JP4749815B2 - マルチキャリア通信装置、マルチキャリア通信システム、及びマルチキャリア通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置、マルチキャリア通信システム、及びマルチキャリア通信方法に関する。

ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式等の複数のサブキャリアを用いた伝送方式は、過酷な伝送路でも高品質の通信が可能となるという大きな利点を持っており、無線通信だけでなく電力線通信等の有線通信にも利用されている。

このような複数のサブキャリアを用いた通信を行うマルチキャリア通信装置においては、送信側で、送信すべきビットデータをシンボルデータに変換し、シンボルデータにしたがってシンボルマッピングを行い、逆ＦＦＴ変換や逆ウェーブレット変換を行って時間軸上のデータに変換し、並列直列変換を行い、ＤＡ変換を行ってベースバンドアナログ信号に変換し、送信する。また、受信側では、受信信号をＡＤ変換してデジタル信号に変換し、直列並列変換を行い、ＦＦＴ変換やウェーブレット変換を行って周波数軸上のデータに変換し、デマッピングして受信ビットデータを得る。

このようなマルチキャリア通信装置は、他の機器が伝送路に信号を送出している最中か否かを判断するキャリア検出機能を備えており、他の機器が伝送路を使用していないときに、送信要求があれば送信処理を行うようになっている。

マルチキャリア通信装置のキャリア検出は、例えば特許文献１に示されるように、ＡＤ変換後の受信信号に基づいて行われる。また、特許文献２に示されるように、ＡＤ変換後のデジタルデータを周波数軸上のデータに変換した後の信号に基づいて行うものもある。

ＡＤ変換後の受信信号に基づいてキャリア検出を行う場合、時間領域での信号の相関が利用され、一般的には簡単な回路を用いて、あるいは簡単なデータ処理を行うことにより実現できる。周波数軸上のデータに変換した後の信号に基づくキャリア検出は、周波数領域でのサブキャリア間の相関を利用するため、高い検出精度を有する。

しかし、これらのキャリア検出方法は、いずれも伝送路上に存在する信号の相関を利用するものであるため、伝送路上に信号が存在していてもキャリア検出ができない場合があり、そのため、同一の伝送路に異なる端末からほぼ同時にデータが送出されることによって発生する信号の衝突現象が生じた場合は、長い間通信ができなくなることがある。

図９、図１０は、信号の衝突現象を説明するタイムチャートである。図９（ａ）の時刻ｔ１で、端末Ａと端末Ｂから同時に送信信号が出力された場合、それらの信号は、他の端末で正常に受信されない。そのため、時刻ｔ２で送信を終了した端末Ａは、送信信号に対する応答がないため、再送信しようとする。その際、キャリア検出ができない場合が多く、伝送路上に信号が存在しないと判断して時刻ｔ３で再送信を開始するため、再衝突が起こる。なぜなら、時刻ｔ３に近接した期間に伝送路上に存在する端末Ｂからの送信信号（図９の破線楕円部分）は、伝送データのペイロード部分であり、一般に信号に相関がないためである。この信号の再衝突は、端末Ａと端末Ｂの送信信号の長さによっては、端末Ｂからの再送信時にも発生し、さらに連続して発生する場合もある。

時刻ｔ３で再送信をしようとした時にキャリア検出がされれば、図９（ｂ）に示すように、時刻ｔ３では信号の再送信が行われず、端末Ｂからの送信信号が終了した後の時刻ｔ４に再送信が行われることになり、信号の再衝突は起こらない。

図１０に示すように、伝送データのペイロード部分に既知信号（有相関信号。図１０では「ｋｎｏｗｎ」で示す。）を挿入して送信するようにすると、上記したような再衝突の発生頻度を減らすことができる。図１０（ａ）の時刻ｔ１で、端末Ａと端末Ｂから同時に送信信号が出力された場合、それらの信号は、他の端末で正常に受信されない。そのため、時刻ｔ２で送信を終了した端末Ａは、送信信号に対する応答がないため、再送信しようとする。図１０（ａ）の例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間、端末Ｂからの送信信号が有相関信号であるので、再送信しようとするタイミングでキャリア検出が行われるため、再送信が行われない。そして、時刻ｔ５では、キャリア検出が行われず再送信が行われる。

しかし、図１０（ｂ）に示すようなタイミングで端末Ａ及び端末Ｂから送信される場合は、端末Ｂの伝送データに時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は有相関信号が含まれていないので、キャリア検出が行われず、時刻ｔ３で再送信が行われ、再衝突が起こる。すなわち、送信データに狭い間隔で有相関信号を挿入しないと、再衝突が起こる確率を確実に減らすことができない。したがって、再衝突を減らそうとすると伝送効率が劣化してしまう。

特開２００１−９４５２７号公報 特開２００５−５７６４４号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、伝送効率を劣化させることなく、キャリア検出漏れを減少することができるマルチキャリア通信装置及びマルチキャリア通信システムを提供することを目的とする。

本発明のマルチキャリア通信装置は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出部と、前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出部で求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部と、を備え、前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、前記振幅キャリア検出部は、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の平均値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記平均値が、前記通信に使用していない周波数の前記平均値より大きい場合に、キャリア有りと判断するものである。
本発明のマルチキャリア通信装置は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出部と、前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出部で求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部と、を備え、前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、前記振幅キャリア検出部は、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の中央値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記中央値が、前記通信に使用していない周波数の前記中央値より大きい場合に、キャリア有りと判断するものである。
本発明のマルチキャリア通信装置は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出部と、前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出部で求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部と、を備え、前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、前記振幅キャリア検出部は、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の最大値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記最大値が、前記通信に使用していない周波数の前記最大値より大きい場合に、キャリア有りと判断するものである。
本発明のマルチキャリア通信装置は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出部と、前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出部で求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部と、を備え、前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、前記振幅キャリア検出部は、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の代表値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記代表値が、前記通信に使用していない周波数の前記代表値より大きい場合に、キャリア有りと判断するものである。
本発明によれば、伝送効率を劣化させることなく、キャリア検出漏れ減少することができる。したがって、信号の衝突現象が生じた場合でも、長い間通信ができなくなる事態を避けることができる。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記周波数スペクトル検出部が、フーリエ変換により周波数スペクトルを求めるものを含む。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記周波数スペクトル検出部が、ウェーブレット変換により周波数スペクトルを求めるものを含む。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記振幅キャリア検出部が、自装置がフレームを送信した後に動作するものを含む。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記振幅キャリア検出部が、自装置が前のフレームを受信した際に、復調を失敗した後に動作するものを含む。

本発明のマルチキャリア通信装置は、前記受信信号が、電力線を介して受信した受信信号であるものを含む。

本発明のマルチキャリア通信システムは、上記したマルチキャリア通信装置を、有線伝送路を介して接続したものである。

本発明のマルチキャリア通信方法は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出ステップと、前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出ステップで求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出ステップと、を備え、前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、前記振幅キャリア検出ステップは、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の平均値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記平均値が、前記通信に使用していない周波数の前記平均値より大きい場合に、キャリア有りと判断するものである。
本発明のマルチキャリア通信方法は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出ステップと、前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出ステップで求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出ステップと、を備え、前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、前記振幅キャリア検出ステップは、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の中央値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記中央値が、前記通信に使用していない周波数の前記中央値より大きい場合に、キャリア有りと判断するものである。
本発明のマルチキャリア通信方法は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出ステップと、前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出ステップで求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出ステップと、を備え、前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、前記振幅キャリア検出ステップは、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の最大値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記最大値が、前記通信に使用していない周波数の前記最大値より大きい場合に、キャリア有りと判断するものである。
本発明のマルチキャリア通信方法は、複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出ステップと、前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出ステップで求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出ステップと、を備え、前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、前記振幅キャリア検出ステップは、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の代表値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記代表値が、前記通信に使用していない周波数の前記代表値より大きい場合に、キャリア有りと判断するものである。

本発明によれば、伝送効率を劣化させることなく、キャリア検出漏れを減少することができるマルチキャリア通信装置及びマルチキャリア通信システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１に、本発明の実施の形態のマルチキャリア通信装置の概略構成を示す。図１のマルチキャリア通信装置１００は、電力線等の一対の導体６１、６２からなる伝送線路を介して通信を行うものである。図１のマルチキャリア通信装置１００は、デジタル信号処理部１、アナログ回路部２、通信トランス３を含んで構成される。

デジタル信号処理部１は、例えば１又は複数のデジタルＬＳＩで構成され、デジタル送信データを変調してデジタル送信信号を生成し、デジタル受信信号を復調してデジタル受信データを生成するとともに、アナログ回路部２各部の信号経路、ゲイン等の制御を行う。アナログ回路部２はアナログチップおよびディスクリート部品で構成され、デジタル送信信号１ａは、アナログ回路部２のＡＤ／ＤＡ変換回路２１に送られ、デジタル受信信号１ａはＡＤ／ＤＡ変換回路２１から入力する。また、各種制御信号及び状態信号１ｂもアナログ回路部２との間で入出力する。デジタル信号処理部１における変復調処理は、複数のサブキャリアを利用するもので、例えば、ウェーブレット変換を利用するＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）である。このウェーブレット変換は、通信においては、一般的にコサイン変調フィルタバンクで構成される。

デジタル信号処理部１は、受信信号の時間波形を利用してキャリアの有無を検出する時間キャリア検出部１２、受信信号の周波数特性を利用してキャリアの有無を検出する周波数キャリア検出部１３、受信信号の周波数スペクトルを利用してキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部１０、及び時間キャリア検出部１２、周波数キャリア検出部１３、振幅キャリア検出部１０を切り換えて動作させるキャリア検出制御を含む通信装置全体の制御を行う制御部１１を含んでいる。

なお、デジタル信号処理部１は、後述するメインＩＣ２０１で実現され、制御部１１は、メインＩＣ２０１のＣＰＵ２０１Ａで実現される。また、振幅キャリア検出部１０、時間キャリア検出部１２、及び周波数キャリア検出部１３は、メインＩＣ２０１のＰＬＣ・ＰＨＹブロック２０１Ｂで実現される。

アナログ回路部２は、ＡＤ／ＤＡ変換回路２１、送信フィルタ２２、送信アンプ２３、送信スイッチ２４、受信フィルタ２５、受信ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アンプ２６を含んで構成される。

ＡＤ／ＤＡ変換回路２１は、デジタル信号処理部１からのデジタル送信信号１ａをアナログ送信信号に変換する送信用ＤＡ変換器２１ａ、受信ＡＧＣアンプ２６からのアナログ受信信号をデジタル受信信号に変換する受信ＡＤ変換器２１ｂを含む。送信フィルタ２２は、送信用ＤＡ変換器２１ａにおけるＤＡ変換にて発生する高調波ノイズを除去する低域フィルタである。送信アンプ２３は、アナログ送信信号の送信電力を増幅するものである。送信スイッチ２４は、送受信信号の切り換えを行うもので、受信時に送信アンプ２３をミュートするとともに、送信時と受信時とでインピーダンスを切り換える。

受信フィルタ２５は、通信帯域外の周波数のノイズを除去する帯域フィルタであり、受信ＡＧＣアンプ２６は、アナログ受信信号を増幅するもので、アナログ受信信号を受信ＡＤ変換器２１ｂの分解能に適する電圧に調整するものである。

通信トランス３は、通信信号をマルチキャリア通信装置１００側の一次回路と伝送線路側の二次回路に絶縁して信号の送受信を行うためのものである。

図２に、デジタル信号処理部１の概略構成を示す。デジタル信号処理部１は、制御部１１、時間キャリア検出部１２、周波数キャリア検出部１３、振幅キャリア検出部１０に加えて、シンボルマッパ１４、シリアル−パラレル変換器（Ｓ／Ｐ変換器）１５、逆ウェーブレット変換器１６、ウェーブレット変換器１７、パラレル−シリアル変換器（Ｐ／Ｓ変換器）１８、デマッパ１９を備える。

シンボルマッパ１４は、送信すべきビットデータをシンボルデータに変換し、各シンボルデータにしたがってシンボルマッピング（例えばＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調）を行うものである。Ｓ／Ｐ変換器１５は、マッピングされた直列データを並列データに変換するものである。逆ウェーブレット変換器１６は、並列データを逆ウェーブレット変換し、時間軸上のデータとするものであり、伝送シンボルを表すサンプル値系列を生成するものである。このデータは、アナログ回路部２の送信用ＤＡ変換器２１ａに送られる。

ウェーブレット変換器１７は、アナログ回路部２の受信用ＡＤ変換器２１ｂから得られる受信デジタルデータ（送信時と同一のサンプルレートでサンプルされたサンプル値系列）を周波数軸上へ離散ウェーブレット変換するものである。Ｐ／Ｓ変換器１８は、周波数軸上の並列データを直列データに変換するものである。デマッパ１９は、各サブキャリアの振幅値を計算し、受信信号の判定を行って受信データを求めるものである。

時間キャリア検出部１２は、アナログ回路部２のＡＤ／ＤＡ変換回路２１から得られる受信信号の時間波形を利用してキャリアの有無を検出するものである。具体的には、時間領域での信号の相関を求めてキャリアの有無を検出する。送信フレームに含まれるプリアンブルは、時間領域で相関のある信号（例えば使用するすべてのサブキャリアでオール「１」）で構成されるので、プリアンブルを使用してキャリア検出を行い、相関がある場合にキャリアがあると判断する。例えば相関ピーク（波形の形状が同一の場合は「１」を示す。）が所定値（例えば０．７）を超えた場合に、相関があると判定する。

周波数キャリア検出部１３は、ウェーブレット変換器１７から得られる受信信号の周波数特性を利用してキャリアの有無を検出するものである。具体的にはサブキャリア毎の複素情報を求め、複数の隣り合うサブキャリア間の相関を使用してキャリアの有無を検出する。なお、ウェーブレットのような実係数のフィルタバンクを使用する場合は、サブキャリアを２本用いて複素サブキャリアを構成してサブキャリア間の相関を求める。すなわち、隣り合うサブキャリアで位相差の異同を求め、相関ピークが所定値を超えた場合に、相関があると判定する。なお、振幅を含めて判定してもよい。この場合も送信フレームに含まれるプリアンブルを使用してキャリア検出を行う。

制御部１１は、既に述べたように、マルチキャリア通信装置１００全体の動作を制御するものであり、時間キャリア検出部１２、周波数キャリア検出部１３、振幅キャリア検出部１０を切り換えて動作させるキャリア検出制御も行う。キャリア検出制御については後述する。なお、時間キャリア検出部１２及び周波数キャリア検出部１３における相関演算については、適宜のハードウェア又はソフトウェアを用いて行うことができるので、説明を省略する。また、図１、図２に示す通信装置は、３種類のキャリア検出部を備えているが、時間キャリア検出部１２と周波数キャリア検出部１３は、その一方を省略することも可能である。

以上説明したマルチキャリア通信装置１００は、例えば図３、図４に示すようなモデムとして実現される。図３は、マルチキャリア通信装置の前面を示す外観斜視図、図４は、マルチキャリア通信装置の背面を示す外観斜視図である。マルチキャリア通信装置１００は、筐体１０１を有している。筐体１０１の前面には、図３に示すようにＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの表示部１０５が設けられている。筐体１０１の背面には、図４に示すように電源コネクタ１０２、ＲＪ４５などのＬＡＮ（Local Area Network）用モジュラージャック１０３、及びＤｓｕｂコネクタ１０４が設けられている。電源コネクタ１０２には、図４に示すように、平行ケーブルなどの一対の線路６１、６２が接続される。モジュラージャック１０３には、図示しないＬＡＮケーブルが接続される。Ｄｓｕｂコネクタ１０４には、図示しないＤｓｕｂケーブルが接続される。なお、マルチキャリア通信装置の一例として、図３及び図４のモデムを示したが、モデムは専用の筐体を有するものに限らず、他の電気機器（例えばテレビなどの家電機器）に内蔵されていてもよい。また、内部に通信機能を備えた電気機器（例えばテレビなどの家電機器）であってもよい。

図５は、マルチキャリア通信装置のハードウェアの一例を示すブロック図である。マルチキャリア通信装置１００は、図５に示すように、回路モジュール２００及びスイッチング電源３００を有している。スイッチング電源３００は、各種（例えば、＋１．２Ｖ、＋３．３Ｖ、＋１２Ｖ）の電圧を回路モジュール２００に供給する。回路モジュール２００には、メインＩＣ（Integrated Circuit）２０１、ＡＦＥ・ＩＣ（Analog Front End IC）２０２、ローパスフィルタ（送信フィルタ）２２、ドライバＩＣ２０３、カプラ２０６、バンドパスフィルタ（受信フィルタ）２５、メモリ２１１、及びイーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ２１２が設けられている。電源コネクタ１０２は、プラグ４００、コンセント５００を介して、一対の線路６１、６２である電力線に接続される。

メインＩＣ２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１Ａ、ＰＬＣ・ＭＡＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ／Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ）ブロック２０１Ｃ、及びＰＬＣ・ＰＨＹ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ／Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）ブロック２０１Ｂで構成されている。ＣＰＵ２０１Ａは、３２ビットのＲＩＳＣ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）プロセッサを実装している。ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２０１Ｃは、送信信号のＭＡＣ層を管理し、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２０１Ｂは、送信信号のＰＨＹ層を管理する。ＡＦＥ・ＩＣ２０２は、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）２１ａ、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２１ｂ、および可変増幅器（ＶＧＡ）２６で構成されている。カプラ２０６は、コイルトランス３、及びカップリング用コンデンサ３１ａ、３１ｂで構成されている。

なお、図１のデジタル信号処理部１は、メインＩＣ２０１によって実現され、図１の制御部１１は、ＣＰＵ２０１Ａで実現され、図１の振幅キャリア検出部１０、時間キャリア検出部１２、及び周波数キャリア検出部１３は、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２０１Ｂによって実現される。また、アナログ回路部２は、図５に示す、ＡＦＥ・ＩＣ２０２、ローパスフィルタ（送信フィルタ）２２、ドライバＩＣ２０３、バンドパスフィルタ（受信フィルタ）によって実現される。

図６は、振幅キャリア検出部１０の一例の概略機能ブロック図である。図６の振幅キャリア検出部１０は、パラレル−シリアル変換部（Ｐ／Ｓ変換部）１１０、電力演算部１１１、レベル演算部１１２、比較部１１３を含んで構成される。

振幅キャリア検出部１０は、ウェーブレット変換器１７から得られる受信信号の周波数スペクトルを求め、通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、周波数スペクトル検出部で求めた周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する。周波数スペクトル検出部は、電力演算部１１１、レベル演算部１１２、及び比較部１１３で実現される。以下、図６に沿って、パターンマッチングを行う振幅キャリア検出部１０について説明する。

Ｐ／Ｓ変換部１１０は、ウェーブレット変換器１７によって離散ウェーブレット変換された周波数軸上の並列データを直列データに変換するものである。電力演算部１１１は、Ｐ／Ｓ変換部１１０からのデジタルデータに基づいて各サブキャリアの電力を演算することにより、周波数スペクトルを求めるものである。ここでの周波数スペクトルは、各周波数毎の信号の大きさを示すものであればよいので、電力演算部１１１に換えて各サブキャリアの振幅値を演算する振幅演算部を設けてもよい。また、電力演算部１１１が並列入力信号の電力演算が可能な場合、Ｐ／Ｓ変換部１１０は省略してもよい。

レベル演算部１１２は、電力演算部１１１からの周波数スペクトルに基づいて、通信に使用する周波数における電力値の平均値と、通信に使用しない周波数における電力値の平均値を演算するものである。通信に使用する周波数は、予め設定されており、制御部１１やメモリ２１１にスペクトルパターンとして記録されている。このスペクトルパターンは、固定のものであっても、伝送線路の状態等によって変更されるものであってもよい。

スペクトルパターンは、通信に使用する周波数データを示し、例えば図７（ｂ）に示すように２値データのパターンである。図７に、送信信号及び受信信号の周波数スペクトル、及びその通信に際して使用されるスペクトルパターンを示す。図７（ａ）は、送信信号の周波数スペクトルの一例であり、図７（ｂ）は、スペクトルパターンの一例であり、図７（ｃ）は、受信信号の周波数スペクトルの一例である。図７（ｂ）における横軸は周波数である。同図における縦軸は、通信に使用しているか否かを示す２値データであり、具体的には、「１（ＯＮ）」は通信に使用する周波数であることを示し、「０（ＯＦＦ）」は通信に使用しない周波数であることを示している。したがって、レベル演算部１１２は、スペクトルパターンが「１」か「０」かに応じて周波数スペクトルの電力値を２つに分け、それぞれの平均値を「ＯＮ平均値」（通信に使用する周波数における電力値の平均値）、及び「ＯＦＦ平均値」（通信に使用しない周波数における電力値の平均値）として出力する。

比較部１１３は、レベル演算部１１２で求めた「ＯＮ平均値」と「ＯＦＦ平均値」とを大小を比較し、比較結果をキャリアの有無を示す信号として制御部１１に出力する。「ＯＮ平均値」＞「ＯＦＦ平均値」の場合、スペクトルパターンが「１」の周波数の電力値が大きいこと、すなわちキャリアが伝送線路上に存在することを意味すると考えることができるので、制御部１１は、「ＯＮ平均値」が「ＯＦＦ平均値」より大の場合、キャリアありと判断し、「ＯＮ平均値」が「ＯＦＦ平均値」以下の場合、キャリアなしと判断する。

以上説明したように、レベル演算部１１２と比較部１１３により、通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと受信信号の周波数スペクトルとのパターンマッチングを行って、キャリアの有無を示す信号を出力している。前述の「ＯＮ平均値」が「ＯＦＦ平均値」より大の場合は、通信に使用している周波数領域の信号レベルが大きいことを意味し、伝送路にキャリアが存在している可能性が高いので、キャリアありと判断する。

「ＯＮ平均値」と「ＯＦＦ平均値」を利用してキャリアの有無を判断する基準は、上記した大小判別に限らない。例えば、「ＯＮ平均値」＞「ＯＦＦ平均値」＋α（αは正の一定値）の場合にキャリアありと判断するようにすると、キャリアの誤検出頻度は小さくなるが、検出漏れは大きくなる。送信信号の衝突後の再送信の可否を判断する際には、誤検出を減少させるよりも、検出漏れがないようにすべきであるので、「ＯＮ平均値」＞「ＯＦＦ平均値」の場合にキャリアありと判断するのが好ましい。

図７（ａ）に示すように、送信信号の周波数スペクトルは、送信信号によって送信すべきデータに拘わらず、図７（ｂ）のスペクトルパターンに対応したものとなっている。同様に、図７（ｃ）に示す受信信号の周波数スペクトルも図７（ｂ）のスペクトルパターンに対応したものとなっている。したがって、振幅キャリア検出部１０によるキャリア検出を行うと、伝送路で信号伝送が行われているときは、伝送されるデータが特別に送信される有相関データでなくても、確実にキャリア検出を行うことができる。

以上の説明では、図６のレベル演算部１１２が、周波数スペクトルに基づいて、通信に使用する周波数と、通信に使用しない周波数における電力値（振幅値）の平均値を求めるものとしたが、平均値以外にもパターンマッチングの判断に利用することができる。例えば、電力値の中央値、最大値、代表値を利用しても、上記したキャリアの有無の判断が可能である。ここで、代表値は、例えばソートした電力値の大きい方から所定順位（例えば４番目）といった伝送路の特徴から決定する値である。

なお、以上説明したマルチキャリア通信装置では、時間軸−周波数軸間の変換に際してウェーブレット変換及び逆ウェーブレット変換を利用したが、フーリエ変換及び逆フーリエ変換を利用してもよい。その場合は、図２のウェーブレット変換器１７及び逆ウェーブレット変換器１６に換えてフーリエ変換器及び逆フーリエ変換器を設ける。

次に、図１のマルチキャリア通信装置の概略動作を説明する。信号送信時、デジタル信号処理部１で生成されたデジタル送信信号は、ＡＤ／ＤＡ変換回路２１のＤＡ変換器２１ａによってアナログ信号変換され、送信フィルタ２２、送信アンプ２３、送信スイッチ２４を経由して通信トランス３を駆動する。そして、通信トランス３の２次側に接続された伝送線路６１、６２から出力される。

信号受信時は、伝送線路６１、６２からの受信信号が通信トランス３を経由して受信フィルタ２５に送られ、受信ＡＧＣアンプ２６のゲイン調整がされた後、ＡＤ／ＤＡ変換回路２１の受信ＡＤ変換器２１ｂでデジタル信号に変換され、デジタル信号処理部１でデジタルデータに変換される。このとき、送信スイッチ２４はオフ状態である。

次に、キャリア検出動作について、さらに詳細に説明する。図８に送信データのフレーム構成の一例を示す。送信データは、キャリア検出、同期処理、等化処理等に使用するプリアンブル、同期確立等に使用する同期ワード、送信すべき情報を含む。既述のように、キャリア検出は、時間キャリア検出部１２、周波数キャリア検出部１３、振幅キャリア検出部１０を切り換えて動作させて行う。時間キャリア検出部１２と周波数キャリア検出部１３が動作する場合は、フレームに含まれるプリアンブルや同期ワードを使用して行う。プリアンブルや同期ワードは、一定のデータが連続しているので、時間波形の相関や複素サブキャリア間の相関の判定を簡単に行うことができる。

キャリア検出の切り換えは、制御部１１によって制御する。振幅キャリア検出部１０は、自装置がフレームを送信した後に、あるいは自装置が前のフレームを受信した際に、復調を失敗した後に、あるいは両方のタイミングで動作させる。この期間は、送信信号の衝突が起こって、伝送路に他の通信装置が送信したデータが伝送中である場合があるので、振幅キャリア検出部１０を動作させることにより、この送信データのキャリアを確実に検出することができる。なお、振幅キャリア検出部１０によるキャリア検出は、誤検出確率が高いので、振幅キャリア検出部１０を連続して動作させる時間を所定時間内とするのが好ましい。

振幅キャリア検出部１０が動作させない期間は、時間キャリア検出部１２、周波数キャリア検出部１３のいずれか又は両方を動作させる。時間キャリア検出部１２は消費電力が少なく、周波数キャリア検出部１３は検出精度が高いという特徴を利用して、適宜切り換え動作させるのが好ましい。例えば、伝送路の状態に応じて、音声データ、テキストデータ、画像データなどのデータの属性を示す、伝送すべき情報の内容(伝送内容)に応じて、あるいはマルチキャリア通信装置に接続され、受信信号を利用する接続機器に応じて、切り換える。具体例としては、通信装置に接続される接続機器や通信装置を内蔵する接続機器が、エアコンや冷蔵庫などの比較的消費電力が大きい接続機器である場合に、接続機器を互いに識別自在な識別情報を用いて、これらの接続機器を識別する。識別の結果、接続機器が比較的消費電力が大きい場合に、時間キャリア検出を動作させる。こうすることで、消費電力の大きい接続機器の動作による消費電力増大を抑制することができる。

以上、マルチキャリア通信装置を電力線に接続して通信システムを構成するものとして説明したが、接続する伝送路は電力線に限らない。

本発明は、伝送効率を劣化させることなく、キャリア検出漏れを減少することができるマルチキャリア通信装置等として有用である。

本発明の実施の形態のマルチキャリア通信装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態のマルチキャリア通信装置におけるデジタル信号処理部の概略構成を示す図 本発明の実施の形態の通信装置の前面を示す外観斜視図 本発明の実施の形態の通信装置の背面を示す外観斜視図 本発明の実施の形態の通信装置のハードウェアの一例を示すブロック図 本発明の実施の形態のマルチキャリア通信装置における振幅キャリア検出部の一例の概略機能ブロック図 本発明の実施の形態のマルチキャリア通信装置における送受信信号の周波数スペクトルの一例、及びその通信に際して使用されるスペクトルパターンの一例を示す図 本発明の実施の形態のマルチキャリア通信装置が取扱う送信データのフレーム構成の一例を示す図 従来のマルチキャリア通信システムの一例における衝突現象を説明するタイムチャート 従来のマルチキャリア通信システムの他の例における衝突現象を説明するタイムチャート

符号の説明

１・・・デジタル信号処理部
１ａ・・・デジタル送信信号、デジタル受信信号
１ｂ・・・制御信号、状態信号
２・・・アナログ回路部
３・・・通信トランス
１０・・・振幅キャリア検出部
１１・・・制御部
１２・・・時間キャリア検出部
１３・・・周波数キャリア検出部
１４・・・シンボルマッパ
１５・・・シリアル−パラレル変換器
１６・・・逆ウェーブレット変換器
１７・・・ウェーブレット変換器
１８・・・パラレル−シリアル変換器
１９・・・デマッパ
２１・・・ＡＤ／ＤＡ変換回路
２１ａ・・・送信ＤＡ変換器
２１ｂ・・・受信ＡＤ変換器
２２・・・送信フィルタ
２３・・・送信アンプ
２４・・・送信スイッチ
２５・・・受信フィルタ
２６・・・受信ＡＧＣアンプ
６１、６２・・・導体（伝送線路）
１００・・・通信装置
１０１・・・筐体
１０２・・・電源コネクタ
１０３・・・ＬＡＮ用モジュラージャック
１０４・・・Ｄｓｕｂコネクタ
１０５・・・表示部
１１０・・・パラレル−シリアル変換部
１１１・・・電力変換部
１１２・・・レベル演算部
１１３・・・比較部

Claims (14)

1. 複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、
   受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出部と、
   前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出部で求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部と、を備え、
   前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、
   前記振幅キャリア検出部は、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の平均値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記平均値が、前記通信に使用していない周波数の前記平均値より大きい場合に、キャリア有りと判断するマルチキャリア通信装置。
2. 複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、
   受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出部と、
   前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出部で求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部と、を備え、
   前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、
   前記振幅キャリア検出部は、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の中央値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記中央値が、前記通信に使用していない周波数の前記中央値より大きい場合に、キャリア有りと判断するマルチキャリア通信装置。
3. 複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、
   受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出部と、
   前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出部で求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部と、を備え、
   前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、
   前記振幅キャリア検出部は、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の最大値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記最大値が、前記通信に使用していない周波数の前記最大値より大きい場合に、キャリア有りと判断するマルチキャリア通信装置。
4. 複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信装置であって、
   受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出部と、
   前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出部で求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出部と、を備え、
   前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、
   前記振幅キャリア検出部は、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の代表値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記代表値が、前記通信に使用していない周波数の前記代表値より大きい場合に、キャリア有りと判断するマルチキャリア通信装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記周波数スペクトル検出部は、フーリエ変換により周波数スペクトルを求めるマルチキャリア通信装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記周波数スペクトル検出部は、ウェーブレット変換により周波数スペクトルを求めるマルチキャリア通信装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記振幅キャリア検出部は、自装置がフレームを送信した後に動作するマルチキャリア通信装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記振幅キャリア検出部は、自装置が前のフレームを受信した際に、復調を失敗した後に動作するマルチキャリア通信装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項記載のマルチキャリア通信装置であって、
   前記受信信号は、電力線を介して受信した受信信号であるマルチキャリア通信装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項記載のマルチキャリア通信装置を、有線伝送路を介して接続したマルチキャリア通信システム。
11. 複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、
    受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出ステップと、
    前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出ステップで求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出ステップと、を備え、
    前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、
    前記振幅キャリア検出ステップは、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の平均値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記平均値が、前記通信に使用していない周波数の前記平均値より大きい場合に、キャリア有りと判断するマルチキャリア通信方法。
12. 複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、
    受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出ステップと、
    前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出ステップで求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出ステップと、を備え、
    前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、
    前記振幅キャリア検出ステップは、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の中央値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記中央値が、前記通信に使用していない周波数の前記中央値より大きい場合に、キャリア有りと判断するマルチキャリア通信方法。
13. 複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、
    受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出ステップと、
    前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出ステップで求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出ステップと、を備え、
    前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、
    前記振幅キャリア検出ステップは、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の最大値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記最大値が、前記通信に使用していない周波数の前記最大値より大きい場合に、キャリア有りと判断するマルチキャリア通信方法。
14. 複数のキャリアを用いて通信を行うマルチキャリア通信方法であって、
    受信信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル検出ステップと、
    前記通信に使用する周波数データを示すスペクトルパターンと、前記前記周波数スペクトル検出ステップで求めた前記周波数スペクトルとのパターンマッチングを行うことによりキャリアの有無を検出する振幅キャリア検出ステップと、を備え、
    前記スペクトルパターンは、前記通信に使用しているか否かを２値データで示し、
    前記振幅キャリア検出ステップは、前記スペクトルパターンの２値各々について、前記周波数スペクトルの振幅値の代表値を計算し、前記通信に使用している周波数の前記代表値が、前記通信に使用していない周波数の前記代表値より大きい場合に、キャリア有りと判断するマルチキャリア通信方法。

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