(57)【要約】【課題】  太陽光パネルを用いた発電システム等において、雑音に強い、同時刻のシステムの監視制御が可能なモデムを提供する。【解決手段】  親機モデムと子機モデムに外部クロック二次ＰＬＬ回路手段を設け、これらの二次ＰＬＬ回路手段を親機モデムに接続された外部クロックに同期させることで、また、親機モデム側の位相調整手段で雑音の少ない時間帯を選定し、親機モデムからの起動信号をもとに、雑音の少ない時間帯で複数の子機モデムに接続された設備機器となる太陽光パネル等を同時刻で監視制御可能とした親機モデムと子機モデムモデムからなるモデムである。【選択図】  図１９
2012074782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵ制御部とＭＦＲＭ信号を発生するＭＦＲＭ信号発生手段を備えた親機ＯＦＤＭモデムと、ＣＰＵ制御部と前記ＭＦＲＭ信号を受信する受信部を備えた子機ＯＦＤＭモデムとを回線で接続可能とした前記親機及び前記子機ＯＦＤＭモデムから構成されるモデムであって、
前記モデムは、前記ＭＦＲＭ信号の位相差を調整する遅延手段を備え、
前記親機ＯＦＤＭモデムの前記ＭＦＲＭ信号発生手段は、前記親機ＯＦＤＭモデムのチャネル個々の同期信号の時間位相をランダム化する時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムの前記受信部は、前記親機ＯＦＤＭモデムの時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段によりランダム化された前記チャネル個々の前記同期信号の時間位相を基の時間位相に戻す時間逆分散手段を備え、
スイッチング雑音環境下で、前記親機及び前記子機ＯＦＤＭモデム間で同時刻の監視制御が可能なことを特徴とするモデム。
【請求項２】
前記モデムは、受信した受信信号からスイッチング雑音を除去するスイッチング雑音除去手段と、前記受信信号の受信レベルを時間分散抽出する時間分散抽出手段とを備えた、ゲイン調整手段を有していることを特徴とする請求項１に記載のモデム。
【請求項３】
前記モデムは、トレーニング信号を発生させるトレーニング信号発生手段と、前記トレーニング信号を受信するトレーニング信号受信手段を備え、
前記親機ＯＦＤＭモデムの前記トレーニング信号発生手段は、チャネル個々の前記トレーニング信号の時間位相をランダム化する時間分散トレーニング信号発生ＲＯＭ手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムの前記受信部は、前記親機ＯＦＤＭモデムの前記トレーニング信号発生手段でランダム化されたチャネル個々のトレーニング信号の時間位相を基に戻す時間逆分散相関フィルタ手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモデム。
【請求項４】
ＣＰＵ制御部とＭＦＲＭ信号を発生するＭＦＲＭ信号発生手段を備えた親機ＯＦＤＭモデムと、ＣＰＵ制御部と前記ＭＦＲＭ信号を受信する受信部を備えた子機ＯＦＤＭモデムとを回線で接続可能とした前記親機及び前記子機ＯＦＤＭモデムから構成されるモデムであって、
前記親機ＯＦＤＭモデムは、前記ＭＦＲＭ信号の発生回数をカウントしてそのカウント値を前記子機ＯＦＤＭモデムに送信する手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムは、前記親機ＯＦＤＭモデムから前記ＭＦＲＭ信号のカウント値を受信すると、前記子機ＯＦＤＭモデムがカウントするＭＦＲＭ信号の発生回数のカウント値を、前記親機ＯＦＤＭモデムから受信した前記カウント値と同一にする子機ＭＦＲＭカウンタ情報セット手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムは、前記子機ＯＦＤＭモデムがカウントする前記カウント値を、前記親機ＯＦＤＭモデムの前記カウント値と一致させることにより、前記親機ＯＦＤＭモデムと前記子機ＯＦＤＭモデム間で、前記ＭＦＲＭ信号の単位で同期確立した同時刻の監視制御が可能なことを特徴とするモデム。
【請求項５】
前記親機と前記子機ＯＦＤＭモデムは、
外部トリガ信号を受信する外部トリガ受信手段と、外部の設備機器を起動するための起動出力信号を出力する外部回路起動手段と、前記外部トリガ信号を受信してから前記外部機器を起動させるまでをカウントダウンするカウントダウン手段を備え、
前記外部トリガ信号を受信した前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムは、受信した前記外部トリガ信号に対応した起動情報と、前記外部トリガ受信時の起動時刻に合わせた前記カウントダウン情報とをセットで、前記回線を介して対向する前記親機又は子機ＯＦＤＭモデムに、所定の時間間隔をおいて複数回送信する手段を備え、
前記対向する前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムは、所定の値の前記カウントダウン情報を受信したときに、前記対向する親機又は子機ＯＦＤＭモデムに接続された前記設備機器を同時刻で監視制御することを特徴とする請求項４に記載のモデム。
【請求項６】
前記親機と前記子機ＯＦＤＭモデムは、
外部トリガ信号を受信する外部トリガ受信手段と、外部の設備機器を起動するための起動出力信号を出力する外部回路起動手段と、前記外部トリガ信号を受信してから前記外部機器を起動させるまでをカウントダウンするカウントダウン手段と、前記ＭＦＲＭ信号と外部から入力される外部クロック信号の位相差を検出する外部クロック位相差検出手段と、前記外部クロックのゼロクロスの発生回数をカウントする外部クロックゼロクロスカウント手段と、前記位相差および前記外部クロックゼロクロスカウント手段がカウントしたゼロクロスカウント情報を前記回線を介して対向する前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムに送信する手段を備え、
前記対向する前記親機又は子機ＯＦＤＭモデムは、前記位相差および前記ゼロクロカウント情報を受信したときに、前記対向する前記親機又は子機ＯＦＤＭモデムがカウントするゼロクロスカウント情報を、受信した前記ゼロクロスカウント情報に一致させる外部クロックゼロクロスカウントセット手段を備え、
さらに、前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムは前記外部トリガ信号を受信したときに、受信した前記外部トリガ信号に対応した起動情報と、前記外部トリガ受信時の起動時刻に合わせた前記カウントダウン情報とをセットで、対向する前記親機又は子機ＯＦＤＭモデムに、所定の時間間隔をおいて複数回送信する手段を備え、
前記対向する前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムは、所定の値の前記カウントダウン情報を受信したときに、前記対向する親機又は子機ＯＦＤＭモデムに接続された前記設備機器を同時刻で監視制御することを特徴とする請求項４に記載のモデム。
【請求項７】
前記親機ＯＦＤＭモデムは、
外部から入力される外部クロック信号のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、前記検出したゼロクロス信号の位相を調整する位相調整手段と、位相調整した前記外部クロック信号から位相と周波数に同期可能なパラメータを求める外部クロック二次ＰＬＬ同期手段と、前記外部クロック信号のゼロクロスの発生回数をカウントする外部クロックゼロクロスカウント手段と、前記外部クロック二次ＰＬＬ同期手段が求めた前記パラメータと前記外部クロックゼロクロスカウント手段がカウントした前記ゼロクロスカウント情報を前記子機ＯＦＤＭモデムに送信する手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムは、
受信した前記パラメータから親機ＯＦＤＭモデムの前記外部クロック信号を生成する外部クロック二次ＰＬＬ生成手段と、前記外部クロック二次ＰＬＬ生成手段が生成した前記外部クロック信号の位相と周波数を前記親機ＯＦＤＭモデムの前記外部クロック信号と一致させる外部クロック位相差／周波数情報セット手段と、前記生成した外部クロック信号のゼロクロスをカウントする外部クロックゼロクロスカウント手段と、前記外部クロックゼロクロスカウント手段がカウントしたカウント値を、前記親機ＯＦＤＭモデムから送信された前記ゼロクロスカウント情報に一致させる手段と、を備え、
さらに、前記親機ＯＦＤＭモデムは前記外部トリガ信号を受信したときに、受信した前記外部トリガ信号に対応した起動情報と、前記外部トリガ受信時の起動時刻に合わせた前記カウントダウン情報とをセットで、対向する前記子機ＯＦＤＭモデムに、所定の時間間隔をおいて複数回送信する手段を備え、
前記対向する前記子機ＯＦＤＭモデムは、所定の値の前記カウントダウン情報を受信したときに、前記子機ＯＦＤＭモデムに接続された前記設備機器を同時刻で監視制御することを特徴とする請求項４に記載のモデム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力線を含む通信線に接続された複数の設備機器を、外部からのトリガ信号、クロック信号、あるいは内部のクロック信号等に高精度に同期して、複数の設備機器を監視及び制御するために用いられるモデムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中央監視制御装置から通信回線を介して接続された複数の設備や端末装置（以下、「設備機器」と記載する）の稼働状態を監視し、その監視状況および上位システムの要求に応じて設備機器の稼働を制御するシステムにおいては、現在時点における設備機器の稼働状態を同時刻でかつ効率よく監視することが課題になる。特に、多数台の設備機器を監視する場合にはこの課題を如何に解決するかが重要になる。
従来から、複数の設備機器の稼働状態を監視する手段としては、一例として、ポーリングによる監視方式が採用されている。このポーリング方式では、中央監視制御装置が所定の時間間隔ごとに、これら複数の設備機器に一斉に監視計測の指示信号（計測指示コマンド）を出力し、各設備機器はこの計測指示コマンドを受信すると各設備機器は同時刻で監視データを収集して、順次、中央監視制御装置に送信する方式である。
【０００３】
このポーリング方式により設備機器を監視する方法は、設備機器が多数台設置されている場合には、各設備機器に対してポーリングが一巡するまでに時間を要する。このため、単純なポーリング方式による計測指示では、制御開始時の時刻が設備機器ごとに時間誤差が出てしまう。このような課題を解消するための技術の一つとして、特許文献１（特開２００３−３２９１４号公報）に記載の発明が提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載の配電自動化システムには、親機より全子機に対して、計測指示信号を一斉に同時に出力し、これをもとに子機は計測を実施し計測データを格納する。その後、順次、親機からのポーリング指示により、子機は格納した計測データを親機に返送するようにした監視方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開平７−２８０９７０号公報）には、ビルや各種のプラントに設置された設備機器の監視及び制御を行うことを目的とした、時刻同期機能付き監視制御システムに関する発明が提案されている。この監視制御システムには、中央局より送信された基準時刻を含む時刻設定コマンドを個々の端末局が受信し、端末局は受信した基準時刻と端末局の現在時刻とのずれが、補正範囲内であれば補正処理を、補正範囲外であれば強制処理を実行することで、中央局と端末局間で時刻同期をとることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３（特開２００４−２５４１４９号公報）には、複数多地点間の受信側において、ストリームデータを送信側から出力されたタイミングに一致させて出力するためのデータ伝送制御方法に関する発明が提案されている。この特許文献３には次の伝送制御方法を採用していることが記載されている。
すなわち、送信側は同期メディアから生成した同期信号のタイミングに一致させて同一の時刻にストリームデータを出力し、これに現在時刻のタイムコードを付加し、ネットワークを介して受信側に伝送する。受信側は、ストリームデータを受信してタイムコードを読み出し、このタイムコードと受信時刻を変換したタイムコードからストリームデータの伝送時間（遅延時間）を測定する。遅延時間管理装置は、各受信側での遅延時間を受け取り、最大の遅延時間との差を計算する。各受信側は、その差に応じてストリームデータの出力のタイミングを調整し、送信側から同一の時刻に出力されたストリームデータとして出力させるようにしている。
【０００７】
特許文献４（特許２０１０−１０７７０号公報）には、時分割多重伝送方式を用いたデータ通信システムに関する発明が提案されている。このデータ通信システムにおいては、時間軸を時分割で下り信号、上り信号等に分離するときに、これらの下り信号と上り信号等を識別するために、ビーコン信号を採用した例が記載されている。また、このビーコン信号は、１３段のＭ系列符号を用いたＰＮ信号（擬似ランダム符号）を使用することが記載されている。
【０００８】
特許文献５（特許第３７４７４１５号公報）には、ＬＳ−ＯＦＤＭ変調方式を用いた多重伝送装置に関する発明が提案されている。この多重伝送装置は、データの多重化処理部は、データを変調するための信号点発生手段と、信号点発生手段により発生した信号点をリアルパートとイマジナリパートとに分けて、時間軸上はナイキスト時間間隔で且つ周波数軸上はナイキスト周波数間隔でそれぞれ配置して多重化し、リアルパートとイマジナリパートとのそれぞれの多重化した出力信号の何れか一方を他方に対して１／２ナイキスト時間長シフトして波形合成する手段を備えている。
【０００９】
特許文献６（特開２００７−３２５０７１号公報）には、大振幅雑音環境下で安定した情報抽出が可能な多重伝送装置に関する発明が提案されている。この多重伝送装置は、多重伝送装置のタイミング位相同期回路を、周波数軸上のレベルを均一化する第１のゲインスイッチおよび第１の自動ゲイン調整回路と、送信側のトレーニング信号と同じ係数をフィルタ係数とし、不要な雑音を除去する相関フィルタ回路と、相関フィルタ回路の出力ベクトル信号を合成し、送信側で時間分散された信号を集約し、不要な隣接チャネル間の干渉成分を除去するパワー値算出および非線形フィルタ回路と、チャネル個々のタイミング位相を抽出し、送信側で実施したランダム位相回転による時間分散を受信側で１点に集約する復調・ローパスフィルタ・位相調整回路と、周波数軸／時間軸上の非線形雑音を除去する時間軸・周波数軸中央値フィルタとを備えている。
【００１０】
特許文献７（特開２０１０−１１１６５号公報）、特許文献８（特開２０１０−１１１６９号公報）には、スイッチング雑音環境下での安定したゲイン調整の実現を行うためのゲイン調整回路に関する発明が提案されている。このゲイン調整回路では、スイッチング雑音のエネルギーを含めた受信レベルを受信レベル検出回路（「遅延回路」、「ＤＣ成分平均値算出」、「絶対値平均値算出回路」、「ｄＢ変換回路」、「５ＭＦ回路」）でゲイン調整することが記載されている。
【００１１】
また、特許文献９（特開２０１０−１０７７６号公報）には、大規模なＰＬＣシステムに用いても、ＰＬＬの受信ダイナミックレンジ拡大、雑音耐力向上が実現でき、広範囲な安定したジッタ特性が得られるようにしたＰＬＬ制御装置に関する発明が提案されている。この特許文献に記載されているＰＬＬ制御装置は、入力信号からタイミング位相ベクトル信号を抽出するタイミング抽出回路と、供給される制御係数に基づき基準信号の位相及び／又は発振周波数を制御するＶＣＸＯと、タイミング位相ベクトル信号の位相及び位相差に基づき制御係数を出力する２次ＰＬＬ回路とを備えている。そして、この２次ＰＬＬ回路は、タイミング位相ベクトル信号に基づき制御係数を発生する制御係数発生回路と、制御計数発生回路からの制御係数につき６ｄＢ単位での対数軸上におけるレベル調整を行う第１のレベル調整回路と、第１のレベル調整回路からの制御係数について±６ｄＢレベルの微調整を行う第２のレベル調整回路とを有している。
【００１２】
データ伝送の分野において、有線伝送時の通信媒体としては、通信線や電力線がある。既存のシステム、例えば設備機器の監視制御システムに新たな監視制御機能を付加する場合、通信媒体として通信線を使用する場合には、新規な通信線の配線工事が必要になるので得策でない。一方、電力線は新たな配線工事が不要であり、通信媒体としてこの電力線が使用できれば極めてメリットが大になる。なお、上記した「監視制御」とは、設備機器の稼働状態の情報をセンサ等で取り込み、この取り込んだ情報に基づいて設備機器の稼働を制御することを示す。
【００１３】
電力線の場合、家庭での用途では、屋内電灯線と屋外電灯線、さらに直流電源線がある。電力線を通信媒体として使用する場合、電波の漏洩が懸念されるため、使用する周波数帯域により適用できる線が限られている。
具体的には、２メガヘルツから３０メガヘルツのメガヘルツ帯を使用する場合、漏洩が大きいため、屋内電灯線は使用可能であるが、屋外電灯線は使用不可である。一方、１０キロヘルツから４５０キロヘルツ帯のキロヘルツ帯は、屋外電灯線は使用可能であるが、直流電源線は使用不可である。現行法では、直流電源線を通信媒体として使用する場合、使用可能な周波数帯は１０キロヘルツ以下の周波数に限られている。
【００１４】
一般に、デジタル伝送の方式としてバイナリー伝送方式、雑音に強いスペクトル拡散変調方式、雑音に強く多重伝送が可能なＣＤＭＡ方式等があるが、いずれも広帯域伝送方式であるため、直流電源線には使用不可である。また、電力線や電源線は、通信用の線ではないため、雑音が多いのが特徴である。この雑音対策として、非特許文献１には、直流電力線を通信に利用し、ＣＤＭＡ（直交周波数分割多重）方式を応用したノイズに強い通信方式を採用した通信子機を開発したことが記載されている。
【００１５】
また、非特許文献２のＰ９７〜Ｐ９８には、ノイズに強い通信方式として、隣接チャネル雑音抑圧特性（サイドローブ）が７０ｄＢ以上と低く、後述するＤＣ除去に対しても十分な、ノイズに強い通信方式であるＬＳ−ＯＦＤＭが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−３２９１４号公報
【特許文献２】特開平７−２８０９７０号公報
【特許文献３】特開２００４−２５４１４９号公報
【特許文献４】特許２０１０−１０７７０号公報
【特許文献５】特許第３７４７４１５号公報
【特許文献６】特開２００７−３２５０７１号公報
【特許文献７】特開２０１０−１１１６５号公報
【特許文献８】特開２０１０−１１１６９号公報
【特許文献９】特開２０１０−１０７７６号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】「太陽光発電パネルごとの発電状況をモニタリングできる通信技術を開発」、（産業技術総合研究所）、［インターネット］、［平成２２年８月３０日検索］、［ＵＲＬ  http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2010/pr20100614/pr20100614.html］
【非特許文献２】「高速電力線通信システム（ＰＬＣ）とＥＭＣ」、株式会社オーム社、２００７年１１月２０日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特許文献１に記載の発明は、同時刻の監視制御を行うために、親機より全子機に対して、計測指示信号を一斉同報で出し、これをもとに子機は計測を実施し計測データを格納する。その後、順次、親機からのポーリング指示により、子機は格納したデータを親機に返送する制御方法を行っている。計測指示信号を毎回ポーリングする方法の場合には、ポーリングが一巡する時間分、計測の時間誤差が出てしまうが、この制御方法によれば、その誤差は解消される。また、一斉同報の計測指示により、マクロ的な同期確立は可能である。しかしながら、各子機が親機からの計測指示信号を、ミクロ的な高精度、例えば±２５０μＳ（マイクロ秒）の時間差異で受信できているかについては開示されていない。また、このミクロ的な高精度（例えば±２５０μＳの時間差異）で時刻の同期をとるための手段についても開示されていない。
【００１９】
特許文献２に記載の時刻同期機能付き監視制御システムは、中央局より送信された基準時刻を含む時刻設定コマンドを個々の端末局が受信し、受信した基準時刻と端末局の現在時刻とのずれが、補正範囲内であれば補正処理を、補正範囲外であれば強制処理を実行することで、中央局と端末局間で時刻同期をとるようにしたシステムである。
この監視制御システムにおいては、時刻設定コマンドにより端末局の時刻が補正されるため、マクロ的な同期確立は可能である。しかしながら、時刻設定コマンドを受信後、時刻設定値が補正範囲内の場合には、補正によるゆっくりとしたジッタが懸念され、例えば±２５０μＳレベルのミクロ的な高精度な時刻同期をとることは困難と思われる。また、このミクロ的な高精度（例えば±２５０μＳの時間差異）で時刻の同期をとるための手段についても開示されていない。
【００２０】
特許文献３に記載のデータ伝送制御方法は、複数多地点間の受信側においてストリームデータを送信側から出力されたタイミングに一致させているため、マクロ的な同期確立は可能である。しかしながら、基準クロックは個々の受信側のクロック精度に依存しており、例えば±２５０μＳレベルのミクロ的な高精度で時刻の同期をとることは困難と思われる。また、ストリームデータ受信時にエラーが発生した子機と、エラーが発生しなかった子機とでは、如何にして時刻の同期を担保するかについては開示されていない。データ通信においては雑音（ノイズ）により受信時にエラーが発生する場合が有り得るため、エラーが発生した場合に時刻の同期を担保する手段も必要である。
【００２１】
特許文献４には、電力線を利用して通信を行う電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）において、時分割多重伝送方式を用いたデータ通信を行うときに、親機−中継機−子機間で同期をとるためにビーコン信号を用いることが記載されているが、この電力線に入り込む雑音対策について具体的な手段は記載されていない。
【００２２】
非特許文献１には、直流電力線を通信に利用し、その変調方式としてＣＤＭＡ（直交周波数分割多重）方式を応用したノイズに強い通信子機が記載されている。ＣＤＭＡ方式は同期型ＣＤＭＡ方式であれば、時刻同期は容易に実現可能と思われるが、逆に広帯域伝送を必要としているため、直流電源線には適用が困難と思われる。また、この非特許文献１には、ミクロ的に外部クロックに同期させて監視制御を行うことに関しては記載がない。
【００２３】
非特許文献２には、ＬＳ−ＯＦＤＭは隣接チャネル雑音抑圧特性（サイドローブ）が７０ｄＢ以上と低いため、ノイズに強い通信方式である。しかし、非特許文献２には、スイッチング雑音の多い雑音環境下で、例えば上位の通信装置（親機）と下位（子機）間で高精度な同期確立を行って安定した通信を行うための具体的な手段については記載されていない。
【００２４】
なお、上記した「例えば±２５０μＳレベルのミクロ的な高精度で時刻の同期をとる」必要性について説明すると次のようになる。
【００２５】
すなわち、まず、基本要求事項のひとつとして、モデム間での電源周波数同期があげられる。電源周波数にはジッタがあり、モデム間にもジッタがある。このため、モデム間のジッタが小であれば、問題なく、親機子機間で電源周波数同期が可能であるが、もし、モデム間のジッタが所定の許容値を超えた場合、親機子機間での電源同期は不可能となる。
【００２６】
具体的な許容値は以下に示すようになる。電源周波数のジッタは、負荷に影響され、デューティ比は負荷に大きく影響され、一般的に±２５％程度はある。
このジッタが親機と子機側で個々に存在するとなると、親機子機間のジッタ量は最悪で±５０％程度、すなわち、５０Ｈｚの場合、±１０ｍＳ（ミリ秒）程度となる。子機で第１のゼロクロス信号を検出した場合、親機では、子機を基準に±１０ｍＳ以内点に親機の第１のゼロクロス信号点が存在する。そして、第２のゼロクロス信号点は、子機を基準に２０ｍＳ±１０ｍＳ、すなわち、１０ｍＳ〜３０ｍＳ以内に存在することとなる。この許容値にモデム間のジッタ量が加算されるが、もう既にマージンがない。すなわち、モデム間のジッタ許容値は±０ｍＳとなる。
【００２７】
もちろん、親機子機のゼロクロス信号は同じ電源線路に接続されているため、このような最悪パターンをとることはないが、いずれにせよ、モデム間で電源周波数同期を実現するためには、マージンを含め、高精度が要求されてくる。従って、本発明においてはこの許容値の目標を±２５０μＳに設定した。
【００２８】
複数の設備機器を通信線で接続した監視制御システムにおいて、モデム等の変調復調装置（以下、「モデム」と記載する）を用いて、これら複数の設備機器を高精度な同時刻に監視及び制御を実行するためには、このモデムについて下記の課題（第１〜第８の課題）を解決する必要がある。
【００２９】
（１）第１の課題
通信線として直流電源線にも適用可能となるように、前記したように１０キロヘルツ以下の狭い周波数帯域で通信が可能なこと。
（２）第２の課題
ドア等の狭い空間にも適用可能なように、小型薄型化が可能であること。
【００３０】
（３）第３の課題
スイッチング雑音が発生する環境下でも、複数のモデム間で安定した高精度な同期確立が可能な信号の処理手段を備えていること。
（４）第４の課題
スイッチング雑音が発生する環境下でも、安定したゲイン調整が可能な手段を備えていること。
（５）第５の課題
スイッチング雑音が発生する環境下でも、安定した通信を行うための手段を備えていること。
【００３１】
（６）第６の課題
マクロ的には外部トリガ信号に同期し、ミクロ的には高精度なモデムのクロック（モデムクロック）に同期して、同時刻に複数の設備機器の監視及び制御を可能とする手段を備えていること。
（７）第７の課題
マクロ的には外部トリガ信号に同期し、ミクロ的にはモデムとは非同期の親機および子機の外部クロックに同期して、同時刻に複数の設備機器の監視及び制御を可能とする手段を備えていること。
（８）第８の課題
マクロ的には外部トリガ信号に同期し、ミクロ的にはモデムとは非同期の子機を除く親機側の外部クロックに同期して、同時刻に複数の設備機器の監視及び制御を可能とする手段を備えていること。
【００３２】
なお、モデムが所定の長さの１データの信号を送受信するために必要とする時間は短時間であるが、上記した「マクロ的」とは、例えば、１秒〜数秒単位の比較的長い時間間隔を意味する。また、「ミクロ的」とは、例えば、ｍＳ（ミリ秒）、μＳ（マイクロ秒）等の極めて短い時間間隔を意味する。
【００３３】
また、上記した「外部トリガ信号」とは、モデムに接続されている外部機器から入力される信号であって、例えば、スイッチのＯＮ／ＯＦＦに伴う入力信号、ＣＰＵ等を備えた外部機器から送信される指示コマンド、等を示す。また、上記した「モデムクロック」とは、例えば、ＣＰＵを備えているモデムがモデムのクロック信号等に基づいて発生する同期信号、あるいは、モデムが交流電源に接続されているときに、交流のゼロクロス信号、等を示す。
【００３４】
上記した課題を解決する必要性について、さらに具体的に説明すると次のようになる。
（１）電源線市場には、大きくわけて交流電源線市場と直流電源線市場がある。交流電源線市場とは、例えば、家庭用の用途では、電源線にＡＣ１００Ｖの電灯線を使用したりする市場であり、屋内電灯線や屋外電灯線市場がある。
（２）直流電源線市場とは、文字通り、ＤＣ１２ＶやＤＣ２４Ｖ、ＤＣ４８Ｖ等の直流電源線市場である。家庭用の直流電源線には、例えば、（ａ）ドアキーの制御線、（ｂ）給湯器システムの制御線、（ｃ）太陽光発電パネルが発電した直流電力を収集するための電力線などがある。その他の直流電源線市場には、製造現場における各種の製造装置などの産業用の直流電源線、あるいは車載用のバッテリー線、など多数ある。
【００３５】
電源線に信号を重畳させて通信を行う場合、重畳した信号が電源線の不平衡度により、電波となって外部に漏洩する。この漏洩により、既存の無線局等に悪影響を与える場合がある。これらは周波数が高いほど大きいため、現行法では、使用する周波数により、使用できる電源線が限られている。
【００３６】
例えば、日本国内では、２メガヘルツから３０メガヘルツのメガヘルツ帯は電灯線での使用が可能であるが、屋内の電灯線に限られている。１０キロヘルツから４５０キロヘルツのキロヘルツ帯では、屋内および屋外の電灯線で使用可能であるが、直流電源線では使用不可である。
【００３７】
（１）以上から、前記した第１の課題は、例えば、ドアキーの制御線や給湯器システムの制御線、さらに太陽光発電パネルに接続された電源線において、直流電源線をそのまま用いて通信が可能なように、現行法では、１０キロヘルツ以下の狭い帯域を用いて通信を実現することである。
【００３８】
なお、一般的なデジタル伝送の方式として、バイナリー伝送方式、雑音に強いスペクトル拡散変調方式、さらに多重伝送が可能なＣＤＭＡ方式等がある。これらの方式はＤＣ成分を必要としないため、直流電源線でも技術的には使用可能であるが、広帯域伝送であるため、そのまま、現行の直流電源線に適用することは法的には不可能と思われる。
【００３９】
前記した非特許文献１では変調方式として、ＣＤＭＡ方式を使用している。ＣＤＭＡ方式は同期型ＣＤＭＡ方式であれば、時刻同期は容易に実現可能と思われるが、逆に広帯域伝送を必要としているため、直流電源線には適用は困難と思われる。
【００４０】
（２）前記した第２の課題は、モデムの装置として小型薄型化を実現することである。例えば、ドアキーの制御線にモデムを使用する場合、モデム子機をドアの内部の狭い場所に収容する必要があるが、このモデムには、例えば、縦３２ｍｍ、横６２ｍｍ、高１５ｍｍ程度の小型薄型化が要求されてくる。
【００４１】
一般的に、モデムには外部の伝送媒体との絶縁および電源周波数成分除去のため、トランスが用いられる。  
直流電源線の場合、使用する周波数が１０キロヘルツ以下と低いため、一般的にトランスも大型となり、ドア等の狭い空間への収容が困難となってくる。
従って、ドア等に収容するモデムは超小型かつ安価なトランスを実現するか、トランスレスで実現することが必要であるが、周波数が低いと一般的に小型化は困難であるため、トランスレスで外部媒体との絶縁ならびにＤＣ成分除去を実現することが必要である。
【００４２】
（３）前記した第３の課題は、雑音に対する同期耐力の強化である。直流電源線や交流電源線には、多数のスイッチング機器が接続されているため、雑音が多い。このため、これらのスイッチング雑音環境下でも安定した同期確立を行うことが必要である。
【００４３】
１０キロヘルツ以下の帯域でデータを伝送可能とする従来の方式として、ＦＳＫ方式やシングルキャリア方式があるが、雑音の小なる通信線には良いが、スイッチング雑音には弱く、直流電源線への伝送方式として適当ではない。
【００４４】
一般的に雑音が小さいとクロック信号のジッタも小さく安定しているが、雑音が大きくなると、クロック信号のジッタが雑音量に応じて増大する。さらに、雑音が増えると同期確立できていたものが、同期確立が不可状態となる。従って、スイッチング雑音環境下でも、安定した同期確立、高精度の同期確立が行うことができるモデム（変調復調装置）や、このようなモデムを備えた通信装置、設備機器等が要求されている。
【００４５】
（４）前記した第４の課題は、スイッチング雑音環境下で安定したゲイン調整を行えることできるモデムの開発である。モデムの受信部では、広範囲の受信ダイナミックレンジの実現のため、受信部にゲイン調整回路を設けている。これらのゲイン調整回路は、受信信号の電圧レベル等を測定し、例えば、受信信号波形の絶対値を積分する方法や二乗値を積分する手段（レベル計算回路）を備えているが、受信レベルが小であればゲインを大きく、受信レベルが大であればゲインを小さくして、一定レベルを受信部に供給する。
【００４６】
これらのレベル計算回路に、スイッチング雑音等の巨大振幅エネルギーが入力された場合、レベル計算回路は、受信信号レベルが小さくても受信レベル大として、ゲインを小さめに調整してしまう。結果として、レベル調整回路がスイッチング雑音レベルに振らされ、受信動作が不安定となる。従って、スイッチング雑音環境下でも安定したゲイン調整を行うことができるモデムが要求されている。
【００４７】
（５）前記した第５の課題は、スイッチング雑音環境下で安定した通信を実現することである。一般的に、スイッチング雑音が発生した場合、その雑音は時間軸で集中しており、巨大振幅の雑音エネルギーとなっている。このため、受信データが破壊され、通信不可となる場合が多い。例えば、従来の伝送方式として、ＦＳＫ（周波数偏移変調）方式やシングルキャリア方式等があるが、スイッチング雑音に対しては弱く、本発明が対象とするモデムとしては適切でない。
【００４８】
本発明が対象とする複数台の設備機器に対する監視制御を実行するために適用されるモデムでは、親機モデムと子機モデム間でデータ通信を実施し、マクロ的には外部トリガに同期し、ミクロ的には、外内部のクロックに高精度に同期して、同時刻の監視制御を実現する必要がある。これを実現するためには、高品質の通信路を確保することが、同時刻の監視制御システムを実現するための必須の要件になる。
以上から、スイッチング雑音環境下でも安定した通信を実現できることが、モデムに要求される。
【００４９】
（６）前記した第６の課題は、マクロ的には外部トリガ信号に同期し、ミクロ的にはモデムの高精度なクロック信号に同期して、例えば±２５０μＳの高精度で同時刻の監視制御を行うことである。
各種のプラント、各種設備を配置した製造ライン等においては、多数の設備機器が各種の電源線に接続されて稼動している。従来は、これらの設備機器を単純稼動させることが主目的であった。このため、複雑な稼働状況の監視や制御等は不要であり行っていなかった。しかしながら、近年、地球の温暖化問題（環境問題）、エネルギー問題等が今後の大きなテーマとなり、省エネルギーを実施するために各種設備機器のよりきめ細やかな稼働状況の監視や制御を行うこが求められるようになった。
【００５０】
例えば、多数の太陽光発電パネルを設置した太陽光発電装置では、発電効率向上のため、複数の太陽光発電パネルをシリアルに接続している。このため、例えば、複数の太陽光発電パネルで構成されるユニットにおいて、その１枚の太陽光発電パネルの発電効率が低下した場合、ユニット全体の発電効率が低下することになる。この発電効率を最大限に最適化するためには、日照量等によって大きく変化する個々の太陽光発電パネルの発電能力等（電圧、電流、電力、温度等）を、複数の太陽光発電パネルごとに同時刻で監視制御する必要がある。
【００５１】
一方、太陽光発電パネルで発電した電力は直流電源線で収集されるが、発電した電力を利用する負荷には直流から交流への変換インバータ（パワーコンディショナー）が搭載されているこが多い。このため、直流電源線に接続された太陽光発電パネルの監視には、これら交流負荷のスイッチング雑音も考慮した同時刻の監視制御が必要である。
【００５２】
また、交流電源線に接続された機器も同様であり、複数の設備機器を交流電源の周波数に同期して同時刻で監視制御することが必要となる場合がある。ただし、これらの場合には、ミクロ的に例えば、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの交流電源周波数のゼロクロス信号等を外部クロックとして、これらの外部クロックに同期した同時刻の監視制御が必要となる場合がある。
【００５３】
上記したように、既存インフラのままで、多数の既存設備機器に、さらなるきめ細かな稼働制御を実現するためには、各種設備機器のより詳細な稼動状況等を同時刻で監視して制御することが重要になる。この同時刻での監視制御のためには、既存電源線をそのままデータ伝送のために使用できれば、新たな配線工事は不要となり、極めて得策な手段になる。
【００５４】
（７）前記した第７の課題は、マクロ的には外部トリガに同期し、ミクロ的には、モデムとは非同期の親機および子機の外部クロックに同期して、同時刻の監視制御を行うことである。ここで、外部クロックの例としては、例えば、前記した５０Ｈｚ／６０Ｈｚの電源周波数のゼロクロス信号等がある。
【００５５】
（８）前記した第８の課題は、マクロ的には外部トリガに同期し、ミクロ的にはモデムとは非同期の子機を除く親機側に接続されている外部クロックに同期して、子機に接続されている複数の設備端末を同時刻に監視制御することである。
【００５６】
親機モデムと、子機モデムに接続された多数の設備機器を備えた監視制御システムにおいて、全ての設備機器が同じ交流電力線に接続され、この交流電力線を利用してデータ伝送も行う場合には、親機モデムと子機モデムに接続されている外部クロック信号（例えば、電源のゼロクロス信号）に同期して同時刻の監視制御が可能である。一方、前記した太陽光発電パネルを用いた発電システムのように、子機モデムが全て太陽光発電パネルを含む直流電力線に接続されている場合で、雑音の発生源が上位のパワーコンディショナー後の交流電力線に同期している場合には、これらの雑音に同期したゼロクロス信号を、親機モデムに外部クロック信号として入力して、子機モデムは親機モデムに従った監視制御を行うことが望まれる。
【００５７】
そこで、本発明の目的は、上記した第１〜第８の課題、特に第３〜第８の課題を解決した手段を備え、さらに、複数の設備機器等を同時刻で監視制御するために、親機モデムと子機モデムから構成されるモデムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５８】
請求項１に係る本発明のモデムは、ＣＰＵ制御部とＭＦＲＭ信号を発生するＭＦＲＭ信号発生手段を備えた親機ＯＦＤＭモデムと、ＣＰＵ制御部と前記ＭＦＲＭ信号を受信する受信部を備えた子機ＯＦＤＭモデムとを回線で接続可能とした前記親機及び前記子機ＯＦＤＭモデムから構成されるモデムであって、
前記モデムは、前記ＭＦＲＭ信号の位相差を調整する遅延手段を備え、
前記親機ＯＦＤＭモデムの前記ＭＦＲＭ信号発生手段は、前記親機ＯＦＤＭモデムのチャネル個々の同期信号の時間位相をランダム化する時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムの前記受信部は、前記親機ＯＦＤＭモデムの時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段によりランダム化された前記チャネル個々の前記同期信号の時間位相を基の時間位相に戻す時間逆分散手段を備え、
スイッチング雑音環境下で、前記親機及び前記子機ＯＦＤＭモデム間で高精度の同期確立を実現することを特徴としている。
【００５９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモデムに係り、前記モデムは、受信した受信信号からスイッチング雑音を除去するスイッチング雑音除去手段と、前記受信信号の受信レベルを時間分散抽出する時間分散抽出手段とを備えた、ゲイン調整手段を有していることを特徴としている。
【００６０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のモデムに係り、前記モデムは、トレーニング信号を発生させるトレーニング信号発生手段と、前記トレーニング信号を受信するトレーニング信号受信手段を備え、
前記親機ＯＦＤＭモデムの前記トレーニング信号発生手段は、チャネル個々の前記トレーニング信号の時間位相をランダム化する時間分散トレーニング信号発生ＲＯＭ手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムの前記受信部は、前記親機ＯＦＤＭモデムの前記トレーニング信号発生手段でランダム化されたチャネル個々のトレーニング信号の時間位相を基に戻す時間逆分散相関フィルタ手段を備えていることを特徴としている。
【００６１】
さらに、請求項４に記載の発明は、ＣＰＵ制御部とＭＦＲＭ信号を発生するＭＦＲＭ信号発生手段を備えた親機ＯＦＤＭモデムと、ＣＰＵ制御部と前記ＭＦＲＭ信号を受信する受信部を備えた子機ＯＦＤＭモデムとを回線で接続可能とした前記親機及び前記子機ＯＦＤＭモデムから構成されるモデムであって、
前記親機ＯＦＤＭモデムは、前記ＭＦＲＭ信号の発生回数をカウントしてそのカウント値を前記子機ＯＦＤＭモデムに送信する手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムは、前記親機ＯＦＤＭモデムから前記ＭＦＲＭ信号のカウント値を受信すると、前記子機ＯＦＤＭモデムがカウントするＭＦＲＭ信号の発生回数のカウント値を、前記親機ＯＦＤＭモデムから受信した前記カウント値と同一にする子機ＭＦＲＭカウンタ情報セット手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムは、前記子機ＯＦＤＭモデムがカウントする前記カウント値を、前記親機ＯＦＤＭモデムの前記カウント値と一致させることにより、前記親機ＯＦＤＭモデムと前記子機ＯＦＤＭモデム間で、前記ＭＦＲＭ信号の単位で同期確立した時分割制御が可能とされていることを特徴としている。
【００６２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の親機と子機ＯＦＤＭモデムに係り、前記親機と前記子機ＯＦＤＭモデムは、
外部トリガ信号を受信する外部トリガ受信手段と、外部の設備機器を起動するための起動出力信号を出力する外部回路起動手段と、前記外部トリガ信号を受信してから前記外部機器を起動させるまでをカウントダウンするカウントダウン手段を備え、
前記外部トリガ信号を受信した前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムは、受信した前記外部トリガ信号に対応した起動情報と、前記外部トリガ受信時の起動時刻に合わせた前記カウントダウン情報とをセットで、前記回線を介して対向する前記親機又は子機ＯＦＤＭモデムに、所定の時間間隔をおいて複数回送信する手段を備え、
前記対向する前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムは、所定の値の前記カウントダウン情報を受信したときに、前記対向する親機又は子機ＯＦＤＭモデムに接続された前記設備機器を同時刻で監視制御することを特徴としている。
【００６３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の親機と子機ＯＦＤＭモデムに係り、前記親機と前記子機ＯＦＤＭモデムは、
外部トリガ信号を受信する外部トリガ受信手段と、外部の設備機器を起動するための起動出力信号を出力する外部回路起動手段と、前記外部トリガ信号を受信してから前記外部機器を起動させるまでをカウントダウンするカウントダウン手段と、前記ＭＦＲＭ信号と外部から入力される外部クロック信号の位相差を検出する外部クロック位相差検出手段と、前記外部クロックのゼロクロスの発生回数をカウントする外部クロックゼロクロスカウント手段と、前記位相差および前記外部クロックゼロクロスカウント手段がカウントしたゼロクロスカウント情報を前記回線を介して対向する前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムに送信する手段を備え、
前記対向する前記親機又は子機ＯＦＤＭモデムは、前記位相差および前記ゼロクロカウント情報を受信したときに、前記対向する前記親機又は子機ＯＦＤＭモデムがカウントするゼロクロスカウント情報を、受信した前記ゼロクロスカウント情報に一致させる外部クロックゼロクロスカウントセット手段を備え、
さらに、前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムは前記外部トリガ信号を受信したときに、受信した前記外部トリガ信号に対応した起動情報と、前記外部トリガ受信時の起動時刻に合わせた前記カウントダウン情報とをセットで、対向する前記親機又は子機ＯＦＤＭモデムに、所定の時間間隔をおいて複数回送信する手段を備え、
前記対向する前記親機又は前記子機ＯＦＤＭモデムは、所定の値の前記カウントダウン情報を受信したときに、前記対向する親機又は子機ＯＦＤＭモデムに接続された前記設備機器を同時刻で監視制御することを特徴としている。
【００６４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４に記載のモデムに係り、前記親機ＯＦＤＭモデムは、
外部から入力される外部クロック信号のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、前記検出したゼロクロス信号の位相を調整する位相調整手段と、位相調整した前記外部クロック信号から位相と周波数に同期可能なパラメータを求める外部クロック二次ＰＬＬ同期手段と、前記外部クロック信号のゼロクロスの発生回数をカウントする外部クロックゼロクロスカウント手段と、前記外部クロック二次ＰＬＬ同期手段が求めた前記パラメータと前記外部クロックゼロクロスカウント手段がカウントした前記ゼロクロスカウント情報を前記子機ＯＦＤＭモデムに送信する手段を備え、
前記子機ＯＦＤＭモデムは、
受信した前記パラメータから親機ＯＦＤＭモデムの前記外部クロック信号を生成する外部クロック二次ＰＬＬ生成手段と、前記外部クロック二次ＰＬＬ生成手段が生成した前記外部クロック信号の位相と周波数を前記親機ＯＦＤＭモデムの前記外部クロック信号と一致させる外部クロック位相差／周波数情報セット手段と、前記生成した外部クロック信号のゼロクロスをカウントする外部クロックゼロクロスカウント手段と、前記外部クロックゼロクロスカウント手段がカウントしたカウント値を、前記親機ＯＦＤＭモデムから送信された前記ゼロクロスカウント情報に一致させる手段と、を備え、
さらに、前記親機ＯＦＤＭモデムは前記外部トリガ信号を受信したときに、受信した前記外部トリガ信号に対応した起動情報と、前記外部トリガ受信時の起動時刻に合わせた前記カウントダウン情報とをセットで、対向する前記子機ＯＦＤＭモデムに、所定の時間間隔をおいて複数回送信する手段を備え、
前記対向する前記子機ＯＦＤＭモデムは、所定の値の前記カウントダウン情報を受信したときに、前記子機ＯＦＤＭモデムに接続された前記設備機器を同時刻で監視制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００６５】
本発明のモデムでは、時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段と時間逆分散手段を備えているため、親機モデムと子機モデム間で安定した同期確立が可能である。
【００６６】
また、本発明のモデムでは、スイッチング雑音除去手段と時間分散抽出手段とを備えているため、安定したゲイン調整が可能である。
【００６７】
また、本発明のモデムでは、時間分散トレーニング信号発生ＲＯＭ手段と時間逆分散相関フィルタ手段を備えているため、安定したトレーニングが可能である。
【００６８】
また、本発明のモデムでは、親機モデムは親機ＭＦＲＭカウンタ情報通知手段を、子機モデムは子機ＭＦＲＭカウンタ情報セット手段を備えているため、例えば、複数の子機モデムに接続されている設備機器を同時刻で監視制御することが可能である。
【００６９】
また、本発明のモデムでは、外部トリガ受信手段と、外部回路起動手段とカウントダウン手段を備えているため、例えば、複数の子機モデムに接続されている設備機器を同時刻で起動させ、監視制御することが可能である。
【００７０】
また、本発明のモデムでは、外部クロック位相差検出手段と、外部クロックゼロクロスカウント手段、外部クロック位相差通知手段、外部クロックカウント値通知手段を備えているため、例えば、複数の子機モデムに接続されている設備機器を外部クロックに同期させ、同時刻で起動させ、監視制御することが可能である。
【００７１】
また、本発明のモデムでは、ゼロクロス検出回路手段、位相調整回路手段、外部クロック二次ＰＬＬ同期手段、外部クロックゼロクロスカウント手段、外部クロック位相差／周波数情報通知手段、外部クロックカウント値通知手段、を備えているため、例えば、複数の子機モデムに接続されている設備機器を親機モデムに接続された外部クロックに同時刻で同期起動させ、監視制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係るモデムについて、制御方式の基本を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るモデムについて、送受信の制御を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るモデムが採用している１３ＰＮの同期信号パターン例を示す図であって、（ａ）は本発明に係るモデムが採用している同期信号パターン、（ｂ）は従来のモデムが採用している同期信号パターン例である。
【図４】１３ＰＮの時間位相をランダム化した場合の、１３ＰＮ時間位相角度図である。
【図５】１３ＰＮの時間位相をランダム化した場合の、１３ＰＮ時間位相角度図である。
【図６】１３ＰＮ時間逆分散後のベクトル図である。
【図７】本発明に係るモデムに採用しているゲイン調整回路の構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示すゲイン調整回路に採用しているスイッチング雑音除去回路の構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示すスイッチング雑音除去回路の動作を説明するための動作タイムチャートである。
【図１０】本発明に係るモデムについて、（ａ）は受信レベルの抽出動作を示す図、（ｂ）はその特性図である。
【図１１】（ａ）は本発明に係るモデムについて受信レベルをモニタした結果を示すグラフ、（ｂ）は従来のモデムについて受信レベルをモニタした結果を示すグラフである。
【図１２】トレーニング信号パターンを示す図であって、（ａ）は本発明に係るモデムに採用したパターン図、（ｂ）は従来のモデムに採用されているパターン図である。
【図１３】従来と本発明でのトレーニング信号パターンの自己相関系列を示す図であって、（ａ）は本発明に係るモデムに採用している自己相関系列、（ｂ）は従来のモデムに採用されている自己相関系列を示す図である。
【図１４】本発明に係るモデムを、ＰＬＣ親機モデムとＰＬＣ子機モデムとして採用したときの、基本システム構成を示す図である。
【図１５】図１４において、マクロとミクロの時刻同期（ＭＦＲＭ信号に同期）を確立するための制御手段を示すブロックである。
【図１６】同じく、図１４において、マクロとミクロの時刻同期（外部クロック信号に同期）を確立するための制御手段を示すブロックである。
【図１７】太陽光発電パネルシステムの構成を示す図であって、（ａ）は本発明に係るモデムを搭載したシステム構成図、（ｂ）は従来のシステム構成図である。
【図１８】本発明に係るモデムとしてＰＬＣモデムを搭載した太陽光発電パネルシステムについて、監視制御の一例を示すブロック図である。
【図１９】同じく、本発明に係るモデムとしてＰＬＣモデムを搭載した太陽光発電パネルシステムについて、監視制御について他の一例を示すブロック図である。
【図２０】従来のモデムについて、送受信の制御を示すブロック図である。
【図２１】従来のモデムに採用されているゲイン調整回路の構成を示すブロック図である。
【図２２】従来のモデムについて、（ａ）は受信レベルの抽出動作を示す図、（ｂ）はその特性図である。
【図２３】従来のトレーニング信号のパターンを示す図である。
【図２４】一般的な相関フィルタの等価回路である。
【図２５】１０ＰＮの雑音なし時における相関特性を示すグラフである。
【図２６】スイッチング雑音印加時における相関フィルタの出力例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本発明に係るモデムは送受信するデータ（信号）を変調する機能、及び復調する機能を備えた、いわゆる、モデム（モデム装置）である。さらに、本発明に係るモデムは、ＯＦＤＭ変調方式を採用したモデムであり、実施形態においては、親機となる親機ＯＦＤＭモデム（以下、単に「親機モデム」と記載する）と、子機となる子機ＯＦＤＭモデム（以下、単に「子機モデム」と記載する）とを、回線（電力線も含む）を介して接続した構成、すなわち、本発明は、親機モデムと回線を介して接続された１台又は複数台の子機モデムから構成されるモデムシステムである。さらに、この親機モデムと子機モデムの外部機器を接続するインターフェースには、外部機器（設備機器）が接続される。また、以下の説明において、「本発明に係るモデム」と記載した場合、このモデムは親機モデムと子機モデムの双方を示す。
【００７４】
最初に、前記した本発明が解決しようとする課題のうち、第１及び第２の課題に対する解決手段について説明する。
【００７５】
（第１の課題を解決するための手段）
直流電源線を利用してデータ伝送を行う際に適用可能な変調方式には、１０キロヘルツ以下の狭い帯域で伝送可能なこと、直流電源線に重畳されている単一トーン雑音やスイッチング雑音に対して十分な雑音耐力を持つこと、及び伝送効率のよいこと、などがあげられる。
【００７６】
従来のデジタル伝送方式として、バイポーラ伝送方式、雑音に強いスペクトル拡散変調方式、さらに、多重伝送が可能なＣＤＭＡ（符号分割多重変調）方式等があるが、これらの方式は広帯域伝送方式であるため、直流電源線には不向きである。また、狭帯域伝送が可能なＦＳＫ変調（周波数偏移変調方式）やシングルキャリア変調方式等があるが、単一トーン妨害やスイッチング雑音に対しては十分な雑音耐力を備えているとは言えない。
【００７７】
単一トーン雑音やスイッチング雑音に対して雑音耐力のある変調方式としては、前記した非特許文献２のＰ５０〜Ｐ６７、Ｐ９７〜Ｐ９８に記載されているＣＰ−ＯＦＤＭやＷＤ−ＯＦＤＭ、ウェブレットＯＦＤＭやＬＳ−ＯＦＤＭ等多数ある。このうち、ＣＰ−ＯＦＤＭ等はガードタイムが必要であり伝送効率上は望ましくない。ガードタイムが不要なＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）としては、ＷＤ−ＯＦＤＭやウェブレットＯＦＤＭやＬＳ−ＯＦＤＭ等がある。
【００７８】
ＬＳ−ＯＦＤＭは、非特許文献２のＰ９７〜Ｐ９８に示されているように、隣接チャネル雑音抑圧特性（サイドローブ）が７０ｄＢ以上と低く、後述するＤＣ除去に対しても十分であるため、本発明のモデムに採用している変調方式は、ＬＳ−ＯＦＤＭ方式を基準としている。これにより、前記した第１の課題、すなわち、直流電源線にも適用可能となるように１０キロヘルツ以下の狭い帯域で通信が可能にするという課題は、ＬＳ−ＯＦＤＭ変調方式を採用したことにより解決されている。
【００７９】
（第２の課題を解決するための手段）
第２の課題は、トランスレスの実現である。従来のモデムについてその基本的な処理手順を説明すると次の通りである。すなわち、送信部において送信信号は、ＤＶ抵抗（ドライブ抵抗）でドライブ電流を制限し、トランスにより、一次二次間のインピーダンス整合と一次と二次間の絶縁を行い、結合コンデンサにてＤＣ成分を除去し、さらに、避雷対策回路にて雷や静電気等から装置側回路を保護して、外部の伝送媒体と接続している。
一方、受信部は、外来の雷や静電気等から避雷対策回路にて装置側を保護し、結合コンデンサで電源周波数成分やＤＣ成分を除去し、トランスにて、伝送媒体と装置側を絶縁してＤＣ成分を除去し、受信回路へと接続されている。
【００８０】
図１は、本発明に係るモデムの基本ブロック図を示している。図１に示すように、モデム送信部１では、モデム送信部１の出力側に低インピーダンスドライブが可能なドライブ（ＤＶ抵抗）２を使用し、伝送媒体のインピーダンスの影響を最小化した。例えば、従来のモデムではトランスを使用していたが、このトランスに「装置２：回線１」の整合比率で伝送媒体と接続した場合、伝送媒体からみた送信側のドライブ抵抗は４分の１となるが、この機能が不要となるように、ドライバの能力を向上させてＤＶ抵抗２を最小化した。
【００８１】
図１に示す受信部では、モデム受信部３として低サイドローブの復調方式を採用し、電源周波数成分やＤＣ成分がある程度存在しても、安定して受信できるようにし、トランスでのＤＣ成分除去機能を不要とした。また、避雷対策回路の強化により、トランスなしでも結合コンデンサ４を接続することにより、十分な雷サージ耐力が得られるようにした。以上から、トランスレスが実現可能となり、モデムをドア等の狭い空間にも収容可能となるように小型化でき、第２の課題は解決された。
【００８２】
なお、上記した第１および第２の課題を解決するための手段は、通常の技術者が容易に実現可能な技術的手段である。
【００８３】
（第３の課題を解決するための手段）
第３の課題は、スイッチング雑音環境下でも安定して高精度な同期確立ができることである。２線の伝送路で全二重通信を実現する伝送方式としては、周波数分割多重技術の使用、エコーキャンセル技術の使用、時分割多重技術の使用、符号分割多重技術の使用が考えられる。これらの技術のうち、広いダイナミックレンジを確保できる技術として、広く使われている時分割多重技術を用いた伝送方式がある。
【００８４】
時分割多重伝送方式では、時間軸を時分割で下り信号、上り信号等に分割する必要がある。また、これらの下り信号、上り信号等を識別するために、前記した特許文献４では上位となる親機モデムと同期を確立するためにビーコン信号を使用している。また、このビーコン信号としては、１３ＰＮという独自のＰＮ信号を採用している。
【００８５】
本発明においても、モデム間、例えば、親機モデムと複数の子機モデム間で同期を確立するために、この１３ＰＮ信号を用い、ビーコン信号により同期を確立している。ところが、この同期確立システムでは、１３ＰＮのピーク点にスイッチング雑音が入った場合、同期信号が雑音により振らされるため、安定した高精度な同期確立が困難となる。本発明ではこの技術課題である第３の課題を解決し、スイッチング雑音環境下でも親機モデムと複数の子機モデム間で安定した高精度の同期確立を実現している。
以下、本発明に係るモデムと従来のモデムについて構成の相違を説明する。
【００８６】
図２０は、従来のモデムに採用されている送受信の制御手順を示すブロック図である。なお、図２０に示す「ＳＤ」は、このモデムが親機モデムに場合には、外部機器、例えば上位の中央監視制御装置等からモデムに送信されるデータ、「ＲＤ」はモデムからこの外部機器に送信するデータを示している。一方、図２０に示すモデムが子機モデムの場合には、「ＳＤ」は、設備機器から入力されたデータ、「ＲＤ」はこの設備機器に送信するデータである。そして、図２０に示す回線を介して、上記した親機モデムと子機モデムが通信可能になるように接続されている。
【００８７】
従来モデムにおいては、まず、「同期信号/ＴＲ信号発生ＲＯＭ」５にて、１３ＰＮの同期信号をチャネル個々に同時間位相で発生する。これを「送信符号器」６に入力し、信号点に変換しベクトル信号とする。このチャネル個々のベクトル信号点は、次に「ＰＮ位相ランダム化」７にて、ＰＮのランダム位相ベクトルが乗算され、チャネル個々のベクトル信号はランダム位相回転される。この後、「ＯＦＤＭ変調部」８にて、入力されたベクトル信号はリアル信号とベクトル信号に分解され、時間分散変調されて、「Ｄ／Ａ変換」９に入力され、アナログ信号に変換される。この送信アナログ信号は、「送信フィルタ」１０に入力され、不要スペクトルが除去され、「ＨＹＢ」１１（ハイブリッド回路）を経由して回線へ出力される。
【００８８】
回線（通信回線）より図示していない他のモデム、例えば子機モデムから入力された受信信号は、「ＨＹＢ」１１を経由して「受信フィルタ」１２に入力され、不要なスペクトル成分が除去される。この後、「Ａ／Ｄ変換」１３に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換され、「遅延回路」１４、「ＯＦＤＭ復調部」１５にて、時間軸の信号が周波数軸信号に変換される。この後、「１３ＰＮ相関フィルタ部」１６に入力された同期信号は、個々のチャネルで相関がとられ、「二乗回路」１７に入力され、時間軸のスカラー信号に変換される。
【００８９】
この時間軸のスカラー信号は、「θ変換回路」１８に入力され、チャネル個々にベクトルの位相信号に変換される。この位相信号は、上記したように送信部でベクトル信号点がＰＮのランダム位相回転されているため、リアル軸とイマジナリ軸の９０度の位相差の範囲で、時間軸上で時間位相がランダム化された信号となっている。なお、この処理の詳細は特許文献４、特許文献５に記載されているので参照されたい。
【００９０】
この時間位相がランダム化されたベクトル信号を「ＰＮ位相逆ランダム化回路」１９に入力し、１点のベクトル信号点に正規化する。この後、「積分回路」２０にてチャネル個々のベクトル信号を積分し、不要な雑音を除去し、最終的なタイミング位相情報を得、後段の「二次ＰＬＬ回路」２１に入力、「ＤＣＸＯ」（デジタル可変発振器）２２にて周波数を補正し、受信信号のサンプリング位相を決定する。なお、図２０に示すＣＰＵ制御部２３は、モデムの動作を制御するためのＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからか構成された制御部である。また、ＭＦＲＭ信号発生回路２４は、ＣＰＵ制御部２３の制御に従って、ＭＦＲＭ信号を発生する回路である。
【００９１】
図２０に示す「二次ＰＬＬ回路」２１は、フィードバックループになっており、「積分回路」２０」、「二次ＰＬＬ回路」２１を経由した後の位相誤差がゼロとなるように、自動フィードバッグ補正され、親機モデムと子機モデムの位相同期が確立する。
【００９２】
なお、伝送媒体（通信回線）およびモデム装置の内部には絶対遅延があるため、送信部のＭＦＲＭ信号と受信側のＭＦＲＭ信号は、ＰＬＬにより位相および周波数同期は確保できるものの、絶対位相に関しては、必ずしも一致していない。例えば、１０キロヘルツから４５０キロヘルツ帯での回線の絶対遅延（群遅延）は６０μＳ程度である。送受信のＭＦＲＭの絶対位相差の規格を例えば、±２５０μＳとした場合、送受信間の位相誤差を±１９０μＳ以下にできれば、回線の絶対遅延時間を考慮した場合でも十分に親機モデムと子機モデム間の絶対位相を時間軸で合致可能である。
【００９３】
上記の絶対位相誤差の調整のため、受信部ＲにはＭＦＲＭ信号の位相差を調整する遅延手段となる「遅延回路」１４が設けられており、この遅延量は、親機モデムと子機モデム間のＭＦＲＭ信号の絶対位相が許容値内に入るように設計時に調整される。この「遅延回路」１４により、送受信間のＭＦＲＭ信号の位相差は回線経由で接続した場合でも規格内に入れることができるが、スイッチング雑音に対する耐力は必ずしも十分でない。
【００９４】
スイッチング雑音は時間軸で集中した雑音であり、これを周波数軸に変換した場合には、時間位相に依存した周波数軸上の位相回転情報となる。当然ながら、振幅的にも巨大な雑音信号となっており、ＦＦＴ単位でみれば、時間軸上で突発的なエネルギー信号となる。この突発的なエネルギー信号はやはり、時間軸上で、ＦＦＴ単位で集中した波形となっており、この信号が後段の「１３ＰＮ相関フィルタ部」１６に入力された場合、やはり、「１３ＰＮ相関フィルタ部」１６の出力も、時間軸において同位相で振幅が増大したインパルス性の雑音となっている。  
【００９５】
また、図２０に示す従来のモデムにおいて、「１３ＰＮ相関フィルタ部」１６の出力データを「二乗回路」１７で二乗し、「θ変換回路」１８でベクトル位相信号に変換した場合、「θ変換回路」１８は１３ＰＮの１周期を３６０度のベクトル位相信号として変換する。
【００９６】
また、特許文献４に示されているように、送信部での「ＰＮ位相ランダム化回路」７では、入力ベクトル信号をリアルとイマジナリのベクトル信号に分解し、時間軸上で信号を２分の１ナイキスト時間間隔で時間分散伝送する。このため、１３ＰＮの同期信号も２分の１のナイキスト時間間隔で時間分散され、１３ＰＮ信号は計１３ＦＦＴ期間で１３ナイキスト時間長となっている。従って、送信部での「ＰＮ位相ランダム化回路」７は、１３ＰＮの時間長を３６０度とすると、２分の１のナイキスト時間長の角度は、角度的に３６０度／１３／２＝約１３．８度と微小であるため、スイッチング雑音を受信した場合には、やはり雑音が時間軸で集中し、同期確立に関して雑音の影響を受けることとなる。
【００９７】
上記した従来のモデムが抱えている課題を解決するために、本発明に係るモデムは、図２に示すような制御ブロックを備えている。なお、図２において、図２０に示す従来のモデムの各制御ブロックと同一の処理を行なうブロックは、同一の符号を付与している。また、図２に示す本発明に係るモデムは、親機モデム又は子機モデムとして使用可能な構成にすることができる。
【００９８】
図２に示すように本発明に係るモデムにおいて、ＭＦＲＭ信号を発生する手段となる「ＭＦＲＭ信号発生回路」２４を備え、送信部Ｓには「時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段」２８ａを設けている。「時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段」２８ａで発生されたチャネル個々の１３ＰＮの同期信号は、図３（ａ）に示すように時間位相をランダムにしたパターンとしたために、図４、図５に示すように、時間位相をチャネルごとにランダムにシフトした形の同期信号となっている。図４に示すグラフの縦軸は角度、横軸は１３ＰＮのパターン番号である。なお、従来のモデムでは、図３（ｂ）に示すように時間位相が固定のパターンにしていた。
一方、受信部Ｒでは、送信部Ｓでの時間位相ランダム化を元に戻すために、時間逆分散手段となる「１３ＰＮ時間逆分散回路」２９を設けており、送信部Ｓで行った１３ＰＮの時間位相を３６０度の位相ベクトル空間で元に戻している。
【００９９】
図２に示すように本発明に係るモデムにおいて、送信部Ｓには上記したように「時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段」２８ａを設けている。「時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段」２８ａで発生されたチャネル個々の１３ＰＮの同期信号は、図３（ａ）に示すように時間位相をランダムにしたパターンとしたために、図４、図５に示すように、時間位相をチャネルごとにランダムにシフトした形の同期信号となっている
【０１００】
そして、図２に示す本発明に係るモデムにおいて、このモデムに接続された他のモデムからスイッチング雑音が入力された場合には、「ＯＦＤＭ復調部回路」１５の出力点、ならびに、「１３ＰＮ相関フィルタ部」１６の出力点、「二乗回路」１７、「θ変換回路」１８、「ＰＮ位相逆ランダム化回路」１９の出力点で、同様に、時間軸で集中した雑音となっているが、時間逆分散手段となる「１３ＰＮ時間逆分散回路」２９を経由すると、スイッチング雑音自身が３６０度のベクトル空間でランダム化されるため、その後の積分回路２０で積分されて、スイッチング雑音は抑圧されることとなる。その結果として雑音耐力が向上することになる。
【０１０１】
受信部Ｒでは、例えば、１点に集中したスイッチング雑音は、「ＰＮ位相逆ランダム化回路」１９（３６０／１３／２度の範囲）、「１３ＰＮ時間逆分散回路」２９により、図６に示すように３６０度の範囲で逆分散され、この後の「積分回路」２０により、受信側部Ｒに入力されたスイッチング雑音は雑音抑圧され、結果として雑音耐力の向上となる。
【０１０２】
上記したように、第３の課題を解決する手段として、モデムの受信部Ｒに絶対位相を調整可能な「遅延回路」１４、ならびに送信部Ｓで同期信号を時間位相ランダム分散が可能な「時間分散同期信号発生ＲＯＭ手段」２８ａ、さらに受信部Ｒでは、送信部Ｓと逆の「１３ＰＮ時間逆分散回路」２９を設けることにより、親機モデムと子機モデム間での同期耐力を向上させ、かつ、親機モデムと子機モデム間の絶対位相の偏差を最小化していることに特徴がある。
【０１０３】
（第４の課題を解決するための手段）
続いて、第４の課題である、スイッチング雑音環境下での安定したゲイン調整を実現する手段について説明する。図２１は従来のゲイン調整回路を示している。図２１に示す従来のゲイン調整回路の詳細は、前記した特許文献７及び特許文献８に記載されているためその説明は省略するが、図２１に示すように、従来のゲイン調整回路では、スイッチング雑音のエネルギーを含めた受信レベルを受信レベル検出回路である「遅延回路」３１、「ＤＣ成分平均値算出回路」３２、「絶対値回路」３３、「ｄＢ変換回路」３４、「５ＭＦ回路」３５でゲイン調整しているため、巨大なスイッチング雑音が入力された場合、スイッチング雑音を除いた受信信号のレベルが小さくても、受信レベルが大きいと判断し、ゲインを小さめに調整してしまう。その結果として、ゲイン調整回路はスイッチング雑音の影響を受け、スイッチング雑音に振らされる不安定なゲイン調整回路となる。図１１（ｂ）は、このような従来のゲイン調整回路でゲイン調整したときの受信レベルのモニタ結果を示している。
【０１０４】
なお、図１１（ｂ）に示すグラフは、縦軸は受信レベルのモニタ結果を、横軸は回線のＡＴＴロスを示し、表示している線図は、スイッチング雑音なしの場合（「受信データ」で示されている線）と、１０ｋＨｚのスイッチング雑音を挿入時、５０ｋＨｚのスイッチング雑音の挿入時の結果を示している。スイッチング雑音の周波数を大きくすると、その分、雑音エネルギーが増え、等価的に受信レベルが増大したようになるため、結果として、ゲイン調整は低めの値となってくる。ＡＴＴロスがある程度増大した場合には、ゲイン調整回路の調整範囲を超えるため、調整結果＝受信レベルモニタ結果は、同一の値でサチル結果となる。本発明では、雑音に振らされない、図１１（ａ）に示すような特性を目標としている。
【０１０５】
ＯＦＤＭ方式による送受信を採用した本発明に係るモデムでは、図７に示すゲイン調整回路を備えている。このゲイン調整回路は、図２１に示す従来のゲイン調整回路と比較して、スイッチング雑音を除去可能としたスイッチング雑音除去となる「スイッチング雑音除去回路（ＳＷ雑音除去回路）」３６と、時間分散抽出手段となる「時間分散抽出回路」３７を、このゲイン調整回路内の、受信信号が直接通過する信号経路ではない、ゲイン調整用フィードバック回路内に設けて、スイッチング雑音環境下で、受信信号そのものには影響を与えず、安定したゲイン調整を実現したことに特徴がある。なお、図７に示すゲイン調整回路は、図２に示すモデムのブロック図において、受信部Ｒの、例えば、「Ａ／Ｄ変換回路」１３内に設けられ、Ａ／Ｄ変換された受信信号がこのゲイン調整回路に入力される。
【０１０６】
以下、「ＳＷ雑音除去回路」３６の詳細を図８、図９に基づいて説明する。
図８、図９において、図７に示す「絶対値回路」３３より出力された信号は、「２Ｄ＿delay回路」４１に入力され、１６タップ分の信号遅延が行われる。また、「ΣPWR(１Ｄ＿delay)回路」４２に入力され、８タップ分の移動平均手段により受信パワーが積分され、出力される。次に「bit抽出回路」４３により、（ｃ）Σ平均値信号と、（ｄ）２＊Σ平均値信号とが出力される。この後、「大小比較回路」４４により、上記（ｃ）と（ｄ）の信号レベル差が検出され、（ｆ）の大小比較結果を「セレクタ回路」４５に送る。「セレクタ回路」４５では、大小の比較結果（ｆ）に従い、スイッチング雑音を除去し、所望の受信レベル信号を得る。この回路出力結果は、次の「時間分散抽出回路」３７へ送られる。図９のタイムチャートに示したように、スイッチング雑音は、「ＳＷ雑音除去回路」３６により除去される。
【０１０７】
図７及び図８に示す「ＳＷ雑音除去回路」３６により、基本的なスイッチング雑音の除去は可能であるが、後段の「ｄＢ変換／５ＭＦ回路」３４、３５では、５つのレベル計算結果により、最終的な受信レベルを決定し、レベル調整を実施している。現実的な回線においては、当然ながら、スイッチング雑音のように、周期的な雑音ばかりでなく、突発的な非周期的な雑音もあり、如何に、これらの雑音を除いた正確な安定したレベル抽出を行うかが安定性確保の鍵となる。「時間分散抽出回路」３７は、正にこの改善対策手段である。
【０１０８】
従来のレベル抽出手段とその特性を図２２（ａ）、（ｂ）に示す。図２２（ａ）に示すように、従来では、レベル抽出を一定の時間間隔をおいて、レベル抽出していた。このため、この時間間隔に一致した周期的な雑音が入力されると、入力された周期性のある雑音の位相により、ゲイン調整が不安定な動作となっていた。このレベル抽出回路の相関特性は、図２２（ｂ）に示すようになっており、周波数特性にゆがみがあることがわかる。
【０１０９】
図１０は、図７（図８）に示す「ＳＷ雑音除去回路」３６の後の「時間分散抽出回路」３７で抽出したレベルの抽出結果を示している。図１０（ａ）に示すように、「時間分散抽出回路」３７ではレベル抽出する時間長を計１４のタイムスロットに分け、この内の特定の５か所を後段の「５ＭＦ回路」３５へ渡すレベル抽出ポイントとしている。図１０（ａ）に示すレベル抽出パターンは、時間相関がなくなるようにランダム配置としているため、相関特性はインパルス特性となり、周波数特性はほぼフラットな特性を得えることができた。この特性によれば、図１０（ｂ）に示したように、例えば、５０ｋＨｚのスイッチング雑音が３つの異なる時間位相で入力された場合でも、５つのサンプル点でサンプルされるのは最大２個であり、後段の「５ＭＦ回路」３５により除去可能であることがわかる。
【０１１０】
本発明においては、上記した２つの手段、すなわち、「ＳＷ雑音除去回路」３６、「時間分散抽出」３７により、図１１（ａ）に示すように受信レベルについて改善した特性を得ることができる。
【０１１１】
（第５の課題を解決するための手段）
続いて、第５の課題である、スイッチング雑音環境下での安定した通信を実現する手段について説明する。
従来のモデムは、その制御ブロックを図２０に示しているように、トレーニング信号を受信し、受信データを再生する手段をとっている。このようなシステムでは、トレーニング信号に雑音が入った場合、後続の受信データが全て受信不可能となる。第５の課題は、この課題を解決する手段である。
【０１１２】
なお、トレーニング信号とは、モデムの受信部Ｒのセットアップを行うための専用の信号であって、受信データの再生の前に、振幅、位相、遅延特性等についてこの受信レベルを調整するための信号である。
【０１１３】
図２３は、従来のトレーニング信号のパターンを示している。図２３に示すように、従来のトレーニング信号のパターンは、１０ＰＮという完全直交系列を使用し、かつ、偶数と奇数チャネルのトレーニング信号配置を１０ＰＮの半分の５ＳＢＦＲＭ（サブフレーム）シフトして使用することで、隣接チャネル間の干渉をゼロとしている。
【０１１４】
図２０に示従来のモデムにおいては、例えば、親機モデムの送信部から送信されたトレーニング信号は、子機モデムの受信部において「１０ＰＮ相関フィルタ部」２５に入力される。この「１０ＰＮ相関フィルタ部」２５の等価回路は、図２４に示すように、トランスバーサルフィルタで構成されており、図２４に示すＣｎが相関フィルタの係数となる。従来では、この係数Ｃｎは送信部と同じパターンの係数が用いられている。この時の「１０ＰＮ相関フィルタ部」２５の出力となる相関特性（相関値）を図２５に示している。図２５に示すように、次数が０次（図では８次）の時には、相関値が最大となっているが、５ＳＢＦＲＭシフトした次数±５次（図では３次と１３次）では、両方とも相関値はゼロとなっており、隣接チャネルへの干渉がないことがわかる。
【０１１５】
この図２５に示す状態で、振幅が巨大なスイッチング雑音が入力された場合の「１０ＰＮ相関フィルタ部」２５の出力となる相関特性を図２６に示している。図２６に示す例は一例であるが、相関特性に大きなゆがみが発生している。スイッチング雑音は時間軸で集中した雑音であり、もし、これが、同一の相関係数をもったフィルタ部に入力されると、「１０ＰＮ相関フィルタ部」２５の出力もやはり、時間軸に集中した雑音波形となる。その結果として、トレーニング信号が集中的に破壊されて受信不能状態になる。
【０１１６】
図２３に示す偶数と奇数チャネルのトレーニング信号のパターンは、５ＳＢＦＲＭ＝５シンボルシフトした形で配置されているため、時間軸で少しずつシフトしたスイッチング雑音を受信側に入力した場合、５シンボル＝５ＳＢＦＲＭ＝５ＦＦＴ時間長ごとに、トレーニング信号が半分雑音による劣化を受け、結果として受信不能状態が発生する場合がある。
【０１１７】
このようなスイッチング雑音環境下におけるシステムにおいて、安定した受信システムを実現するためには、チャネル個々に、トレーニング信号の時間位相を少しずつずらすことが考えられる。ただし、隣接チャネルの干渉は意識して避けることが必要であり、１シンボル単位でシフトすることはできない。
【０１１８】
本発明では、図１２（ａ）と図１３（ａ）に示すように、トレーニング信号のパターンを４シンボルずつずらす構成として、隣接チャネル間の干渉はなしとし、かつ、スイッチング雑音からのダメージを時間分散できるようにした。  この処理を行うために、図２に示すように、送信部Ｓには「時間分散ＴＲ信号発生ＲＯＭ手段」２８ｂを設け、この「時間分散ＴＲ信号発生ＲＯＭ」２８ｂに、図１２（ａ）に示すトレーニングパターンを記憶して、図示していないトレーニング信号発生手段により発生されたトレーニング信号が、送信部Ｓで時間分散されたトレーニング信号が発生されるようにした。
【０１１９】
図２に示すように、受信部には時間逆分散相関フィルタ手段となる「１０ＰＮ時間逆分散相関フィルタ部（ＴＲ信号時間逆分散回路）」３０を設け、この回路の内容は、図２４に示す相関フィルタ等価回路のフィルタの係数Ｃｎを図１２（ａ）に示すように、「１０ＰＮ時間逆分散相関フィルタ部（ＴＲ信号時間逆分散回路）」３０の出力の結果が、図２５に示す従来のタイムチャートと同じとなるように、チャネル個々に送信部Ｓと同一の相関フィルタ係数を用いて実現した。この結果、時間軸で集中されたスイッチング雑音は、受信部Ｒで時間分散されて、モデムのスイッチング雑音特性を改善することができた。
【０１２０】
以上に記載したように、本発明に係るモデムは、図２に示すように、送信部Ｓでは、チャネル個々に時間分散した「時間分散ＴＲ信号発生ＲＯＭ手段」２８ｂを設けており、送信部Ｓのトレーニング信号をチャネル個々に時間分散して送信している。一方、受信部Ｒでは、「ＯＦＤＭ復調部」１５の出力点に「１０ＰＮ時間逆分散相関フィルタ部」３０を設け、この相関フィルタの相関係数は、送信部Ｓと同様にチャネル個々に時間逆分散した形をとっている。その結果として、この「１０ＰＮ時間逆分散相関フィルタ部」３０の出力では、送信のトレーニング信号が、時間軸で集中した形で受信再生される。
【０１２１】
一方、回線からスイッチング雑音の受信時には、「１０ＰＮ時間逆分散相関フィルタ部」３０への入力前は時間軸で集中した雑音となっているが、「１０ＰＮ時間逆分散相関フィルタ部」３０の相関係数が時間逆分散された係数となっているため、スイッチング雑音は時間分散されて相関フィルタの出力に現れる。以上から、雑音エネルギーは時間分散により低減され、結果としてスイッチング雑音耐力が向上する。
【０１２２】
（第６の課題の解決手段）
続いて、第６の課題である、マクロ的には外部トリガに同期（マクロ的同期）し、ミクロ的にはモデムの高精度クロックに同期（ミクロ的同期）させる手段であって、同時刻で監視制御を行うための手段について説明する。
【０１２３】
図１４は、本発明に係るモデムを、ＰＬＣ親機モデムＡ（図１４には「ＰＬＣ親機Ａ」と記載）とＰＬＣ子機モデムＢ、Ｃ（図１４には「ＰＬＣ子機Ｂ」、「ＰＬＣ子機Ｃ」と記載）に適用して、両者を、電力線を通信回線として接続したときのシステム構成の概要を示す図であって、例えば、複数の設備機器を同時刻で監視制御するシステムに応用することができる。図１４においては、ＰＬＣ親機モデムＡに接続される上位の設備機器、例えば上位の監視制御コンピュータ等と、ＰＬＣ子機モデムＢ、Ｃに接続される各種の設備機器などは図示していない。また、図１４には２つのＰＬＣ子機モデムＢ及びＣのみを図示しているが、監視制御を実施する複数の設備機器ごとにＰＬＣ子機モデムモデムＢ、Ｃ、Ｄ、・・・が接続され、これら複数のＰＬＣ子機モデムＢ、Ｃ、Ｄ、・・・は電力線を通信回線としてＰＬＣ親機モデムＡに接続されている。
【０１２４】
なお、上記したＰＬＣ親機モデムとは電力線を利用して通信を行うときに用いる親機モデムを示し、ＰＬＣ子機機モデムとは電力線を利用して通信を行うときに用いる子機モデムを示す。以下の説明においてＰＬＣ親機モデムのことを「親機モデム」、ＰＬＣ子機モデムのことを「子機モデム」と記載する。
【０１２５】
図１４に示すシステム構成図において、通信回線を介した親機モデムＡと子機モデムとの信号の送受信を除いて、親機モデムＡに対して外部の設備機器（監視制御コンピュータ等）から送受信される情報は、外部クロックＡ、外部トリガＡ、外部起動出力Ａ、送受信データ（data）Ａであり、子機モデムＢに外部の設備機器などから送受信される情報は、外部クロックＢ、外部トリガＢ、外部起動出力Ｂ、送受信データ（data）Ｂである。同様に、子機モデムＣに外部（設備機器など）から送受信される情報は、外部クロックＣ、外部トリガＣ、外部起動出力Ｃ、送受信データ（data）Ｃである。
【０１２６】
上記した親機モデムＡに入力される外部クロック信号Ａとは、例えば、親機モデムＡに接続されている５０Ｈｚ／６０Ｈｚの交流電源のゼロクロス信号である。同様に、外部トリガ信号Ａとは、例えば、スイッチからの入力信号、上位の中央監視制御装置から送信された指示（指令）コマンド、等である。同様に、外部起動出力Ａとは、例えば、上位の中央監視制御装置に送信する指示コマンド、等である。また、送受信データＡとは、例えば、子機モデムＢ、Ｃから送信されるデータ、及び上位の中央監視制御装置から送信されるデータである。
【０１２７】
上記した子機モデムＢ（Ｃ）に入力される外部クロック信号Ｂ（Ｃ）とは、例えば、子機モデムＢ（Ｃ）に接続されている５０Ｈｚ／６０Ｈｚの交流電源のゼロクロス信号、等である。同様に、外部トリガ信号Ｂ（Ｃ）とは、例えば、各種センサを含む設備機器など外部機器から送信される指令コマンド、等である。同様に、外部起動出力Ｂ（Ｃ）とは、例えば、外部機器への指令コマンドである。また、送受信データＢ（Ｃ）とは、例えば、親機モデムＡから送信されるデータに基づいて各種センサを含む設備機へ送信するデータ、あるいは、各種センサを含む設備機器などから送信される稼働状況等のデータである。
【０１２８】
上記した外部起動出力Ｂ（Ｃ）とは、例えば、親機モデムに入力された任意の外部トリガＡの信号に基づいて、マクロ的な同期を確立するために出力する起動信号を示し、例えば、計測データの送信要求を行うためにセンサ機器に出力する指示コマンドである。また、ミクロ的同期を行うための同期信号は、モデムのＭＦＲＭ（マスターフレーム）信号か、または、上記した外部クロック信号となる。
そして、複数の設備機器について同時刻の監視制御を行なうためには、親機モデムはマクロ的には外部トリガ信号に同期して、一斉に複数の子機モデムＡ、Ｂ、・・・に対して、子機モデムに接続されているセンサデータ等（例えば、電圧、電流、電力、温度等）の測定データを収集するための指示コマンド等を送信し、子機モデムはこの指示コマンドを受信するとミクロ的に外部クロックに同期して測定データを収集し、親機モデムに送信するようなシステムが考えられる。
【０１２９】
親機モデムＡが子機モデムＢ、Ｃ・・・が設備機器から収集した測定データ等は、例えばこの収集した時点の時刻情報とセットにして、上位の中央監視制御装置に送信する処理を行う。なお、図１４に示す外部起動出力Ｂ、Ｃ信号は、各種設備機器の起動信号（稼働開始、停止信号等）として使用してもよい。  
【０１３０】
初めに、第６の課題を実現するための手段の概要を、図１４を参照して説明する。  まず、親機モデムＡと子機モデムＢ、Ｃ、・・・間の同期であるが、これは親機モデムＡの「ＭＦＲＭ信号発生回路」２４（図２参照）が定期的に送信している同期信号となるビーコン信号（例えば数百ｍＳ単位）を、複数の子機モデムＢ、Ｃ、・・・が同時受信し、複数の子機モデムＢ、Ｃ、・・・はこの同期信号に同期をとることで、親機モデムＡと子機モデムＢ、Ｃ、・・・間で±２５０μＳレベルの高精度の位相同期をとる。  
【０１３１】
ただし、この同期範囲は数百ｍＳレベルの時間軸上の話しである。このため、これ以上、ゆっくりとしたレベルでの、例えば外部スイッチからの入力信号等による外部トリガ信号のゆっくりとした上位同期を確立するためには、親機子モデムＡから子機モデムＢ、Ｃ、・・・に対し、基準となる上位の同期情報（例えば、ＭＦＲＭ信号を送信するごとに「＋１」するＭＦＲＭのカウンタ情報、等）をＰＬＣ子機モデムＢ、Ｃ、・・・に送信する処理を行うようにする。
【０１３２】
親機モデムＡがこのＭＦＲＭのカウンタ情報を複数の子機モデムＢ、Ｃ、・・・に同時送信する場合、各子機モデムＢ、Ｃ、・・・はこれらのカウンタ情報を受信すると、各子機モデムＢ、Ｃ、・・・が独自でカウントしているＭＦＲＭのカウント情報を親機モデムＡから送信されたカウント情報に一致させる処理を行う。このような処理を親機モデムＡと子機モデムＢ、Ｃ、・・・間で定期的に実施すれば、親機モデムＡと子機モデムＢ、Ｃ、・・・間において、上位の時刻情報、例えば、親機モデムのＭＦＲＭのカウント情報を、複数の子機モデムのＭＦＲＭのカウント情報と一致させることが可能となる。
【０１３３】
上記した親機モデムＡと子機モデムＢ、Ｃ、・・・がＭＦＲＭのカウンタ情報を処理する手段は、図２に示す「ＣＰＵ制御部」２３の制御に基づいて実行される。この手段は、図１５または図１６に示すブロック図において、親機モデムＡ側のＭＦＲＭ信号発生手段となる「親機ＭＦＲＭ信号発生回路」５４、ＭＦＲＭ信号の発生回数をカウントしてこのカウンタ情報を子機モデムＢ、Ｃに送信するための処理を行う「親機ＭＦＲＭカウンタ情報セット・通知手段」５３、子機モデムＢ、Ｃとの信号の送受信の制御を行う「データ送受信手段」５５、子機モデムＢ、Ｃ、・・・側の「データ送受信手段」５６、親機モデムＡから送信されたカウント情報に対する処理を行う「子機ＭＦＲＭカウンタ情報セット手段」５９により、親機モデムＡのＭＦＲＭのカウンタ情報が複数の子機モデムＢ、Ｃ、・・・に送信される。
【０１３４】
次に、外部より入力された外部トリガ信号は、図１５（図１６）に示す「外部トリガ受信手段」５１（５７）により、トリガ信号が検出され、「外部回路起動手段」５２ａ（５８ａ）により外部への起動信号出力の準備を開始する。
【０１３５】
親機モデムＡ側で「外部トリガ受信手段」５１にて外部トリガを検出すると、「カウントダウン手段」５２ｂにより、（ａ）起動情報（指示コマンド）と、（ｂ）起動時刻に合わせたカウントダウン情報とをセットにした実行指示情報を「データ送受信手段」５５により親機モデムＡから複数の子機モデムＢ、Ｃ、・・・に複数回、所定の時間間隔ごとに、同時伝送する。なお、この所定の時間間隔は、例えば、上記したＭＦＲＭのカウンタ情報、あるいは内部タイマを作動させてこのカウントダウンする時刻を決めるようにする。なお、上記の起動時刻とは、例えば、外部トリガを検出した時点から、子機モデムＢ、Ｃに接続されている設備機器に監視制御を実行するための指令を出力するためのタイミング（時間間隔）を示す。
【０１３６】
この親機モデムＡから複数の子機モデムＢ、Ｃ、・・・に対する複数回の実行指示情報の伝送処理は、例えば、次の手順を採用することができる。
（１）第１回目の送信：
（ａ）起動情報と、（ｂ）カウントダウン情報として「３」を送信する。
（２）第２回目の送信：
（ａ）起動情報と、（ｂ）カウントダウン情報として「２」を送信する。
（３）第３回目の送信：
（ａ）起動情報と、（ｂ）カウントダウン情報として「１」を送信する。
（４）第４回目の送信：
（ａ）起動情報と、（ｂ）カウントダウン情報として「０」を送信する。
【０１３７】
そして、受信側となる子機モデムＢ、Ｃ、・・・は、上記（ｂ）で示すカウントダウン情報「０」を受信した時点、または、カウントダウン情報「０」が受信されると想定された時点で、各子機モデムＢ、Ｃ、・・・に接続されている設備機器について監視データの収集、及び必要に応じて稼働の制御処理を行う。これにより、複数の設備機器について±２５０μＳの時間差異、すなわち、同時刻の監視制御を行うことが可能になる。
【０１３８】
上記した親機モデムＡから複数の子機モデムＢ、Ｃ、・・・への第１回目〜第４回目のデータ伝送において、受信側となる子機モデムＢ、Ｃ、・・・では、稀に、雑音により、これらの実行指示情報を正常に受信できない場合がある。例えば、第１回目は正常に受信できたが、第２回目と第３回目の実行指示情報は正常に受信できない場合、第１回目と第２回目は正常に受信できなかったが、第３回目は正常に受信できたという場合がある。子機モデムＢ、Ｃ、・・・の設置場所は、個々の子機モデムごとに異なるため、受信側でのエラー発生の状況、発生時刻等は複数の子機モデムでまちまちになる。
【０１３９】
本発明に係るモデムは、このような受信時のエラーが発生した場合でも、複数の子機モデムは正確に同時制御が可能となるように、上記した第１回目の送信〜第４回目の送信を基にしてカウントダウンを行う手段を備えている。
この手段は、子機モデムは親機モデムＡから１回でも正常に実行指示情報を受信できた場合には、この実行指示情報を受信した時点からタイマを稼働させる。そして、子機モデムのＣＰＵ制御部２３が備えているプログラムの処理で、タイマのカウント時刻が上記した最終のカウントダウン情報「０」の状態になる時刻に達したか否かを判定する。このようなプログラム処理を行うことにより、タイマのカウント時刻がカウントダウン情報「０」の状態になる時刻に達した時点で、最終的なミクロ状態で、複数の子機モデムに接続されている設備機器の同時刻の監視制御を実行することが可能になる。なお、上記したカウントダウン情報のカウントダウン回数の上限値は４回に限定されるものではなく、対象となるシステムの機能や規模に応じて適切な値を設定するとよい。
【０１４０】
上記したように、親機モデムと子機モデム間で多少の伝送エラーが発生し場合でも、親機モデムは上記した複数回の実行指示情報を子機モデムに所定の時間間隔ごとに送信することにより、確実に、親機モデムと複数の子機モデム間で、マクロ的には外部トリガに同期し、ミクロ的にはモデムのクロックに同期して、親機モデムは複数の子機モデムに接続されている多数台の設備機器を高精度に同期がとれた同時刻での監視制御を行うことが可能になる。
【０１４１】
なお、親機モデムと子機モデム間で伝送エラーが発生した場合、従来から実施されている対策としてデータを「再送（再送信）する」方法もある。しかし、データの再送を行うとシステム全体の監視制御時刻等の起動時間が遅れて、高精度に同期がとれた同時刻での監視制御が不可能になる。従って、短時間内で起動制御を行うためには、上記手段のように起動情報とカウントダウン情報とをセットで複数回送信することにより、伝送エラーが発生した場合には、ＰＬＣ子機モデム側でエラー対策を実行する手段を設けた方が優れている。
【０１４２】
上記したように、ＯＦＤＭ方式を採用した本発明に係るモデムにおいては、第６の課題を実現するために、親機モデム、子機モデムともに次の手段を設けている。
【０１４３】
（手段１）
親機モデム、子機モデムともに、図１５（図１６）に示すように「ＭＦＲＭ信号発生回路」５４（６０）、「ＭＦＲＭカウンタ情報セット・通知手段」５３（５９）、「データ送受信手段」５５（５６）を設ける。
【０１４４】
（手段２）
親機モデムより、親機モデムのＭＦＲＭカウント情報を子機モデムに伝送し、子機モデム側で子機モデムのＭＦＲＭカウンタを親機のカウント情報と合致させ、親機モデムと複数の子機モデム間を上位（親機モデム）の時間軸で同期確立し、親機モデムと子機モデム間の制御タイムチャートをＭＦＲＭ単位で時分割制御可能とする。
【０１４５】
（手段３）
さらに、親機モデム、子機モデムともに、「外部トリガ受信手段」５１、５７、「外部回路起動手段」５２ａ、５８ａ、「カウントダウン手段」５２ｂ、５８ｂを設け、親機モデム側で「外部トリガ受信手段」５１にて外部トリガ信号を検出し、この検出に伴う（ａ）起動情報と、（ｂ）起動時刻に合わせたカウントダウン情報、とをセットとして、親機モデムより複数の子機に複数回、所定の時間間隔ごとに、同時伝送する。
【０１４６】
以上の手段を設けたことにより、親機モデムと子機モデム間で多少の伝送エラーがあった場合でも、確実に、親機モデムと複数の子機モデム間で、マクロ的には外部トリガ信号に同期し、ミクロ的にはモデムクロックに同期して、親機モデムと複数の子機モデムに接続されている設備機器を同時刻で監視制御することが可能になる。
【０１４７】
（第７の課題の解決手段）
続いて、第７の課題である、マクロ的には外部トリガ信号に同期し、ミクロ的にはモデムとは非同期の外部クロックに同期して、親機モデムと複数の子機モデム間で同時刻の監視制御を行うための手段について説明する。
【０１４８】
上記した第６の課題は、マクロ的には外部トリガ信号に同期（マクロ的同期）し、ミクロ的にはモデムの高精度なクロックに同期（ミクロ的同期）させる課題であって、親機モデム及び子機モデムともに、上記した（手段１）〜（手段３）を備えている。
【０１４９】
すなわち、上記（手段１）〜（手段３）は、親機モデム及び子機モデムともに、「ＭＦＲＭ信号発生回路」５４（６０）、「ＭＦＲＭカウンタ情報通知・セット手段」５３（５９）、「データ送受信手段」５５（５６）、を設け、親機モデムより、ミクロ的にはモデムの高精度なクロック信号である親機モデムのＭＦＲＭカウント情報を子機モデムに伝送し、子機モデム側で子機モデムのＭＦＲＭカウンタを親機のカウント情報と合致させ、親機モデムと複数の子機モデム間を上位の時間軸で同期確立し、親機モデムと子機モデム間の制御タイムチャートをＭＦＲＭ単位で時分割制御するようにしている。
【０１５０】
第７の課題を解決する手段は、さらに次の手段を備えている。具体的には、図１６に示すように、親機及び子機モデムは、外部クロックの信号を入力してＭＦＲＭ信号との位相差（位相差情報）を検出する「外部クロック位相差検出手段」６１（６４）、この検出した位相差に関する情報を対向する親機及び子機モデムに送信するための前処理を行う「外部クロック位相差通知手段」６２ａ（６５ａ）、外部クロックについてゼロクロスの発生回数（ゼロクロスカウンタ）をカウントする「外部クロックゼロクロスカウント（セット）手段」６３（６６）、このカウントしたゼロクロスの発生回数を対向する親機及び子機モデムに送信するための処理を行う「外部クロックカウント値通知手段」６２ｂ（６５ｂ）等、を備えている。
【０１５１】
これにより、例えば、親機モデムがカウントしたゼロクロスカウンタ情報が複数の子機モデムに送信されたときには、子機モデムは「外部クロックゼロクロスカウント（セット）手段」６６により子機モデムが独自でカウントしていた個々のゼロクロスカウンタをこの受信したゼロクロスカウンタと一致させる処理を行う。これにより、親機モデムと複数の子機モデムは同期確立を得ることが可能になる。
また、「外部クロック位相差検出手段」６１（６４）は、例えば、ＭＦＲＭの立ち上がり点を起点として、タイマを作動させ、次に外部クロック信号がゼロクロスするまでの時間長（位相差）を実測する処理を行なう。
【０１５２】
なお、前記した外部クロックのゼロクロス（ゼロクロス信号）として、５０Ｈｚの電源信号を使用する場合には、１周期の時間長は２０ｍＳであり、ゼロクロス信号は、２０ｍＳごとに１秒間に５０回出現することとなる。従って、上記でＭＦＲＭ信号の立ち上がり点から最初のゼロクロス信号点を実測した場合、実測値は、０〜２０ｍＳの範囲の任意の位相差信号となる。この位相差信号を親機モデムから複数の子機モデムへ定期的に通知する。
【０１５３】
親機モデムと子機モデムが同一の電源線に接続されている場合、電源周波数も電源位相も基本的には同一である。ただし、位相に関しては、個々の設備機器が設置されている負荷状況に大きく依存しているため、親機モデムの電源位相と子機モデムの電源位相は微妙に異なっている。
【０１５４】
例えば、親機モデムにおいて、時間位相３ｍＳ点でゼロクロス信号をキャッチしたとしても、子機モデム側では、３ｍＳジャストで正確にゼロクロス信号点がキャッチされることはない。逆に、電源の位相は、負荷により大きく影響し、ディューティ比も大きく異なっているため、５０Ｈｚの場合、例えば、２０ｍＳの時間長の１／４である５ｍＳ程度は大きくずれていると判断しておいた方が、間違いがない。
【０１５５】
この偏差は電源周波数のジッタの範囲と考える。しかし、このジッタ量を除けば、多少マクロ的に電源のゼロクロス信号をみれば、やはりジッタを許容する範囲で完全同期していると言える。
【０１５６】
問題は、親機モデムと子機モデム間で、ミクロ的にも電源のゼロクロス信号と同期を確立する場合には、ジッタの変動部分を除いて同期を確立し、ジッタ部分については、個々のモデムに接続されている電源周波数のゼロクロス点を基準に同期を確立することが望まれる。
【０１５７】
そこで、第７の課題を解決するための手段は、外部クロックにミクロ的にも同期する時刻同期を行う制御に関しては、特に、外部クロックにジッタの変動が多い電源周波数を使用した場合には、個々の設備機器に接続された電源周波数のゼロクロス点を基準として同期確立する手段を設けている。
【０１５８】
この手段を設けた場合の注意点は、ジッタ分を無視してミクロ的な同期をとることである。しかし、それぞれのゼロクロスカウンタは、個々のモデムのＭＦＲＭ信号を基準に個々のモデムに接続されているゼロクロス信号との時間差を実測するが、ジッタを±５ｍＳとした場合、親機モデムで１ｍＳ後にゼロクロスを検出したときに、子機モデムのゼロクロス信号点は、親機モデムのゼロクロス信号点を起点に、±５ｍＳ以内に存在していることとなる。
【０１５９】
例えば、モデムのＭＦＲＭ信号を基準にして、親機モデムで１ｍＳ後にゼロクロス信号を検出した場合、子機モデムのゼロクロス信号点は、ＭＦＲＭ信号の立ち上がりを基準として、立ち上がり点から−４ｍＳ点から＋６ｍＳ点の範囲に存在することとなる。
【０１６０】
このため、親機モデムのゼロクロスカウンタはカウント１を１ｍＳ後に、カウント２を約２１ｍＳ後に検出するが、子機モデムでは、ゼロクロス点が−４ｍＳ点〜ＭＦＲＭの立ち上がり点内にある場合、１個目のゼロクロス点は検出できず、２個目のゼロクロス信号を１個目としてカウントしてしまう。
【０１６１】
一方、子機モデムのゼロクロス点が、０ｍＳ〜６ｍＳ以内にあった場合には、１個目をきちんと１個目と検出可能となる。その結果、親機モデムと子機モデムのゼロクロスカウンタ情報が一致する。
【０１６２】
以上のケースバイケースを考えると、次の３パターンが存在することとなる。
（パターン１）
親機モデムが進んでいる場合であって、親機モデムで１個目のゼロクロスをぎりぎり検出するが、子機モデムは遅れているため１個目のゼロクロスは検出できないで２個目から検出してしまう場合。
（パターン２）
親機モデムが適正範囲にある場合であって、親機モデムで１個目を検出し、子機モデムでも１個目を正常に検出する場合。
（パターン３）
親機モデムが遅れている場合であって、親機モデムで１個目を検出するが、子機モデムは進んでいるため０個目から検出してしまう場合。
【０１６３】
このように、親機モデム及び子機モデムとも、個々のＭＦＲＭ信号を基準に１個目のゼロクロス点を正確に把握することは困難である。このため、親機モデムはＭＦＲＭの立ち上がり点を基準として、ゼロクロスカウンタのカウントを開始するが、この判断結果、すなわち、位相差情報とゼロクロスカウント情報をセットで子機モデムに伝送し、子機モデムは、親機モデムの判断基準をもとに子機モデムのゼロクロスカウンタの修正処理を行うこととする。なお、この位相差情報とは、前記したように、ＭＦＲＭの立ち上がり点を起点として、次に外部クロックがゼロクロスするまでの時間長を示す。
【０１６４】
具体的には、親機モデムは１個目のゼロクロス点の位相差情報とゼロクロスカウンタのカウント情報をセットにして、毎回、定期的に子機モデムに伝送する。子機モデムは、受信した時間長（前回の受信から今回の受信までの時間）に、例えば、５０Ｈｚの場合には、平均して時間長が２０ｍＳであるため、親機のゼロクロス点を基準として、２０ｍＳを加算した点を基準に±５ｍＳの範囲にゼロクロス点があれば、それを２個目のゼロクロス点として、ゼロクロスカウンタの値を補正する。
【０１６５】
一方、子機モデムは、親機モデムの位相差情報ならびに親機のゼロクロスカウンタ情報を受信できるのは、即時ではなく、親機モデムから子機モデムへの伝送遅延時間分遅れた時間点でデータを受信することとなる。このため、子機モデムはこの伝送遅延時間後に、必要時にゼロクロスカウンタの情報を補正する必要がある。
【０１６６】
以上から、子機モデムは、位相差情報とゼロクロスカウンタ情報をセットでメモリに記憶しておき、親機モデムからこのゼロクロスカウンタ情報を受信した時点で過去のデータを参照し、ゼロクロスカウンタの情報を補正するかどうかを決定する。一旦、ゼロクロスカウンタが一致した場合には、親機モデムと子機モデム間で完全同期が確立しているため、以降の同期確立は不要となるが、システムのより安定化のため、親機モデムは定期的に位相差情報とゼロクロスカウント情報を子機モデムに伝送し、子機モデムは、定期的に親機モデムからの情報を受信し、補正が必要時（原則１回同期後は、補正は不要であるが必要時）に子機モデムのゼロクロスカウンタ情報を補正することとする。
【０１６７】
以上に記載した第７の課題を解決するための手段により、親機モデムと子機モデム間での外部クロックへの同期確立が実現できる。
すなわち、図１５（図１６）に示す「外部トリガ受信手段」５１（５７）、「外部回路起動手段」５２ａ（５８ａ）、「カウントダウン手段」５２ｂ（５８ｂ）を設け、親機モデム側で「外部トリガ受信手段」５１（５７）にて外部トリガを検出し、
（１）この「外部トリガ受信手段」５１の外部トリガ検出に基づく起動情報（実行指示コマンド）と、
（２）この「外部回路起動手段」への信号出力（起動時刻）に合わせたカウントダウン情報と、
をセットにして、親機モデムより複数の子機モデムに複数回、所定の時間間隔ごとに同時伝送することで、前記したように、親機モデムと子機モデム間で多少の伝送エラーがあった場合でも、カウントダウン情報が所定の値、例えば「０」になった時点で、確実に、親機と複数の子機間でマクロ的には外部トリガに同期し、ミクロ的には外部クロックに同期して、親機モデムと複数の子機モデムに接続されている設備機器を同時刻で監視制御することが可能となる。
【０１６８】
なお、この（２）記載のカウントダウン情報とは、前記したように、カウントダウン情報の初期値を、例えば「３」として、親機モデムは上記（１）と（２）をセットにした情報を子機モデムに伝送し、１回伝送するごとにこのカウントダウン情報を「−１」した値を送信することを示す。そして、子機モデムはカウントダウン情報「０」を受信すると、子機モデムに接続されている設備機器の同時刻の監視制御を実行する。このカウントダウン情報の初期値は、本発明を適用する監視制御システムの規模や制御仕様に基づいて適切な値を「カウントダウン手段」５２ｂ（５８ｂ）に設定しておく。
【０１６９】
（監視制御システムへの実施形態）
続いて、本発明を設備機器の監視制御システムに適用した実施形態について説明する。  図１７〜図１９は、本発明に係るモデムを、太陽光発電システムに応用するときのシステム例を示している。なお、この太陽光発電システムは、家庭用、ビル等の大規建築物に設置される太陽光発電システム、あるいは広い土地に設置される大規模な太陽光発電システムを示す。
【０１７０】
まず、従来の太陽光発電システムの構成を図１７（ｂ）に基づいて説明する。太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・で発電された電圧は直流電圧であるが、低い電圧であるため、このままでは発電効率が悪いので、これらのパネルを電力線Ｌ１を介してシリアルに接続して高い電圧とし、これらの高電圧を今度はパラレルに接続することで、大容量の発電エネルギーを得ている。
ただし、これらの大容量の電力は直流電圧であるため、このまま家庭内の家電機器（家電負荷）７２には接続できない。このため、これらの直流電圧を一旦、パワーコンディショナー７３に接続し、このパワーコンディショナー７３で直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を、交流電力線Ｌ２により分電盤７４を経由して家電負荷７２に供給している。
【０１７１】
太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・から得られる電力は日照量に大きく依存しているため、余剰電力が出る場合には、例えば、リチウムイオン電池７５に電気エネルギーを蓄えるか、または、売電力量計（積算電力量計）７６を経由して、電力会社に余剰電力を売るようになされている。
【０１７２】
図１７（ｂ）に示す従来のシステムでは、多数の太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・をシリアルに接続し大きな発電効率を得ているが、個々のパネルの発電能力は、個々の日照量等に大きく依存している。このため、例えば、シリアル接続した太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・のうちの１個のパネルの発電効率が低下した場合には、全体の発電効率が低下してしまう。
【０１７３】
この発電効率低下の欠点に対応するために、パワーコンディショナー７３に全ての太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・の発電結果を集約して集中的にＤＣ（直流）からＡＣ（交流）に一括制御するのではなく、個々の太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・に制御部を分散して設け、分散制御することが、従来技術として非特許文献１に述べられている。非特許文献１ではこれをＭＰＰＴ（最大電力点追従）回路により実現することが記載されている。
このような分散制御を実現するためには、個々の太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・をパワーコンディショナー７３側で集中監視制御することが必要となる。しかし、このために新たな通信線を付加することは望ましくない。非特許文献１では、この通信手段にＣＤＭＡを使用しているが、ＣＤＭＡは広帯域伝送であるため、現行の国内法からいけば望ましいものではない。
【０１７４】
図１７（ａ）は、本発明を適用した太陽光発電システムのシステム構成図を示している。このシステムにおいては、図１７（ａ）に示すように、パワーコンディショナー７３にＰＬＣ（図示していないＰＬＣ親機モデム）を搭載し、かつ、パワーコンディショナー７３に搭載したＰＬＣ親機モデムに外部モニタ監視制御装置７７を接続している。  また、個々の太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・には各種センサやＰＬＣモデム（ＰＬＣ子機モデム）を搭載している。さらに、個々の太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・で発電した電圧や電流、太陽光発電パネルの温度等について、センサが検出したデータを、パワーコンディショナー７３側で収集し、これらの検出データを外部モニタ監視制御装置７７に送信して、太陽光発電パネルごとの監視を可能にしている。また、検出データに基づいて、外部モニタ監視制御装置７７から、個々の太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・の制御が可能となっている。なお、図１７（ａ）には、太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・に搭載しているＰＬＣ子機モデムは図示していない。
【０１７５】
図１８は、図１７（ａ）に示す太陽光発電システムについて、太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂとパワーコンディショナー７３間の制御ブロック図を示している。
太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂとパワーコンディショナー７３は、直流を流す電力線Ｌ１により接続されている。個々の太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂには、電力線Ｌ１を介してＰＬＣ子機モデム８０が接続されている。ＰＬＣ子機モデム８０には、ＣＰＵを備えた制御手段８１が接続され、制御手段８１には太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂが発電した電圧や電流を測定するための電圧センサ８２、電流センサ８３、太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂの温度を検出するための温度センサ８４等の各種のセンサが接続されている。
【０１７６】
制御手段８１は、ＲＯＭに記憶されたプログラムの制御に基づいて、各種のセンサが検出したデータを取り込むと共に、これら検出データ等を、ＰＬＣ子機８０を介してＰＬＣ親機８５に送信する制御を行う。ＰＬＣ親機側に設けられているＣＰＵを備えた制御手段８６は、ＰＬＣ親機８５から検出データ等を受信するとこの太陽光発電システムの稼働状況を外部モニタ装置監視制御装置８７に表示するとともに、外部モニタ監視制御装置８７は、必要に応じて個々の太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂの稼働の制御を行うための処理を行う。この稼働制御信号は、ＰＬＣ親機８５、ＰＬＣ子機８０を経由して制御手段８１に送信され、制御手段８１は太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・の稼働を制御する処理を行う。
なお、ＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・はシリアルに接続した構成にしているため、ＤＣ的にはハイインピーダンスで、ＡＣ的にはローインピーダンスとなるように、コンデンサ結合で単純な回線結合としている。
【０１７７】
また、上記した太陽光発電システムにおいて、ＰＬＣ子機８０の機能と、制御手段８１の機能と、電圧センサ８２などの各種センサの機能の全てをシステムＬＳＩとして１チップに集約することにより、監視制御と通信機能を含む構成を極めて安価なシステム構成にすることができる。なお、図１８に示すＣＴはカレントトランスであり、電流センサのためのトランスである。このトランスにはホール素子を用いたものなどを使用してもよい。
【０１７８】
図１８に示すＰＬＣ親機モデム８５も、ＰＬＣ子機モデム８０側と同様に、ＣＰＵを備えた制御手段８６を備えている。ＰＬＣ親機モデム８５側では、個々のＰＬＣ子機８０側における太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂの稼働状況の把握と監視制御のために、制御手段８６に接続された、パーソナルコンピュータ等から構成された外部モニタ監視制御装置８７を備えている。
また、ＰＬＣ親機８５側についても、ＰＬＣ親機８５の機能と、制御手段８６の機能、ゼロクロス検出回路８８、位相調整回路８９をシステムＬＳＩとして１チップに集約することもできる。
【０１７９】
また、太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ側に配線されている制御線や電力線Ｌ１に流れる電力は全てＤＣ電源である。このため、太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂで発電した電力を家庭用ＡＣ線に接続可能とするためにパワーコンディショナー７３を設けている。パワーコンディショナー７３は、直流をインバータで交流エネルギーに変換する処理を行っている。この交流への変換処理では、スイッチング回路で雑音が発生し、この雑音が太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ側にも漏れ込み、その結果として、太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ側のＤＣ線はかなりの雑音状態に曝される。このような雑音環境下では、電圧センサ８２、電流センサ８３等で安定した直流電圧や直流電流を測定することは難しく、対策が必要となる。
【０１８０】
本発明に係るモデムでは、これを雑音の少ないゼロクロス付近の時間帯を選定し、その時間帯で全ＰＬＣ子機モデム８０による太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・について各種の稼働状況の測定を一斉にできるように、さらなる機能を追加している。
具体的には、スイッチング雑音は、交流波形に同期しているため、パワーコンディショナー７３で生成した交流信号からゼロクロスを検出する手段となる「ゼロクロス検出回路」８８にてゼロクロス信号を抽出し、位相調整手段となる「位相調整回路」８９にて、雑音の少ない時間帯を選定し、この時間位相情報をＰＬＣ親機モデム８５からＰＬＣ子機モデム８０に伝送することで、全ＰＬＣ子機モデム８０で、同時刻で全ての太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・に対する監視制御が可能なシステムを実現している。
【０１８１】
図１９は、ＰＬＣ親機モデム８５とＰＬＣ子機モデム８０が、この同時刻監視制御を実施するための詳細な制御ブロック図を示している。これらの同時刻監視制御の処理は、制御手段８１、８６が備えている制御プログラムにより実現している。
【０１８２】
図１９において、外部クロックは、例えば、５０Ｈｚ／６０Ｈｚの電源周波数であるが、これを「ゼロクロス検出回路」８８に入力し、例えば、立ち上がり点に同期したパルスを生成する。次に、このゼロクロス信号は「位相調整回路」８９に入力され、雑音の少ない時間帯へ位相調整する。これはシステム設計時に全ＰＬＣ子機モデム８０、・・・で所望のタイミングで監視制御ができるように設計時に遅延時間を調整して固定する。
この位相調整された信号は「外部クロック二次ＰＬＬ同期手段」９０に入力される。二次ＰＬＬとは、一般的なパラメータを２つ（位相と周波数）持ったＰＬＬであり、高精度で位相と周波数の追従が可能な一般的なＰＬＬである。ここで、電源のジッタ等を吸収し安定したゼロクロス信号を得る。
【０１８３】
このＰＬＬ結果で位相と周波数の２個のパラメータを得るが、ＰＬＣ子機モデム８０側にもＰＬＣ親機モデム８５と完全同期したゼロクロスカウンタを実現する必要があるため、この２つのパラメータをＰＬＣ子機モデム８０に定期的に伝送し、ＰＬＣ子機モデム８０側でＰＬＣ親機モデム８５と完全に同期したゼロクロス信号を再生する。
【０１８４】
図１９に示すＰＬＣ親機モデム８５側では、他に「外部クロックゼロクロスカウント手段」９１、「外部クロック位相差／周波数情報通知手段」９３ａ、「外部クロックカウント値通知手段」９３ｂを設けている。ＰＬＣ子機モデム８０側では、「外部クロック位相差／周波数情報セット手段」９２ａ、「外部クロックカウント値通知手段」９２ｂ、「外部クロック二次ＰＬＬ生成手段」９０、「外部クロックゼロクロスカウント手段」９１を設け、ＰＬＣ親機モデム８５とＰＬＣ子機モデム８０間で、ＰＬＣ親機モデム８５の外部クロックに同期した同時刻の全太陽光発電パネル７１ａ、７１ｂ、・・・に対する監視制御を可能としている。
【０１８５】
上記した太陽光発電パネルに対する監視制御システムは、ＰＬＣ親機モデム８５とＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・等により、前記した第８の課題を実現した実施形態である。すなわち、この太陽光発電パネルに対する監視制御システムは、
（１）ＰＬＣ親機８５及び子機モデム８０、８０、・・・ともに、「ＭＦＲＭ信号発生手段」５４（６０）、「ＭＦＲＭカウンタ情報通知・セット手段」５３（５９）、「データ送受信手段」５５（５６）を設け、ＰＬＣ親機モデム８５より、ＰＬＣ親機モデム８５のＭＦＲＭカウント情報をＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・に伝送し、ＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・側でＰＬＣ子機モデムのＭＦＲＭカウンタを親機のＭＦＲＭカウント情報と一致させ、ＰＬＣ親機モデム８５と複数のＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・を上位の時間軸で同期確立し、ＰＬＣ親機モデム８５とＰＬＣ子機モデムト情報と一致させ、ＰＬＣ親機モデム８５と複数のＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・の制御タイムチャートをＭＦＲＭ単位で時分割制御を可能する。
【０１８６】
（２）次に、ＰＬＣ親機モデムでは「ゼロクロス検出回路」８８、「位相調整回路」８９、「外部クロック二次ＰＬＬ同期手段」９０、「外部クロック位相差/周波数情報通知手段」９３ａ、「外部クロックゼロクロスカウント手段」９１、「外部クロックカウント値通知手段」９３ｂにより、さらにＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・では「外部クロック位相差/周波数情報セット手段」９２ａ、「外部クロック二次ＰＬＬ生成手段」９０、「外部クロックカウント値通知手段」９２ｂ、「外部クロックゼロクロスカウント手段」９１により、複数のＰＬＣ子機モデムのゼロクロスカウンタと基準となるＰＬＣ親機モデムのゼロクロスカウンタを一致させて同期確立させる。
【０１８７】
（３）さらに、「外部トリガ受信手段」５１、「外部回路起動手段」５８ａ、「カウントダウン手段」５２ｂ（５８ｂ）を設け、ＰＬＣ親機モデム８５側で「外部トリガ受信手段」５１にて外部トリガを検出し、この起動情報と、起動時刻に合わせたカウントダウン情報と、起動時刻のゼロクロスカウンタ情報、とをセットで、ＰＬＣ親機モデム８５より複数のＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・に起動情報とカウントダウン情報とセットで同時伝送することで、ＰＬＣ親機モデムとＰＬＣ子機モデム間で多少の伝送エラーがあった場合でも、確実に、ＰＬＣ親機モデム８５と複数のＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・間で、マクロ的には外部トリガに同期し、ミクロ的にはＰＬＣ親機モデム８５に接続された外部クロックに同期して、複数のＰＬＣ子機モデム８０、８０、・・・に接続されている設備機器を同時刻で監視制御することが可能となる。
【０１８８】
上記した本発明に係るモデムを利用して複数の設備機器を同時刻で監視制御するシステムについては、太陽光発電システムを例にして説明したが、本発明に係るモデムは製造ラインに多数台の製造設備や検査装置を配置している製造ライン、多種多様な設備を多数台設置しているプラント設備、住宅における各種の電気機器の監視制御、等についても適用することができる。
なお、上記した実施形態において、親機モデムに複数の子機モデムを接続する方法は、例えば、親機モデムと子機モデムの間に１台又は複数の中継器を配置し、この中継器を介して複数の子機モデムを接続する手段、等を採用することができる。
【０１８９】
以上に説明した本発明に係る親機モデムと子機モデムを構成する各種の上記した回路は、モジュールとして同一の構成にし、設定ピン（切替スイッチ）の設定により、親機モデムとして、あるいは子機モデムとして使用できるようにするとよい。そして、ＣＰＵ制御部２３（図２参照）のＲＯＭ等の記憶手段に親機モデムと子機モデム用の制御プログラムを記憶しておくことにより、ハードウエア構成は親機モデムと子機モデムとを同一の構成にすることができる。
【符号の説明】
【０１９０】
８：ＯＦＤＭ変調部、１４：遅延回路、１５：ＯＦＤＭ複調部、
１６：１３ＰＮ相関フィルタ部、２３：ＣＰＵ制御部、２４：ＭＦＲＭ信号発生回路、
２８ａ：時間分散同期信号発生ＲＯＭ、２８ｂ：時間分散ＴＲ信号発生ＲＯＭ、２９：ＰＮ位相逆ランダム化回路、３０：１０ＰＮ時間逆分散相関フィルタ部、
３６：ＳＷ雑音除去回路、３７：時間分散抽出回路、
５１：外部トリガ受信手段、５２ａ：外部回路起動手段、５２ｂ：カウントダウン手段、
５３：親機ＭＦＲＭカウント情報通知手段、５４：親機ＭＦＲＭ信号発生回路、
５７：外部トリガ受信手段、５８ａ：外部回路起動手段、５８ｂ：カウントダウン手段、
５９：親機ＭＦＲＭカウント情報セット手段、６０：子機ＭＦＲＭカウント情報通知手段、
６１：外部クロック位相差検出手段、６３：外部クロックゼロクロスカウント手段、
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、・・：太陽光発電パネル、７３：パワーコンディショナー、
８０：ＰＬＣ子機、８２：電圧センサ、８３：電流センサ、８４：温度センサ、
８５：ＰＬＣ親機、８７：外部モニタ監視制御装置、
８８：ゼロクロス検出回路、９０：外部クロック二次同期（生成）手段、
９１：外部クロックゼロクロスカウント手段、
９２ａ：外部クロック位相差／周波数情報セット手段、９２ｂ：外部クロックカウント値通知手段、
９３ａ：外部クロック位相差／周波数情報通知手段、９３ｂ：外部クロックカウント値通知手段、
Ｒ：受信部、Ｓ：送信部
【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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【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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【図２５】
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【図２６】
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