(57)【要約】【課題】  周波数帯域を広げることなく電力線通信を高速化することができる通信システムを提供する。【解決手段】送信側では多重処理した複数の変調信号を別々のコンセントに注入することによって、電力線を用いて複数の伝搬路を構成する。送信側では、複数の送信データに空間／時間符号を施して多重化し、複数の電力線コンセントに分配して同時に送信する。受信側では、電力線網経由で複数の電力線コンセントにより受信した受信信号を空間／時間復号して、ストリーム間のクロストークなしに受信データを得る。【選択図】  図２
2009194570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用ＡＣ電源を供給する一般の電力線を介して相互接続された通信装置の間で電力線通信を行なう通信システムであって、
送信データをＮ本のパラレル・データに変換し、それぞれを変調並びに増幅したＰＬＣ信号をＮ箇所から前記電力線に注入して多重化送信する送信側の通信装置と（但し、Ｎは正の整数）、
前記送信側の通信装置から前記電力線上で多重化送信されたＰＬＣ信号を前記電力線のＭ箇所から受信し、分離処理して元の各パラレル・データを復元するとともにシリアル・データに変換する受信側の通信装置と（但し、Ｍは正の整数）、
を具備することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記受信側の通信装置は、前記送信側の通信装置が前記電力線に各ＰＬＣ信号を注入するＮ箇所と、前記受信側の通信装置が前記電力線から変調信号を受信するＭ箇所とをそれぞれ結ぶパス毎の伝達関数を要素とするチャネル行列から受信重みを求め、受信したＭ本のＰＬＣ信号に対して受信重みを乗算して信号の分離処理を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記電力線は、建造物内に敷設された、商用ＡＣ電源を供給する内部配線並びに分電盤からなり、
前記送信側の通信装置は、各ＰＬＣ信号をそれぞれコンセントに差し込まれたＮ個のＡＣプラグから電力線に注入し、
前記受信側の通信装置は、前記電力線上で多重化伝送されたＰＬＣ信号をそれぞれコンセントに差し込まれたＭ個のＡＣプラグから受信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の通信システムにおいて、送信側として動作する通信装置であって、
送信データをＮ本のパラレル・データに変換するＳＰ変換手段と、
各パラレル・データを変調並びに増幅してＰＬＣ信号を生成するＮ個の送信機と、
コンセントに差し込まれ、前記の各送信機が出力するＰＬＣ信号を電力線に注入するためのＮ個のＡＣプラグと、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の通信システムにおいて、受信側として動作する通信装置であって、
コンセントに差し込まれるＭ個のＡＣプラグと、
前記Ｍ個のＡＣプラグでそれぞれ電力線から受信した各ＰＬＣ信号を復調するＭ個の受信機と、
復調後の各信号を信号分離する信号分離手段と、
信号分離した後の信号をシリアルの受信データに変換するＰＳ変換手段と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項６】
前記信号分離手段は、前記送信側の通信装置が前記電力線に各ＰＬＣ信号を注入するＮ箇所と、前記受信側の通信装置が前記電力線から変調信号を受信するＭ箇所とをそれぞれ結ぶパス毎の伝達関数を要素とするチャネル行列から受信重みを求め、受信したＭ本のＰＬＣ信号に対して受信重みを乗算して信号の分離処理を行なう、
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
商用ＡＣ電源を供給する一般の電力線を介して電力線通信を行なう通信装置であって、
ＡＣプラグと、送信信号を変調並びに増幅してＰＬＣ信号を生成する送信部と、ＡＣプラグで受信したＰＬＣ信号からＡＣ電源成分を除去するバンドパス・フィルタと、受信したＰＬＣ信号を復調する受信部と、送信波及び受信波を結合する結合部とをそれぞれ備えた複数の通信系統と、
前記の各通信系統での受信信号の信号分離処理並びにシリアル・データへの変換及び復調処理と、送信データの前記の通信系統毎のパラレル・データへの変換及び変調処理と、前記の各通信系統における通信制御を行なうベースバンド処理部と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項８】
前記ベースバンド処理部は、受信時において、通信相手側の各ＡＣプラグと、自分が持つ各ＡＣプラグとの組み合わせ毎のパスの伝達関数を要素とするチャネル行列から受信重みを求め、前記の各通信系統で受信したＰＬＣ信号に対して受信重みを乗算して信号の分離処理を行なう、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般コンセントに接続して電力線通信を行なう通信システム並びに通信装置に係り、特に、周波数帯域を広げることなく電力線通信を高速化する通信システム並びに通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭などの建物内で簡易にＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構築する手段として、電力線を介して電力の供給を受ける通信機能を有する機器が通信信号を電力線に重畳して、他の同様な機能を有する機器との間で電力線を介して通信を行なう電力線通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）が実用化されている。
【０００３】
簡易にＬＡＮを構築する手段としては無線ＬＡＮも普及しているが、電波関連の法規制や他のシステムとの干渉回避などのため送信出力が抑制されており、壁越えが不得手で部屋間通信を行なうことができない、といった問題がある。これに対し、電力線通信によれば、既存の電力線を利用することにより、ＡＣコンセントが配設された部屋間であれば機器間で通信を行なうことができ、相手の機器がどの場所にいるかに制限されない。電力線通信によれば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を建物内に張り巡らすことなしにＬＡＮを構築することができ、しかも１００Ｍｂｐｓ以上の高速通信を実現することができる。
【０００４】
図５には、従来のＰＬＣを用いた家庭内ネットワーク・システムを示している。同図中の参照番号１０００は家庭内の電力線であり、参照番号１００１、１００６は家庭内コンセントであり、参照番号１００２、１００７はＡＣプラグであり、参照番号１００３、１００８はＰＬＣモデム（但し、ＰＬＣモデム１０３がマスタとする）、参照番号１００９はパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などのホスト、参照番号１００４は光回線終端装置、参照番号１００５はインターネットである。参照番号１００４はＡＤＳＬ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）モデムであってもよい。ＰＬＣモデム１００３とＰＬＣモデム１００８は、電力線１０００を経由して相互に通信を行ない、これによって、ＰＣ１００９は光回線終端装置１００４を経由してインターネット１００５に接続することが可能となる。
【０００５】
例えば、家庭内において、各種の家電製品などの家庭内機器に電力線通信機能を持たせ、ＰＣなどにより構成される親機からそれらの家庭内機器を監視、制御するとともに、外部から公衆通信網を介して前述の親機にアクセスし、外部から家庭内機器を監視、制御するシステムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。ＰＬＣでは伝送路が電力線であることから、ネットワーク構成は既存の配線ではバス型となり、ＰＬＣにより電力線に接続される家庭内のすべての通信機器は、帯域を時分割で共有することになる。図５に示したシステム構成例ではＰＬＣモデムは２台であるが、複数設置して相互に通信することが可能である。
【０００６】
ＰＬＣは、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ帯のＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：直交周波数分割多重）信号を電力線に重畳させて伝送するもので、物理層の伝送速度が約２００Ｍｂｐｓ程度のものが既に実用化されている。ＯＦＤＭ変調方式では、各サブキャリアがシンボル区間内で相互に直交するように各キャリアの周波数が設定されており、各キャリアの帯域が狭帯域となるから周波数利用効率が非常に高い。
【０００７】
しかしながら、物理層レベルで２００Ｍｂｐｓを実現できたとしても、転送エラーや再送のため実質的なスループットとしてはせいぜい１００Ｍｂｐｓにとどまるものと見られ、動画像のストリーム伝送などを考えると、ＰＬＣにはさらなる高速化が求められる。
【０００８】
現在、映像情報、音声情報など高速系の情報信号を伝送するために高速ＰＬＣモデムを適用した電力線通信システムが知られているが、使用周波数として２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、実効の信号速度として数Ｍｂｐｓ〜数十Ｍｂｐｓ程度である。
【０００９】
伝送速度を高速化する一般的な手法の１つとして、広帯域化を挙げることができるが、不要輻射の発生や、同一周波数帯を使用する通信システムの既得権の問題がある。すなわち、周波数帯域を広げることなくＰＬＣの高速化を行なうのは困難な状況にある。
【００１０】
また、６４ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交振幅変調）や２５６ＱＡＭといった多値変調方式を用いることでＰＬＣの高速化を図ることも考えられるものの、ＳＮ比を犠牲にする結果となる。
【００１１】
例えば、電力線通信媒体に高周波数帯の電力線搬送信号を重畳させ、高圧配電線と低圧配電線との間に、高周波数帯の電力線搬送信号が電力用変圧器を通じて高圧配電線に漏洩することを防ぐためのブロッキング装置を設けることにより、高速通信を実現した電力線搬送通信システムについて提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【００１２】
また、入力したＯＦＤＭ変調信号を一定レベルに増幅するＡＧＣ回路と、増幅したＯＦＤＭ変調信号を復調するＯＦＤＭ復調回路と、データをＯＦＤＭ変調してＯＦＤＭ変調信号を出力するＯＦＤＭ変調回路と、ＯＦＤＭ変調回路からのＯＦＤＭ変調信号を必要レベルまで増幅するＡＬＣ回路と、ＡＬＣ回路を含めて全体を制御するとともに受信信号レベルを検出する受信信号レベル検出回路を有する制御部を備え、電力線を用いて高速伝送を行なう電力線通信装置について提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【００１３】
また、広帯域が必要な高速電力線搬送で、入力インピーダンスを高精度に可変にすることで高速データ伝送を実現する電力線搬送装置について提案がなされている（例えば、特許文献４を参照のこと）。
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−１４３０２６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３７８３号公報
【特許文献３】特開２００３−２６４４８５号公報
【特許文献４】特開２００３−７８４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、周波数帯域を広げることなく電力線通信を高速化することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、商用ＡＣ電源を供給する一般の電力線を介して相互接続された通信装置の間で電力線通信を行なう通信システムであって、
送信データをＮ本のパラレル・データに変換し、それぞれを変調並びに増幅したＰＬＣ信号をＮ箇所から前記電力線に注入して多重化送信する送信側の通信装置と（但し、Ｎは正の整数）、
前記送信側の通信装置から前記電力線上で多重化送信されたＰＬＣ信号を前記電力線のＭ箇所から受信し、分離処理して元の各パラレル・データを復元するとともにシリアル・データに変換する受信側の通信装置と（但し、Ｍは正の整数）、
を具備することを特徴とする通信システムである。
【００１７】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００１８】
また、電力線は、建造物内に敷設された、商用ＡＣ電源を供給する内部配線並びに分電盤からなる。そして、送信側の通信装置は、各ＰＬＣ信号をそれぞれコンセントに差し込まれたＮ個のＡＣプラグから電力線に注入する。一方、受信側の通信装置は、前記電力線上で多重化伝送されたＰＬＣ信号をそれぞれコンセントに差し込まれたＭ個のＡＣプラグから受信する。
【００１９】
家庭などの建物内で簡易にＬＡＮを構築する手段として、電力線通信技術が実用化されており、ＡＣコンセントが配設された部屋間であれば機器間で通信を行なうことができる。物理層で２００Ｍｂｐｓを達成する電力線通信システムが既に実用化されているものの、実質的な転送レートは１００Ｍｂｐｓ程度にとどまるため、動画像ストリームなどの大容量データ伝送を考慮するとさらなる高速化が期待されるところである。
【００２０】
しかしながら、伝送速度向上のために使用周波数帯を広帯域化すると、不要輻射の発生や、同一周波数帯を使用する通信システムの既得権の問題がある。
【００２１】
これに対し、本発明に係る通信システムでは、伝送ストリームの多重化により通信の帯域を広げ、伝送速度の向上を実現するようにしている。
【００２２】
無線通信の技術分野においては、伝送ストリームを多重化する通信技術として、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信が知られている。ＭＩＭＯ通信は、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重したストリームを実現する通信方式である。そこで、本発明では、電力線通信システムにＭＩＭＯ技術を適用することによって、利用する周波数帯域を広げることなく、高速化を実現するようにしている。広帯域化ではなく信号の多重化通信による高速化は、不要輻射の発生や、同一周波数帯を使用する通信システムの既得権の問題を招来することはない。
【００２３】
ここで、電力線を用いて複数の伝搬路を構成する必要がある。その方法として、送信側では多重処理した複数の変調信号を別々のコンセントに注入し、受信側でも別々のコンセントで送信側からの変調信号を受信し、分離処理して元のデータ・ストリームを得ることができる。
【００２４】
すなわち、送信側では、複数の送信データに空間／時間符号を施して多重化し、複数の電力線コンセントに分配して同時に送信する。これに対し、受信側では、電力線網経由で複数の電力線コンセントにより受信した受信信号を空間／時間復号して、ストリーム間のクロストークなしに受信データを得ることができる。
【００２５】
受信側の通信装置は、前記送信側の通信装置が前記電力線に各ＰＬＣ信号を注入するＮ箇所と、前記受信側の通信装置が前記電力線から変調信号を受信するＭ箇所とをそれぞれ結ぶパス毎の伝達関数を要素とするチャネル行列から受信重みを求め、受信したＭ本のＰＬＣ信号に対して受信重みを乗算して信号の分離処理を行なうようにすればよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、周波数帯域を広げることなく電力線通信を高速化することができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。
【００２７】
本発明に係る通信システムは、無線通信などで既に利用されているＭＩＭＯ技術を適用することによって、周波数帯域を広げることなく、高速な電力線通信を実現することができる。したがって、不要輻射の発生や、同一周波数帯を使用する通信システムの既得権の問題を招来することはない。
【００２８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００３０】
本発明は、ＭＩＭＯ通信技術を適用した電力線通信（ＰＬＣ）システムに関する。
【００３１】
無線通信におけるＭＩＭＯ通信は、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重したストリームを実現する通信方式である。送信側では、複数の送信データに空間／時間符号を施して多重化し、複数本の送信アンテナに分配してチャネルに送信する。これに対し、受信側では、チャネル経由で複数本の受信アンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して、ストリーム間のクロストークなしに受信データを得ることができる。ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。ＭＩＭＯはチャネル特性を利用した通信方式であり、単なる送受信アダプティブ・アレーとは相違する。
【００３２】
ＭＩＭＯ通信では、空間多重された受信信号から元の各ストリーム信号を空間分離するためには、何らかの方法によりチャネル行列Ｈを取得するとともに、さらに所定のアルゴリズムによってチャネル行列Ｈから受信重み行列を求めて空間多重された受信信号から元の複数のストリームに空間分離を行なう必要がある。
【００３３】
ＭＩＭＯ技術をＰＬＣに適用した場合、アンテナ本数ではなく、送受信機間を繋ぐ電力線の本数に応じて伝送容量を拡大することができる。
【００３４】
図１には、無線におけるＭＩＭＯ通信システムの構成を模式的に示している。同図は２×２のＭＩＭＯ通信システムであり、送信装置１００には２系統の送信機１０３及び１０４が装備され、受信装置１０１には２系統の受信機１０９及び１１０が装備される。
【００３５】
送信データ（ＴＸＤＡＴＡ）は、ＳＰ変換１０２でシリアルから２本のパラレル・データに変換され、各送信機１０３及び１０４にそれぞれ入力され、別々に変調、変換、増幅される。各パラレル・データに空間多重重みを乗算して、空間多重処理を施してもよい。その後、各変調信号は、アンテナ１０５及び１０６からそれぞれ放射される。
【００３６】
受信装置１０１は、２本のアンテナ１０７及び１０８を備え、送信側からの変調信号はこれらのアンテナ１０７及び１０８で同時に受信される。この場合の伝搬路は、送信機１０３のアンテナ１０５から送出された変調信号が受信機１０９のアンテナ１０７に到達するパスＰ１３、並びに受信機１１０のアンテナ１０８に到達するパスＰ１４と、送信機１０４のアンテナ１０６から送出された変調信号が受信機１０９のアンテナ１０７に到達するパスＰ２３、並びに受信機１１０のアンテナ１０８に到達するパスＰ２４である。これら４つのパスは、マルチパスの影響を受けて、伝送パス毎の伝達関数を形成する。
【００３７】
２つの受信機１０９及び１１０で受信された信号は、２つの送信機１０３及び１０４による送信信号が合成すなわち空間多重されたものとなる。信号分離部１１１は、上記の４つの伝達関数を要素とするチャネル行列を演算して求まる受信重み行列を用いて、空間多重された受信信号を空間分離処理して元の信号に分離する。その後、信号分離部１１１で分離された２つの信号は、ＰＳ変換部１１２でシリアルの受信データ（ＲＸＤＡＴＡ）に変換される。
【００３８】
このようして、無線通信ではＭＩＭＯ技術を用いて同一周波数帯での高速化が実現される。図示の例ではアンテナ２本を使用しているため、物理速度は理想的に２倍になる。
【００３９】
なお、図１に示した例では、送信アンテナ本数Ｎｔと受信アンテナ本数Ｎｒは２で同数であるが、Ｎｔ＜Ｎｒとすることで受信側での信号分離の性能を向上させることも可能である。また、Ｎｔ、Ｎｒを３以上にして、多重数を増やすことも可能である。
【００４０】
ＰＬＣにＭＩＭＯ技術を適用する場合、電力線を用いて複数の伝搬路を構成する必要がある。その方法として、送信側では多重処理した複数の変調信号を別々のコンセントに注入し、受信側でも別々のコンセントで送信側からの変調信号を受信することが考えられる。
【００４１】
図２には、ＭＩＭＯ通信技術を適用したＰＬＣのシステム構成例を示している。送信装置２００には２系統の送信機２０３及び２０４が装備され、受信装置２０２には２系統の受信機２０９及び２１０が装備される。
【００４２】
送信データ（ＴＸＤＡＴＡ）は、ＳＰ変換２０２でシリアルから２本のパラレル・データに変換され、各送信機２０３及び２０４に入力され、別々に変調、変換、増幅される。各パラレル・データに空間多重重みを乗算して、空間多重処理を施してもよい。その後、各変調信号（ＰＬＣ信号）はコンセント２０５及び２０６からそれぞれ注入される。
【００４３】
受信装置２０１はコンセント２０７及びコンセント２０８に接続されており、送信側からのＰＬＣ信号をこれらのコンセント２０７及びコンセント２０８で同時に受信される。この場合の伝搬路は、送信機２０３のコンセント２０５から送出されたＰＬＣ信号が受信機２０９のコンセント２０９で受信されるパスＰ１３、並びに受信機２１０のコンセント２０８で受信されるパスＰ１４と、送信機２０４のコンセント２０６から送出されたＰＬＣ信号が受信機２０９のコンセント２０９で受信されるパスＰ２３、並びに受信機２１０のコンセント２０８で受信されるパスＰ２４である。これら４つのパス同士は、少なくとも一部の経路において電力線を共有することはあっても、完全に一致する電力線ではない。そして、各パスは家庭内の内部配線及び分電盤２２０の影響を受けて、伝送パス毎の伝達関数を形成する。内部配線及び分電盤２２０は、ＭＩＭＯの空間での伝送路に相当する部分であるが、家の中の構造に大きく依存する。
【００４４】
２つの受信機２０９及び２１０で受信された信号は、２つの送信機２０３及び２０４から到来した信号が合成すなわち空間多重されたものとなる。信号分離部２１１は、上記の４つの伝達関数を要素とするチャネル行列を演算しても都丸受信重み行列を用いて、空間多重された受信信号を空間分離処理して元の信号に分離する。その後、信号分離部２１１で分離された２つの信号はＰＳ変換部２１２でシリアルの受信データ（ＲＸＤＡＴＡ）に変換される。
【００４５】
このようにして、無線通信の場合と同様に、ＰＬＣにおいても、ＭＩＭＯ技術を用いて同一周波数帯での高速化が実現される。したがって、不要輻射の発生や、同一周波数帯を使用する通信システムの既得権の問題を招来することはない。
【００４６】
図２に示した例はコンセントを２つ使用していることから、２本の伝送ストリームを用いて空間多重通信が行なわれるので、物理速度は理想的に２倍になる。また、送信装置２００に接続されるコンセント個数Ｎｔと受信装置２０１に接続されるコンセント個数Ｎｒは２で同数であるが、Ｎｔ＜Ｎｒとすることで受信側での信号分離の性能を向上させることも可能である。また、Ｎｔ、Ｎｒを３以上にして、多重数を増やすことも可能である。
【００４７】
図３には、ＭＩＭＯ通信を適用したＰＬＣモデムの構成例を示している。図示のＰＬＣモデム３０は、双方向で２×２のＭＩＭＯ通信を行なうために、２組の送受信部を備えている。
【００４８】
参照番号３０１、３０６はＡＣプラグ、参照番号３１１はＡＣからＤＣ電源に整流変換して各部の駆動電源として分配する電源部、参照番号３０２、３０７は交流成分をカットするハイパス・フィルタ、参照番号３０３、３０８は送信波と受信波を結合する結合部、参照番号３０４、３０９は受信部、参照番号３０５、３１０は送信部、参照番号３１２はＭＩＭＯの信号処理や、ＯＦＤＭの変復調処理、通信制御を行なうベースバンド処理部、参照番号３１３はインターフェース部で例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）のインターフェース処理を行なう。
【００４９】
ＡＣプラグ３０１、３０６で受信されたＰＬＣ信号は、ハイパス・フィルタ３０２、３０７でＡＣ電源成分がカットされた後、結合器３０３、３０８を経由して受信部３０４、３０９で増幅され、ベースバンド処理部３１２に渡される。ベースバンド処理部３１２では、各々のＰＬＣ信号をＡＤ変換した後、ＭＩＭＯの信号処理（すなわち、空間多重された信号の空間分離処理）、ＯＦＤＭの復調を行ない、さらにシリアル変換して１本のストリームに復元する。
【００５０】
デジタル・データに変換された１本のストリーム・データは、インターフェース部３１３で、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）により外部にインターフェースされる。
【００５１】
また、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）側から供給される送信データは、インターフェース部３１３を経由してベースバンド処理部３１２に入り、ここでＯＦＤＭ変調を行ない、ＤＡ変換した後はＰＬＣ信号となり、送信部３０５、３１０に渡される。ベースバンド処理部３１２では、ＭＩＭＯの信号処理、すなわちパラレル信号の空間多重処理を行なうようにしてもよい。
【００５２】
送信部３０５、３１０でそれぞれ増幅されたＰＬＣ信号は結合器３０３、３０８、ハイパス・フィルタ３０２、３０７を経由してＡＣ電源信号に重畳されてＡＣプラグ３０１、３０６より電力線にそれぞれ送出される。
【００５３】
なお、ベースバンド処理部３１３では、フレーミング、デフレーミング、誤り検出、再送などのＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理も行なうものとする。
【００５４】
図４には、図３に示したＰＬＣモデムを用いて構成される通信システムの構成例を示している。同図では、部屋Ａと部屋Ｂ間の通信を例示している。
【００５５】
部屋Ａ側の壁には２基のコンセント４０３、４０７が配設され、部屋Ｂの壁には２基のコンセント４１３、４１７が配設されている。そして、これらコンセントは内部配線及び分電盤２２０に接続されている。
【００５６】
参照番号４０１、４１１図３で示したＰＬＣモデムであり、それぞれの２つのＡＣプラグ４０４、４０６、及び４１２、４１６は、コンセント４０３、４０７、及ぶコンセント４１３、４１７に接続される。  また、ＰＬＣモデム４０１、４１１は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ケーブル４０５、４１５経由でノートＰＣ４０２、４１２に接続される。このようにして、ノートＰＣ４０２と４１２は、コンセントによる２×２のＭＩＭＯ通信により従来の２倍の物理層の伝送速度で通信することが可能となる。
【００５７】
各ＰＬＣモデムが持つ複数のＡＣプラグを異なるコンセントにそれぞれ接続することで、差し込んだコンセントの組み合わせに応じて決まる４つのパスは、少なくとも一部の経路において電力線を共有することはあっても、完全に一致する電力線ではない。そして、異なる電力線の経路からなるパスは家庭内の内部配線及び分電盤の影響を受けて、異なる伝達関数を形成する。パス毎に伝達関数が異なることにより、受信側では伝達関数の配列からなるチャネル行列より得られる受信重み行列を用いて、受信した空間多重信号を分離処理することができる。
【００５８】
送受信間のＡＣプラグの組み合わせ毎にパスとなる電力線の経路が異なる（すなわち、電力線の重なりが少ない）方が、伝達関数の相違が大きくなり、物理速度が理想値に近づく。逆に言えば、パス毎の電力線の経路に差が少ないと、空間分離が難しくなり、空間多重化した効果を得難くなる。
【００５９】
例えば、ＰＬＣモデムの各ＡＣプラグを、壁の下側（通常の家電製品給電用）と上側（エアコン給電用）の各コンセントに分けて差し込むことで、ＡＣプラグの組み合わせ毎の電力線の経路の相違、すなわち伝達関数の相違がより顕著となり、より効果的なＭＩＭＯ通信を実現することができるようになる。
【００６０】
なお、ベースバンド処理部３１２で行なわれるＭＩＭＯの信号処理は、送受信間でチャネル行列に関する情報を共有しないオープンループ型と、送受信間でチャネル行列に関する情報を共有するクローズドループ型とに大別される。
【００６１】
オープンループ型のＭＩＭＯ通信システムでは、受信側はチャネル行列Ｈを取得し、受信アンテナ毎の受信信号を要素とする受信ベクトルにチャネル行列から算出される受信重み行列を乗算することによって、空間多重された伝送ストリームを空間分離する。チャネル行列Ｈから受信重み行列を求める手法として、例えばＺｅｒｏ  Ｆｏｒｃｅ（ゼロ化規範）やＭＭＳＥ（ＭｉｎｉｍｕｍＭｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）、ＢＬＡＳＴ、ＭＬＤが知られている。オープンループ型では、受信機から送信機へのチャネル情報のフィードバック手続が省略されるので、比較的簡素にＭＩＭＯ通信システムを構成することができる。
【００６２】
ここで、Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ（ゼロ化規範）は、送信アンテナ数（送信信号数）に対応した行数及び受信アンテナ数に応じた列数を有するチャネル行列の逆行列を受信ベクトルに乗算することにより、他アンテナからの送信信号を抑圧する空間分離方法である。
【００６３】
また、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｅｒｒｏｒ）は、信号電力と２乗エラー（クロストーク電力と雑音電力の和）の比を最大化する論理に基づいた方法であり、受信機の雑音電力の概念を導入し、クロストークを意図的に発生させて受信重み行列を求める。雑音が大きい環境下ではＺｅｒｏ−ＦｏｒｃｉｎｇよりもＭＭＳＥの方が優れていることが知られている。
【００６４】
また、ＢＬＡＳＴは、送信側で多重化する複数の送信データを空間／時間符号して各送信アンテナに分配してチャネルに送出し、受信側ではチャネル経由で複数のアンテナにより受信した受信信号を空間／時間復号して元の個数の受信データを得る空間／時間多重通信方法である。
【００６５】
また、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：最尤検出）は、受信信号に対して最も大きな尤度に対応する送信信号を推定して信号出力とする方法である。
【００６６】
他方、クローズドループ型のＭＩＭＯ通信システムでは、送受信間でチャネル情報を共有し、パケットの送信側ではチャネル行列から得られる送信アンテナ重みを掛けて受信機に向けた適切なビーム・フォーミングを行なうことによって理想的な空間直交チャネルを作り出すことができる。
【００６７】
クローズドループ型のＭＩＭＯ伝送の理想的な形態の１つとして、チャネル行列Ｈの特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用したＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式が知られている。ＳＶＤ−ＭＩＭＯ伝送では、各アンテナ対に対応するチャネル情報を要素とした数値行列すなわちチャネル情報行列Ｈを特異値分解してＵＤＶHを求める。そして、送信機側では、送信用アンテナ重み行列にＶを用いて受信機に向けてビーム形成したパケットを送信し、受信機側では受信用アンテナ重み行列として典型的には（ＵＤ）-1を与える。ここで、Ｄは各空間ストリームの品質に相当する各特異値λiの平方根を対角要素に持つ対角行列である（添え字ｉはｉ番目の空間ストリームを意味する）。対角行列Ｄの対角要素には値の大きい順に特異値λiを並べ、各ストリームに対し特異値の大きさで表される通信品質に応じて電力比配分や変調方式の割り当てを施すことによって、空間直交多重された論理的に独立した複数の伝送路を実現し、受信機側では元の複数の信号系列を全くクロストークなしに取り出すことができ、理論上は最高のパフォーマンスを達成する。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００６９】
本発明に係る電力線通信システムは、建物内の特定の内部配線及び分電盤の構造に限定されるものではない。
【００７０】
また、本発明は、オープンループ型並びにクローズドループ型いずれのＭＩＭＯ通信技術にも適用することができる。
【００７１】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、無線におけるＭＩＭＯ通信システムの構成を模式的に示した図である。
【図２】図２は、ＭＩＭＯ通信技術を適用したＰＬＣのシステム構成例を示した図である。
【図３】図３は、ＭＩＭＯ通信を適用したＰＬＣモデムの構成例を示した図である。
【図４】図４は、図３に示したＰＬＣモデムを用いて構成される通信システムの構成例を示した図である。
【図５】図５は、従来のＰＬＣを用いた家庭内ネットワーク・システムを示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
２００…送信装置
２０１…受信装置
２０２…ＳＰ変換
２０３、２０４…送信機
２０５、２０６…コンセント（送信側）
２０７、２０８…コンセント（受信側）
２０９、２１０…受信機
２１１…信号分離部
２１２…ＰＳ変換
２２０…内部配線及び分電盤
３００…ＰＬＣモデム
３０１、３０６…ＡＣプラグ
３０２、３０７…ハイパス・フィルタ
３０３、３０８…結合部
３０４、３０９…受信部
３０５、３１０…送信部
３１１…電源部
３１２…ベースバンド処理部
３１３…インターフェース部
４０１、４１１…ＰＬＣモデム
４０２４１２…ノートＰＣ
４０３、４０７、４１３、４１７…コンセント
４０４、４０６、４１２、４１６…ＡＣプラグ
４０５、４１５…Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ケーブル
【図１】
2009194570.tif 000003
【図２】
2009194570.tif 000004
【図３】
2009194570.tif 000005
【図４】
2009194570.tif 000006
【図５】
2009194570.tif 000007