東急建設技術研究所報 No. 46

U.D.C 537.87

電力線通信技術による坑内通信ネットワークの性能評価
渡辺

要約：

拓人 ＊

増村

佳大 ＊＊ 藤井隆行 ＊＊＊ 小島

文寛 ＊＊ 池田直広 ＊本報告では，建設現場における LAN 構築において電力線通信技術を用いることで，既設の電力系統のみによる LAN 環境を構築し，通信速度等の基本性能の評価結果を示す。まず屋内における電力ケーブルを使用した伝送距離に対する物理速度の測定を行い，通信速度に関する基本性能を確認した。次に，トンネルの建設現場において電力線に重畳する電気的ノイズが通信性能を低下させることを確認した上で，分電盤廻りのノイズ源の調査及びノイズ対策部品による改善を実施した。最終的にトンネル坑内 575 m 地点までの通信を確立させたところ
20 Mbps 以上の物理速度が得られ，ネットワークカメラ映像をリアルタイムに監視できることが確認できた。このことより，電力線通信技術により比較的に簡易に通信ネットワーク構築が可能であることが確認できた。

キーワード：

電力線通信，漏洩電界，ノイズ対策，ネットワークカメラ

目1．はじめに

3．電力線のノイズ対策

2．電力線通信技術の概要及び基本的な通信性

4．電力線通信ネットワークの構築

次：

能

5．まとめ

1．はじめに

2．電力線通信技術の概要及び基本的な通信性能

建設現場における通信手段として，地上ではスマートフ

2.1

電力線通信技術の概要

ォンやタブレット端末を持つことでセルラー回線を利用し電力線通信技術とは，商用周波数電力（50 Hz/60 Hz）た通話やデータ通信が可能である一方，トンネルのようなを供給する電力ケーブルに 30 MHz 以下の周波数の通信搬地下エリアでは仮設のネットワークを新たに構築する必要送波を重畳させてデータ通信を行う技術であり，通信用信がある。LAN ケーブルで長い区間のネットワークを構築

号と電力を同じケーブルで共用するような形で通信を行う

する場合，ケーブルに断線が生じると断線箇所を特定することができる [2]。現在，市販されている電力線通信アダプことが困難であり，ケーブルの外観では断線を判断できな

タの仕様では使用周波数帯 2‑30 MHz であり物理速度いケースもある。また LAN ケーブルで通信可能なケーブ（PHY）は最大 210 Mbps 程度である。またアマチュア無線

ル長は 100 m 程度が限界であり，それを超える場合はス等とオーバーラップする周波数帯はノッチ（遮断）する仕イッチングハブを経由するか PoE 給電型リピーター等を様となっており，他の通信波との干渉を回避している [3][4]。

用いる必要がある。このように LAN ケーブルを接続してトンネルのような地下エリアの建設現場では仮設のネッ

いけば 1 km 以上に渡るネットワークも構築することが可

トワークを新たに構築する必要があることから，LAN ケ能であるが，スイッチハブを経由する場合，専用の電源ケーブルや光ファイバー等で長い区間のネットワークを構築ーブルや防水用コネクタを全箇所に敷設する必要があるたする必要がある。それに加えて中継のためのスイッチングめ，LAN の構築には多大なコストを要していた。

ハブの設置やそれに伴う専用電源ケーブルの敷設を行う手

そこで本稿では，建設現場での LAN 構築において，従間を考慮すると，電力線通信技術により比較的安定した通来より LAN 配線が抱えていた工事過程における断線やハ信ネットワークを構築できれば，敷設面における手間を解ブへの接続不良，敷設コスト等の問題を解消する一つの手消でき LAN ケーブルのような断線が生じ難いメリットも段 と し て，電 力 線 通 信（PLC : Power Line Communica-ある。

tion）による既設の電力系統のみで構築する LAN 環境の2.2

電力線通信の基本性能通信性能の検証を行った。建設現場における電力線通信技

こうした観点の下，まず坑内へ導入する前に基本的な通術の適用は建築中の建物への適用事例はあるが [1]，施工中信性能を確認するために写真 1(ａ)のように同じ電源タッのトンネルへの適用事例は無く，本稿では最大 575 m のプへ電力線通信アダプタ（HD‑PLC）を接続し，物理速度坑内ネットワークを構築し，ネットワークカメラ及び（通信速度）の測定を行った。また，L 相及び N 相に重畳skype 通信が問題なく利用できるか検証を行ったので報告する通信波の極性が逆となった場合において物理速度へのする。電力系統及び LAN ポートの変換を行うアダプタ

影響の有無を調べるため，(ｂ)のようにコンセントの向きは，HD‑PLC（パナソニック社製）を用いた。

を逆向きに挿入した場合において同様に物理速度の測定を＊技術研究所 建設 ICT グループ＊＊土木事業本部 技術統括部＊＊＊経営戦略本部 ICT 戦略推進部 ビジネス ICT グループ

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土木設計部

ICT 推進グループ

東急建設技術研究所報 No. 46

行 っ た。そ の 結 果，(ａ) で は 116 Mbps，(ｂ) で は 120

ケーブルに取り付けノイズを熱処理する方法や，適切な電Mbps であり，挿入向きに関わらず概ね同程度の物理速度流容量のノイズフィルタを直列に挿入することでノイズをが得られることが分かった。

アースに逃がして除去することができる [1][5]。表 1 にノイズ対策に使用した部品の型式および緒元を示す。
表1

ノイズ対策部品の型式・緒元

次に，通常の事務所ビルにおいて電力ケーブルに重畳するノイズを測定した結果を図 1 に示し，坑内におけるLED 照明使用時のノイズ測定結果を図 2 に示す。この結果より，図 1 ではノイズが観測されないが図 2 では LED照明等の影響によるノイズがノイズフロアに対して最大30 dB 以上発生している事が分かる。

写真 12 台の PLC アダプタの接続状況

次に長距離伝送時の通信限界の公称値であるケーブル長
図1200 m における物理速度を実際に確認するために，全長電工ドラム実験時のノイズ測定結果

210 m のケーブル長を用いて測定を行った。この結果，68Mbps の測定値が確認できたため，さらに全長 300 m とした場合における物理速度の測定を行った結果 43 Mbps であった。これらの結果より，ケーブル長が 90 m 長くなる
ことで距離に対する減衰に起因して物理速度が 25 Mbps

Noise of LED低下する事が確認されたが，ケーブル長 300 m の場合でも通信可能であることが分かった。このことより，LANケーブルの場合 100 m 以内の間隔で中継が必要とされる
Noise floor level

場合を考慮すると電力線通信アダプタのマルチホップ機能により中継数を 1/3 程度へ減らせる可能性があることが分かった。

図23．電力線のノイズ対策

LED 照明使用時のノイズ測定結果

電力線通信アダプタの基本的な性能確認により 300 m以上伝送可能であることが分かったが，坑内の電力ケーブ

次に，電力線通信アダプタから出力される搬送波のスペルは各種の負荷設備へ繋がっており，特に溶接機や LEDクトルを図 3 に示す。搬送波の周波数帯は 2‑30 MHz であ

照明等から高周波数の電気的ノイズを発生している場合がることより，搬送波の周波数帯は図 6 で確認されたノイズある。電力線通信の搬送波の周波数帯である 2‑30 MHz との周波数帯とオーバーラップしているため，実際にノイズノイズ周波数がオーバーラップした場合，互いに干渉する対策部品による除去を行った。除去後はノイズフロアレベため通信を阻害する要因となり得るためノイズの有無につルまでノイズが低減されたことを確認した。LED 照明使いて実測を行った。ノイズ対策には，フェイライトコアを用環境でのノイズ測定風景を写真 2 に示す。測定には疑似72

東急建設技術研究所報 No. 46電源回路網ユニッおよびスペクトラムアナライザ（MS2721B）を使用し，商用電力周波数 50 Hz と高周波数のノイズを切り分けて測定を行っている。

写真 3

電力線通信アダプタ及び Wi‑Fi 内蔵の盤

図 4 の構成における物理速度の測定結果を図 5 に示す。
図3

搬送波のスペクトル

同図(ａ)は低出力タイプの電力線通信アダプタで構成した場合の結果であり，同図(ｂ)は高出力タイプと低出力タイプが混在した時の結果を示している。ここで，高出力タイプとは低出力タイプに比べて出力が 10 dB 強いタイプである。この結果より各区間における物理速度にばらつきが確認できるが，この原因として，伝送距離の違いに加えて電力ケーブルの実際の配線長が実際の距離よりも長くなることや，ケーブルの引き回し方によっては，ループ状のコイルが形成されたりアースとの距離により浮遊容量が変化することで，電力線通信の搬送波から見たインピーダンスが一定とならないことが考えられる。

写真 2

LED 照明使用環境におけるノイズ測定

4．電力線通信ネットワークの構築
次に坑内におけるネットワークを構築し，ネットワーク上に Wi‑Fi アクセスポイントを設置することで電力線通信ネットワーク経由で Wi‑Fi 通信を行うことによる映像データの伝送可否について実験を行った。ここでは Skypeを使用した音声と映像によるデータ通信可否について検証を行った。ネットワークの構成を図 4 に示す。また，電力線通信アダプタと Wi‑Fi アクセスポイントを内蔵した盤を写真 3 に示す。
図5

物理速度の測定結果

次に，400 m 地点及び坑口との間において PC 2 台を使用した Skype 通話（音声と映像）によるデータ通信およびネットワークカメラの映像を同時に伝送可能かどうか検証した。写真 4 に Skype による通信確認状況を示す。この結果，Skype による音声通話に関してはスムーズに途切
図4

坑内ネットワークの構成れることなく通信可能であったものの，Skype の映像とネットワークカメラの映像を同時に利用した場合は一時的に途切れることもあった。

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5．まとめ
本報告では，建設現場におけるモバイル回線が通じないエリアの LAN 構築において電力線通信技術を用いることで，既設の電力系統のみによる LAN 環境を構築し各種の検証を行った。電力線に重畳する電気的ノイズが通信性能を低下させることを確認しノイズ対策を施した上で検証を行い，以下の内容が確認できた。
①電力線通信により分電盤と分電盤を通信ホップさせ，最大 575 m 区間の通信が可能。②高出力タイプの電力線通信アダプターを用いることで 20 Mbps 以上の通信速度を達成。③ 400 地点から坑口まで電力線通信ネットワーク経由で Skype およびネットワークカメラの利用が可能。

写真 4

Skype による通信確認状況（400 m 地点）④ Skype またはネットワークカメラのどちらか一方であれば映像データも問題なく閲覧可能であった。今後，長期間における通信の安定性について検証することで，施工現場での適用範囲を整理することが課題である。
参考文献
1) 西野高明，鶴田壮広
2) 荒巻道昌

施工現場における電力線通信適用の検討

2017 日本建築学会学術講演集，pp. 595‑596, 2017.

高速電力線通信技術の国際標準化：標準化活動の重要性と達成までのプロセスについて ，電子情報通信学会技術研

究報告，WBC, Vol. 111, no. 159, pp. 23‑27, 2011‑07‑21.
3) 森晃，渡邊陽介，徳田正満，河本康二

高速電力線通信システムに対する OFDM 信号の伝送特性 ，電気学会論文誌 C（電子・情報・システム部門），Vol. 126, no. 7, pp. 810‑817, 2006.
4) 中川健一，細谷賢史，徳田正満

Wavelet‑OFDM を用いた高速電力線通信の狭帯域電波干渉特性 ，電子情報通信学会技術研究報告，EMCJ, Vol. 108, no. 132, pp. 19‑24, 2008‑07‑10.
5) 田中元志，曾根周作，井上浩

フェライトコア装着線路の周波数依存形 FDTD モデル ，電子情報通信学会論文誌 B, Vol. J86‑

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6) 杉浦行，上芳夫，雨宮不二雄，山中幸雄

我が国の高速 PLC 規格とその技術的背景 ，電子情報通信学会技術研究報告，EMCJ,Vol. 107, no. 167, pp. 23‑28, 2007‑07‑20.

Evaluation of Basic Performance of Communication Network using Power Line Communication
at the Underground Construction Site
T. Watanabe, Y. Masumura, T. Fujii, F. Ojima and N. Ikeda
In this report, a local area network, using technology of PLC（Power Line Communications), was developed at theunderground construction site, using only existing power lines of the site. And various examinations were demonstrated, tocommunicate voice and screen images of a network camera, using the local area network with length of 575 m. At first,
basic performances of transmission speed, using adapters of power line communications, was examined indoors. Next, theadapters and an access point of wireless LAN were aligned into a box, to demonstrate the wireless communication using
Wi‑Fi devices such as a mobile phone and a tablet PC. Next, electrical high frequency noise transmitting on the power lines
were measured with a spectrum analyzer, and removed using EMC filters. As a result, the screen images of a network
camera and telephone messages could be transmitted using this local area network.

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