技術
解説
Panasonic Technical Journal Vol. 57 No. 3 Oct. 2011オートモーティブ分野におけるPLC（Power Line Communication）技術の応用展開
Application Business Development of PLC (Power Line Communication) Technology for Automotive Field

井形裕Yuji Igata司*

権藤孝

Takao Gondou雄**「HD-PLC（High Definition Power Line Communication）」は，当社により，Home Network用途のPLC-EthernetBridgeとして商品化されてきたが，IEEE 1901標準として承認（2010年12月規格書発行）されたことにより，グローバル標準通信方式として，その応用範囲は，屋内だけでなく，屋外・輸送機用・Smart Gridへの広がりを見せている．本稿では，IEEE 1901に採用された，「HD-PLC」の技術とPLC方式間共存技術（ISP: Inter System Protocol）を概説する．さらに，移動体への適用事例として車載用HD-PLC/CAN Bus Systemの取り組みと，リアビューカメ
ラへの応用を紹介する．
HD-PLC (High Definition Power Line Communication) has been commercialized as a PLC-Ethernet Bridge for home network
use by Panasonic. After it was approved as IEEE 1901 standard (“IEEE Standard for Broadband over Power Line Networks: Medium
Access Control and Physical Layer Specifications” was published in December 2010), the range of HD-PLC applications is being
extended beyond in-home use to access broadband use, the Transportation system use, and Smart Grid use as a global standard
communication method. We outline the “HD-PLC” technology and the defining mechanisms for coexistence between different PLCdevices (ISP: Inter System Protocol) which was adopted for IEEE 1901 in this report. Furthermore, we introduce our application caseexamples such as HD-PLC/CAN Bus System and Rear-view Camera for Vehicles.

1． IEEE 1901標準がもたらす可能性

2．「HD-PLC」における物理層技術

2010年12月には，IEEE 1901委員会[1]において，PLC「HD-PLC」で採用している物理層（PHY: PHYsical

標準規格書が発行された．その中には，当社が提唱するlayer）について，第1表にまとめる[3]．「HD-PLC」仕様「HD-PLC[2]」のフルスペックが含まれる．IEEE 1901ではIEEE 1901 Wavelet方式を基に策定している．Wavelet

は，宅内の電力線通信だけでなく，屋外・輸送機用・OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方PLC方式間の共存と，そのスコープが拡張されており（第式は，高効率伝送が可能なうえ，簡単にノッチ帯域を構1図），IEEE 1901準拠「HD-PLC」は，雑音の多い車載成できるため，同じ周波数帯域を使用する既存システム配線上などでの制御用通信にも対応するため，耐雑音性（アマチュア無線や短波放送）と共存できる．IEEE 1901の向上とショートパケットの高速化を図った．国際標準

準拠「HD-PLC」では，従来の「HD-PLC」に対して，化と高性能化により「HD-PLC」は，いっそうの普及がさらなる通信速度の向上のため，1次変調方式として期待される．

32PAM（1024QAM（1024 Quadrature Amplitude Modulation）に相当）を，誤り訂正方式としてLDPC-CC（Low Density

屋内通信

スマートグリッド

屋外アクセスParity Check Convolution Codes）を追加した．32PAM（32Pulse Amplitude Modulation）の実装インパクトはわずかであるのに対して，LDPC-CCは回路量増加のインパク

広範なアプリを視野に標準化

車両の軽量化ＥＶ-HAN客室用インフラ

車両内インフラ第1表

主なPHY仕様諸元

Table 1 Main specification

A）屋内PLCの標準仕様を策定
IEEE 1901
スコープ

B）屋外PLCの標準仕様を策定
C）輸送機PLCの標準仕様を策定
D）PLC方式間の共存仕様を策定

第1図IEEE 1901規格化のスコープ

Fig. 1 IEEE 1901 is targeting variety of applications＊ パナソニック システムネットワークス（株）PLC事業推進室
PLC Business Development Office，Panasonic System Networks Co.，Ltd.
＊＊ Panasonic System Networks Development Center of America (PSNDA)

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Base Carrier of OFDM
Carrier space [kHz]Symbol Length [µs]Modulation [PAM](per carrier)Frequency Range [MHz]Maximum PHY Rate [Mbit/s]
Forward Error Correction(Encoder only)

IEEE 1901準拠
HD-PLC
Wavelet61.035 156 258.192

現行HD-PLC
Wavelet61.035 156 25
8.192

2, 4, 8, 16, 32

2, 4, 8, 16

2 ～ 28240
Reed-Solomon (RS),2 ～ 28
210
Reed-Solomon (RS),Convolution code (CC),

Convolution code (CC),RS +CC and LDPC-CC

RS +CCオートモーティブ特集：オートモーティブ分野におけるPLC（Power Line Communication）技術の応用展開

トが大きいことがわかっていた．開発の初期段階では，訂正能力は最大2.8 dBとなるものの，回路量が従来の約207

4． 異種PLC間共存のための制御方式（ISP）
Wavelet OFDM PLCとFFT (Fast Fourier Transform) OFDM2倍になる予定であった．そのため，① 回路量が小さくなるようなLDPC-CC検査多項式

PLCの共存を可能とするISPの基本概念ついて述べる．

② 復号回路のRAM（Random Access Memory）数を削減
4.1する処理アルゴリズムを開発した．

ISP信号

ISPでは，各PLC方式で共通に定義するISP信号を用いその結果，従来に比べ，約1.25倍の回路量で，最大2.6 dBて共存のための制御を行う．この信号は，使用されるすOFDM信号から構成される．

3．「HD-PLC」におけるMAC技術

このとき，位相“0”と位相“π”を用いて各キャリア

特 集 １

べ て の キ ャ リ ア に 同 じ 情 報“1” を 割 り 当 て たFFT訂正能力を実現することができた．

位相のランダム化を行うが，ISPでは各PLCにおいて，「HD-PLC」 で 採 用 し て い る メ デ ィ ア ア ク セ ス 制 御異なるランダムパターン（位相ベクトル）を用いる．理（MAC: Media Access Control）仕様について，第2表にま由は，ISP信号に用いられた位相ベクトルを判別して，とめる[3]．MACは，さまざまなフレームに対応する必送信しているPLC方式を特定するためである．

要があるため，現行の「HD-PLC」ではクラシファイと4.2

ISP仕様の概要

パケット処理能力により通信性能が決まってしまい，通ISPでは時分割処理を基本とし，交流電源周波数（AC）信性能向上のボトルネックとなっていた．IEEE 1901準に同期して制御される．ISPは，第2図に示すように，

拠「HD-PLC」では，クラシファイをμコードとハード

ISP Window と TDM (Time Division Multiplexing) Unit

エンジンで行うハイブリッド仕様とした．処理頻度が少（TDMU）からなり，各TDMUは8個のTDM Slot（TDMS）なく，さまざまなパターンのある制御系フレームをμから構成される．各TDMSには，各PLC方式が割り当てコードで行い，処理頻度の多いデータ系フレームをハーられる．また，ISP Windowは2つのISP fieldからなり，各ドエンジンで行うこととした．これによりクラシファイ

PLC方式（例えばAccess，In-home Wavelet and In-homeを高速に行うことが可能となった．加えてハードエンジFFT）が送信するISP Windowは決められている．なお，ンでコンカチネーションを行い，最大の連結数を31から各スロット間隔は，第3表に示すように，AC周波数（50 Hz60とすることで通信性能を向上させることができた．
Access第2表

In-home Wavelet

ISP Window

主なMAC通信仕様とパケット長ごとの通信性能

TDM Unit (TDMU)

Table 2 Main specification and communication performance for each packet length

アクセス制御
主なMAC
通信仕様

IEEE 1901準拠
HD-PLC
CSMA/CA ＋

TDMU #0 TDMU #1 TDMU #2

現行HD-PLC
CSMA/CA ＋DVTP
60
最大2048 byteまで

DVTP
31
最大2048 byteまで

0 1 2 … 7
TDM Slot (TDMS)

への複数上位

数量制限なく

最大4フレーム

1 TDMU = 2 AC cycles

フレーム格納数
動的鍵更新
異種PLC間共存（ISP）

格納可能対応
対応

格納可能
未対応
未対応

UDP
（1514 bytes）[Mbit/s]

97.3

97.3

89.2

UDP
（64 bytes）[Mbit/s]

25.4

UDP: User Datagram Protocol
CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
DVTP: Dynamic Virtual Token Passing

59.8
3.29

TDMU #3 TDMU #4
time

Allocation
Period (T ISP)

最大連結数
1 MACフレーム

UDP
通信性能（512 bytes）[Mbit/s]

In-home FFTISP ISPﬁeld 1 ﬁeld 2
ISP Window

第2図

ISPを使用した共存方法の一例

Fig. 2 Example of coexistence method with ISP
第3表

ISPに関する主な仕様諸元

Table 3 Main specification of ISP
項目AC cycle [ms]
TISP [ms]TDMU [ms]TDMS [ms]ISP window [µs]ISP field [µs]50 Hz20120405491.52
245.76

60 Hz
16.67
100
33.33
4.17
491.52245.7657

特 集 ２

コンカチネーションをμコードで行っておりμコードのPanasonic Technical Journal Vol. 57 No. 3 Oct. 2011

208

ツをダウンロードしたりできるようになる．走行中も，or 60 Hz）に応じて決められている．

DC電源線上で信号伝送が可能であり，車内のハーネス
4.3

ISPによる共存やケーブルの省線化／軽量化を図れるメリットは大き

PLC端末は，起動後はISP信号の探索を行うモードにく，車内の基幹デバイスになると期待されている．

移行し，他PLC端末から送信されたISP信号の位相ベク
トルを判別して，現在ISPを使って共存しているPLC方式を特定する．その後，自PLC方式にあらかじめ決められたISP WindowにISP信号を送信する．

5.2

リアビューカメラへの応用

NHTSA（米国運輸省国家道路交通安全局）は，後方視認用のリアビューカメラの搭載を2014年9月から米国内でTDMSの使用方法については，同じ電力線上に存在す販売されるほぼすべての車両に義務づけるよう提案した．

るPLC方式の種類に応じて，IEEE 1901 仕様書[1]に定義

上述した5.1の車載用HD-PLC/CAN Bus Systemと組みされたスロット割り当て表を使って決定する．
このように，ISPは時分割処理による干渉回避を基本とした異種PLC間共存方式となっている．

合わせることで，例えばカメラの電源をストップランプに 供 給 さ れ るDC電 源 に 接 続 す る だ け で 映 像 情 報 をHD-PLC/CAN Bus System経由でコックピットディスプレ
イに情報伝送が可能となる（第4図）．既存の車両においてもカメラを簡単に取り付けることが可能であり，特5． アプリケーション事例にトラックなどの大型車両では大きなメリットがある．

以下，PSN米国リエゾンオフィスで検討を進めている
アプリケーション事例を紹介する．
5.1

車載用HD-PLC/CAN Bus System「HD-PLC」は，宅内の電力線だけでなく，IEEE 1901対応で，制御データ用のショートパケット高速化とLDPC-CCによる耐雑音性の向上により，車載のDC電源線への応用が期待されている．
車載ネットワークで標準的に使用されているCAN（Controller Area Network） と「HD-PLC」 モ ジ ュ ー ル（MMDPM235） を ブ リ ッ ジ し たHD-PLC/CAN Bus モ

第4図

リアビューカメラ（死角カメラ含む）のイメージ

Fig. 4 Image of rear view camera (including Blind Spot Camera)

ジュールを検討した（第3図）．このデバイスを電気自動車に応用する場合，充電中にCANノードから得られるデータを「HD-PLC」を経由して充電ステーションに情報伝送したり，充電ステーション経由で各種コンテン

6． 動向と展望
IEEE 1901標準になった「HD-PLC」は，家庭内だけでなく，ビル構内，工場や屋外，移動体への適用など，より大きなネットワークにも対応できる．さらに，スマー

充電ステーション (公共／一般住宅)

トグリッドなど幅広い分野への応用も期待される．通信電気自動車
電力／
データ

12 V

CAN
ノード A
CAN
ノード B

第3図

データ

この技術を使用して現行のHD-PLC採用商品との接続

DC電源
10.5 V

車載充電装置業界の発展に大きく貢献できるものと期待する．

HD-PLC/CAN Bus モジュール

3.3 V

1.2 V

HD-PLC モジュール（MMDPMS235）
データ

データ

HD-PLCアライアンスなどの団体を通じてIEEE 1901標
準対応商品間の相互接続性を確保していく．
参考文献

Ethernet-CAN
通信モジュール

HD-PLC/CAN bus system 構成図

Fig. 3 HD-PLC/CAN bus system configuration diagram

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性の確保および異種PLC間での共存を図るとともに，[1] http://grouper.ieee.org/groups/1901/, 参照 Sep. 5. 2011.
[2] http://www.hd-plc.org/, 参照 Sep. 5. 2011.
[3] 古賀久雄,“次世代電力線通信と標準化,”パナソニック技報,
vol.56, no.1, pp.16-21, 2010.