商標）とのブリッジとして実装された、一般的な電力線通信モデムの内部構成を示す図
【図２２】図２２は、ＡＶ−ＱｏＳを保って通信する従来の電力線通信方法のタイミングを示す図
【図２３】図２３は、複数の電力線モデムを共存させる従来の通信システム構成例を示す図
【図２４】図２４は、図２３に示す従来の通信システムが行う共存処理を説明するタイミング図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】  以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。なお、下記の各実施形態では、通信媒体が電力線である場合を説明しているが、通信媒体は無線であってもよいし、電力線以外の有線であってもよい。【００２８】  （第１の実施形態）
第１の実施形態では、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）手法を用いて、３つの通信システムを共存させる例を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図である。この第１の実施形態では、３つの通信システムとして、宅内系通信システム１１０及び１３０と、アクセス系通信システム１２０とが定義されている。なお、図１に示した通信システムの構成は一例であり、宅内系通信システム１１０と宅内系通信システム１３０とが同一の家屋内に存在していてもよいし、宅内系通信システムが３つ以上存在していてもよい。【００２９】  宅内系通信システム１１０は、宅内に配線された電力線１１３を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム１２０との共存を制御する宅内系親局１１１と、宅内系親局１１１以外の宅内系子局１１２とによって構成される。宅内系親局１１１は、アクセス系通信システム１２０に属する局が送信する共存信号を受信し、宅内系子局１１２へ伝える機能を有する通信装置である。宅内系親局１１１は、一般的には宅内に唯一存在しており、固定的に指定されてもよいし、運用中に動的に決定又は変更されてもよい。宅内系子局１１２は、宅内系親局１１１の制御下で動作する通信装置であり、１つの宅内系通信システム１１０内において１台以上存在する。【００３０】  宅内系通信システム１３０は、宅内に配線された電力線１３３を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム１２０との共存を制御する宅内系親局１３１と、宅内系親局１３１以外の宅内系子局１３２とによって構成される。この宅内系親局１３１及び宅内系子局１３２は、それぞれ宅内系通信システム１１０の宅内系親局１１１及び宅内系子局１１２と同じ装置構成、機能、及び役割を有する。【００３１】  アクセス系通信システム１２０は、宅内の電力線１１３、宅内から電柱１２３上に配された柱上トランス１２６までの低圧配電線１２４、さらには柱上トランス１２６から変電所（図示せず）への中圧配電線１２５を利用する電力線通信システムである。このアクセス系通信システム１２０に属する通信装置のうち、宅内系通信システム１１０と干渉を起こす範囲に位置するものには、アクセス系親局１２１と、宅内に設置されたアクセス系宅内機（以下、アクセス系子局と記す）１２２とが存在する。アクセス系親局１２１は、図１のように柱上トランス１２６とは別の通信装置として設置されてもよいし、柱上トランス１２６に内蔵されてもよい。さらには、電力線が地底配線されている場合等も考慮すると、アクセス系親局１２１は、柱上トランス１２６以外のしかるべき機器に内蔵されていてもよい。【００３２】  なお、アクセス系子局１２２を宅外の低圧配電線１２４上に配し、アクセス系子局１２２内に宅内系通信システム１１０の通信機能を持たせる等の手法を取ることもできる。また、図１では省略しているが、宅内系通信システム１１０とアクセス系通信システム１２０とは、宅内系親局１１１とアクセス系子局１２２とをイーサネット（登録商標）や無線ＬＡＮ等を介して接続する、又は宅内系親局１１１とアクセス系子局１２２とを単一の装置とする等によって、相互通信が可能となる。【００３３】  この第１の実施形態では、各通信システム１１０〜１３０に属する各局が、例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数��域を使用できる機能を備えているものとする。この周波数帯域は、各通信システム１１０〜１３０が互いの通信を妨害することなく共存するための共存信号の送受信、及び各通信システム内部におけるデータ通信のために用いられる。アクセス系通信システム１２０は、この周波数帯域を使用した一部又は全部の時間を優先的に利用することができる。宅内系通信システム１１０及び１３０は、後述する共存信号によってアクセス系通信システム１２０が利用している時間を検出し、アクセス系通信システム１２０が利用していない時間を、後述する共存信号を用いて時分割することで共用する。アクセス系通信システム１２０が存在しない場合は、宅内系通信システム１１０及び１３０が時間を２分割して使用することができる。【００３４】  次に、図２Ａ〜図２Ｃ及び図３をさらに参照して、図１における宅内系通信システム１１０が周期的な基準信号を出力する機能を用いて自身のＱｏＳを確保する通信システムであり、アクセス系通信システム１２０及び隣家の宅内系通信システム１３０はＱｏＳをサポートしないシステムである場合の、各局の詳細な構成及び共存信号の送受信動作を説明する。なお、以下の実施形態では、宅内系通信システム１１０が出力する周期的な基準信号がビーコンである場合を例に説明する。【００３５】  図２Ａは、宅内系通信システム１１０の宅内系親局１１１の詳細な構成例を示す図である。この宅内系親局１１１は、ビーコン送信タイミング決定部２０２と、電力基準点抽出部２０３と、共存信号送受信部２０４と、ＴＤＭ共存制御部２０５と、モデム信号送受信部２０６とを備える。なお、本実施形態では、共存信号を制御する親局がＱｏＳビーコンを送信する機能をも有している場合を説明するが、このビーコン機能は共存信号を制御する親局とは異なる装置が有していても構わない。【００３６】  図２Ｂは、宅内系通信システム１１０の宅内系子局１１２の詳細な構成例を示す図である。この宅内系子局１１２は、ビーコン送信タイミング決定部２０２と、モデム信号送受信部２０６とを備える。【００３７】  図２Ｃは、アクセス系通信システム１２０のアクセス系子局１２２、及び宅内系通信システム１３０の宅内系親局１３１及び宅内系子局１３２の詳細な構成例を示す図である。これらの各局は、電力基準点抽出部２０３と、共存信号送受信部２０４と、ＴＤＭ共存制御部２０５と、モデム信号送受信部２０６とを備える。【００３８】  図３は、電力基準点抽出部２０３及び共存信号送受信部２０４の動作を説明するタイミング図である。この図３の例では、欧州で主に使用されている三相交流電源について記載しているが、本発明は、日本、米国、及びアジアを含む二相三線式や、その他すべての国の電力線に対して効果を発揮するものである。【００３９】  図３に示す３つの交流電源３０１〜３０３は、各々６０度ずつ位相がシフトしている。こうした多相の電力系統は、宅内で各相に分けて配線されているため、電気機器はいずれか１つの位相の電力しか検出することができない。よって、位相の異なる配線に接続された電気機器間では、ゼロクロス点を基準点に選んでも位相のずれが生じてしまう。そこで、各電気機器は、自身が検出したゼロクロス点を基��点にして、それから６０度毎に基準点を選べば、全ての電気機器と基準点を一致させることができる。【００４０】  この様子を図４に示す。図４の（ａ）は、図２に示した電力基準点抽出部２０３の内部信号であり、１つの交流信号のゼロクロス点毎にパルスを発生している。図４の（ｂ）は、電力基準点抽出部２０３の出力信号であり、（ａ）に示した内部信号を基準に６０度毎にパルスを発生している。【００４１】  共存信号送受信部２０４は、共存する通信システムに共通の時間スロットを、基準点を基準に予め定義しておき、自通信システムの存在と共存する他の通信システムの存在とを通知し合うことを行う。ここでは、アクセス系を含めた３つの通信システムが、ＴＤＭ方式による共存信号を用いて共存する例を説明する。なお、共存信号は、ＦＤＭ方式やＦＤＭとＴＤＭとのハイブリッド方式であってもよい。【００４２】  共存信号３０５は、同期点を基準に配置され、同期点からの時間によって複数のスロットが設定されている。各通信システムは、電力線を使用する場合は該当するスロットに特定の信号を送信する。特定の信号とは、例えば既知の関数で表されるＯＦＤＭ信号が考えられる。この関数を知る通信システムは、特定の信号を検出することができ、スロットの使用を知ることができる。共存関係にある各通信システムは、基準点毎に共存信号３０５の検出を試みる。共存信号３０５を検出できない場合、通信システムは、共存する他の通信システムが存在しないと判断し、予め決められた共存周期毎の基準点のタイミングで共存信号を送信する。一方、共存信号３０５を検出した場合、通信システムは、共存周期、及びＴＤＭ周期と使用する順番（ＴＤＭスロット）を決定する。この検出された共存信号３０５の情報は、ＴＤＭ共存制御部２０５に通知される。【００４３】  共存信号３０５において１つの通信システムの存在しか検出されない場合は、その通信システムがＴＤＭ周期の全ての時間（ＴＤＭスロット）を占有できる（図４の（ｃ））。共存信号３０５に２つの通信システムの存在が検出された場合は、例えばその２つの通信システムでＴＤＭ周期の時間を２分割できる（図４の（ｄ））。共存信号３０５に３つの通信システムの存在が検出された場合は、例えばその３つの通信システムでＴＤＭ周期の時間を３分割できる（図４の（ｅ））。なお、アクセス系通信システムは全時間の１／２を使用して残りの時間を宅内系通信システムで等分する、等といった設定が予め決められているのであれば、もちろんその設定に準じた分割／割り当てが行われることになる。【００４４】  ＴＤＭ共存制御部２０５が、自通信システムが使用するＴＤＭスロットを決定すると、モデム信号送受信部２０６は、そのＴＤＭスロットにだけモデム信号を送信し、このＴＤＭスロットだけを受信する。【００４５】  これにより、宅内系親局１１１のビーコン送信タイミング決定部２０２は、共存する他通信システムとの同期情報及び共存すべき通信システム数を、より具体的には自通信システムの送信タイミングを、電力基準点抽出部２０３及びＴＤＭ共存制御部２０５から事前に知ることが可能となる。【００４６】  さらに特筆すべきことは、ＴＤＭ周期のタイミングは電力系統に同期しているため、電力基準点抽出部２０３からの情報に基づいて、ビーコン送信タイミングを電力系統に同期させれば、図５に示すような送信時間アロケーションを事前に決定し、ビーコンの中に容易に設定することができる。図５において、自通信システムの送信時間を、同期の取れたクロックに対して予め設定できるため、時分割された複数のＴＤＭスロットに渡って自通信システムの子局が送受信するタイミングをビーコン５０１の中で通知することが可能となる。よって、子局は、自分の親局が指定する時間に送受信を行うだけで、自通信システムに設定されたＴＤＭスロット５０２の中で送受信を行うことができる。【００４７】  ここで、宅内系親局１１１の定常状態における共存処理の動作フローを図６Ａに、共存用ＴＤＭスロットの計数及びビーコンの送信処理を図６Ｂに示す。ここでの定常状態とは、局の起動時や異常動作時等を除いた通常動作状態のことであり、図６Ａでは、その定常状態におけるデータ通信や機器制御等の共存処理関連を省略したものを示している。【００４８】  図６Ａでは、宅内系親局１１１は、ゼロクロス点を検出すると（ステップＳ６０１）、共存信号の送信タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ６０２）。共存信号の送信タイミングでなければ、宅内系親局１１１は、ゼロクロス点の検出を継続して行う。共存信号の送信タイミングであると判断すれば、宅内系親局１１１は、共存信号を送信する（ステップＳ６０３）。【００４９】  図６Ｂでは、宅内系親局１１１は、ゼロクロス点を検出すると（ステップＳ６０４）、ゼロクロス点を更新した後（ステップＳ６０５）で、ゼロクロス点を基準としてＴＤＭスロットの時間を計数する（ステップＳ６０６）。一方、ゼロクロス点を検出しない場合には、宅内系親局１１１は、ゼロクロス点を更新せずに、以前に検出されたゼロクロス点を基準にしたＴＤＭスロットの時間計数を継続して行う（ステップＳ６０６）。以上の動作は、ビーコン送信時間まで繰り返され（ステップＳ６０７）、ビーコン送信時間になると、宅内系親局１１１は、その時間におけるＴＤＭスロットが自通信システムが使用してもよいＴＤＭスロットであるか否かを判断する（ステップＳ６０８）。そして、宅内系親局１１１は、自通信システムのＴＤＭスロットであると判断すればビーコンを送信し（ステップＳ６０９）、自通信システムのＴＤＭスロットでないと判断すればビーコン送信は保留されて、上記ステップＳ６０４〜Ｓ６０６が繰り返し行われる。【００５０】  さらに、アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２の、定常状態における共存処理関連の動作フローを図７に示す。アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２は、ゼロクロス点を検出すると（ステップＳ７０１）、共存信号の送信タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ７０２）。共存信号の送信タイミングでなければ、アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２は、ゼロクロス点の検出を継続して行う。共存信号の送信タイミングであると判断すれば、アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２は、共存信号を送信する（ステップＳ７０３）。【００５１】  次に、��存信号を拡張した具体例を説明する。
図８は、アクセス系通信システム１２０と複数の宅内系通信システム１１０及び１３０とが時分割多重で共存する場合における、共存信号、ＴＤＭスロット、ビーコン、及びデータスロットのタイミングを示す図である。図８では、ＴＤＭ周期内に５つのＴＤＭスロット（Ｄ−Ｓｌｏｔ、Ｓ−Ｓｌｏｔ１〜４）を設定している。Ｓ−Ｓｌｏｔ３及び４は、アクセス系通信システム１２０が占有するスロットである。Ｓ−Ｓｌｏｔ１及び２は、アクセス系通信システム１２０及び宅内系通信システム１１０及び１３０のいずれもが宣言することで継続使用可能なスロットである。Ｄ−Ｓｌｏｔは、共存信号でＤ−Ｓｌｏｔを使用することを宣言した最大３つの通信システムが、交互に使用できるスロットである。このＤ−Ｓｌｏｔは、不規則でバースト的に発生するデータを、ダイナミックに効率よく取り扱うために導入されたＴＤＭスロットである。なお、Ｄ−Ｓｌｏｔの使用を宣言する通信システムが１つである期間中は、Ｄ−ＳｌｏｔはＳ−Ｓｌｏｔと同義となる。【００５２】  図９は、アクセス系通信システム１２０と複数の宅内系通信システム１１０及び１３０とが周波数分割多重で共存する場合における、共存信号、ＴＤＭスロット、ビーコン、及びデータスロットのタイミングを示す図である。図９では、上述したＴＤＭによる共存制御と共に、アクセス系通信システム１２０はチャネル＃Ｘを優先的に使用し、宅内系通信システム１１０及び１３０はチャネル＃Ｙを使用することが定められている。この場合、アクセス系通信システム１２０が存在しなければ、チャネル＃Ｘを宅内系通信システム１１０及び１３０が使用することも可能である（図１０を参照）。【００５３】  また、図１１は、上記共存方法に対応できるよう拡張した共存信号のフォーマット例を示す図である。図１１に示す共存信号は、時分割で定義されたスロットＡ、Ｈ１〜Ｈ４、ＪＬ、ＪＨ、Ｂａ〜Ｂｃ、及びＸと、周波数分割で定義されたチャネル＃Ｘ及び＃Ｙとで構成される。スロットＨ１〜Ｈ４は、それぞれＳ−Ｓｌｏｔ１〜４に対応している。スロットＪＬ及びＪＨは、新規にＳ−Ｓｌｏｔを使用したい通信システムが、すでに使用している通信システムに対してＪｏｉｎ要求を行う場合に用いられる。例えば、通信システムＡがＳ−Ｓｌｏｔ１〜４の全てを使用している場合には、共存信号のスロットＨ１〜Ｈ４はすでに使用されている。よって、以後共存したい他の通信システムＢは、スロットＨ１〜Ｈ４ではなく、スロットＪＬ及びＪＨに信号を送信することによって、通信システムＡにスロットの開放を要求する。スロットＪＬとスロットＪＨとの違いは、優先度の違いである。通信システムＡは、要求スロットの優先度と自己の優先度との比較により、Ｓ−Ｓｌｏｔのどれだけを開放するかを自ら判断することができる。また、スロットＢａ〜Ｂｃは、Ｄ−Ｓｌｏｔを制御するためのスロットである。Ｘスロットは、通信システム間の共存信号周期の再同期を要求するスロットである。これらスロットＢａ〜Ｂｃ及びＸの制御方法については、本発明の対象外であるのでここでは説明を省略する。【００５４】  以上のように、本発明の第１の実施形態に係る通信装置を用いた通信システム及び共存方法によれば、各端末が占有して使用できる送受信時間をビーコンを用いて一括して通知する帯域設定方法と、複数の異なる通信方法の通信システムを時分割により共存させる方法とを併用することが可能となる。【００５５】  （第２の実施形態）
複数の通信システムを時分割により共存させる方法は、各通信システムが他の通信システムが送信する共存信号に基づいて制御を行う。このため、直接には通信信号が届かない関係にある２つの通信システムも、介在する他の通信システムによって共存同期が取られている場合もあり得る。【００５６】  ところが、宅内系通信システムに属する電気機器は、常に電源が入れられている機器だけではなく、使うときにだけ電源が入れられる機器も存在する。このため、上記のような介在する他の通信システムが電源オフになった場合、直接には通信信号が届かない関係にある２つの通信システムの同期関係が崩れる。よって、次に、介在する他の通信システムが電源オン時した時には、最初から共存同期制御を行わなければならないという問題がある。すなわち、特定の通信システムの電源がオフ／オンされることで、システム全体の同期が乱れてしまうといった事態が発生し得る。【００５７】  例えば、図１２に示すように、通信システム１２１０及び１２３０が、通信システム１２２０を介在して同期していた状態を考える。この状態で通信システム１２２０の電源がオフされた場合、通信システム１２１０及び１２３０は、相手が送信する共存信号を相互に受信できなくなる。よって、通信システム１２１０及び１２３０は、各々独自の送信タイミングで共存信号を送信することになる。この結果、２つの通信システム１２１０及び１２３０の親局が有するクロックの精度差に応じて、互いの共存信号の送信タイミングがずれてしまう（図１３）。このため、この状態から通信システム１２２０の電源を再びオンにしても、一方の通信システムの共存信号に同期すれば他方の通信システムと干渉を起こすことになる（図１４）。【００５８】  そこで、第２の実施形態では、上記問題を解決する手法を説明する。
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図である。この第２の実施形態の通信システムは、上記第１の実施形態の通信システムに隣家の宅内系通信システム１４０をさらに加えた構成である。もちろん、図１５に示した通信システムの構成は一例であり、宅内系通信システム１１０と宅内系通信システム１３０とが同一の家屋内に存在していてもよいし、宅内系通信システムが４つ以上存在していてもよい。なお、上記第１の実施形態と同一の構成については、説明を省略する。【００５９】  宅内系通信システム１４０は、宅内に配線された電力線１３３を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム１２０との共存を制御する宅内系親局１４１と、宅内系親局１４１以外の宅内系子局１４２とによって構成される。この宅内系親局１４１及び宅内系子局１４２は、それぞれ宅内系通信システム１１０の宅内系親局１１１及び宅内系子局１１２と同じ装置構成、機能、及び役割を有する。【００６０】  この実施形態では、宅内系通信システム１１０、１３０、及び１４０の３つの通信システムが、上記第１の実施形態で説明した手順に従って共存制御関係をすでに構築している場合を説明する。また、宅内系通信システム１４０は、宅内系通信システム１１０とは、電力線上での距離が離れている等の理由により、相互に通信信号が届かない関係にあるものとする。これは、宅内系通信システム１３０が存在しなければ、宅内系通信システム１１０と宅内系通信システム１４０とは共存すべき関係にないことを意味する。【００６１】  アクセス系通信システム１２０が送信する共存信号を基準として、まず宅内系通信システム１１０がこの共存信号に同期し、自己の情報を含めた共存信号を送信する。次に、宅内系通信システム１３０がこの共存信号に同期し、自己の情報をさらに加えた共存信号を送信する。最後に、宅内系通信システム１４０が、この共存信号に同期して、さらに自己の情報を加えた共存信号を送信する。これにより、この宅内系通信システム１１０、１３０、及び１４０は、共存制御関係を構築する。この様子を図１６に示す。【００６２】  この状態で宅内系通信システム１３０の電源がオフされた場合、宅内系システム１１０及び１４０は、相手が送信する共存信号を相互に受信できなくなる（図１７）。よって、宅内系システム１１０及び１４０は、各々独自の送信タイミングで共存信号を送信することになる。【００６３】  しかし、本発明では、宅内系システム１１０及び１４０は、共通の商用電源に同期した一定の間隔で共存信号を送信し続けるため、その送信タイミングは保たれたままである。よって、その後再び宅内系通信システム１３０の電源がオンされても、宅内系通信システム１１０の共存信号と宅内系通信システム１４０の共存信号との同期が保たれているため、宅内系通信システム１３０は、この同期のとれたタイミングで共存信号を送信することが可能となる。【００６４】  以上のように、本発明の第２の実施形態に係る通信装置を用いた通信システム及び共存方法によれば、共存信号の送信タイミングを商用電源に同期させているので、共存する通信システムが安定して動作し続けることが可能となる。よって、共存する通信システムが起動停止するたびにＱｏＳ品質が損なわれるという従来の欠点を、大幅に改善することができる。【００６５】  なお、上記した各実施形態は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭやＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。【００６６】  また、各実施形態で説明したビーコン送信タイミング決定部、電力基準点抽出部、共存信号送受信部、ＴＤＭ共存制御部、モデム信号送受信部等の各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩ（集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、又はウルトラＬＳＩ等と称される）として実現される。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。また、１つの通信システム内における通信に関与する部分と共存信号の送受信に関与する部分とが、それぞれ個別のＬＳＩとしてチップ化されてもよい。
また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別の技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。【００６７】  本発明を含む宅内系通信装置は、イーサネット（登録商標）インタフェース、ＩＥＥＥ１３９４インタフェース、及びＵＳＢインタフェース等の信号インタフェースを、電力線通信のインタフェースに変換するアダプタの形態を採用することによって、各種のインタフェースを有するパソコン、ＤＶＤレコーダ、デジタルテレビ、及びホームサーバシステム等のマルチメディア機器に接続することができる。これによって、電力線を媒体としたマルチメディアデータ等のデジタルデータを高速伝送するネットワークシステムを構築することが可能となる。この結果、従来の有線ＬＡＮのようにネットワークケーブルを新たに敷設することなく、家庭やオフィス等にすでに設置されている電力線をそのままネットワーク回線として利用できるので、コスト面及び設置の容易性からその利便性は大きい。【００６８】  また、将来的には、上述したマルチメディア機器が本発明を含む機能を内蔵することにより、マルチメディア機器の電源コードを介して機器間のデータ伝送が可能になる。この場合、アダプタやイーサネット（登録商標）ケーブル、ＩＥＥＥ１３９４ケーブル、及びＵＳＢケーブル等が不要になり、配線が簡略化される。また、ルータを介したインターネットへの接続や、無線ＬＡＮや従来の有線ケーブルのＬＡＮにハブ等を用いて接続することができるので、本発明の高速電力線伝送システムを用いたＬＡＮシステムの拡張に何らの問題も生じない。また、電力線伝送により電力線を介して流される通信データは、電力線に直接接続して傍受する以外に無線ＬＡＮで問題となる傍受によるデータ漏洩の問題が生じないので、電力線伝送方式は、セキュア面からのデータ保護にも効果を有する。もちろん、電力線上を流れるデータは、例えばＩＰプロトコルにおけるＩＰＳｅｃ、コンテンツ自身の暗号化、その他のＤＲＭ方式等で保護されている。【００６９】  従来の電力線通信に比べ、上記のコンテンツ暗号化による著作権保護機能や、本発明の効果である効率的な通信メディアの利用、さらにはＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）機能を実装することによって、電力線を用いた高品質なＡＶコンテンツの伝送が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】  本発明は、複数の相互接続不可能な通信システムが同一通信媒体上で各々他の通信システムに妨害されることなく通信を行う場合等に利用可能であり、特に電力線や無線を通信媒体として用いるモデム及びこれらの通信機能を有する各種の電気機器等に有用である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割によって同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う１つ以上の宅内系通信システム(110,130)、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する１つのアクセス系通信システム(120)に属する、基準信号に基づいてＱｏＳを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置(111)であって、
電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部(203)と、
前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行うＴＤＭ共存制御部(205)と、
前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部(202)とを備える、通信装置。
【請求項２】
前記電力基準点抽出部(203)は、商用電源のゼロクロス点を、前記基準点として定めることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記電力基準点抽出部(203)は、商用電源のゼロクロス点から６０度の整数倍だけ位相がシフトした地点を、前記基準点として定めることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
【請求項４】
前記基準信号がビーコンであることを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
【請求項５】
時分割によって同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う１つ以上の宅内系通信システム(110,130)、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する１つのアクセス系通信システム(120)に属する、基準信号に基づいてＱｏＳを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置(111)が行う方法であって、
電力線上の商用電源の基準点を抽出し、
前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行い、
前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する、方法。
【請求項６】
時分割によって同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う１つ以上の宅内系通信システム(110,130)、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する１つのアクセス系通信システム(120)に属する、基準信号に基づいてＱｏＳを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置(111)に用いられる集積回路であって、
電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部(203)、
前記基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行うＴＤＭ共存制御部(205)、及び
前記基準点に同期して、前記基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部(202)として機能する回路を集積する、集積回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム共存を可能とする通信装置及び共存方法に関し、より特定的には、同一の通信媒体を利用する通信方式が異なる２つの通信システム（映像伝送や音声通信に必要なＡＶ−ＱｏＳ（Audio Visual-Quality of Services）を保ったデータ通信を行う）を共存させる技術であって、それぞれの通信システムに含まれる通信装置及びその通信装置が実行する共存方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
宅内のパソコン（ＰＣ：Personal Computer ）からインターネットにアクセスするために、宅内のパソコンをブロードバンドルータ等のネットワーク機器に接続する通信手段の１つとして、電力線通信技術が存在する。この電力線通信技術は、既設の電力線を通信媒体に用いるため、新たな配線工事が不要でありかつ家中にある電源コンセントに電源プラグを挿すだけで高速通信が実現できる。このため、電力線通信技術は、世界中で活発に研究開発や実証実験が行われており、欧米ではすでに商用化に至っているものも多数ある。
【０００３】
その一例として、米国のＨｏｍｅＰｌｕｇアライアンス社が、ＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０（非特許文献１を参照）を規格策定している。このＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０は、パソコンによるインターネットやメール及びファイル転送を主要なアプリケーションとして想定しており、どの電力線通信モデムが電力線にアクセスするかといった媒体アクセス制御にＣＳＭＡ／ＣＡ方式を採用して、使用帯域の保証がないベストエフォート通信を実現する。
【０００４】
図１８に、インターネットへアクセスする際の一般的な通信システムの構成を示す。図１８において、パソコン２５０１は、イーサネット（登録商標）２５１１、ブロードバンドルータ２５０２及びアクセス回線２５１２を介して、インターネット２５２２に接続されている。アクセス回線２５１２は、一般的にはＡＤＳＬやＦＴＴＨ等が用いられる。ここで、アクセス回線２５１２が宅内に引き込まれる場所とパソコン２５０１を使用する部屋とが異なっている場合には、イーサネット（登録商標）２５１１の引き回しが問題となる。そこで、電力線通信機器としては、電力線通信とイーサネット（登録商標）との変換アダプタという形態で商品化されている。
【０００５】
図１９は、変換アダプタを用いた通信システムの構成を示している。図１９において、２台の電力線通信−イーサネット（登録商標）変換アダプタ２６０３及び２６０４は、パソコン２６０１及びブロードバンドルータ２６０２が設置された部屋の電源コンセントにそれぞれ接続されており、宅内電力線２６１４を介した電力線通信によってベストエフォート通信を実現する。このように、電力線通信を用いると、配線工事が不要でありかつ家中にある電源コンセントに電源プラグを挿すだけで、高速通信が実現できる。
【０００６】
また、欧州（スペイン等）においてはインターネットのアクセス回線として家庭に電力を供給する電力線を用いるアクセス系電力線通信モデムがある。図２０は、このアクセス系電力線通信モデムの使用形態を表した図である。宅外トランスの所に設けられたアクセス系電力線通信モデム親局２７０３は、中圧配電線２７１３を通してブロードバンド回線と接続されており、また低圧配電線２７１２、分電盤２７１５及び宅内電力線２７１１を通して宅内のアクセス系電力線通信モデム宅内機２７０２に対して通信を行う。さらに、アクセス系電力線通信モデム宅内機２７０２とパソコン２７０１とをイーサネット（登録商標）２７０４で接続することにより、パソコン２７０１からインターネットへのアクセスを行うことができる。
【０００７】
このように、アクセス系電力線通信モデムを利用すると、家庭内へのケーブル等の引き込み工事なしにインターネットアクセスを提供することができる。また、宅内の任意のコンセントにアクセス系電力線通信モデム宅内機２７０２を設置するので、ＡＤＳＬやＦＴＴＨ等に比べて設置の自由度は優れている。
【０００８】
また、図２１は、イーサネット（登録商標）とのブリッジとして実装された、一般的な電力線通信モデムの内部構成を示す図である。図２１において、電力線通信モデムは、ＡＦＥ（Analog Front End）２８０１と、デジタル変調部２８０８と、通信制御部２８０９と、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ部２８１０とを備える。ＡＦＥ２８０１は、ＢＰＦ（Band-Pass Filter）２８０２、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）２８０３、Ａ／Ｄ変換部２８０４、ＬＰＦ（Low-Pass Filter ）２８０５、ＰＡ（Power Amp ）２８０６、及びＤ／Ａ変換部２８０７を含む。以下、この電力線通信モデムの動作について説明する。
【０００９】
まず、イーサネット（登録商標）フレームを電力線に送信する場合は、イーサネット（登録商標）２８１１を通してイーサネット（登録商標）フレームが到着すると、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ部２８１０を通して通信制御部２８０９に通知される。通信制御部２８０９は、通信路の状態を判別してしかるべきタイミングでデジタル変調部２８０８にフレームデータを出力する。デジタル変調部２８０８は、誤り訂正付加、符号化及びフレーミング等を行って、フレームデータを送信データ列へ変調する。Ｄ／Ａ変換部２８０７は、送信データ列をデジタル信号からアナログ信号へ変換する。ＰＡ２８０６は、アナログ信号を増幅する。ＬＰＦ２８０５は、増幅後のアナログ信号から通信帯域成分以外の信号をカットして、通信帯域成分だけを電力線へ注入する。次に、電力線から受信する場合は、ＢＰＦ２８０２によって通信帯域の信号が抽出される。ＡＧＣ２８０３は、抽出された信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部２８０４は、増幅されたアナログ信号をデジタルデータ化する。デジタル変調部２８０８は、デジタルデータについてフレーム同期検出、等価化、逆符号化及び誤り訂正等を行い、受信データとして復調して通信制御部２８０９へ通知する。その後、受信データは、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ部２８１０からイーサネット（登録商標）フレームとしてイーサネット（登録商標）２８１１へ送信される。
【００１０】
以上、高速電力線通信の第１世代の技術は、インターネットのメールやＷｅｂアクセスといったベストエフォート応用を対象としていたが、配線不要で宅内のいたるところにコンセントが準備されている電力線通信は、デジタル化が進むＶｏＩＰや映像配信を宅内のいたるところで利用できる可能性を秘めている。
【００１１】
しかし、ＶｏＩＰは、音声の遅延時間が増大すると違和感が生じるため、伝送遅延があるレベルを超えるパケットは廃棄されてしまう。このパケット廃棄は、音声情報の喪失につながり、頻度が増えると音声の途切れやノイズとなる。一方、映像配信には、大量のデータ通信が必要である。例えば、ハイビジョン映像の１秒当たりのデータ量は、２４Ｍビットにも及ぶ。この大量のデータを機器が許容範囲内の遅延時間で伝送する必要がある。このようなＡＶデータの伝送に必要な品質要件をＡＶ−ＱｏＳと呼んでおり、一般的には平均伝送速度、遅延時間、及びジッタ等で規定される。
【００１２】
従来、ＡＶ−ＱｏＳを満たす電力線通信とベストエフォートな電力線通信とを共に実現する技術として、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）とＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）とのハイブリッド媒体アクセス制御方法が考案されている。図２２に、この従来のハイブリッド媒体アクセス制御方法の一例を示す。
【００１３】
図２２において、ＡＶ−ＱｏＳを満たすように設計された電力線通信システムは、１つのマスタ機能を有する端末（マスタ端末）と１つ以上のスレーブ機能を有する端末（スレーブ端末）とから構成される。マスタ端末は、一定時間毎にビーコン１２０１を送信する。この一定時間をビーコン周期と言う。ビーコン周期が短い方がデータ遅延を小さく抑えることができるが、１パケットで伝送するデータ量が小さくなるため、ヘッダ情報等のオーバヘッドの割合が増して伝送効率が低下する。一般的に伝送する信号の遅延時間要件と伝送効率とを勘案して、ビーコン周期は１０ｍ秒から１００ｍ秒当たりの時間に設定される。また、このビーコンには、各々の端末に通信を許可する時間領域が記されている。図２２の例では、端末＃１〜＃３に各々一定の時間を許可している。また、マスタ端末は、こうした一定時間毎に送信を制御するＴＤＭＡに続いて、ＣＳＭＡ期間を割り振る。この期間では、送信信号のある端末が所定のアルゴリズムで送信権を獲得してデータを送信するため、一定時間毎に一定のデータを発生しないメールやＷｅｂアクセスのような従来のインターネットデータの伝送に向いている。しかし、一旦データ送信が始まるとバースト的にデータ通信が継続するため、このようにＴＤＭＡ領域と分けることでＴＤＭＡ領域のデータ伝送を局所的に邪魔することを回避している。
【００１４】
次に、電力線通信における共存制御について説明する。
このように、電力線通信は宅内からアクセス網に至るまで様々な形での利用が考えられており、多種多様な方式の電力線通信技術が開発されているが、こういった電力線通信の方式は統一されていないのが現状である。しかし、家庭内の電力線は全て分電盤で繋がっており、さらに屋外電力線とも繋がっているため、異なる方式の電力線通信モデムを同一家屋内及び屋内と近隣の屋外で利用すると、互いの通信信号がそれぞれに到達する可能性がある。また、各方式の電力線通信モデムは、他方式の電力線通信モデムが通信路に送信している他方式信号を復調することができないため、他方式信号がノイズにしか見えない。そのため、方式が異なる２つの通信を同時に行うと、互いの通信を妨害することとなり、双方共に通信ができなくなる、通信速度が大幅に低下する等の問題が発生する。
【００１５】
このような問題を回避するための方法の１つに、電力線通信方式の統一規格を新たに策定することが考えられる。しかし、新たな規格を策定するためには、莫大な時間と費用を必要とするため、直ちに実行できるものではない。
【００１６】
この改善策として、例えば特許文献１には、データ通信方式の異なる複数の電力線モデムが同一の電力線上に存在する場合に、各電力線モデムのデータ送信を制御する方法を提案している。図２３は、この従来技術を説明する図である。
図２３において、管理プロセッサ６内の選択部６１が、例えば方式Ｂの電力線モデム４ａ〜４ｍを送信許可電力線モデムに選択したとする。この場合、メッセージ生成部６２が、方式Ｂの電力線モデム４ａ〜４ｍに送信許可を指示する送信許可電文を、方式Ａの電力線モデム３ａ〜３ｍに送信禁止を指示する送信禁止電文を、それぞれ生成する。そして、方式Ａの電力線モデム３ｎが、送信禁止電文を方式Ａの電力線モデム３ａ〜３ｍに送信し、方式Ｂの電力線モデム４ｎが、送信許可電文を方式Ｂの電力線モデム４ａ〜４ｍに送信する。
【００１７】
図２３の通信システムを用いて同じ電力線上で２つの宅内システムが時間を分けながら共存する動作を、図２４に示す。図２４において、管理プロセッサ６は、宅内系通信システム１に対して送信を許可する共存信号１４０１と、宅内系通信システム２に対して送信を許可する共存信号１４０２とを出力する。この動作を一定のＴＤＭで周期的に繰り返すことにより、宅内系通信システム１と宅内系通信システム２とに均等な時間スロットを衝突することなく与えている。
【特許文献１】特開２００２−３６８８３１号公報
【非特許文献１】ユー・ジュー・リン他、「ア・コンパラティヴ・パフォーマンス・スタディ・オブ・ワイヤレス・アンド・パワー・ライン・ネットワークス」、アイトリプルイー・コミュニケーション・マガジン、２００３年４月（Yu-Ju Lin, "A Comparative Performance Study of Wireless and Power Line Networks", IEEE Communication Magazine, April, 2003, p54-p63）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上述した従来のシステムでは、複数の通信システム間でＡＶ−ＱｏＳを確保することができない。すなわち、共存信号１４０１及び１４０２を送信する通信システムは、宅内においてＡＶ−ＱｏＳを確保しようとしている通信システムとは異なっている。異なる通信システムが共存信号を送信する場合には、通信システム間のクロックの同期が一致していないことから、ＡＶ−ＱｏＳを確保すべき宅内系通信システムのビーコン１２０１と当該共存信号との位相は一致せず、時間の経過と共にずれていく。
【００１９】
よって、図２４に示すように、ある共存信号の直後の共存周期内では宅内系通信システム１のスロット内の最初にビーコン１２０１を送信していたとしても、何周期か後の共存周期内の宅内系通信システム１のスロット内ではビーコンが後方にずれてしまう。このため、ビーコン１２０１の時間指定によって送信を開始する宅内系通信システム１システム内の端末の送信時間は、他の共存システムの時間スロット内にずれ込んでしまい、双方のシステムが衝突して共存関係が維持できなくなる。つまり、ＡＶ−ＱｏＳも維持できなくなってしまう。
【００２０】
なお、アクセス系通信システムは、多数の家庭にサービスを行う性格上、共存制御のマスタとして自身のタイミングで宅内系通信システムを共存させるため、アクセスサービス内のＱｏＳは比較的容易にとることが可能である。また、宅内系通信システムでも、ベストエフォートのＣＳＭＡによるアクセス制御を行う場合には、自端末が具備する共存制御部の指示に従って容易に送信を制御することが可能である。
【００２１】
それ故に、本発明の目的は、複数の異なる通信システム、特に電力線通信のようにキャリアセンス機構のみによって通信信号の有無を判定することが困難な通信システムにおいて、ＡＶ−ＱｏＳを満たしつつ共存を可能とする通信装置及び共存方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、時分割によって同じ通信媒体上で共存する、限定された領域内で通信を行う１つ以上の宅内系通信システム、又は当該限定された領域を広域ネットワークに接続する１つのアクセス系通信システムに属する、基準信号に基づいてＱｏＳを確保するために送信帯域割り当てを行う通信装置及び方法に向けられている。
【００２３】
そして、上記目的を達成させるために、本発明の通信装置は、電力線上の商用電源の基準点を抽出する電力基準点抽出部と、基準点に同期した共存信号の送受信を行って、時分割による他の通信システムとの共存制御を行うＴＤＭ共存制御部と、基準点に同期して、基準信号を送信するタイミングを決定する送信タイミング決定部とを備えている。
【００２４】
好ましくは、電力基準点抽出部は、商用電源のゼロクロス点を基準点として定めるか、商用電源のゼロクロス点から６０度の整数倍だけ位相がシフトした地点を基準点として定める。また、典型的な基準信号は、ビーコンである。
【発明の効果】
【００２５】
上記本発明によれば、各端末が占有して使用できる送受信時間をビーコンを用いて一括して通知する帯域設定方法と、複数の異なる通信方法の通信システムを時分割により共存させる方法とを併用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。なお、下記の各実施形態では、通信媒体が電力線である場合を説明しているが、通信媒体は無線であってもよいし、電力線以外の有線であってもよい。
【００２７】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplexing）手法を用いて、３つの通信システムを共存させる例を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図である。この第１の実施形態では、３つの通信システムとして、宅内系通信システム１１０及び１３０と、アクセス系通信システム１２０とが定義されている。なお、図１に示した通信システムの構成は一例であり、宅内系通信システム１１０と宅内系通信システム１３０とが同一の家屋内に存在していてもよいし、宅内系通信システムが３つ以上存在していてもよい。
【００２８】
宅内系通信システム１１０は、宅内に配線された電力線１１３を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム１２０との共存を制御する宅内系親局１１１と、宅内系親局１１１以外の宅内系子局１１２とによって構成される。宅内系親局１１１は、アクセス系通信システム１２０に属する局が送信する共存信号を受信し、宅内系子局１１２へ伝える機能を有する通信装置である。宅内系親局１１１は、一般的には宅内に唯一存在しており、固定的に指定されてもよいし、運用中に動的に決定又は変更されてもよい。宅内系子局１１２は、宅内系親局１１１の制御下で動作する通信装置であり、１つの宅内系通信システム１１０内において１台以上存在する。
【００２９】
宅内系通信システム１３０は、宅内に配線された電力線１３３を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム１２０との共存を制御する宅内系親局１３１と、宅内系親局１３１以外の宅内系子局１３２とによって構成される。この宅内系親局１３１及び宅内系子局１３２は、それぞれ宅内系通信システム１１０の宅内系親局１１１及び宅内系子局１１２と同じ装置構成、機能、及び役割を有する。
【００３０】
アクセス系通信システム１２０は、宅内の電力線１１３、宅内から電柱１２３上に配された柱上トランス１２６までの低圧配電線１２４、さらには柱上トランス１２６から変電所（図示せず）への中圧配電線１２５を利用する電力線通信システムである。このアクセス系通信システム１２０に属する通信装置のうち、宅内系通信システム１１０と干渉を起こす範囲に位置するものには、アクセス系親局１２１と、宅内に設置されたアクセス系宅内機（以下、アクセス系子局と記す）１２２とが存在する。アクセス系親局１２１は、図１のように柱上トランス１２６とは別の通信装置として設置されてもよいし、柱上トランス１２６に内蔵されてもよい。さらには、電力線が地底配線されている場合等も考慮すると、アクセス系親局１２１は、柱上トランス１２６以外のしかるべき機器に内蔵されていてもよい。
【００３１】
なお、アクセス系子局１２２を宅外の低圧配電線１２４上に配し、アクセス系子局１２２内に宅内系通信システム１１０の通信機能を持たせる等の手法を取ることもできる。また、図１では省略しているが、宅内系通信システム１１０とアクセス系通信システム１２０とは、宅内系親局１１１とアクセス系子局１２２とをイーサネット（登録商標）や無線ＬＡＮ等を介して接続する、又は宅内系親局１１１とアクセス系子局１２２とを単一の装置とする等によって、相互通信が可能となる。
【００３２】
この第１の実施形態では、各通信システム１１０〜１３０に属する各局が、例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域を使用できる機能を備えているものとする。この周波数帯域は、各通信システム１１０〜１３０が互いの通信を妨害することなく共存するための共存信号の送受信、及び各通信システム内部におけるデータ通信のために用いられる。アクセス系通信システム１２０は、この周波数帯域を使用した一部又は全部の時間を優先的に利用することができる。宅内系通信システム１１０及び１３０は、後述する共存信号によってアクセス系通信システム１２０が利用している時間を検出し、アクセス系通信システム１２０が利用していない時間を、後述する共存信号を用いて時分割することで共用する。アクセス系通信システム１２０が存在しない場合は、宅内系通信システム１１０及び１３０が時間を２分割して使用することができる。
【００３３】
次に、図２Ａ〜図２Ｃ及び図３をさらに参照して、図１における宅内系通信システム１１０が周期的な基準信号を出力する機能を用いて自身のＱｏＳを確保する通信システムであり、アクセス系通信システム１２０及び隣家の宅内系通信システム１３０はＱｏＳをサポートしないシステムである場合の、各局の詳細な構成及び共存信号の送受信動作を説明する。なお、以下の実施形態では、宅内系通信システム１１０が出力する周期的な基準信号がビーコンである場合を例に説明する。
【００３４】
図２Ａは、宅内系通信システム１１０の宅内系親局１１１の詳細な構成例を示す図である。この宅内系親局１１１は、ビーコン送信タイミング決定部２０２と、電力基準点抽出部２０３と、共存信号送受信部２０４と、ＴＤＭ共存制御部２０５と、モデム信号送受信部２０６とを備える。なお、本実施形態では、共存信号を制御する親局がＱｏＳビーコンを送信する機能をも有している場合を説明するが、このビーコン機能は共存信号を制御する親局とは異なる装置が有していても構わない。
【００３５】
図２Ｂは、宅内系通信システム１１０の宅内系子局１１２の詳細な構成例を示す図である。この宅内系子局１１２は、ビーコン送信タイミング決定部２０２と、モデム信号送受信部２０６とを備える。
【００３６】
図２Ｃは、アクセス系通信システム１２０のアクセス系子局１２２、及び宅内系通信システム１３０の宅内系親局１３１及び宅内系子局１３２の詳細な構成例を示す図である。これらの各局は、電力基準点抽出部２０３と、共存信号送受信部２０４と、ＴＤＭ共存制御部２０５と、モデム信号送受信部２０６とを備える。
【００３７】
図３は、電力基準点抽出部２０３及び共存信号送受信部２０４の動作を説明するタイミング図である。この図３の例では、欧州で主に使用されている三相交流電源について記載しているが、本発明は、日本、米国、及びアジアを含む二相三線式や、その他すべての国の電力線に対して効果を発揮するものである。
【００３８】
図３に示す３つの交流電源３０１〜３０３は、各々６０度ずつ位相がシフトしている。こうした多相の電力系統は、宅内で各相に分けて配線されているため、電気機器はいずれか１つの位相の電力しか検出することができない。よって、位相の異なる配線に接続された電気機器間では、ゼロクロス点を基準点に選んでも位相のずれが生じてしまう。そこで、各電気機器は、自身が検出したゼロクロス点を基準点にして、それから６０度毎に基準点を選べば、全ての電気機器と基準点を一致させることができる。
【００３９】
この様子を図４に示す。図４の（ａ）は、図２に示した電力基準点抽出部２０３の内部信号であり、１つの交流信号のゼロクロス点毎にパルスを発生している。図４の（ｂ）は、電力基準点抽出部２０３の出力信号であり、（ａ）に示した内部信号を基準に６０度毎にパルスを発生している。
【００４０】
共存信号送受信部２０４は、共存する通信システムに共通の時間スロットを、基準点を基準に予め定義しておき、自通信システムの存在と共存する他の通信システムの存在とを通知し合うことを行う。ここでは、アクセス系を含めた３つの通信システムが、ＴＤＭ方式による共存信号を用いて共存する例を説明する。なお、共存信号は、ＦＤＭ方式やＦＤＭとＴＤＭとのハイブリッド方式であってもよい。
【００４１】
共存信号３０５は、同期点を基準に配置され、同期点からの時間によって複数のスロットが設定されている。各通信システムは、電力線を使用する場合は該当するスロットに特定の信号を送信する。特定の信号とは、例えば既知の関数で表されるＯＦＤＭ信号が考えられる。この関数を知る通信システムは、特定の信号を検出することができ、スロットの使用を知ることができる。共存関係にある各通信システムは、基準点毎に共存信号３０５の検出を試みる。共存信号３０５を検出できない場合、通信システムは、共存する他の通信システムが存在しないと判断し、予め決められた共存周期毎の基準点のタイミングで共存信号を送信する。一方、共存信号３０５を検出した場合、通信システムは、共存周期、及びＴＤＭ周期と使用する順番（ＴＤＭスロット）を決定する。この検出された共存信号３０５の情報は、ＴＤＭ共存制御部２０５に通知される。
【００４２】
共存信号３０５において１つの通信システムの存在しか検出されない場合は、その通信システムがＴＤＭ周期の全ての時間（ＴＤＭスロット）を占有できる（図４の（ｃ））。共存信号３０５に２つの通信システムの存在が検出された場合は、例えばその２つの通信システムでＴＤＭ周期の時間を２分割できる（図４の（ｄ））。共存信号３０５に３つの通信システムの存在が検出された場合は、例えばその３つの通信システムでＴＤＭ周期の時間を３分割できる（図４の（ｅ））。なお、アクセス系通信システムは全時間の１／２を使用して残りの時間を宅内系通信システムで等分する、等といった設定が予め決められているのであれば、もちろんその設定に準じた分割／割り当てが行われることになる。
【００４３】
ＴＤＭ共存制御部２０５が、自通信システムが使用するＴＤＭスロットを決定すると、モデム信号送受信部２０６は、そのＴＤＭスロットにだけモデム信号を送信し、このＴＤＭスロットだけを受信する。
【００４４】
これにより、宅内系親局１１１のビーコン送信タイミング決定部２０２は、共存する他通信システムとの同期情報及び共存すべき通信システム数を、より具体的には自通信システムの送信タイミングを、電力基準点抽出部２０３及びＴＤＭ共存制御部２０５から事前に知ることが可能となる。
【００４５】
さらに特筆すべきことは、ＴＤＭ周期のタイミングは電力系統に同期しているため、電力基準点抽出部２０３からの情報に基づいて、ビーコン送信タイミングを電力系統に同期させれば、図５に示すような送信時間アロケーションを事前に決定し、ビーコンの中に容易に設定することができる。図５において、自通信システムの送信時間を、同期の取れたクロックに対して予め設定できるため、時分割された複数のＴＤＭスロットに渡って自通信システムの子局が送受信するタイミングをビーコン５０１の中で通知することが可能となる。よって、子局は、自分の親局が指定する時間に送受信を行うだけで、自通信システムに設定されたＴＤＭスロット５０２の中で送受信を行うことができる。
【００４６】
ここで、宅内系親局１１１の定常状態における共存処理の動作フローを図６Ａに、共存用ＴＤＭスロットの計数及びビーコンの送信処理を図６Ｂに示す。ここでの定常状態とは、局の起動時や異常動作時等を除いた通常動作状態のことであり、図６Ａでは、その定常状態におけるデータ通信や機器制御等の共存処理関連を省略したものを示している。
【００４７】
図６Ａでは、宅内系親局１１１は、ゼロクロス点を検出すると（ステップＳ６０１）、共存信号の送信タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ６０２）。共存信号の送信タイミングでなければ、宅内系親局１１１は、ゼロクロス点の検出を継続して行う。共存信号の送信タイミングであると判断すれば、宅内系親局１１１は、共存信号を送信する（ステップＳ６０３）。
【００４８】
図６Ｂでは、宅内系親局１１１は、ゼロクロス点を検出すると（ステップＳ６０４）、ゼロクロス点を更新した後（ステップＳ６０５）で、ゼロクロス点を基準としてＴＤＭスロットの時間を計数する（ステップＳ６０６）。一方、ゼロクロス点を検出しない場合には、宅内系親局１１１は、ゼロクロス点を更新せずに、以前に検出されたゼロクロス点を基準にしたＴＤＭスロットの時間計数を継続して行う（ステップＳ６０６）。以上の動作は、ビーコン送信時間まで繰り返され（ステップＳ６０７）、ビーコン送信時間になると、宅内系親局１１１は、その時間におけるＴＤＭスロットが自通信システムが使用してもよいＴＤＭスロットであるか否かを判断する（ステップＳ６０８）。そして、宅内系親局１１１は、自通信システムのＴＤＭスロットであると判断すればビーコンを送信し（ステップＳ６０９）、自通信システムのＴＤＭスロットでないと判断すればビーコン送信は保留されて、上記ステップＳ６０４〜Ｓ６０６が繰り返し行われる。
【００４９】
さらに、アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２の、定常状態における共存処理関連の動作フローを図７に示す。アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２は、ゼロクロス点を検出すると（ステップＳ７０１）、共存信号の送信タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ７０２）。共存信号の送信タイミングでなければ、アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２は、ゼロクロス点の検出を継続して行う。共存信号の送信タイミングであると判断すれば、アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２は、共存信号を送信する（ステップＳ７０３）。
【００５０】
次に、共存信号を拡張した具体例を説明する。
図８は、アクセス系通信システム１２０と複数の宅内系通信システム１１０及び１３０とが時分割多重で共存する場合における、共存信号、ＴＤＭスロット、ビーコン、及びデータスロットのタイミングを示す図である。図８では、ＴＤＭ周期内に５つのＴＤＭスロット（Ｄ−Ｓｌｏｔ、Ｓ−Ｓｌｏｔ１〜４）を設定している。Ｓ−Ｓｌｏｔ３及び４は、アクセス系通信システム１２０が占有するスロットである。Ｓ−Ｓｌｏｔ１及び２は、アクセス系通信システム１２０及び宅内系通信システム１１０及び１３０のいずれもが宣言することで継続使用可能なスロットである。Ｄ−Ｓｌｏｔは、共存信号でＤ−Ｓｌｏｔを使用することを宣言した最大３つの通信システムが、交互に使用できるスロットである。このＤ−Ｓｌｏｔは、不規則でバースト的に発生するデータを、ダイナミックに効率よく取り扱うために導入されたＴＤＭスロットである。なお、Ｄ−Ｓｌｏｔの使用を宣言する通信システムが１つである期間中は、Ｄ−ＳｌｏｔはＳ−Ｓｌｏｔと同義となる。
【００５１】
図９は、アクセス系通信システム１２０と複数の宅内系通信システム１１０及び１３０とが周波数分割多重で共存する場合における、共存信号、ＴＤＭスロット、ビーコン、及びデータスロットのタイミングを示す図である。図９では、上述したＴＤＭによる共存制御と共に、アクセス系通信システム１２０はチャネル＃Ｘを優先的に使用し、宅内系通信システム１１０及び１３０はチャネル＃Ｙを使用することが定められている。この場合、アクセス系通信システム１２０が存在しなければ、チャネル＃Ｘを宅内系通信システム１１０及び１３０が使用することも可能である（図１０を参照）。
【００５２】
また、図１１は、上記共存方法に対応できるよう拡張した共存信号のフォーマット例を示す図である。図１１に示す共存信号は、時分割で定義されたスロットＡ、Ｈ１〜Ｈ４、ＪＬ、ＪＨ、Ｂａ〜Ｂｃ、及びＸと、周波数分割で定義されたチャネル＃Ｘ及び＃Ｙとで構成される。スロットＨ１〜Ｈ４は、それぞれＳ−Ｓｌｏｔ１〜４に対応している。スロットＪＬ及びＪＨは、新規にＳ−Ｓｌｏｔを使用したい通信システムが、すでに使用している通信システムに対してＪｏｉｎ要求を行う場合に用いられる。例えば、通信システムＡがＳ−Ｓｌｏｔ１〜４の全てを使用している場合には、共存信号のスロットＨ１〜Ｈ４はすでに使用されている。よって、以後共存したい他の通信システムＢは、スロットＨ１〜Ｈ４ではなく、スロットＪＬ及びＪＨに信号を送信することによって、通信システムＡにスロットの開放を要求する。スロットＪＬとスロットＪＨとの違いは、優先度の違いである。通信システムＡは、要求スロットの優先度と自己の優先度との比較により、Ｓ−Ｓｌｏｔのどれだけを開放するかを自ら判断することができる。また、スロットＢａ〜Ｂｃは、Ｄ−Ｓｌｏｔを制御するためのスロットである。Ｘスロットは、通信システム間の共存信号周期の再同期を要求するスロットである。これらスロットＢａ〜Ｂｃ及びＸの制御方法については、本発明の対象外であるのでここでは説明を省略する。
【００５３】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る通信装置を用いた通信システム及び共存方法によれば、各端末が占有して使用できる送受信時間をビーコンを用いて一括して通知する帯域設定方法と、複数の異なる通信方法の通信システムを時分割により共存させる方法とを併用することが可能となる。
【００５４】
（第２の実施形態）
複数の通信システムを時分割により共存させる方法は、各通信システムが他の通信システムが送信する共存信号に基づいて制御を行う。このため、直接には通信信号が届かない関係にある２つの通信システムも、介在する他の通信システムによって共存同期が取られている場合もあり得る。
【００５５】
ところが、宅内系通信システムに属する電気機器は、常に電源が入れられている機器だけではなく、使うときにだけ電源が入れられる機器も存在する。このため、上記のような介在する他の通信システムが電源オフになった場合、直接には通信信号が届かない関係にある２つの通信システムの同期関係が崩れる。よって、次に、介在する他の通信システムが電源オン時した時には、最初から共存同期制御を行わなければならないという問題がある。すなわち、特定の通信システムの電源がオフ／オンされることで、システム全体の同期が乱れてしまうといった事態が発生し得る。
【００５６】
例えば、図１２に示すように、通信システム１２１０及び１２３０が、通信システム１２２０を介在して同期していた状態を考える。この状態で通信システム１２２０の電源がオフされた場合、通信システム１２１０及び１２３０は、相手が送信する共存信号を相互に受信できなくなる。よって、通信システム１２１０及び１２３０は、各々独自の送信タイミングで共存信号を送信することになる。この結果、２つの通信システム１２１０及び１２３０の親局が有するクロックの精度差に応じて、互いの共存信号の送信タイミングがずれてしまう（図１３）。このため、この状態から通信システム１２２０の電源を再びオンにしても、一方の通信システムの共存信号に同期すれば他方の通信システムと干渉を起こすことになる（図１４）。
【００５７】
そこで、第２の実施形態では、上記問題を解決する手法を説明する。
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図である。この第２の実施形態の通信システムは、上記第１の実施形態の通信システムに隣家の宅内系通信システム１４０をさらに加えた構成である。もちろん、図１５に示した通信システムの構成は一例であり、宅内系通信システム１１０と宅内系通信システム１３０とが同一の家屋内に存在していてもよいし、宅内系通信システムが４つ以上存在していてもよい。なお、上記第１の実施形態と同一の構成については、説明を省略する。
【００５８】
宅内系通信システム１４０は、宅内に配線された電力線１３３を利用した電力線通信システムであり、アクセス系通信システム１２０との共存を制御する宅内系親局１４１と、宅内系親局１４１以外の宅内系子局１４２とによって構成される。この宅内系親局１４１及び宅内系子局１４２は、それぞれ宅内系通信システム１１０の宅内系親局１１１及び宅内系子局１１２と同じ装置構成、機能、及び役割を有する。
【００５９】
この実施形態では、宅内系通信システム１１０、１３０、及び１４０の３つの通信システムが、上記第１の実施形態で説明した手順に従って共存制御関係をすでに構築している場合を説明する。また、宅内系通信システム１４０は、宅内系通信システム１１０とは、電力線上での距離が離れている等の理由により、相互に通信信号が届かない関係にあるものとする。これは、宅内系通信システム１３０が存在しなければ、宅内系通信システム１１０と宅内系通信システム１４０とは共存すべき関係にないことを意味する。
【００６０】
アクセス系通信システム１２０が送信する共存信号を基準として、まず宅内系通信システム１１０がこの共存信号に同期し、自己の情報を含めた共存信号を送信する。次に、宅内系通信システム１３０がこの共存信号に同期し、自己の情報をさらに加えた共存信号を送信する。最後に、宅内系通信システム１４０が、この共存信号に同期して、さらに自己の情報を加えた共存信号を送信する。これにより、この宅内系通信システム１１０、１３０、及び１４０は、共存制御関係を構築する。この様子を図１６に示す。
【００６１】
この状態で宅内系通信システム１３０の電源がオフされた場合、宅内系システム１１０及び１４０は、相手が送信する共存信号を相互に受信できなくなる（図１７）。よって、宅内系システム１１０及び１４０は、各々独自の送信タイミングで共存信号を送信することになる。
【００６２】
しかし、本発明では、宅内系システム１１０及び１４０は、共通の商用電源に同期した一定の間隔で共存信号を送信し続けるため、その送信タイミングは保たれたままである。よって、その後再び宅内系通信システム１３０の電源がオンされても、宅内系通信システム１１０の共存信号と宅内系通信システム１４０の共存信号との同期が保たれているため、宅内系通信システム１３０は、この同期のとれたタイミングで共存信号を送信することが可能となる。
【００６３】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る通信装置を用いた通信システム及び共存方法によれば、共存信号の送信タイミングを商用電源に同期させているので、共存する通信システムが安定して動作し続けることが可能となる。よって、共存する通信システムが起動停止するたびにＱｏＳ品質が損なわれるという従来の欠点を、大幅に改善することができる。
【００６４】
なお、上記した各実施形態は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記録媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記録媒体上から直接実行されてもよい。なお、記録媒体は、ＲＯＭやＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記録媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。
【００６５】
また、各実施形態で説明したビーコン送信タイミング決定部、電力基準点抽出部、共存信号送受信部、ＴＤＭ共存制御部、モデム信号送受信部等の各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩ（集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、又はウルトラＬＳＩ等と称される）として実現される。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。また、１つの通信システム内における通信に関与する部分と共存信号の送受信に関与する部分とが、それぞれ個別のＬＳＩとしてチップ化されてもよい。
また、集積回路化の手法は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別の技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。
【００６６】
本発明を含む宅内系通信装置は、イーサネット（登録商標）インタフェース、ＩＥＥＥ１３９４インタフェース、及びＵＳＢインタフェース等の信号インタフェースを、電力線通信のインタフェースに変換するアダプタの形態を採用することによって、各種のインタフェースを有するパソコン、ＤＶＤレコーダ、デジタルテレビ、及びホームサーバシステム等のマルチメディア機器に接続することができる。これによって、電力線を媒体としたマルチメディアデータ等のデジタルデータを高速伝送するネットワークシステムを構築することが可能となる。この結果、従来の有線ＬＡＮのようにネットワークケーブルを新たに敷設することなく、家庭やオフィス等にすでに設置されている電力線をそのままネットワーク回線として利用できるので、コスト面及び設置の容易性からその利便性は大きい。
【００６７】
また、将来的には、上述したマルチメディア機器が本発明を含む機能を内蔵することにより、マルチメディア機器の電源コードを介して機器間のデータ伝送が可能になる。この場合、アダプタやイーサネット（登録商標）ケーブル、ＩＥＥＥ１３９４ケーブル、及びＵＳＢケーブル等が不要になり、配線が簡略化される。また、ルータを介したインターネットへの接続や、無線ＬＡＮや従来の有線ケーブルのＬＡＮにハブ等を用いて接続することができるので、本発明の高速電力線伝送システムを用いたＬＡＮシステムの拡張に何らの問題も生じない。また、電力線伝送により電力線を介して流される通信データは、電力線に直接接続して傍受する以外に無線ＬＡＮで問題となる傍受によるデータ漏洩の問題が生じないので、電力線伝送方式は、セキュア面からのデータ保護にも効果を有する。もちろん、電力線上を流れるデータは、例えばＩＰプロトコルにおけるＩＰＳｅｃ、コンテンツ自身の暗号化、その他のＤＲＭ方式等で保護されている。
【００６８】
従来の電力線通信に比べ、上記のコンテンツ暗号化による著作権保護機能や、本発明の効果である効率的な通信メディアの利用、さらにはＱｏＳ（Quality of Service）機能を実装することによって、電力線を用いた高品質なＡＶコンテンツの伝送が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、複数の相互接続不可能な通信システムが同一通信媒体上で各々他の通信システムに妨害されることなく通信を行う場合等に利用可能であり、特に電力線や無線を通信媒体として用いるモデム及びこれらの通信機能を有する各種の電気機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図
【図２Ａ】宅内系通信システム１１０の宅内系親局１１１の詳細な構成例を示す図
【図２Ｂ】宅内系通信システム１１０の宅内系子局１１２の詳細な構成例を示す図
【図２Ｃ】アクセス系通信システム１２０のアクセス系子局１２２、及び宅内系通信システム１３０の宅内系親局１３１及び宅内系子局１３２の詳細な構成例を示す図
【図３】電力基準点抽出部２０３及び共存信号送受信部２０４の動作を説明するタイミング図
【図４】ゼロクロス点を基準点にした各種信号のタイミングを示す図
【図５】第１の実施形態の通信システムが行う共存処理を説明するタイミング図
【図６Ａ】宅内系親局１１１の定常状態における共存処理の動作を説明するフローチャート
【図６Ｂ】宅内系親局１１１の定常状態における共存用ＴＤＭスロットの計数及びビーコンの送信処理の動作を説明するフローチャート
【図７】アクセス系子局１２２、宅内系親局１３１、及び宅内系子局１３２の定常状態における共存処理の動作を説明するフローチャート
【図８】第１の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図
【図９】第１の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図
【図１０】第１の実施形態の通信システムが行う他の共存処理を説明するタイミング図
【図１１】共存信号のフォーマット例を示す図
【図１２】本発明の第２の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図
【図１３】本発明の第２の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図
【図１４】本発明の第２の実施形態に対応した従来の問題点を説明する図
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る通信装置を用いた通信システムの概略構成を示す図
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る通信装が行う共存処理の一例を示す図
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る通信装が行う共存処理の一例を示す図
【図１８】宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例
【図１９】宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例
【図２０】宅内からインターネットにアクセスする際の一般的な通信システムの従来構成例
【図２１】イーサネット（登録商標）とのブリッジとして実装された、一般的な電力線通信モデムの内部構成を示す図
【図２２】ＡＶ−ＱｏＳを保って通信する従来の電力線通信方法のタイミングを示す図
【図２３】複数の電力線モデムを共存させる従来の通信システム構成例を示す図
【図２４】図２３に示す従来の通信システムが行う共存処理を説明するタイミング図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007040203.tif 000030
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2007040203.tif 000032
【図２Ｃ】
2007040203.tif 000033
【図３】
2007040203.tif 000034
【図４】
2007040203.tif 000035
【図５】
2007040203.tif 000036
【図６Ａ】
2007040203.tif 000037
【図６Ｂ】
2007040203.tif 000038
【図７】
2007040203.tif 000039
【図８】
2007040203.tif 000040
【図９】
2007040203.tif 000041
【図１０】
2007040203.tif 000042
【図１１】
2007040203.tif 000043
【図１２】
2007040203.tif 000044
【図１３】
2007040203.tif 000045
【図１４】
2007040203.tif 000046
【図１５】
2007040203.tif 000047
【図１６】
2007040203.tif 000048
【図１７】
2007040203.tif 000049
【図１８】
2007040203.tif 000050
【図１９】
2007040203.tif 000051
【図２０】
2007040203.tif 000052
【図２１】
2007040203.tif 000053
【図２２】
2007040203.tif 000054
【図２３】
2007040203.tif 000055
【図２４】
2007040203.tif 000056
【国際調査報告】
2007040203.tif 000057
2007040203.tif 000058
2007040203.tif 000059
2007040203.tif 000060