JP5842900B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、伝送路に接続されてＯＦＤＭ信号による通信を行うマスタ装置と複数のスレーブ装置とを備えた通信システムに関する。

車両には多数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）、センサ、アクチュエータなどが搭載されている。これらＥＣＵの相互間、ＥＣＵとセンサとの間、ＥＣＵとアクチュエータとの間などでは、データの共有、検出値や動作状態の入力、動作指令の出力などのために通信が必要となる。近年では、伝送ケーブルを介して通信と電力伝送とを行うため、伝送ケーブルと各ノードとの分岐点を非接触結合器で構成して変調通信を行う電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）システムの導入も検討されている。

伝送ケーブルには複数の分岐が存在するため、マルチパス耐性のあるＯＦＤＭ通信（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が適している。この場合、シンボル間干渉を防止するため、反射波の遅延広がりよりも長いガードインターバルを設定する必要がある。例えば車両に搭載される通信システムでは、ディーラーオプションにより伝送ケーブルにノードを着脱可能であるためチャネル数が可変となる。このように通信バスのトポロジによって反射波の遅延広がりが変化するシステムでは、遅延広がりのワースト値を想定し、予め十分に長いガードインターバルを設定する必要がある。しかし、ガードインターバルに冗長が生じると、消費電力の増加および伝送効率の低下の問題が生じる。

特許文献１には、マスタ・スレーブ間通信においてデータ伝送を効率よく行うため、ガードインターバルを最適値に選定するガードインターバル長適応制御方法が記載されている。この方法によれば、スレーブは、マスタからの報知情報に基づいてガードインターバル長を初期値に設定する。マスタは、スレーブからの応答を正常に受信できない場合に、受信が成功するまでガードインターバル長を段階的に延長する処理を繰り返し実行する。

特開２００８−３１２０５３号公報

特許文献１記載の方法では、マスタはスレーブごとにガードインターバル長の段階的な調整を実行するので、スレーブ数が多くなると設定時間が非常に長くなる。例えばスレーブ数がＮの場合、各スレーブについてのガードインターバル長の延長繰り返し回数をｋ回とすればＮ×ｋ回の処理が必要になる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＯＦＤＭ信号のガードインターバル長を動的に且つ従来方法よりも短い時間で設定可能な通信システムを提供することにある。

請求項１に記載した通信システムは、伝送路に接続されてＯＦＤＭ信号による通信を行うマスタ装置と複数のスレーブ装置とを備えている。マスタ装置は、送信部、受信部、相関算出部およびＧＩ長決定部を備えている。送信部は、ＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルにガードインターバルを付加したＯＦＤＭ信号を伝送路を介して送信する。受信部は、伝送路を介して受信した信号をサンプリングして得た受信サンプル系列内のＯＦＤＭ信号からガードインターバルを除去し、得られた有効シンボルに対しＯＦＤＭ復調を行う。相関算出部は、規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルにゼロ以上の所定長を持つガードインターバルを付加して得られる規定系列と受信サンプル系列との相互相関値を算出する。

ＧＩ長決定部は、複数のスレーブ装置のそれぞれについて順に、当該一つのスレーブ装置に対し、規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルに所定長を持つガードインターバルを付加した規定系列のＯＦＤＭ信号の送信を要求する。その後、ＧＩ長決定部は、相関算出部が出力する相互相関値が第１のしきい値を超えた時点と、その後相互相関値が第２のしきい値を超えた時点との時間間隔を、当該一つのスレーブ装置についての伝送路の遅延時間として記憶する。ＧＩ長決定部は、各スレーブ装置についての遅延時間のうち最大値を求め、その最大の遅延時間に基づいてマスタ装置と複数のスレーブ装置との通信に共通に用いるガードインターバルの長さを決定し、そのガードインターバル長を各スレーブ装置に送信する。

本構成によれば、マスタ装置は、各スレーブ装置に対し順に規定のＯＦＤＭ信号の送信を要求し、規定系列と受信サンプル系列との相互相関値に基づいて当該スレーブ装置との間のチャネルに依存する遅延時間を求め、それらの最大値に基づいてガードインターバル長を決定する。従って、ノードおよび分岐点の追加／削除により伝送路のトポロジが変更されても、冗長による消費電力の増加および伝送効率の低下が生じないように、ガードインターバル長を動的に設定できる。また、各スレーブ装置について１回ずつの送受信処理を行えばよいので、各スレーブ装置について複数回の送受信を行う従来方法に比べ、短い時間でガードインターバル長を設定できる。

請求項２記載の手段によれば、マスタ装置のＧＩ長決定部は、共通に用いるガードインターバル長を決定した後、遅延時間が最大のワーストスレーブ装置に対し、ガードインターバル長を所定のサンプル時間だけ短縮し、規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルに当該短縮した長さを持つガードインターバルを付加したＯＦＤＭ信号の送信を要求する。

ＧＩ長決定部は、送信要求に応じてワーストスレーブ装置から受信した信号のＯＦＤＭ復調されたデータの受信品質に係る評価値と所定の評価しきい値とを比較する。評価値が評価しきい値より低い場合には、短縮する前のガードインターバル長を最終的に採用する。評価値が評価しきい値以上の場合には、評価値が評価しきい値より低くなるまで、ワーストスレーブ装置に対するガードインターバル長の短縮とＯＦＤＭ信号の送信の要求および評価値と評価しきい値との比較処理を繰り返し実行する。

本構成によれば、第１ステップとして、規定系列と受信サンプル系列との相互相関値に基づいてガードインターバル長を概略決定する。続いて第２ステップとして、遅延時間が最大のワーストスレーブ装置からＯＦＤＭ信号を受信し、ＯＦＤＭ復調されたデータの受信品質に係る評価値と所定の評価しきい値とを比較してガードインターバル長を調整する。第２ステップは、ワーストスレーブ装置に対して行えばよいので、従来方法に比べ短い時間でガードインターバルを必要最小限の長さに調整できる。

この場合のＯＦＤＭ復調されたデータの受信品質に係る評価値は、請求項３に記載したように、ビット誤り率、シンボル誤り率およびエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）から選択された１または複数の値である。

請求項４記載の手段によれば、伝送路は、端部で芯線が結合してループ状に形成され、ＯＦＤＭ信号および電力を伝送するツイスト線から構成されている。マスタ装置は、ツイスト線との間で高周波信号を入出力することによりＯＦＤＭ信号の送受信および電力の伝送を行う。スレーブ装置は、ツイスト線の交差部間の開口部に対向した開口領域によりツイスト線と電磁誘導結合するループ状の開口アンテナを備え、当該開口アンテナを介してＯＦＤＭ信号の送受信および高周波電力の受電を行う。

本構成によれば、伝送路と各スレーブ装置との分岐点を非接触で構成できるので、スレーブ装置と分岐点の追加／削除が容易となる。マルチパスチャネルの構成であり且つ高周波信号を用いているので、ＯＦＤＭ変調方式が好適となる。

請求項５記載の手段によれば、第２のしきい値は、第１のしきい値よりも小さい値に設定されている。相互相関値と第１のしきい値との比較により直接波の到達を捉え、相互相関値と第２のしきい値との比較により遅延波の到達を捉える。本構成によれば、直接波の到達および反射により減衰した遅延波の到達を確実に捉えることができる。

第１の実施形態を示すマスタとスレーブのブロック構成図 通信システムの全体構成図 相関器の構成図 相関器とＧＩ長決定部の構成図 ガードインターバルの機能説明図 ガードインターバル長決定処理における通信のシーケンス図 マスタが実行するガードインターバル長決定処理のフローチャート スレーブが実行する規定系列送信処理のフローチャート 受信サンプル系列Ｒと規定系列Ｐの構成図 相関器における受信サンプル系列Ｒと規定系列Ｐとの関係を示す図 ＯＦＤＭ信号を対象とする相互相関値ＣPRの特性を示す図 ４種類の遅延波の構成について相互相関値ＣPRの変化を示す図 ガードインターバル長を決定する際に参照するテーブルの内容を示す図 第２の実施形態を示す図４相当図 図１３相当図 マスタが実行するガードインターバル長調整処理のフローチャート スレーブが実行する規定データ送信処理のフローチャート ガードインターバル長の決定処理および調整処理における通信のシーケンス図 第３の実施形態を示す図１相当図

各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１から図１３を参照しながら説明する。図２に示す通信システム１０は、ノードとして伝送ケーブルＺ（伝送路）に接続された１つのマスタＭと複数のスレーブＳｎ（ｎ＝１、２、…、Ｎ）を備えている。

ノードが接続される分岐点および終端で反射が生じるので、マスタＭと各スレーブＳｎとの間に形成されるチャネルは、直接波の他に遅延波が生じるマルチパスチャネルとなる。そこで、マスタＭと各スレーブＳｎはＯＦＤＭ変調方式による通信を行う。車両内の通信ネットワークでは、マスタＭは例えばＥＣＵからなり、スレーブＳｎは例えばセンサ、アクチュエータなどからなる。伝送ケーブルＺは例えばツイスト線からなる。

マスタＭは、図１に示すように送信部１１、受信部１２、相関器１３およびＧＩ長決定部１４を備えている。送信部１１は、送信データ生成部１５、一次変調部１６、ＩＦＦＴ部１７、ＧＩ付加部１８、プリアンプル付加部１９、Ｄ／Ａ変換器２０、ＲＦ送信部／受信部２１などから構成されている。送信データ生成部１５は送信ビット列を生成する。一次変調部１６は、送信ビット列（シンボル）をＱＰＳＫ、ＱＡＭなどの変調方式により複素シンボルにマッピングする。ＩＦＦＴ部１７は、複素シンボルを複数のサブキャリアに対応させて逆高速フーリエ変換を実行し、ＯＦＤＭシンボル（有効シンボル）を生成するＯＦＤＭ変調器である。

ＧＩ付加部１８は、各有効シンボルに対し、ＧＩ長決定部１４で決定した長さを持つガードインターバルを付加してＯＦＤＭ信号を生成する。プリアンプル付加部１９は、フレームの先頭にシンボル同期に用いるプリアンブルを付加する。Ｄ／Ａ変換器２０は、フレームをＤ／Ａ変換して連続する基底帯域の送信信号を生成する。ＲＦ送信部／受信部２１は、この基底帯域の送信信号を搬送帯域の送信信号に変換して伝送ケーブルＺを介して送信する。

受信部１２は、ＲＦ送信部／受信部２１、Ａ／Ｄ変換器２２、プリアンブル検出部２３、ＧＩ除去部２４、ＦＦＴ部２５、一次復調部２６などから構成されている。ＲＦ送信部／受信部２１は、受信した搬送帯域の信号を基底帯域の信号に変換してＡ／Ｄ変換器２２に出力する。Ａ／Ｄ変換器２２は、基底帯域の受信信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換することにより受信サンプル系列Ｒを得る。

プリアンブル検出部２３は、フレームの先頭を示すプリアンブルを検出してシンボル同期を行う。ＧＩ除去部２４は、受信サンプル系列Ｒ内のＯＦＤＭ信号からガードインターバルを除去してＯＦＤＭシンボル（有効シンボル）を得る。ＦＦＴ部２５は、この有効シンボルに対し高速フーリエ変換を実行し、サブキャリアに対応した複素シンボルを生成するＯＦＤＭ復調器である。一次復調部２６は、復調された複素シンボルに基づいて受信ビット列（シンボル）にデマッピングする。

マスタＭと全てのスレーブＳ１〜ＳＮは、ガードインターバル長の決定処理に使用する共通の規定データを有している。相関器１３（相関算出部）は、規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルに後述する初期長さを持つガードインターバルを付加して得られる規定系列Ｐと、Ａ／Ｄ変換器２２が出力する受信サンプル系列Ｒとの相互相関値ＣPR（τ）を出力する。

図３に示すように、相関器１３は、直列に接続されたＬ個のレジスタＦ１〜ＦＬからなるシフトレジスタを備えている。レジスタＦ１〜ＦＬは、例えばフリップフロップ（Ｆ／Ｆ）から構成されている。このシフトレジスタは、受信サンプル系列Ｒを入力し、受信部１２における受信信号のサンプルごとにシフト動作する。さらに、相関器１３は、レジスタＦ１〜ＦＬの出力値と係数（本実施形態では規定系列Ｐ）の値とをサンプルごとに掛け合わせる乗算器Ｈ１〜ＨＬと、これら乗算値Ｈ１〜ＨＬの総和を演算する加算器Ｙを備えている。

ＧＩ長決定部１４は、図１および図４に示すように、相関値判定部２７、遅延時間記憶部２８、最大値検出部２９およびＧＩ長設定部３０を備えている。相関値判定部２７は、図４に示すように判定器３１、３２、カウント部３３および出力スイッチ３４から構成されている。判定器３１は、相関器１３から出力される相互相関値ＣPR(τ)が第１のしきい値Ｃth1を超えたか否かを判定する。判定器３２は、相関器１３から出力される相互相関値ＣPR(τ)が第２のしきい値Ｃth2を超えたか否かを判定する。

カウント部３３は、判定器３１により相互相関値ＣPR（τ）が第１のしきい値Ｃth1を超えたと判定された時点から、判定器３２により相互相関値ＣPR（τ）が第２のしきい値Ｃth2を超えたと判定された時点まで、相関器１３で用いるクロックの数をカウントする。出力スイッチ３４はカウント終了時に閉じる。これにより、カウント値が遅延時間τｎとして遅延時間記憶部２８に記憶される。

最大値検出部２９は、全てのスレーブＳｎの遅延時間τ１〜τＮが記憶されたことを条件として、遅延時間τ１からτＮのうち最大遅延時間τmaxを求め、ワーストスレーブＳｗを特定する。ＧＩ長設定部３０は、最大遅延時間τmaxに基づいてガードインターバルの長さを決定する。ＧＩ長決定部１４は、決定したガードインターバル長をＧＩ付加部１８とＧＩ除去部２４に与えるとともにスレーブＳ１〜ＳＮに送信する。

スレーブＳｎは、図１に示すようにマスタＭと同様の送信部１１と受信部１２を備えている。ＧＩ長設定部３５は、マスタＭから受信したガードインターバル長をＧＩ付加部１８とＧＩ除去部２４に与える。従って、マスタＭとスレーブＳｎで用いるガードインターバル長は同一となる。

次に、本実施形態の作用について図５から図１３も参照しながら説明する。車載ＬＡＮを構成する通信システム１０では、オプションとしてセンサやアクチュエータなどの新たなノード（スレーブ）が追加され、或いは不要となったノードが削除される場合がある。こうしたノードの追加／削除により、伝送ケーブルＺのトポロジに変更が生じ、マスタＭと各スレーブＳｎとの間のチャネルの伝搬特性が変化する。

ＯＦＤＭ通信では、伝送ケーブルＺの遅延広がりによるシンボル間干渉を防止するため、有効シンボルの一部をコピーして先頭に付加するガードインターバルが用いられる。図５は、図２に示すチャネル１、２、Ｎにおける１つ前のＯＦＤＭシンボルの遅延波と、その後に続くＯＦＤＭシンボルの直接波との関係を示している。遅延広がりがガードインターバル長より短いチャネル１、２では、シンボル間干渉を回避できる。これに対し、遅延広がりがガードインターバル長より長いチャネルＮでは、シンボル間干渉が生じて受信エラーが発生する虞がある。遅延広がりは、分岐点および終端での反射の影響が大きい。図２に示す例では、スレーブＳＮの遅延広がりが最大になるとは限らない。

マスタＭは、チャネルの伝搬特性の変化により遅延広がりが変化することに対応するため、相関器１３とＧＩ長決定部１４を用いてガードインターバル長を動的に決定する。電源がオンされると、マスタＭとスレーブＳ１〜ＳＮは、通信の開始前に送信部１１と受信部１２に対し共通の通信パラメータの初期設定を行う。通信パラメータとは、初期のガードインターバル長（初期長さ）、シンボルの長さ（本実施形態では一定）、一次変調の方式（本実施形態では一定）などである。

図６および図７に示すように、マスタＭは、スレーブＳ１〜ＳＮの中から順に１つのスレーブＳｎを選択し、その選択したスレーブＳｎについてステップＵ１からステップＵ６の処理を実行する。すなわち、マスタＭは、規定系列Ｐの送信を要求する送信要求データをＯＦＤＭ変調し、ガードインターバルを付加してスレーブＳｎに送信する（ステップＵ１）。これとともに、相関器１３の係数に規定系列Ｐ(０)〜Ｐ（Ｌ−１）を設定する（ステップＵ２）。このときに付加するガードインターバルの長さは、シンボル間干渉が生じない長さに設定される。初期長さがシンボル間干渉を生じさせない長さに設定されていれば、初期長さを用いればよい。

規定系列Ｐとは、上述したように規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルに初期長さを持つガードインターバルを付加して得られる系列である。具体的には、送信データ生成部１５に規定データを設定したとときにＤ／Ａ変換器２０に入力される系列である。後述するように、マスタＭは、スレーブＳｎから受信した受信サンプル系列Ｒを用いて遅延の大きさを求めるので、ガードインターバルの初期長さはゼロ以上の長さ（所定長）であればよい。

スレーブＳｎは、図８に示すように、送信要求データを受信したか否かを判断し（ステップＶ１）、送信要求データを受信した場合には、送信データ生成部１５に規定データを設定する。これにより、スレーブＳｎの送信部１１は、規定系列ＰからなるＯＦＤＭ信号を送信する（ステップＶ２）。

マスタＭは、ステップＵ２の実行後、相関器１３から出力される相互相関値ＣPR（τ）と第１、第２のしきい値Ｃth1、Ｃth2とを比較する。受信サンプル系列Ｒと規定系列Ｐは、図９に示すようにガードインターバルと有効シンボルとを併せてＬサンプルから構成されている。図１０は、直接波が到達した時点を０として受信信号のサンプリング周期（サンプル時間）を単位とする時間τが経過したときの受信サンプル系列Ｒと、規定系列Ｐとの関係を示している。

ＯＦＤＭ信号のスペクトルは白色雑音に近いため、相関値は非常に小さくなる。図１１に示すように、規定系列Ｐと直接波による受信サンプル系列Ｒとの相互相関値ＣPR（τ）は、直接波を受信した時点（τ＝０）から時間Ｌ−１が経過した時点においてのみ大きく現れる。それ以外の時点の相互相関値ＣPR（τ）は非常に小さくなる。相互相関値ＣPR（τ）は（１）式で表される。

スレーブＳｎが送信する規定系列Ｐ（ｔ）を送信系列Ｓ（ｔ）とすると、マスタＭの受信サンプル系列Ｒ（ｔ）は、遅延波が重畳した（２）式のように表せる。（１）式のＲ（ｔ＋τ）は（３）式となる。

（３）式を（１）式に代入すると、相互相関値ＣPR（τ）は（４）式となる。

（４）式の第１項が直接波による相互相関値であり、第２項が１サンプル時間だけ遅れた遅延波による相互相関値である。すなわち、振幅の大きい遅延波が重畳した場合、相関器１３が出力する相互相関値ＣPR（τ）は、直接波に対応する時間Ｌ−１の時点のみならず、遅延波に対応する時間τ（＞Ｌ−１）の時点で大きく現れる。

そこで、相関値判定部２７の判定器３１は、直接波を検出するため、相互相関値ＣPR（τ）が第１のしきい値Ｃth1を超えたか否かを判定する（ステップＵ３）。第１のしきい値Ｃth1は、直接波の受信サンプル系列Ｒによる相互相関値ＣPR（Ｌ−１）よりも小さい値となるように設定されている。判定器３１が第１のしきい値Ｃth1を超えたと判定すると、カウント部３３はスレーブＳｎに対応した遅延時間τｎをゼロにリセットし、相関器１３で用いるクロックにより遅延値τｎのカウントを開始する（ステップＵ４）。

続いて、相関値判定部２７の判定器３２は、遅延波を検出するため、直接波に対応してピークが生じた相互相関値ＣPR（τ）が一旦低下した後、第２のしきい値Ｃth2を超えたか否かを判定する（ステップＵ５）。さらに、遅延波の遅れの程度および振幅は、伝送ケーブルＺのトポロジにより種々に変化する。そこで、第２のしきい値Ｃth2は、一例として第１のしきい値Ｃth1よりも小さい値であって、且つ、シンボル間干渉が発生すると通信エラーを生じさせる振幅を持つ遅延波の受信サンプル系列Ｒによる相互相関値ＣPR（τ）のピーク値よりも小さい値となるように設定されている。第２のしきい値Ｃth2を超えたと判定すると、相関値判定部２７はクロックのカウントを停止し、出力スイッチ３４を通して遅延時間τｎを遅延時間記憶部２８に記憶する（ステップＵ６）。

図１２（ａ）〜（ｄ）は、有効シンボル長を３２サンプル、ガードインターバルの初期長さを８サンプルとしたときの相関器１３が出力する相互相関値ＣPR（τ）の例を示している。第１のしきい値Ｃth1（二点鎖線）は０．９、第２のしきい値Ｃth2（一点鎖線）は０．４である。（ａ）の受信サンプル系列Ｒは直接波のみからなる。（ｂ）の受信サンプル系列Ｒは、直接波とτ＝１、２、３だけ遅れた３つの遅延波の重ね合わせからなる。この３つの遅延波以外の遅延波は存在しない。同様に、（ｃ）の受信サンプル系列Ｒは、直接波とτ＝１、２、３、４、５だけ遅れた５つの遅延波の重ね合わせからなる。（ｄ）の受信サンプル系列Ｒは、直接波とτ＝１、２、３、４、５、６、７だけ遅れた７つの遅延波の重ね合わせからなる。

ｍサンプル時間だけ遅延した遅延波の振幅をａｍ（（２）式のａm,0に相当）とすれば、図１２（ａ）〜（ｄ）における振幅ａｍは以下のように設定されている。ここでは遅延波のうち最も遅いものが最大の振幅となるように設定したが、実際の遅延波の振幅はこれに限られない。

（ａ）ａ０＝１．０
（ｂ）ａ０＝１．０、ａ１＝０．１２５、ａ２＝０．２５、ａ３＝０．５
（ｃ）ａ０＝１．０、ａ１＝０．０２５、ａ２＝０．０７５、ａ３＝０．１２５、ａ４＝０．２５、ａ５＝０．５
（ｄ）ａ０＝１．０、ａ１＝０．００７５、ａ２＝０．０１２７、ａ３＝０．０２５、ａ４＝０．０７５、ａ５＝０．１２５、ａ６＝０．２５、ａ７＝０．５

（ａ）の場合には遅延波が存在しないので、相互相関値ＣPR（τ）が第２のしきい値Ｃth2を超えることはない。相関値判定部２７は、所定の判定時間内に相互相関値ＣPR（τ）が第２のしきい値Ｃth2を超えない場合には、遅延時間τｎをゼロとして遅延時間記憶部２８に記憶すればよい。（ｂ）の場合には遅延時間τｎ＝３、（ｃ）の場合には遅延時間τｎ＝５、（ｄ）の場合には遅延時間τｎ＝７となる。

ＧＩ長決定部１４が全てのスレーブＳ１〜ＳＮの遅延時間τｎを遅延時間記憶部２８に記憶すると、最大値検出部２９は、遅延時間τ１からτＮのうち最大の遅延時間τmaxおよびそのスレーブ（ワーストスレーブＳｗ）を特定する（ステップＵ７）。ＧＩ長設定部３０は、図１３に示すテーブルを参照し、最大遅延時間τmaxに対するガードインターバル長を決定する（ステップＵ８）。テーブルに示すＧＩ長設定値にマージンを持たせてもよい。

ＧＩ長決定部１４は、決定したガードインターバル長をスレーブＳ１〜ＳＮに送信する。スレーブＳ１〜ＳＮは、受信したガードインターバル長をＧＩ長設定部３５に保持する。これ以降、マスタＭとスレーブＳｎは、決定された長さを持つガードインターバルを用いてＯＦＤＭ通信を行う。なお、図７に示すガードインターバル長の決定処理では、Ａ／Ｄ変換器２２から出力される受信サンプル系列Ｒを用いるため、受信部１２においてプリアンブル検出部２３より後の処理部を機能させる必要はない。

以上説明したように実施形態によれば、マスタＭは、ＯＦＤＭ変調による送信部１１と受信部１２に加え相関器１３とＧＩ長決定部１４を備えている。マスタＭは、各スレーブＳｎから送信された規定系列の受信サンプル系列Ｒと自ら有する規定系列Ｐとの相互相関値ＣPR（τ）に基づいて、当該スレーブＳｎとの通信で生じる遅延時間τｎを求める。そして、遅延時間τ１〜τＮの最大値τmaxに基づいてガードインターバル長を決定する。

従って、スレーブおよび分岐点の追加／削除により伝送ケーブルＺのトポロジが変更されても、冗長による消費電力の増加および伝送効率の低下が生じないように、ガードインターバル長を動的に設定できる。マスタＭは、各スレーブＳｎについて１回ずつの送受信処理を行えばよいので、各スレーブＳｎについて複数回の送受信を行う従来方法に比べ、短い時間でガードインターバル長を設定できる。

ＯＦＤＭ信号のスペクトルは白色雑音に近いため、受信サンプル系列Ｒと規定系列Ｐとが一致した時だけ相互相関値ＣPR（τ）が大きく現れる。従って、相互相関値ＣPR（τ）を第１のしきい値Ｃth1および第２のしきい値Ｃth2と比較することにより、直接波および遅延波を検出でき、遅延時間τｎを精度よく検出することができる。この場合、第２のしきい値Ｃth2は、第１のしきい値Ｃth1よりも小さい値に設定されているので、直接波は勿論、反射により減衰した遅延波を確実に検出することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図１４から図１８を参照しながら説明する。図１４に示すように、本実施形態のマスタＭは、第１の実施形態で説明したＧＩ長設定部３０をＧＩ長設定部３６に置き替えた構成を備えている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

ＧＩ長決定部１４は、第１ステップとして図７に示す処理と同様の処理を実行する。すなわち、最大値検出部２９は、遅延時間τｎが最大となるワーストスレーブＳｗを特定するとともに、その最大遅延時間τmaxを求める（ステップＵ７）。ＧＩ長設定部３６は、図１５に示すテーブルを参照してガードインターバル長を決定する（ステップＵ８）。ＧＩ長決定部１４は、決定したガードインターバル長をスレーブＳ１〜ＳＮに送信する。

ここで用いるテーブルにはマージンを持たせており、最大遅延時間τmaxの２倍のサンプル時間を持つガードインターバル長としている。マージンは、シンボル間干渉を生じさせる遅延波が複数生じる場合でも、シンボル間干渉を防止するのに十分な長さに設定されている。従って、最大遅延時間τmaxの３倍、４倍、…等のサンプル時間を持つガードインターバル長が適切な場合もある。

続いて、ＧＩ長設定部３６は、第２ステップとして図１６に示すガードインターバル長の調整処理を実行する。ＧＩ長設定部３６は、ガードインターバル長を１サンプル時間だけ短縮し（ステップＷ１）、ワーストスレーブＳｗに対し、規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルに短縮した長さを持つガードインターバルを付加したＯＦＤＭ信号の送信を要求する（ステップＷ２）。図１８に通信のシーケンスを示す。

ワーストスレーブＳｗは、図１７に示すように、規定データの送信要求を受信したか否かを判断する（ステップＸ１）。送信要求を受信した場合には、ガードインターバル長を１サンプル時間だけ短縮し（ステップＸ２）、送信データ生成部１５に規定データを設定する。これにより、ワーストスレーブＳｗの送信部１１は、規定データのＯＦＤＭ信号を送信する（ステップＸ３）。

マスタＭのＧＩ長設定部３６は、ステップＷ２の実行後、ワーストスレーブＳｗから受信した信号のＯＦＤＭ復調されたデータの受信品質に係る評価値を求める。受信品質に係る評価値は、ビット誤り率、シンボル誤り率およびエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）から選択された１または複数の値である。

ビット誤り率は、受信部１２の一次復調後のデータ値と規定データ値とを比較して（不一致のビット数）／（全ビット数）で定義される。シンボル誤り率は、受信部１２の一次復調後のシンボルと規定データのシンボルとを比較して（不一致のシンボル数）／（全シンボル数）で定義される。ＥＶＭ（Error Vector Magnitude）は、受信部１２の一次復調前のデータ（複素ベクトル）と規定データを一次復調したデータ（複素ベクトル）との二乗平均誤差で定義される。

ＧＩ長設定部３６は、受信品質に係る評価値が所定の評価しきい値より低いか否かを判断し（ステップＷ３）、低い場合には１シンボル短縮する前のガードインターバル長を調整後の値として最終的に採用する（ステップＷ４）。一方、評価値が評価しきい値以上の場合には、評価値が評価しきい値より低くなるまで、ステップＷ１からＷ３の処理を繰り返し実行する。ビット誤り率、シンボル誤り率およびエラーベクトル振幅のうち複数の評価値が選択されている場合には、これら選択された評価値の少なくとも１つが評価しきい値より低い場合にステップＷ４に移行する。

本実施形態によれば、第１ステップで規定系列Ｐと受信サンプル系列Ｒとの相互相関値ＣPR（τ）に基づいて、マージンを持たせたガードインターバル長を求める。続いて第２ステップで、遅延時間が最大のワーストスレーブＳｗから受信した規定データの受信品質に係る評価値と評価しきい値とを比較してガードインターバル長を調整する。これにより、一層高精度にガードインターバル長を決定できる。第２ステップは、ワーストスレーブＳｗに対してのみ行えばよいので、従来方法に比べ短い時間でガードインターバルを必要最小限の長さに調整できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図１９を参照しながら説明する。通信システム３７は、第１または第２の実施形態を非接触電力線通信に適用したものである。通信システム３７は、伝送ケーブルＺと各スレーブＳｎとの分岐点が非接触結合器で構成されており、ＯＦＤＭ通信およびマスタＭからスレーブＳｎへの電力伝送を行う。このため、マスタＭとスレーブＳｎの送信部３８および受信部３９は、ＲＦ送信部／受信部に替えてアップダウンコンバータ４０と整合回路４１を備えている。

伝送ケーブルＺは、先端部で芯線が結合してループ状に形成されたツイスト線から構成されており、ＯＦＤＭ信号および電力を伝送する。ツイスト線を構成する一対の線は、撚り合わせのために所定の間隔で交差しており、その交差部Ｚｃ間に開口部Ｚａが形成されている。マスタＭの整合回路４１には伝送ケーブルＺの末端部が接続されており、スレーブＳｎの整合回路４１には円形のループ状に成形された開口アンテナ４２が接続されている。整合回路４１は、例えば可変容量コンデンサの容量値を変化させてインピーダンスマッチングを行う。

開口アンテナ４２の開口領域は、伝送ケーブルＺの開口部Ｚａに対向して設置されている。これにより、伝送ケーブルＺとスレーブＳｎの開口アンテナ４２が密に電磁誘導結合する。スレーブＳｎは、開口アンテナ４２を介して非接触でＯＦＤＭ信号の送受信および高周波電力の受電を行う。アップダウンコンバータ４０は、基底帯域の送受信信号を高周波である搬送帯域の送受信信号に変換する。

図示しないが、マスタＭは、電力交流信号を生成する高周波電力発生回路と、電力交流信号にＯＦＤＭ信号を重畳して送信信号を得る重畳／分離回路を備えている。スレーブＳｎは、受信信号をＯＦＤＭ信号および電力交流信号に分離する重畳／分離回路と、分離された電力交流信号を整流して直流電力を得る整流回路を備えている。スレーブＳｎは、マスタＭから送られた電力により動作する。

本実施形態によれば、伝送ケーブルＺと各スレーブＳｎとの分岐点が非接触であるため、スレーブＳｎと分岐点の追加／削除が容易となる。この追加／削除によりマスタＭと各スレーブＳｎとの間のチャネルの伝搬特性が変化するが、第１または第２の実施形態で説明した手段によりガードインターバル長を動的に設定できる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。

直接波とシンボル間干渉により通信エラーを生じさせる遅延波とを検出可能であれば、第２のしきい値Ｃth2を第１のしきい値Ｃth1に等しい値に設定し、或いは第２のしきい値Ｃth2を第１のしきい値Ｃth1よりも大きい値に設定してもよい。

第２の実施形態の第２ステップにおいて、ステップＷ１、Ｘ２でガードインターバル長から減じるサンプル時間は１より大きくてもよい。

図面中、１０、３７は通信システム、１１、３８は送信部、１２、３９は受信部、１３は相関器（相関算出部）、１４はＧＩ長決定部、４２は開口アンテナ、Ｍはマスタ（マスタ装置）、Ｓｎはスレーブ（スレーブ装置）、Ｚは伝送ケーブル（伝送路）、Ｚａは開口部、Ｚｃは交差部である。

Claims (5)

1. 伝送路（Ｚ）に接続されてＯＦＤＭ信号による通信を行うマスタ装置（Ｍ）と複数のスレーブ装置（Ｓｎ）とを備えた通信システム（１０，３７）において、
   前記マスタ装置は、
   ＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルにガードインターバルを付加したＯＦＤＭ信号を前記伝送路を介して送信する送信部（１１，３８）と、
   前記伝送路を介して受信した信号をサンプリングして得た受信サンプル系列内のＯＦＤＭ信号からガードインターバルを除去し、得られた有効シンボルに対しＯＦＤＭ復調を行う受信部（１２，３９）と、
   規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルにゼロ以上の所定長を持つガードインターバルを付加して得られる規定系列と前記受信サンプル系列との相互相関値を算出する相関算出部（１３）と、
   前記複数のスレーブ装置のそれぞれについて順に、当該一つのスレーブ装置に対し、前記規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルに前記所定長を持つガードインターバルを付加した規定系列のＯＦＤＭ信号の送信を要求した後、前記相関算出部が出力する相互相関値が第１のしきい値を超えた時点とその後第２のしきい値を超えた時点との時間間隔を当該一つのスレーブ装置についての前記伝送路の遅延時間として記憶し、前記各スレーブ装置についての遅延時間のうち最大値を求め、その最大の遅延時間に基づいて前記マスタ装置と前記複数のスレーブ装置との通信に共通に用いるガードインターバルの長さを決定し、そのガードインターバル長を前記各スレーブ装置に送信するＧＩ長決定部（１４）とを備えていることを特徴とする通信システム。
2. 前記ＧＩ長決定部は、前記共通に用いるガードインターバル長を決定した後、前記遅延時間が最大のワーストスレーブ装置に対し、ガードインターバル長を所定のサンプル時間だけ短縮し、前記規定データをＯＦＤＭ変調して得た有効シンボルに当該短縮した長さを持つガードインターバルを付加したＯＦＤＭ信号の送信を要求し、それに応じて前記ワーストスレーブ装置から受信した信号のＯＦＤＭ復調されたデータの受信品質に係る評価値が所定の評価しきい値より低い場合には、前記短縮する前のガードインターバル長を最終的に採用し、前記評価値が前記所定の評価しきい値以上の場合には、前記評価値が前記評価しきい値より低くなるまで、前記ワーストスレーブ装置に対する前記ガードインターバル長の短縮と前記ＯＦＤＭ信号の送信の要求および前記評価値と前記評価しきい値との比較処理を繰り返し実行することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 前記ＯＦＤＭ復調されたデータの受信品質に係る評価値は、ビット誤り率、シンボル誤り率およびエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）から選択された１または複数の値であることを特徴とする請求項２記載の通信システム。
4. 前記伝送路は、端部で芯線が結合してループ状に形成され、ＯＦＤＭ信号および電力を伝送するツイスト線から構成され、
   前記マスタ装置は、前記ツイスト線との間で高周波信号を入出力することによりＯＦＤＭ信号の送受信および電力の伝送を行い、
   前記スレーブ装置は、前記ツイスト線の交差部（Ｚｃ）間の開口部（Ｚａ）に対向した開口領域により前記ツイスト線と電磁誘導結合するループ状の開口アンテナ（４２）を備え、当該開口アンテナを介してＯＦＤＭ信号の送受信および高周波電力の受電を行うことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の通信システム。
5. 前記第２のしきい値は、前記第１のしきい値よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の通信システム。

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