(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線ネットワークでつながれた親局と子局との間で通信するデータを、ＴＤＭＡ方式により分割されたタイムスロットに載せて、親子局間で双方向通信を行う、多重通信システムにおいて、
親局に、タイムスロット割当情報を、ネットワークに存在する子局数に応じて設定変更する割当制御手段を備え、
子局がエントリー要求を行っても該割当制御手段による割当情報が変更されなかった場合、該子局が該親局に対してエントリー再要求を行うまでの待ち時間を子局ごとに異なる設定としていることを特徴とする、電力線搬送における多重通信システム。
【請求項２】
前記割当制御手段は、前記タイムスロット割当情報のうちのタイムスロット割当数を、当該電力線ネットワークに接続されている子局数に等しく設定することを特徴とする請求項１記載の電力線搬送における多重通信システム。
【請求項３】
親局から子局への通信データと、子局から親局への通信データとを、周波数分割により送受信することを特徴とする請求項１記載の電力線搬送における多重通信システム。
【請求項４】
親局から子局への通信データに対して、比較的広い周波数帯域を割り当て、子局から親局への通信データに対して、比較的狭い周波数帯域を割り当てることを特徴とする請求項３記載の電力線搬送における多重通信システム。
【請求項５】
親局から子局への通信データに対して割り当てる周波数帯域、または子局から親局への通信データに対して割り当てる周波数帯域を可変にすることを特徴とする請求項３記載の電力線搬送における多重通信システム。
【請求項６】
親局から子局への通信データと、子局から親局への通信データとを、時間分割により送受信することを特徴とする請求項１記載の電力線搬送における多重通信システム。
【請求項７】
親局から子局への通信データに対して、比較的広い時間帯域を割り当て、子局から親局への通信データに対して、比較的狭い時間帯域を割り当てることを特徴とする請求項６記載の電力線搬送における多重通信システム。
【請求項８】
親局から子局への通信データに対して割り当てる時間帯域、または子局から親局への通信データに対して割り当てる時間帯域を可変にすることを特徴とする請求項６記載の電力線搬送における多重通信システム。
【請求項９】
電力線ネットワークでつながれた親局と子局との間で通信するデータを、ＴＤＭＡ方式により分割されたタイムスロットに載せて、親子局間で双方向通信を行う、多重通信方法であって、
タイムスロット割当て数を、ネットワークに存在する子局数に応じて設定変更する以下の手順を含む、電力線搬送における多重通信方法。
（１）親局は、すべての子局に対して、タイムスロットの区切りの目印及び割当て情報を第一のスロットに載せて出力する。
（２）エントリーを要求する子局は、第二のスロットに親局へのエントリー要求情報を載せる。
（３）親局は、第二のスロットのエントリー要求内容に基づいて割当数を判断し、次の時間セグメントの第一のスロットに新しいユーザに割り当てるスロット情報を載せて出力する。
（４）子局からのエントリー要求が何らかの原因により親局に到達しなかった場合は、親局からの第一のスロットに割当て情報が載らないので、次の時間セグメントの第一のスロットの内容により、子局はエントリー要求が親局に到達しなかったと判断し、子局ごとに設定された異なる待ち時間に基づいて再度エントリー要求を行う。
（５）子局は、第一のスロットの割当て情報を受信すれば、確認を乗せて出力する。
（６）親局は、子局から確認を受けると、第一のスロットに割当て情報を確定する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線ネットワークでつながれた親局と子局との間で双方向通信を行う電力線搬送における多重通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力線搬送は、電力用配電線を用いて、データを一般家庭やオフィスなどの需要家（以下「ユーザ」という）に伝送する技術である。
図１は、電力線搬送システムの全体概要図である。高圧配電線５１から柱上トランス５３を通して低圧配電線（以下単に「配電線」という）５２が敷設され、それらの先に複数のユーザがつながっている。このような配電線により構成される電力線ネットワークを「サブネット」という（これに対して、インターネットなどは、より上位のネットワークとなる）。
【０００３】
上位のネットワークから、光ファイバを通して光／電気変換装置（Ｏ／Ｅ）５５、ＰＬＴモデム（親モデムという）２が接続され、親モデム２と各配電線５２とが接続されている。
ユーザでは、ＰＬＴモデム（子モデムという）２を通してパソコンなどの情報端末機器が接続されている。
上位ネットワークからの下りデータは、配電線５２を伝送し、ユーザの情報端末機器に伝送される。情報端末機器からの上りデータは、配電線５２を通して上位ネットワークに伝送される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記電力線搬送において、どのようなアクセス制御方式を採用するかが問題となるが、一般のＬＡＮにおいて普及しているＣＳＭＡ(Carrier Sense Multiple Access)方式を採用することがまず考えられる。
しかし、電力線搬送では、配電線の分岐などによる反射や減衰が大きく、キャリアセンスが困難になる可能性がある。
【０００５】
そこで、予め時間スロットを割り当てるＴＤＭＡ方式を採用することが有力である。ところが、ＴＤＭＡ方式では、スロットの時間的な割当が固定されているので、使われないスロットが発生するなど、無駄が多い。
そこで、本発明は、使われないスロットの無駄を極力減らし、通信効率のよい電力線搬送における多重通信システム及び多重通信方法を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力線搬送における多重通信システムは、ＴＤＭＡ方式により分割されたタイムスロットに載せて、親子局間で双方向通信を行い、親局に、タイムスロット割当情報をネットワークに存在する子局数に応じて設定変更する割当制御手段を備えるものである（請求項１）。
前記の構成によれば、スロットを子局数に応じて可変するので、使われないスロットの無駄をなくすことができる。
【０００７】
なお、スロット割当数が増えるほど１子局あたりの通信容量は減るが、最低限の規格を設けておき、この規格を超えるようにサブネット内の子局数を制限することが望ましい。
該多重通信システムにおいて、子局がエントリー要求を行っても該割当制御手段による割当情報が変更されなかった場合、該子局が該親局に対してエントリー再要求を行うまでの待ち時間を子局ごとに異なる設定としている。
前記割当制御手段は、前記タイムスロット割当情報のうちのタイムスロット割当数を、当該電力線ネットワークに接続されている子局数に等しく設定することが好ましい（請求項２）。
これにより、最低限、１ユーザに１スロットを割り当てることができる。
【０００８】
なお、親局から子局への通信データと、子局から親局への通信データとを、周波数分割により送受信することができる（請求項３）。上り下りのデータの衝突を防止するためである。これにより、通信の質の向上が図れる。
周波数分割をする場合、親局から子局への通信データに対して、比較的広い周波数帯域を割り当て、子局から親局への通信データに対して、比較的狭い周波数帯域を割り当てることが好ましい（請求項４）。一般に、下りデータの伝送量のほうが、上りデータの伝送量よりも多いからである。
【０００９】
親局から子局への通信データに対して割り当てる周波数帯域、または子局から親局への通信データに対して割り当てる周波数帯域を可変にしてもよい（請求項５）。これにより、上り下りのデータ伝送量に応じて、最適な周波数帯域の配分ができる。
親局から子局への通信データと、子局から親局への通信データとを、時間分割により送受信することとしてもよい（請求項６）。これによっても、上り下りのデータの衝突を防止することができる。
【００１０】
親局から子局への通信データに対して、比較的広い時間帯域を割り当て、子局から親局への通信データに対して、比較的狭い時間帯域を割り当ててもよく（請求項７）、親局から子局への通信データに対して割り当てる時間帯域、または子局から親局への通信データに対して割り当てる時間帯域を可変にしてもよい（請求項８）。
また、本発明の電力線搬送における多重通信方法は、タイムスロット割当て数を、ネットワークに存在する子局数に応じて設定変更する方法であり、請求項９記載の（１）から（６）までの手順を含む方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、搬送波変調方式の例として、ＯＦＤＭ(orthogonal frequency division multiplex)を採用した場合を例にとって、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
電力線搬送システムの全体概要は、図１を用いて説明したとおりであるので、再度の説明を省略する。
【００１２】
図２は、モデム（親モデム、子モデム共通）の内部構成を示すブロック図である。以下、親モデムを想定して説明する。
光ファイバを通して、上位ネットワークから送信されてきたディジタル通信データは、Ｏ／Ｅ変換された後、スロット割当制御部１に入り、後に説明するように、配信先に対応するタイムスロットに振り分けられる。
このスロット割当制御部１及びモデム２を総称して「親局」という。また、ユーザ側のスロット割当制御部及びモデムを総称して「子局」という。
【００１３】
スロット割当制御部１から時系列に出力されるデータは、モデム２の中で、誤り訂正符号化回路３、インターリーブ回路４で、それぞれ所定の処理を受けた後、シリアル／パラレル変換回路５で周波数軸上にパラレル変換され、ＰＳＫ又はＱＡＭ符号化回路６により符号化され、ＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）回路７により時間軸上データに変更される。そしてパラレル／シリアル変換回路８でシリアル変換され、ガードインターバル挿入回路９で、時間軸上で後のシンボルを前にもってくるガードインターバルを挿入する操作をうけ、Ｄ／Ａ変換回路１０でＤ／Ａ変換されアナログ信号に変換される。
【００１４】
アナログ信号は、直交変調回路１１で変調され、ミキサ１２により周波数変換（アップコンバート）されて配電線（サブネット）に載せられる。
前記インターリーブ処理時４に、ディジタル通信データは、バッファに書き込まれ、一定数のビットごとに読み出される。この一定数のビットが逆フーリエ変換する１単位になる。
一方、配電線から受信された高周波信号は、ミキサ２１により周波数変換（ダウンコンバート）され直交復調回路２２で復調され、Ａ／Ｄ変換回路２３でディジタル信号に変換される。
【００１５】
ディジタル信号に変換された信号は、同期取得回路２４において同期がとられ、ガードインターバル削除処理２５され、シリアル／パラレル変換回路２６でパラレル信号に変換されてＦＦＴ回路２７により周波数軸上にフーリエ変換される。そして、ＰＳＫ又はＱＡＭ復号化回路２８で復号化され、パラレル／シリアル変換回路２９でシリアル信号に変換され、デインターリーブ３０、誤り訂正３１されて、ディジタル通信データとして光ファイバーで伝送される。
【００１６】
図３は、スロット割当制御部１の機能ブロック図である。スロット割当制御部１は、メモリ４１、制御部４２、メモリ４１の使用領域の切り替え回路４３，４４を備えている。
メモリ４１は、通信設定用とユーザの数とを合わせただけ分割使用され、これらのメモリの分割部分（以下「領域」という）１つ１つがタイムスロットに対応する。
【００１７】
制御部４２は、通信データの宛先を、例えばＩＰアドレス，ＭＡＣアドレス、サブネット内の専用アドレスなどにより識別し、当該データを、宛先に対応するメモリ領域に蓄積する。このときメモリ領域の選択は、切り替え回路４３を制御することにより行う。また、制御部は、各メモリ領域に蓄積されたデータを、切り替え回路４４の制御により、順に、モデムに送り出す。
このとき、メモリ領域に蓄積されたデータ量がタイムスロットに納まらないときは、タイムスロット分だけを送り、残りは次のサイクルまで待つことになる。
【００１８】
なお、本発明では、以下に説明するように、１子局あたりのタイムスロットの長さが、可変であるので、タイムスロットの長さが長いほど、メモリ領域も大きくとれるようになり、その子局に対しては、単位時間当たりのデータ伝送量が増えることになる。逆に、割り当てるタイムスロットの長さが短いほど、メモリ領域は小さくなるので、その子局に対しては、単位時間当たりのデータ伝送量は減る。したがって、最低必要な伝送量を確保するためには、サブネット内のユーザ数に上限を設けることが望ましい。
【００１９】
図４は、分割数が３３ある、タイムスロットの構成図である。１番目のタイムスロット（以下、単に「スロット」という）１は、親局からすべての子局への同報通知用の下り専用スロットである。
２番目のスロット２は、子局から親局へのエントリー要求用の上り専用スロットである。
３番目のスロット３は、子局が割当情報に対して親局に確認情報(ACK) を返すための上り専用スロットである。
【００２０】
前記スロット１，２，３は、データ通信と比べて容量が小さくて済むので、４番目以後の可変割当スロットと比べて時間幅を狭くすることも可能である。
４番目から３３番目までのスロットは、上り又は下りのデータを送るための可変割当スロットである。上りデータと下りデータとの切り分けについては、後述する。
以下、スロットの割当て手順を説明する。
【００２１】
(1)ユーザ数がＮからＮ＋１になる場合（Ｎ＝０〜２９）
親局は、すべての子局に対して、タイムスロットの区切りの目印及び割当情報をスロット１に載せて常時出力している。
(2)エントリーを要求する子局は、スロット２に親局へのエントリー要求情報を載せる。
(3)親局は、スロット２のエントリー要求内容に基づいて割当数を判断し、次の時間セグメントのスロット１にＮ＋１番目のユーザに割当てるスロット情報を載せて出力する。子局からのエントリー要求が何かの原因により親局に到達しなかった場合は、親局からのスロット１に割当情報が載らないので、次の時間セグメントのスロット１の内容により、子局のエントリー要求は、親局に到達しなかったと判断し、再度エントリー要求を行う。
【００２２】
(4)子局は、スロット１の割当て情報に対し、確認(ACK) を載せて出力する。
親局は、子局からの確認(ACK)が返されるまで、割当情報をスロット１に載せて出力し続ける。
(5)親局は、子局からのスロット３の確認(ACK)を受けると、スロット１に割当情報が確定したことを追加し、出力する。
前記(1)〜(5)の手順では、ユーザのエントリー要求スロットが１スロットのみであるので、複数新規ユーザが同時に要求する場合、信号が衝突し、親局に到達しない場合がある。その際には、スロット１の割当情報が変更されないので、子局はエントリー要求が親局によって受信されなかったと認識するが、再送すると、再び複数ユーザが衝突するおそれがあるので、エントリー再要求を行うまでの待ち時間（待ち時間セグメント数）をユーザごとに異なる設定とすることにより、再度の衝突を回避できる。
【００２３】
また、衝突確率を低減するために、エントリー要求スロットを複数設定することも効果的と考えられる。その際には、子局は、複数のエントリー要求スロットのうちどれを使用するかは、子局がランダムに判断するものとする。
図５は、ユーザ数Ｎが１，２，３の場合の、タイムスロットの割当て例を具体的に示す図である。(a)は、ユーザ数が１の場合スロット４から３３までを割り当てた図であり、(b)は、ユーザ数が２の場合、１ユーザにスロット４から１８までを割り当て、他のユーザにスロット１９から３３までを割当てた図であり、(c)は、ユーザ数が３の場合、各ユーザに１／３ずつスロットを割当てた図である。１ユーザに割り当てられるスロット数が多いほど、通信速度は速くなる。
【００２４】
次に、双方向通信における上り下りデータの衝突防止方法について説明する。一般に配電線は、分岐数が多く、分岐点での反射のため上り下りデータの衝突が予想される。そこで、上り下りデータを周波数又は時間で峻別することが望ましい。以下、上り下りデータを周波数分割する方法を説明する。
図６(a)は、親局のＩＦＦＴ回路図、図６(b)は、子局のＩＦＦＴ回路図を示す。図６(a)において下りデータは、周波数軸上の周波数の高い部分に割り付けられ、図６(b)において上りデータは、周波数軸上の周波数の低い部分に割り付けられている。このようにして、上り下りで、周波数を分割して全二重通信（Frequency Division Duplex；ＦＤＤ）を行う。これにより、上り下りのデータの衝突を防止することができる。
【００２５】
一般のインターネット通信において、ユーザからの送信データ（上りデータ）の容量は、ユーザの受信するデータ（下りデータ）の容量と比べて、小さい。したがって、図６に示したように、下りデータに広い帯域を割り付け、上りデータに狭い帯域を割り付けている。
また、図６の実施では、上り周波数帯域と、下り周波数帯域は、いずれも固定的に割り当てられていたが、上り下りの周波数帯域の他に、いずれにも割り付け可能な上り下り可変周波数帯域を設けてもよい。図７は、これらの３種類の周波数帯域を１つのＩＦＦＴ回路図に描いていた図である。
【００２６】
また、上り下りの固定的な周波数帯域を廃止して、すべて可変周波数帯域としてもよい。
この可変周波数帯域の親局又は子局への割付手順について、説明する。
(1) 子局は、エントリー要求時に通信種類（ウェブ（ＷＷＷ）、テレビ会議など）の情報も付加して親局に送る。
(2)親局は、通信種類に応じて上りと下りの周波数帯域の割当を決める。具体的には、ＷＷＷであれば、下りデータ量のほうが上りデータ量よりもずっと多いので、下り周波数帯域を上り周波数帯域よりも多く割り当てる。テレビ会議であれば、上り下りのデータ量がほぼ同じとなるので、下り周波数帯域と上り周波数帯域を同程度に割り当てる。親局は、スロット１を使って、その周波数割当て情報を載せてすべての子局に下り送信する。
【００２７】
(3)子局は、この割当て情報をもとにして、ＩＦＦＴ回路への入力信号の割付を変更する。
なお、周波数分割全二重通信を行う方法として、ＯＦＤＭ変調部のＩＦＦＴ回路への入力信号を割り付ける方法の他に、上り・下りで使用する搬送波の周波数を変える方法もある。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。前記実施の形態では、タイムスロットに上り下り別々の周波数帯を割り当てて、配電線における混信を防いでいたが、タイムスロットを図８に示すように、上り下りで時分割して全二重通信を行ってもよい。また、図９に示すように、１時間セグメントごとにタイムスロットを、上り下り交替で使うこともできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、使われないスロットの無駄を極力減らし、通信効率のよいシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電力線搬送システムの全体概要図である。
【図２】モデム（親局、子局共通）の内部構成を示すブロック図である。
【図３】スロット割当制御部１の機能ブロック図である。
【図４】分割数が３３ある、タイムスロットの構成図である。
【図５】ユーザ数Ｎが１，２，３の場合の、タイムスロットの割当て例を具体的に示す図である。
【図６】  (a)は、親局のＩＦＦＴ回路図、(b)は、子局のＩＦＦＴ回路図を示す。
【図７】３種類の周波数帯域を１つに描いたＩＦＦＴ回路図である。
【図８】上り下りで時分割して全二重通信を行う場合のタイムスロット割当図である。
【図９】１時間セグメントごとにタイムスロットを、上り下り交替で使う場合のタイムスロット図である。
【符号の説明】
１  スロット割当制御部
２  モデム
３  誤り訂正符号化回路
４  インターリーブ回路
５  シリアル／パラレル変換回路
６  ＰＳＫ又はＱＡＭ符号化回路
７  ＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）回路
８  パラレル／シリアル変換回路
９  ガードインターバル挿入回路
１０  Ｄ／Ａ変換回路
１１  直交変調回路
１２  ミキサ
２１  ミキサ
２２  直交復調回路
２  Ａ／Ｄ変換回路
２４  同期取得回路
２５  ガードインターバル削除回路
２６  シリアル／パラレル変換回路
２７  ＦＦＴ回路
２８  ＰＳＫ又はＱＡＭ復号化回路
２９  パラレル／シリアル変換回路
３０  デインターリーブ回路
３１  誤り訂正回路
【図１】
0003808711.tif 000002
【図２】
0003808711.tif 000003
【図３】
0003808711.tif 000004
【図４】
0003808711.tif 000005
【図５】
0003808711.tif 000006
【図６】
0003808711.tif 000007
【図７】
0003808711.tif 000008
【図８】
0003808711.tif 000009
【図９】
0003808711.tif 000010