(57)【要約】電力線上で通信する方法が開示される。この方法には、電力線上に存在するＡＣ電力信号の電流成分を変調するステップが含まれる。モニタリングユニットと電気器具との間の通信用の通信プロトコルも、開示される。このプロトコルは２つの動作モードを有し、第１のモードは、電気器具からモニタリングユニットへ向かう、モニタリングユニットと電気器具との間のＡＣ電力信号の電流成分の変調を介して通信するためのオンラインの単一方向プロトコルであり、第２のモードは、少なくともモニタリングユニットから電気器具へ向かう通信用のオフラインのプロトコルである。この第２のモードは、電力信号がモニタリングユニットと電気器具との間に存在しない場合のみ動作することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線上で通信する方法であって、前記電力線上に存在するＡＣ電力信号の電流成分を変調するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記変調するステップは、前記ＡＣ電力信号の各正弦波の半周期に１ビット以下が送信されるようなステップであることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の方法において、データパッケージの送信の間に挿入されたＤＣの量をモニタリングするステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法において、前記挿入されたＤＣを補正するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記補正するステップは、前記データパッケージの送信の後に行われることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法において、前記変調するステップは、前記ＡＣ電力信号の正弦波の半周期の間に電力がシフトされるステップであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法において、前記変調するステップは、ＣＲＣエラー検出符号に従うことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法において、前記ＡＣ電力信号の電流成分を変調するステップは微分形式の変調であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法において、前記変調するステップは振幅変調によって実行されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法において、受信機が送信されたメッセージの開始位置を決定できるように、プリアンブルを送信する予備的なステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
モニタリングユニットと電気器具との間の通信用の通信プロトコルであって、
２つの動作モードを備え、
第１のモードは、前記電気器具から前記モニタリングユニットへ、前記モニタリングユニットと前記電気器具との間のＡＣ電力信号の電流成分の変調を介して通信するオンライン単一方向プロトコルであり、
第２のモードは、少なくとも前記モニタリングユニットから前記電気器具へ通信するオフラインプロトコルであり、前記電力信号が前記モニタリングユニットと前記電気器具との間に存在しないときのみ動作できることを特徴とするプロトコル。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプロトコルにおいて、前記第１のモード内の前記ＡＣ電力信号の電流成分の変調は、前記ＡＣ電力信号の各正弦波の半周期に１ビット以下が送信されるものであることを特徴とするプロトコル。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のプロトコルにおいて、前記第１の動作モードの間に挿入されたＤＣの量がモニタされることを特徴とするプロトコル。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、前記第１の動作モードの間に挿入されたＤＣが補正されることを特徴とするプロトコル。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプロトコルにおいて、前記補正するステップが前記第１の動作モードの間に行われることを特徴とするプロトコル。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、前記ＡＣ電力信号の電流成分の変調は、前記ＡＣ電力信号の正弦波の半周期の間に電力がシフトされることを特徴とするプロトコル。
【請求項１７】
請求項１１〜１６のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、前記ＡＣ電力信号の電流成分の変調は、ＣＲＣエラー検出符号に従うことを特徴とするプロトコル。
【請求項１８】
請求項１１〜１７のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、微分変調方式が、前記ＡＣ電力信号の電流成分を変調するために使用されることを特徴とするプロトコル。
【請求項１９】
請求項１１〜１８のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、前記ＡＣ電力信号の電流成分の変調が振幅変調によって実行されることを特徴とするプロトコル。
【請求項２０】
請求項１１〜１９のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、前記第１のモードの間に受信機が送信されたメッセージの開始位置を決定できるように、プリアンブルが送信されることを特徴とするプロトコル。
【請求項２１】
請求項１１〜２０のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、前記第２の動作モードが、前記モニタリングユニットと前記電気器具との間に電力信号が存在しないように、前記モニタリングユニットによって前記ＡＣ電力信号の接続が切り離されると開始することを特徴とするプロトコル。
【請求項２２】
請求項１１〜２１のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、前記第２のモードの間に、双方向通信が行われることを特徴とするプロトコル。
【請求項２３】
請求項１１〜２２のいずれか１つに記載のプロトコルにおいて、多重化方式が、複数の電気器具との通信に適応するように、第１及び第２の動作モードの間に使用されることを特徴とするプロトコル。
【請求項２４】
電力環境用の通信システムであって、それぞれが請求項１１〜２３のいずれか１つのプロトコルに従って動作できるモニタリングユニット及び電気器具を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の通信システムにおいて、前記モニタリングユニットがグリッドインターフェースユニットであることを特徴とする通信システム。
【請求項２６】
請求項２４又は２５に記載の通信システムにおいて、前記電気器具が電源であることを特徴とする通信システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載の通信システムにおいて、前記電源がグリッド対話型インバータであることを特徴とする通信システム。
【請求項２８】
請求項２６又は２７に記載の通信システムにおいて、電力信号が形成されると同時に変調が行われることを特徴とする通信システム。
【請求項２９】
請求項２４又は２５に記載の通信システムにおいて、前記電気器具が負荷であることを特徴とする通信システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載の通信システムにおいて、変調が負荷が引き込んだ電流を制御する力率制御回路によって行われることを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は電力線通信に関し、電源及び負荷の両方に適用できる。
【０００２】
（背景技術）
電力線が互いに通信を希望する２つの装置間に存在する状態では、存在する電力線を送電及び通信の両方に使用して、これにより、別個の通信ケーブル布線を設置する必要性を無くすることができることが認識されている。従来は、これは、高速電力線モデムによって実現された。この高速電力線モデムは、電力線に接続し、搬送信号を電力信号に追加して電力線に挿入し、搬送信号を送信すべき情報で変調することができる。しかしながら、そのようなモデムの回路は、電力線上に存在する大きな電力レベルに耐えることができる必要があり、そのようなモデムの価格は、通常、専用の通信ケーブル布線を利用できる場所で使用可能な標準のモデムよりも著しく高価であるため、電力及び通信の両方に対して１つの線しか使用しないといういくつかの費用節減効果を相殺することになる。さらに、電力線に接続される装置は本質的に極めて単純なことが多く、比較的少量の情報だけを送信する必要があるので、その結果、必要な通信の割合は極めて低い。そのような場合では、高速で高価な電力線用モデムはほとんど利用されない。
【０００３】
この明細書の中に含まれている文書、動作、材料、装置、物品などについての全ての説明は、単に本発明に対する背景を提供することを目的としている。これらの事柄のいくつか又は全てが従来技術の基礎の一部を形成すること、又はそれが本願の各特許請求の範囲の優先日よりも前に存在したので、本発明に関連する分野の共通の一般的な知識であったということを、承認としてとらえてはならない。
【０００４】
この明細書全体を通して、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語又は「三人称単数の含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」若しくは「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形例は、規定された要素、複合体若しくはステップ、又は要素、完全体若しくはステップのグループを含むことを意味するが、その他の要素、完全体若しくはステップ、又は要素、完全体若しくはステップのグループを除外することは意味しないことを理解されよう。
【０００５】
（発明の要約）
第１の態様によれば、本発明は、電力線上に存在するＡＣ電力信号の電流成分を変調するステップを含む、電力線上で通信する方法を提供する。
【０００６】
一般に、ＡＣ電力信号の電流成分の変調では、ＡＣ電力信号の各正弦波の半周期に対して１ビット以下が送信される。この種の実施形態は、正弦波の各半周期の単純な振幅変調の実行を可能にし、それにより復調器が正弦波の各半周期のピーク振幅を簡単に検出して、ＡＣ電力信号の電流成分の振幅の変動を決定することができるため好都合である。
【０００７】
ＡＣ電力信号の電流成分の変調は、変調周波数がフィルタ、インダクタ又はトランスなどの電力線上の回路の周波数応答によって制限されることが多いが、数百Ｈｚのビット周波数まで行うことができることが認識される。
【０００８】
使用される変調方式及び送られるデータパッケージに応じて、電力線へのＤＣ注入を行うことができる。本発明の方法は、データパッケージの送信の間に挿入されるＤＣの量をモニタリングするステップ、及び、このデータパッケージを送信した後で挿入されたＤＣを補正するステップをさらに含むことが好ましい。データパッケージは、バイト又は完全なデータ列のような１つのビット又はより大きな情報量を含むことができる。
【０００９】
さらに、電力信号の直接変調により、ＡＣ電力信号の正弦波の半周期の中又は間で、電力をシフトすることができる。変調方式は、シフトされた電力によって生ずる可能性がある何らかの電力消費を最小限にする又は取り除くように選択されることが理想的である。例えば、電力シフトを正弦波の全周期の間ではなくて、半周期の間に発生させることが好ましい。
【００１０】
さらに、データがＣＲＣエラー検出コードに基づいて送信され、これによりデータパッケージ内の多数のエラーを検出できることが好ましい。
【００１１】
ＡＣ電力信号の電流成分が時間的に変化する実施形態では、例えば、電源の電力出力が可変である又は負荷の電力消費が可変である状態では、ＡＣ電力信号の電流成分の変調は、電流振幅の絶対値の変動が微分的に変調された情報を検出することの難しさを妨げない又は過度に増加させないように、微分形式の変調であることが好ましい。例えば、光起電性の電源は、雲による遮光又は部分的な遮光により引き起こされた日射の変化などの短い期間の要因、それほど多くはないが、日時及び季節のようなより長い期間の要因に応じて電力が変化する。その結果、そのような用途に使用される変調方式は、そのような変化に対して反応しないものでなければならない。
【００１２】
本発明の第１の態様による方法により、電力潮流の方向と電力潮流の反対方向の両方とに通信を行うことができることに注意されたい。例えば、家庭内の環境では、電力は商用の電力供給網から家庭内の電気器具（負荷）に流れ、また電力は光起電性システムのような現場の電源から送電網に流れる。両方とも、負荷／電源と送電網との間に接続されたグリッドインターフェースユニット（ＧＩＵ）を使用する必要がある。そのような環境では、ＧＩＵと負荷及び電源の両方との間の通信が望まれる。容易に分かるように、光起電性システムのような電源は、ＡＣ電力信号の電流成分の振幅変調によりＡＣ電力を発生するように動作できることだけが必要である。そのような変調により、ＧＩＵは電源によって送信された情報を決定することができる。
【００１３】
電力潮流に逆らった方向、例えば、力率制御（ＰＦＣ）回路を有する屋内電気器具（負荷）からＧＩＵへの通信を望む場合、電力信号の変調は負荷が引き込む電流を制御するＰＦＣによって行われ、これにより、使用される変調方式に基づいて送信される情報を表す。このため、電力線上のある場所に配置された（ＧＩＵなどの）回路は、負荷が引き込んだＡＣ電流の流れをモニタし、これにより送信された情報を復調することができる。
【００１４】
例えば、時分割多重化又は他の形態の多重化を使用することによって、グリッドインターフェースユニットと１つの電力線上の複数の電気器具との間の通信にこの方法を使用することができる。
【００１５】
電流信号を変調するステップは、当業者が理解するように、振幅変調又は他の種類の変調によって実現することができる。
【００１６】
本発明の第１の態様の方法は、プリアンブルを送信する予備のステップを含み、受信機が送信されたメッセージの開始部を決定できることが好ましい。
【００１７】
第２の態様によれば、本発明はモニタリングユニットと電気器具との間の通信用の通信プロトコルを提供する。このプロトコルは２つの動作モードを有する、すなわち、第１のモードは、電気器具からモニタリングユニットへ向かう、モニタリングユニットと電気器具との間のＡＣ電力信号の電流成分の変調を介して通信するためのオンラインの単一方向プロトコルであり、第２のモードは、少なくともモニタリングユニットから電気器具へ向かう通信用のオフラインのプロトコルである。この第２のモードは、電力信号がモニタリングユニットと電気器具との間に存在しない場合のみ動作することができる。
【００１８】
本発明の第２の態様は、１つ以上の電気器具をモニタしたいと思う場合に特に好適である。そのような実施形態では、大抵の情報が電気器具からモニタリングユニットに向かうステータス信号を含むため、大抵の通信は一般にオンラインモードで行われる。本発明の第２の態様のそのような実施形態により、電力による著しい妨害なしに、また別個の通信線又は電力線用のモデムを使用する必要なしに、モニタリングを行うことができる。
【００１９】
モニタリングユニットはグリッドインターフェースユニット又は専用のモニタリングユニットを含むことができ、一方各電気器具は電源（グリッド対話型インバータなど）又は負荷（屋内電気器具など）とすることができる。電気器具が電源の場合、電力信号の変調は、電力信号の形成と同時に行うことができる。例えば、電気器具が、ＡＣ電力出力を商用の電力供給網にグリッドインターフェースユニットを介して入力するために、ＤＣ電力の入力をＡＣ電力の出力（すなわち、電力信号）に変換するインバータである場合、このインバータは、ＡＣ電力の出力が（例えば、振幅変調によって）生成されている間に、それを選択的に変調するように動作して、これにより、通信信号をグリッドインターフェースユニットに送ることができる。
【００２０】
別の方法では、電気器具が、力率制御回路を有する屋内電気器具のような負荷である場合、電力信号の変調は、この負荷が引き込む電流を制御するＰＦＣによって行われ、これにより、使用される変調方式に従って送信される情報を示すことができる。このため、モニタリングユニットは電気器具が引き込む電流をモニタし、このように送信された情報を復調することができる。
【００２１】
第２の動作モードは、モニタリングユニットと電気器具との間に電力信号が存在しないように、モニタリングユニットが電力を切り離して開始することが好ましい。電気器具をモニタリングユニット内の通信回路に切り換えるために、モニタリングユニットのリレーを用いて、電力を切り離すことができる。通信回路は、電気器具からの通信を復号し、電気器具への通信を行うことができることが好ましい。好ましい実施形態では、第２の動作モードの間に、各電源は電力を発生させない、また各負荷は電力を消費しない。第２のモードの間に、例えば、二重又は半二重通信のような双方向通信を行うことができる。モニタリングユニットは、第２の動作モードの間に、各電気器具をポーリングすることができる。
【００２２】
２つ以上の電気器具がモニタリングユニットと通信するような発明の実施形態では、各電気器具の通信が別の電気器具の通信によって悪影響を受けないこと、及び、モニタリングユニットが各電気器具からの通信の間を区別できることを保証するために、多重化方式を実現することが好ましい。多重化方式は、時分割多重化（ＴＤＭＡ）又は他の適当な多重化方式を含むことができる。特に、多重化という用語を使用する場合には、ポーリング方式を使用することが含まれる。
【００２３】
（本発明の実施形態の詳細な説明）
図１は、グリッドインターフェースユニット１０が電力線１２上で複数の電気器具１１と通信するように動作できる、本発明の実施形態を説明する。グリッドインターフェースユニット１０と電気器具１１との間の通信は、本発明の第２の態様に基づいて行われる。第１の動作モードの間に、グリッドインターフェースユニット１０と電気器具１１との間を通過する電力信号の電流成分を変調することによって、オンライン通信が電気器具１１からグリッドインターフェースユニット１０に向かう１つの方向で行われる。このため、この第１の動作モードの間に、電気器具からグリッドインターフェースユニットに向かう単一の（１方向の）チャネルが提供される。
【００２４】
図から分かるように、特に電力系統の中にすでに存在する構成要素すなわちＧＩＵ１０によってモニタリングを行うことができるので、本発明は１つ以上の電気器具をモニタすることを望む場合に特に好都合である。大抵の情報は電気器具１１からＧＩＵ１０に向かうステータス信号を含むので、大部分の通信が一般にオンラインモードで行われ、このため、電力による著しい妨害なしに、また別個の通信線又は電力線用のモデムを使用する必要なしに、モニタリングを行うことができる。
【００２５】
図２に示すように、電気器具１１が発生した電力は、グリッドインターフェースユニット１０を介して送電網に送られる。グリッドインターフェースユニット１０は、電流測定手段１３を用いて正弦波の各半周期に対する全電流Ｉを測定するため、電気器具１１は、電流の流れの振幅を変調することによって、情報を電力線１２に沿ってグリッドインターフェースユニット１０に送ることができる。グリッドインターフェースユニット１０は、この出力電流の変動を測定及び復号する。通常動作に要求されるのと同様に、電気器具１１では付加的な電流はごく僅か又は全く必要とされない。
【００２６】
これらの電気器具１１が電源である場合、電力信号の変調は、電力信号が電源によって形成されると同時に行われる。本実施形態では、電気器具１１がＤＣ電力の入力をＡＣ電力の出力（すなわち、電力信号）に変換するインバータである場合、グリッドインターフェースユニット１０を介して商用の電力供給網にＡＣ電力出力を入力するために、このインバータはＡＣ電力の出力が（例えば、振幅変調によって）生成されている間に、それを選択的に変調するように動作し、通信信号をＧＩＵ１０に送ることができる。当業者には、例えば、インバータとして動作するスイッチモードの電力変換装置を用いて実行できることは理解されよう。
【００２７】
別の方法では、電気器具１１が、力率制御回路を有する屋内電気器具のような負荷である場合、電力信号の変調は、この負荷が引き込む電流を制御するＰＦＣによって行われ、これにより、使用される変調方式に従って送信される情報を示すことができる。このため、ＧＩＵ１０は電気器具１１が引き込む電流をモニタし、このように送信された情報を復調することができる。
【００２８】
さらに、データがＣＲＣエラー検出コードに基づいて送信され、これによりデータパッケージ内の多数のエラーを検出できることが好ましい。本実施形態では、２１のデータビットの後に１０のパリティビットが含まれる２１／３１ＢＣＨ巡回符号が使用される。そのような方式では、３１ビットの符号のビットローテーションが結果として他の有効な符号を生じることに注意されたい。このため、受信機が入力データと位相が一致していない状況にある場合には、３１ビットの符号の一部として間違って読み込まれた付加的なビットが実際に有効な符号を発生して、位相エラーが検出されないことがある。例えば、受信機に１ビットの位相の不一致がある場合、エラーを検出できない確率は５０％であり、これは大抵の用途では許容できないほど高い。従って、本発明のさらに好ましい特徴は、パケットシャフリング方式（ｐａｃｋｅｔ ｓｈｕｆｆｌｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）を提供することである。この方法により、送信の直前に、ＣＲＣ符号の一部をデータパケットの他の部分に移し替えて、符号の周期的な性質を除き、受信すると即座にデータパケットを逆の方法で移し替える。そのようなパケットシャフリング方式により、ＣＲＣ符号の周期的な性質が位相エラーの検出を失敗させる可能性が減少される。
【００２９】
例えば、１０個のパリティビットで終端する３１ビットのデータパケットでは、最後の８個のパリティビットを送信の直前にパケットの８番目から１５番目のビットと交換し、受信機が受信すると即座に交換して元に戻すことができる。受信機における位相エラーは、この場合、より検出しやすくなる。
【００３０】
本発明に基づいて使用される変調方式は、各種の方法で行うことができ、その範囲を図３（ａ）から図３（ｄ）に示す。各図面は、情報を表すために電力線上に存在するＡＣ電力信号の電流成分を変調する方法を示す。図３（ａ）から図３（ｄ）の説明は、電源が生成する信号に関連して行うが、以下の説明は負荷が引き込む電流の変調にも適用することができることを理解されたい。電源及び負荷の両方が本発明による変調方式を使用している場合は、電源は負荷とは逆の方法で電力信号を変調する必要があることに注意されたい。例えば、電源が正弦波の半周期の振幅を増加させる場合、負荷は振幅を減少させる必要があり、逆の場合も同様である。この構成は、負荷及び電源による変調がグリッドインターフェースにおいて同じ効果を発生させるため望ましい。
【００３１】
図３（ａ）は、本発明の中で使用することができる第１の変調方式を示す。この図では、電流波形２０は「正規の」すなわち電源が生成した変調されない電流波形であり、ほぼ同じ振幅の正の正弦波の半周期及び負の正弦波の半周期を有する。時間周期Ｔ１の間に情報ビットを送信したいと思う場合、電源は「１」を送信するために電流波形２１を又は「０」を送信するために電流波形２２を発生する。
【００３２】
「１」を送信する場合、正の正弦波の半周期の振幅は正常波形２０に対して増加され、続く負の正弦波の半周期の振幅は減少される。逆に、「０」を送信する場合、正の正弦波の半周期の振幅は正常波形２０に対して減少され、続く負の正弦波の半周期の振幅は増加される。
【００３３】
このため、「１」を送信するたびに正の有効ＤＣ注入が行われ、「０」を送信するたびに負の有効ＤＣ注入が行われる。従って、そのような変調方式を採用する場合、本発明の方法は、データパッケージの送信の間に挿入されたＤＣの量をモニタリングするステップ、及びデータパッケージを送信した後で、挿入されたＤＣを補正するステップを含む。さらに、全て「０」又は全て「１」の送信により、ＤＣ注入が所定の限度、例えば、オーストラリアのＡＳ３３００により規定された限度を超えないことを保証するために、データパッケージの長さを制限することが必要である。
【００３４】
期間Ｔ１のビットの送信の後で、第２のビットを期間Ｔ２で送信することができる。これにより、図３ａの変調方式により、電力線の周波数に等しいデータ速度が提供される（オーストラリアでは５０Ｈｚのため、５０ｂｐｓである）。
【００３５】
図３（ｂ）は、本発明の中で使用することができる第２の変調方式を示す。この図では、電流波形３０は「正規の」すなわち電源が生成した変調されない電流波形であり、各正及び負の正弦波の半周期でほぼ同じ振幅を有する。時間周期Ｔ３の間に情報ビットを送信したいと思う場合、電源は「１」を送信するために電流波形３１を又は「０」を送信するために電流波形３２を発生する。
【００３６】
「１」を送信する場合、電流波形３１は、両方とも振幅が増加された正及び負の正弦波の半周期を、続いて両方とも振幅が減少された正及び負の正弦波の半周期を含む。逆に、「０」を送信する場合、電流波形３２は、両方とも振幅が減少された正及び負の正弦波の半周期を、続いて両方とも振幅が増加された正及び負の正弦波の半周期を含む。このため、「１」又は「０」のいずれの送信も、いかなる有効ＤＣ注入も必要としない。しかしながら、平均電力レベルは連続する全正弦波の間で変化する。図３（ｂ）の変調方式により、電力線の周波数の半分のデータ速度が提供される（オーストラリアでは５０Ｈｚのため、２５ｂｐｓである）。
【００３７】
図３（ｃ）は、本発明の中で使用することができる第３の変調方式を示す。この図では、電流波形４０は「正規の」すなわち電源が生成した変調されない電流波形であり、各正及び負の正弦波の半周期でほぼ同じ振幅を有する。この変調方式では、ビット「Ａ」が、時間周期ＴＡ１及びＴＡ２、すなわち、連続する正の正弦波の半周期の間に送信される。ビット「Ａ」を送信したいと思う場合、電源は「１」を送信するために電流波形４１を又は「０」を送信するために電流波形４２を発生する。
【００３８】
「１」を送信する場合、電流波形４１は、振幅が増加された正の正弦波の半周期を、続いて振幅が減少された正の正弦波の半周期を含む。逆に、「０」を送信する場合、電流波形４２は、振幅が減少された正の正弦波の半周期を、続いて振幅が増加された正の正弦波の半周期を含む。このため、「１」又は「０」のいずれの送信も、いかなる有効ＤＣ注入も必要としない。繰り返すが、平均電力レベルは連続する正の正弦波の半周期の間で変化する。第２のビット「Ｂ」を、同様の方法で、時間周期ＴＢ１及びＴＢ２の間に送信することができる。図３（ｃ）の変調方式により、電力線の周波数に等しいデータ速度が提供される（オーストラリアでは５０Ｈｚのため、５０ｂｐｓである）。
【００３９】
図３（ｄ）は、本発明の中で使用することができる第４の変調方式を示す。この図では、電流波形５０は「正規の」すなわち電源が生成した変調されない電流波形であり、各正及び負の正弦波の半周期でほぼ同じ振幅を有する。第１の方式が選択される場合、４つの可能な電流波形の１つが、「０」、「１」、「２」又は「３」を表示するために、電力信号の正弦波の３半周期上で送信され、これにより、正弦波の３半周期ごとに２ビットを送信することができる。図３ｄでは、電流波形５１が「０」を示し、波形５２が「１」を表す。「２」又は「３」を表すために使用できる他の可能な電流波形は、簡潔にするために、期間Ｔ４では示していない。
【００４０】
３半周期の別の波形は正の正弦波の半周期又は負の正弦波の半周期で始まり、時間周期Ｔ５では、波形５３は「２」を示し波形５４は「３」を表し、「０」又は「１」を表すために使用できる他の可能な電流波形は、簡潔にするために、期間Ｔ５では示していないことは理解されよう。
【００４１】
各正弦波の半周期の振幅を増加又は減少させることによって各正弦波の半周期を変調する場合、３半周期にわたって送信することができる２３（すなわち、８）個の電流波形があることに注意されたい。このため、第１の方式において４つの波形のみを使用することにより、残りの４つの波形を第２の方式の「０」、「１」、「２」又は「３」として割り当てることができる。各方式に対して適当な波形を選択することにより、データの各２ビットを第１の方式又は第２の方式のいずれかによって送ることができる。このため、注入されたＤＣ又は平均電力の補正を送信の全体にわたって「迅速に」実行することができる。図３ｄでは、第２の方式の波形５５及び５６は、時間周期Ｔ６においてそれぞれ「０」又は「１」を示し、第２の方式の波形５７及び５８は、時間周期Ｔ７においてそれぞれ「２」又は「３」を示す。繰り返すが、周期Ｔ６で「２」又は「３」又は周期Ｔ７で「０」又は「１」を送信するために使用することができる波形は、図示していない。
【００４２】
図３ｄの変調方式により、電力線の周波数の４／３に等しいデータ速度が提供される（オーストラリアでは５０Ｈｚのため、６６．７ｂｐｓである）。
【００４３】
使用することができる別の変調方式には、（例えば）１００ボー又は５０ボーの単純なＡＭ変調が含まれる。この方式では、正弦波の半周期（１００ボー）又は正弦波の全周期（５０ボー）が変調されて、０又は１を表示する。
【００４４】
これまでに説明した変調方式の計算された性能の要点を、表１にまとめる。
【００４５】
【表１】
2004502397.tif 000003
表１において、行（１）は、各変調方式が３５ビットのデータパッケージを５０Ｈｚの送電網に送信するために必要な秒数を示す。これは、それぞれの変調方式が提供するデータ速度に直接従っていることが分かる。行（２）は、３１ビットシーケンスの場合の、各変調方式で発生することができる振幅が増加された連続する正弦波の半周期の最大可能な数を示す。このことは、振幅が増加された正弦波の半周期の長いシーケンスは、電源に対する電力要求の増加を示すため重要である。各方式について、これは、発生することができる振幅が減少された連続する正弦波の半周期の最大可能な数と同じである。
【００４６】
行（３）は、各変調方式を使用することによる、送信機における電力損失を示す。これは光起電性モジュールに特有の特性であり、各変調方式が最大の電力点から光起電性モジュールを低下させる程度を示す。符号化されないＡＭ変調方式は、明らかに最悪である。一方、行（４）は、所定の電力損失（行３）及びＲｘビットのエラー率に対して行うことができる送信機の変調のレベルを示す。行（５）は、Ａ（例えば、光起電性電源における日射の変動によって引き起こされる、平均のピーク電流の振幅）における変化が、受信機の信号を復号する能力に影響するかどうかに関係する。この点では、差動変調方式が優れている。行（６）は、ＤＣオフセットエラーに対する受信機の感度を示すが、いくつかの受信機はこの点で問題を補償又は補正することができるため、この要因はほとんど重要ではない。例えば、ＴＤＭＡを使用すると、送信期間の間のオフセットエラーの測定が可能になるため、存在する可能性があるいかなるＤＣオフセットに対しても補償を行うことができる。
【００４７】
行（７）は、受信機を入力信号と同相に保つ難しさに関係する。インターリーブされた５０ｂｐｓのような方式は、連続する正の正弦波の半周期の正確なシーケンスを必要とするため、この点において、平均的な性能を示すに過ぎない。最後に、行（８）は、各方式がＤＣを注入する程度を示す。
【００４８】
図３（ａ）〜図３（ｄ）に示した実施形態では、ＡＣ電力信号の電流成分の変調は、ＡＣ電力信号の各正弦波の半周期に１ビット以下が送信されるように行われることに注意されたい。この種の実施形態は、各正弦波の半周期の単純な振幅変調を実行することができ、このため復調器が各正弦波の半周期のピークの振幅を簡単に検出して、ＡＣ電力信号の電流成分の平均振幅と比較した振幅変動を決定できるため好ましい。
【００４９】
さらに、図３（ａ）に示すように、各正弦波の半周期が正規の振幅Ａに対して増加（△ｉ）又は減少（△ｄ）される量は、注意深く検討する必要がある。変調された電流波形を発生する光起電性駆動のインバータのような実施形態では、使用される変調レベルは、雑音のある環境に打ち勝つための十分に大きなレベルと受信機の感度を満足させるレベルとの間のトレードオフである。また、変調レベルは、光起電性電源を最大電力点の電圧に又はその近くに維持し、電流の振幅における変化に関連した電力損失を最小にするために、小さく維持する必要がある。本実施形態では、（△ｉ＋△ｄ）≒０．２Ａである。
【００５０】
図１に示すような、１つ以上の電気器具１１が通信信号をグリッドインターフェースユニット１０に送信する本発明の実施形態では、グリッドインターフェースユニット１０が異なる電気器具１１からの送信間を区別することができる変調方式を使用することが好ましい。例えば、ＴＤＭＡ（時分割多重化アクセス）は、一度に１つの電気器具しか送信することできない方式である。各電気器具１１は、パケット送信用の割り当てられた時間帯、送信間の周期、及び一般に情報がパケットの中で送信される方法を定義するパラメータを有する。さらに、時間帯のタイミングは、それらの送信が衝突しないように、全ての電気器具１１に対して同期しなければならない。衝突を避けるために、電気器具１１は、この情報の全てが送信されるまでパケットを送信しない。この情報は、通信のオフラインモードを用いて、電気器具１１に送信することができる。
【００５１】
別の方法では、ＣＤＭＡ（符号分割多重化アクセス）を実現することができる。この方法はデータを変調するために、異なる擬似ランダム番号のバイナリシーケンスを各電気器具１１に使用する。これにより、複数の電気器具１１からのパケットの同時転送が可能になる。しかしながら、データ速度は一層遅くなり、電気器具１１の数及び必要なシーケンス長が増加するにつれて減少する。
【００５２】
図４は、第２の動作モードを説明する。これは、グリッドインターフェースユニット１０と電気器具１１との間の双方向通信用のオフラインプロトコルである。この第２の動作モードは、電力線１２上に電力信号がない場合のみ動作できる。このことは、本実施形態では、リレー１４がグリッドインターフェースユニット１０内で電気器具１１を送電網から専用の通信回路１５に切り換える場合に行われる。通信回路は、電気器具からの通信を復号し、電気器具への通信を行うことができる。次に、電力線１２は、半二重通信用に使用される。本実施形態では、オフラインモードは、変調された電圧信号及び変調された電流信号の両方の送信を含むが、他の変調方式もこのオフラインモードで使用できることは理解されよう。
【００５３】
通信回路１５は、グリッドインターフェースユニット１０と電気器具１１との間で、ディジタルの通信信号を発生及び復号するために必要である。グリッドインターフェースユニット１０は、電気器具１１をポーリングするマスタとして動作する。
【００５４】
電気器具がインバータの場合、電力発生及びグリッド極性測定用に使用される場合と同じ回路を、通信信号を発生及び検出するために使用することができる。このため、検出、発生、又は保護するための付加的な回路は、ほとんど又は全く必要としない。
【００５５】
通信過程の間に、電力を発生しない電気器具１１の通信回路に、入ってくる通信信号から、何らかの付加的な回路を設けて、あるいはまた送電網からの電力を蓄えることによって、電力を供給することができる。第１の選択肢は、携帯形のグリッドインターフェースユニット１０を用いて、送電網に電気器具のプラグを差し込まずに、電気器具１１と通信することができる。
【００５６】
大きな無効成分を有する電気器具は、通信を開始する前に、その出力電圧が減衰するために必要な時間前から送電網から切り離す必要がある。無効成分が低い電気器具については、早い通信速度で送電網を切り離し変調するトライアックを使用することによって、通信方法を高速化することができる。これにより、転送全体（グリッドインターフェースユニットのポーリング及び電気器具の応答）を、恐らく装置の動作にほとんど影響を与えないごく僅かの電源周期内で行うことができる。
【００５７】
多数の変形例及び／又は修正例を、高範囲にわたって説明した本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、特定の実施形態の中で示した本発明に対して作ることができることは、当業者は理解されよう。従って、本実施形態は全ての点において例示的なものであって限定的なものではないと考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】グリッドインターフェースユニットが複数の電気器具と通信するように動作できる、本発明の実施形態を説明する図である。
【図２】オンラインモードの図１の回路の動作を説明する図であるる
【図３ａ】情報を表すために、電力線上に存在するＡＣ電力信号の電流成分を変調する方法を説明する図である。
【図３ｂ】情報を表すために、電力線上に存在するＡＣ電力信号の電流成分を変調する方法を説明する図である。
【図３ｃ】情報を表すために、電力線上に存在するＡＣ電力信号の電流成分を変調する方法を説明する図である。
【図３ｄ】情報を表すために、電力線上に存在するＡＣ電力信号の電流成分を変調する方法を説明する図である。
【図４】オフラインモードで、図１の回路の動作を説明する図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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