JP2012004626A - スペクトル拡散通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を受けにくく、フレーム同期信号を送信しなくても受信側でフレーム構成を識別できるスペクトル拡散通信システムを提供する。
【解決手段】拡散符号発生器４２は、拡散符号Sca_i，Scb_iをフレーム毎に切り替えて拡散変調部４１に出力する。拡散変調部４１は送信データを拡散変調し直流電力線２に送信する。参照符号発生部４４は参照符号Sca_i，Scb_iを同じ符号位相で発生する。拡散復調部４３ａ，４３ｂは、受信された信号を参照符号Sca_i，Scb_iを使用して拡散復調し、選択部４７に出力する。フレーム同期検出部４６は、符号位相同期検出部４５における符号位相の同期状態の切り替わりに基づいて、フレーム構成を識別する。選択部４７は、位相同期がとれている方の拡散復調部４３ａ，４３ｂが出力する拡散復調データを選択することにより受信データを出力する。
【選択図】図４

Description

本発明は、フレーム構成の送信データをスペクトル拡散変調して伝送する通信システムに関するものである。

図７は、従来の太陽光発電システムを示すブロック構成図である。
図中、１ａ〜１ｆは太陽電池パネル、２ａ〜２ｆは直流電力線、３はパワーコンディショナである。太陽電池パネル１ａ〜１ｆは、太陽電池を複数枚、直並列接続することにより必要な電圧と電流とを得るようにしたパネル状の製品であって、太陽電池モジュールとも呼ばれる。
複数の太陽電池パネル１ａ〜１ｆは、直流電力線２ａ〜２ｆにより直列又は並列に接続され、太陽電池パネル１ａ〜１ｆにおいて太陽光発電された直流電力がパワーコンディショナ３を経て負荷に供給される。直流電力は、パワーコンディショナ３で交流電力に変換される。

低炭素社会実現のための再生可能エネルギー導入において、太陽光発電の普及は極めて重要である。太陽電池パネル１ａ〜１ｆの寿命は一説には２０年といわれているものの、工業製品である以上、不具合の発生を皆無にすることは困難である。加えて、現状では太陽電池パネル１ａ〜１ｆ単位での不具合を発見することが難しい。
このため、価格上昇や設置工事費用の増加を招くことのない、太陽電池パネル１ａ〜１ｆのモニタリングシステムが必要である。

一般家屋での太陽光発電システムにおいては、太陽電池パネル１ａ〜１ｆを一旦屋根に設置するとメンテナンスされることは稀である。そのため、出力低下から太陽電池パネル１ａ〜１ｆの不具合が予想されても、現状ではどの太陽電池パネル１ａ〜１ｆの不具合であるかを特定することができない。不具合の太陽電池パネル１ａ〜１ｆのままで放置することで、本来発電されるべき電力をロスすることが懸念され、導入した太陽光発電システムの能力がフルに活かされないおそれがある。

そこで、直流電力線２ａ〜２ｆを通信にそのまま利用して太陽電池パネル１ａ〜１ｆの発電情報を送信することができれば、新たな通信ケーブルを敷設することなく安価に発電監視ができる。
しかし、太陽電池パネル１ａ〜１ｆで発電した電力を送る直流電力線２ａ〜２ｆでは、一般に大きなノイズが発生している。そのため、ノイズに起因して、通信に異常が発生し、通信できないおそれがある。

一般に、劣悪な伝送環境においては、スペクトル拡散通信方式と、冗長ビットを多くした誤り訂正符号とが採用される。送信データはフレームに組み立てられて伝送され、フレーム単位で再送制御（ARQ：Automatic Repeat reQuest）が実行される。誤り検出及び誤り訂正もフレーム単位で行われることが多い。
そのため、フレームの先頭にフレーム同期信号を挿入したり、フレーム同期信号をフレーム内の送信データ内に分散配置したりして伝送し、フレーム同期を実行する（特許文献１参照、ただし、この技術はスペクトル拡散通信方式を用いていない）。
しかし、フレーム長が短い場合、送信データにフレーム同期信号を挿入すると、伝送効率が低下する。例えば、64ビットのフレームに16〜32ビットのフレーム同期信号を挿入すると、伝送効率が大幅に低下するという問題がある。

特許３５１１５２０号公報

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、ノイズの影響を受けにくく安定した通信が可能となるとともに、送信側でフレーム同期信号を挿入することなく、受信側でフレーム構成を識別できるスペクトル拡散通信システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、請求項１に記載の発明においては、フレーム構成の送信データをスペクトル拡散変調して伝送するスペクトル拡散通信システムであって、複数の拡散符号が割り当てられ、前記フレーム構成の送信データを、前記拡散符号を１フレーム毎に切り替えて使用することにより拡散変調し、拡散変調された信号を伝送路に送信し、前記複数の各拡散符号に対応した複数の各参照符号を、それぞれ使用する複数の拡散復調系統を有し、前記複数の拡散復調系統は、前記伝送路を経由して受信される拡散変調された信号を拡散復調し、前記拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統が、ある一つの拡散復調系統から他の拡散復調系統に切り替わるタイミングに基づいて、前記フレーム構成を識別するとともに、前記位相同期がとれている拡散復調系統の出力を選択することにより受信データを出力するものである。
送信データをスペクトル拡散変調して伝送するため、ノイズの影響を受けにくく安定した通信が可能となる。
送信側で、拡散符号を１フレーム毎に切り替えて使用することにより、受信側では、フレーム構成を識別することができる。従って、送信側で送信データにフレーム同期信号を挿入することなく受信側でフレーム構成を識別できる。

本発明は、請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載のスペクトル拡散通信システムにおいて、前記複数の拡散符号として第１の拡散符号と第２の拡散符号が割り当てられ、前記フレーム構成の送信データを、前記第１の拡散符号と前記第２の拡散符号とを１フレーム毎に交互に切り替えて使用することにより拡散変調し、前記複数の拡散復調系統として、第１，第２の拡散復調系統を有し、前記拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統が、前記第１の拡散復調系統と前記第２の拡散復調系統との間で、交互に切り替わるタイミングに基づいて、前記フレーム構成を識別するものである。
従って、送信側に少ない個数の拡散符号を割り当てるだけで、受信側でフレーム構成を識別できる。

本発明は、請求項３に記載の発明においては、請求項１又は２に記載のスペクトル拡散通信システムにおいて、前記伝送路は、直流電力が供給される伝送路であり、前記拡散変調された信号は、前記伝送路に流れる電流値の変化として前記直流電力に重畳されて送信され、前記伝送路を経由して受信される拡散変調された信号は、前記伝送路の電圧値の変化として受信されるものである。
太陽電池パネルで発電した電力を送る直流電力線のように、直流電力が供給される伝送路は、一般に線間の内部抵抗が小さいので、伝送路の電圧を変化させるよりも、伝送路の電流を変化させる方が、容易に拡散変調された信号を伝送路に乗せることができる。

本発明は、請求項４に記載の発明においては、請求項１から３までのいずれか１項に記載のスペクトル拡散通信システムに使用するスペクトル拡散受信装置であって、前記複数の拡散符号に対応した複数の参照符号を同じ符号位相で発生する参照符号発生手段と、前記参照符号発生手段により発生された複数の参照符号をそれぞれ使用し、前記伝送路を経由して受信される拡散変調された信号を拡散復調する複数系統の拡散復調手段と、前記複数系統の拡散復調手段において復調される復調信号に基づいて、前記拡散変調された信号と前記複数の参照符号のいずれか１つとが位相同期するように前記参照符発生手段の位相を制御する参照符号位相同期手段と、該参照符号位相同期手段において、前記拡散変調された受信信号と前記複数の参照符号のいずれか１つとが位相同期している状態から、前記拡散変調された信号と前記複数の参照符号の他の１つとが位相同期する状態に切り替わるタイミングに基づいて、前記フレーム同期信号を取得するフレーム同期検出手段を有するものである。
従って、スペクトル拡散通信システムに使用するスペクトル拡散受信装置を簡単な構成で実現することができる。

本発明は、請求項５に記載の発明においては、複数の送信装置と１つの受信装置との間において符号分割多元接続をする通信システムに使用される、請求項１から３までのいずれか１項に記載のスペクトル拡散通信システムであって、前記複数の各送信装置に対し、前記複数の拡散符号が、前記送信装置毎に異なるように割り当てられ、前記１つの受信装置は、前記複数の送信装置に割り当てられた全ての各拡散符号に対応した各参照符号をそれぞれ使用する複数の拡散復調系統を有し、前記拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統で使用する参照符号を識別することにより、当該拡散復調系統の出力を選択することにより得られたデータを送信した送信装置を特定するものである。
従って、複数の送信装置と１つの受信装置とが共通の伝送路を用いることができる。

本発明は、請求項６に記載の発明においては、請求項５に記載のスペクトル拡散通信システムにおいて、前記複数の送信装置は、それぞれ、複数の機器について当該機器の状態を監視して得た監視データを前記フレーム構成の送信データとして、前記１つの受信装置に送信するものであり、前記機器は、当該機器を特定する固有のデータを有し、前記各送信装置に割り当てられた複数の拡散符号は、当該送信装置が送信する監視データを得た機器を特定する固有のデータに対応付けて、予め、前記各送信装置に割り当てられたものであり、前記１つの受信装置は、前記拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統で使用する参照符号を識別することにより、当該拡散復調系統の出力を選択することにより得られたデータに対応する監視データを得た機器を特定するものである。
従って、各送信装置において、監視データを得ている機器を特定する固有のデータを送信データに挿入して送信しなくても、１つの受信装置において、受信したデータに対応する監視データが得られた機器を特定することができる。

本発明は、請求項７に記載の発明においては、請求項５に記載のスペクトル拡散通信システムにおいて、前記伝送路は、複数の太陽電池パネルにより発電された電力を負荷に供給する太陽電池の直流電力線であり、前記フレーム構成の送信データは、前記各太陽電池パネルに設けられた測定器により測定された前記太陽電池パネルの監視データであり、前記各送信装置は、前記各太陽電池パネルに設けられ、前記受信装置は、前記太陽電池パネルを監視する装置に設けられるものである。
太陽電池パネルで発電した電力を送る直流電力線では、一般に大きなノイズが発生している。専用の通信ケーブルを増設することなく、このような直流電力線を使用して、太陽電池パネルの監視データを伝送できるので、安価に太陽電池パネルの発電監視ができる。

上述した本発明によれば、フレーム構成の送信データをノイズの影響を受けにくく安定して効率よく伝送することが可能となるという効果がある。
その結果、ノイズに起因する通信異常を防止し、通信のための配線を新設することなく、電力線に効率よく信号を重畳して通信する信頼性の高い通信システムが実現される。

本発明の実施の一形態を適用する一具体例を示すブロック構成図である。 図１に示した通信子機の一例を示すブロック構成図である。 図１に示した通信親機の一例を示すブロック構成図である。 本発明の実施の一形態を示すブロック構成図である。 図４に示したブロック構成図における信号処理の概要を示す説明図である。 図２に示した通信子機におけるドライバの具体例を示す回路図である。 従来の太陽光発電システムを示すブロック構成図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の一形態を適用する一具体例を示すブロック構成図である。
太陽光発電システムの基本構成は、図７に示した従来技術と同じであるので、同じ部分には同じ符号を付している。
１又は複数の太陽電池パネル１ａ〜１ｆの計測データを、太陽電池パネル１ａ〜１ｆ毎に設けた通信子機（送信装置）５ａ〜５ｆで送信し、１又は複数の太陽電池パネル１ａ〜１ｆ毎の送信データを、太陽光発電の直流電力線２ａ〜２ｆに重畳して伝送し、この直流電力線２ａ〜２ｆに接続する１つの通信親機（受信装置）７で、送信データを受信する。

この実施形態では、太陽電池パネル１ａ〜１ｆに、それぞれ、検出器４ａ〜４ｆと通信子機５ａ〜５ｆを設ける。
各検出器４ａ〜４ｆは、対応する太陽電池パネル１ａ〜１ｆの発電状態を監視するものであり、典型的には、太陽電池パネル１ａ〜１ｆに設けられた1又は複数の測定器であり、図２を参照して後述する。
通信子機５ａ〜５ｆは、対応する太陽電池パネル１ａ〜１ｆに設けられた検出器４ａ〜４ｆにより検出された検出値、より具体的には測定値を、直流電力線２ａ〜２ｆを伝送路として、通信親機７に送信する送信装置である。従って、各通信子機５ａ〜５ｆは、計測通信回路ということもできる。
図示の例では、検出器４ａ〜４ｆと太陽電池パネル１ａ〜１ｆとの接続関係を明示していないが、検出器４ａ〜４ｆが何を監視するかによって、この接続関係が異なる。

一方、パワーコンディショナ３側における直流電力線２ａ，２ｄに、フィルタ６が挿入される。このフィルタ６は、直流電力線２ａ，２ｄ間の直流又は直流に近い周波数成分をパワーコンディショナ３に分配し、直流電力線２ａ，２ｄ間に重畳されている送信信号の周波数成分、例えば、1［kHz］〜10［kHz］の帯域を、通信親機７に分配する。
通信親機７は、複数の通信子機５ａ〜５ｆから送信された送信信号を、通信子機５ａ〜５ｆ毎に受信することにより、各太陽電池パネル１ａ〜１ｆの状態を監視するデータ、例えば、計測データを取得し、図示しない監視（モニター）装置に対し、太陽電池パネルの状態を表示させたり、異常通報装置に対し、不具合発生時に通報をさせたりする。
上述したフィルタ６及び通信親機７は、例えば、従来のパワーコンディショナ３の筐体内に、監視装置や通報装置とともに実装される。

上述したように、直流電力線２ａ〜２ｆは、各通信子機５ａ〜５ｆを直列又は並列に接続してフィルタ６を経由して１つの通信親機７に接続している。そのため、通信子機５ａ〜５ｆと直流電力線２ａ〜２ｆと通信親機７は、多重化通信システムを構築する必要がある。
本発明の実施の一形態では、図４、図５を参照して説明するように、伝送方法として、直接方式スペクトル拡散（Direct Spread Spectrum）変調方式（以下、単に「拡散変調」という）を採用し、多重化通信システムとして、符号分割多重アクセス（CDMA：Code Division Multiple Access、符号分割多元接続ともいう）を採用している。

図２は、図１に示した検出器及び通信子機の一例を示すブロック構成図である。
検出器４ａ〜４ｆ、通信子機５ａ〜５ｆは、いずれも同一構成であるので、検出器４ａ、通信子機５ａについて示す。
図中、１１は分圧器、１２は電流検出器、１３は電流アンプ、１４は温度センサである。これらは、図１に示した検出器４ａの具体例である。分圧器１１は、太陽電池パネル１ａの出力電圧をA/D変換可能な電圧レベルにまで分圧する。電流検出器１２は、太陽電池パネル１ａの出力電流を計測するためのもので、例えば、半導体ホール素子、又は、微少抵抗値の抵抗器を使用する。電流アンプ１３は、電流検出器１２で検出した太陽電池パネル１ａの出力電流値に比例する電圧に変換するとともに、この電圧をA/D変換可能な電圧レベルにまで増幅する。温度センサ１４は太陽電池パネル１ａの温度を計測し、デジタル値でCPU１７に出力する。

信号切替器１５、CPU（Central Processing Unit）１７、ドライバ１８は、図１に示した通信子機５ａの一具体例である。
信号切替器１５は、CPU１７からの指令により、分圧器１１の出力電圧と電流アンプ１３の出力電圧とを切り替えて、A/D変換器１６に出力する。なお、温度センサ１４がアナログ電圧を出力する場合、この出力は信号切替器１５の第３の入力とする。
A/D変換器１６は、信号切替器１５の出力電圧をデジタル値に変換し、CPU１７に出力される。従って、CPU１７は、A/D変換器１６によりデジタル値に変換された太陽電池パネル１ａの電圧、電流、及び、温度を入力する。

CPU１７は、これらの計測データを、例えば、64ビットをフレーム単位として、フレーム構成を組み立てる。このフレームには、計測データ以外に、エラー検出訂正のための冗長ビットなどのデータが含まれる。
CPU１７は、送信するデータの各ビットについて、さらに、拡散符号系列SC（以下、単に拡散符号という）を用いて、拡散変調を行う。ここで、拡散符号SCは、ゴールド符号などの疑似ランダム符号（PN）である。拡散符号SCの周期は、例えば、4095であり、周期の長い拡散符号を用いると雑音の影響を受けにくい通信が可能である。

ドライバ（駆動回路）１８は、拡散変調された送信信号を、伝送するのに適した大きさに増幅し、直流電力線２ａ，２ｂに重畳する。
ここで、直流電力線２ａ，２ｂは、太陽電池パネル１ａの直流電力を供給する線路であることから、送信信号の重畳のさせ方に工夫が必要である。
太陽電池パネル１ａから最大の電力が得られている条件では、太陽電池パネル１ａの内部抵抗は小さいため、直流電力線２ａ，２ｂ間の内部抵抗も小さい。そのため、送信信号を電圧変化として重畳させる場合、ドライバ１８に大電流を流す必要があるので、ドライバ１８の内部損失が大きくなり、実装に不向きである。

これに対し、線間の内部抵抗が小さくても、送信信号を電流変化として重畳させることは容易である。そのため、図２において、ドライバ１８を電流駆動ドライバとし、直流電力線２ａ，２ｂ間に側路を設け、太陽電池パネル１ａに対し並列に接続する。ドライバ１８は、拡散変調された信号を、直流電力線２ａ，２ｂに流れる電流値の変化として直流電力線２ａ，２ｂに重畳する。このようなドライバ１８は、例えば、図６（ａ）を参照して後述する回路により実現される。
一方、拡散変調された信号を入力するドライバを、直流電力線２ａあるいは２ｂのいずれかに挿入し、太陽電池パネル１ａに対し直列に接続することも可能である。このようなドライバは、例えば、図６（ｂ）を参照して後述する回路により実現される。

上述した信号切替器１５、A/D変換器１６、CPU１７は、例えば、A/D変換器を内蔵した1チップマイコンにより実現される。また、１チップマイコンとドライバ１８を備える通信子機５ａ、さらには、上述した検出器４ａの一部又は全部は、太陽電池パネル１ａのある場所、例えば、太陽電池パネル１ａの端子箱に実装することができる。
なお、通信子機１ａに制御信号受信装置１９を設けることもできる。この場合については、本願明細書の最後に説明する。

図３は、図１に示した通信親機７の一例を示すブロック構成図である。
図中、３１はローパスフィルタ（LPF）である。ローパスフィルタ３１は、図1に示したフィルタ６に接続され、後続するA/D変換器３２において、折り返し雑音が発生しないように、信号の帯域を制限する。
３２はA/D変換器、３３はDSP（Digital Signal Processor）、３４はCPUである。A/D変換器３２は、LPF３１を通った拡散変調された受信信号をデジタル値に変換する。
ローパスフィルタ３１、A/D変換器３２、DSP３３、及び、CPU３４は、図１に示した通信親機７の一具体例である。
A/D変換器３２、DSP３３、CPU３４は、例えば、A/D変換器内蔵１チップマイコンにより実現される。３５は監視データをディスプレイに表示する表示回路、３６は不具合を音で通報する通報回路である。

図２を参照して説明したように、通信子機５ａにおいては、拡散変調された送信信号が、直流電力線を流れる電流の変化に対応するように信号重畳をしていた。
これに対し、直流電力線２ａ，２ｄの、パワーコンディショナ３が設置された地点においては、太陽電池パネル１ａ〜１ｆを直並列に接続した場合の電流電圧特性に対応して、上述した電流の変化が線間電圧の変化になって受信される。そのため、通信親機７においては、拡散変調された受信信号を、直流電力線２ａ，２ｄの線間電圧値として処理することができる。

DSP３３は、拡散変調された受信信号をデジタル信号処理（例えば、積和演算）して、各通信子機５ａ〜５ｆから送信された受信データを、拡散符号を用いて拡散復調し、その受信データをCPU３４に出力する。拡散復調は、受信信号のデジタル値と拡散符号との積和演算を繰り返し行うことが基本となる。
符号位相の同期、言い換えれば、データビットの同期は、この積和演算の結果の絶対値が最大になるタイミングを探索することで得られる。
なお、上述したA/D変換器３２では、送信データの拡散変調速度（チップレート）の、例えば、２倍の速度でA/D変換を行う（オーバーサンプリング）と、符号位相のタイミングを合わせやすくなり好適である。

CPU３４は、各通信子機５ａ〜５ｆから送信され、拡散変調された受信信号を復調して得られた各受信データを、フレーム構成に再組立し、各太陽電池パネル１ａ〜１ｆの電圧、電流、及び、温度を、表示回路３５に出力する。
CPU３４は、また、太陽電池パネル１ａ〜１ｆの電圧、電流、又は、温度に不具合があるか否かを判定し、通報が必要との判断をしたときは、この判断を通報回路３６に出力する。
なお、通信親機７には、制御信号送信装置３７とスイッチ３８を設けることができる。この場合については、本願明細書の最後に説明する。

図４は、本発明の実施の一形態を示すブロック構成図である。
このブロック構成図は、１つの通信子機（以下、通信子機５ａとして説明する）と通信親機７との間で、直流電力線２を伝送路として、フレーム構成の送信データをスペクトル拡散変調して伝送する、１対１構成のスペクトル拡散通信システムである。

通信子機（送信装置）５ａにおいて、４１は拡散変調部、４２は拡散符号発生器である。１つの通信子機５ａにおいて、予め複数の拡散符号、図示の例では２つの拡散符号Sca_i，Scb_i（i＝1）が割り当てられている。ここで、iは通信子機５ａ〜５ｆに対応する整数値であり、複数の通信子機５ａ〜５ｆに対し、複数の拡散符号Sca_i，Scb_iが個別に割り当てられる。拡散符号Sca_i，Scb_i（i＝1〜6）は、全て相異なるものである。
通信子機（送信装置）５ａにおいて、拡散符号発生器４２は、拡散符号Sca_i，Scb_iを１フレーム毎に切り替えて拡散変調部４１に出力する。拡散変調部４１はフレーム構成の送信データを、拡散符号発生器４２から出力される拡散符号Sca_i又はScb_iを使用することにより拡散変調し、拡散変調された信号を直流電力線（伝送路）２に送信する。

通信親機（受信装置）７において、参照符号発生部４４は、通信子機５ａに割り当てられた複数の拡散符号、Sca_i，Scb_iに対応した複数の参照符号Sca_i，Scb_i（拡散符号と同じもの）を、同じ符号位相で発生する。
また、通信親機（受信装置）７において、複数の参照符号Sca_i，Scb_iをそれぞれ使用する複数の拡散復調系統、図示の例では、ａ系統とｂ系統を有する。
ａ系統の参照符号Sca_iはａ系統の拡散復調部４３ａに供給され、ｂ系統の参照符号Scb_iはｂ系統の拡散復調部４３ｂに供給される。

ａ系統拡散復調部４３ａ、ｂ系統拡散復調部４３ｂは、直流電力線２を経由して受信される拡散変調された信号を、参照符号発生部４４から供給される参照符号Sca_i，Scb_iを使用して拡散復調、すなわち、逆拡散して、ａ系統、ｂ系統の拡散復調データ（積和演算の累積加算値のレベル判定後の値）を選択部４７に出力する。
この拡散復調処理の過程において、符号位相同期検出部４５は、拡散復調部４３ａ、４３ｂにおいて復調される復調信号（レベル判定前の相関出力値）に基づいて、上述した拡散変調された信号と、複数の参照符号Sca_i，Scb_iのいずれか１つとが位相同期するように、参照符号発生器４４が出力する参照符号の位相を制御する。

フレーム同期検出部４６は、符号位相同期検出部４５における符号位相の同期状態に基づいて、フレーム同期信号を出力する。すなわち、ａ系統拡散復調部４３ａ、ｂ系統拡散復調部４３ｂのうち、拡散変調された受信信号と複数の参照符号Sca_i，Scb_iのいずれか１つ（例：Sca_i）とが位相同期している状態から、拡散変調された受信信号と複数の参照符号Sca_i，Scb_iの他の１つ（例：Scb_i）とが位相同期する状態に切り替わるタイミングに基づいて、フレーム構成を識別するフレーム同期信号を出力する。

言い換えれば、使用している参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統が、ある一つの拡散復調系統から他の拡散復調系統に切り替わるタイミング（ａ系統→ｂ系統、ｂ系統→ａ系統）に基づいてフレーム同期信号を出力する。
参照符号Sca_iと参照符号Scb_iとは、同じ符号位相で発生しているため、位相同期がとれている拡散復調系統が切り替わっても、符号位相同期が外れることはない。

選択部４７は、フレーム同期信号が出力される毎に、位相同期がとれている方のａ系統拡散復調部４３ａ，ｂ系統拡散復調部４３ｂが出力する拡散復調データを選択することにより、通信子機５ａの送信データに対応した受信データを出力する。なお、選択部４７は、フレーム同期検出部４６から、ａ系統からｂ系統へ切り替わるタイミングか、この逆へ切り替わるタイミングかの情報を取得することにより、位相同期がとれている拡散復調系統を識別できる。
フレーム同期信号は、選択部４７が出力する受信データを、後続の処理部においてフレーム構成を識別し、冗長符号を取り出しエラー検出訂正をしたり、複数の計測データに分離したりするために使用される。

図５は、図４に示したブロック構成図における信号処理の概要を示す説明図である。
図５（ａ）は通信子機５ａにおけるフレーム同期信号である。５１はフレーム同期信号の発生タイミングを示す。横軸は時間経過を表す。図５（ｂ）は通信子機５ａにおける送信データのビットストリームである。図示の例は、1フレームを64ビットとするフレーム構造である。
一例として、送信データの伝送速度（ビットレート）は、5［bps］である。

図４の拡散変調部４１においては、図５（ｃ）に示すように、送信するデータフレーム（フレーム構成の送信データ）に対応して、拡散符号SCa_iと拡散符号SCb_iとを、フレーム毎に、交互に切り替えて拡散変調する。
図５（ｃ）は、拡散符号発生部４２が出力する拡散符号SCa_i、SCb_iを（i＝1）である。いずれも符号長（１周期の長さ）は4095である。図中、「ａ」は拡散符号SCa_iを表し、「ｂ」は拡散符号SCb_iを表す。図示されている拡散符号SCa_i「11111…110」，SCb_i「10101…111」は、説明用に記載したもので実際のものではない。
図５（ｂ）の送信データの1ビット期間に、図５（ｃ）の拡散符号SCa_i、SCb_iの１周期が対応する。従って、1ビット時間の1/4095が拡散符号の１チップの期間となる。

拡散変調部４１は、図５（ｂ）の送信データが「1」のとき、拡散符号SCa_iをそのまま送信し、送信データが「0」のとき、拡散符号SCa_iを反転して送信する。このようにして、64ビットの一連の送信データを送信すると、次のフレームに切り替わるので、拡散符号発生器４２は、拡散符号をSCb_iに切り替える。
拡散変調部４１は、送信データが「1」のとき、拡散符号SCb_iをそのまま送信し、送信データが「0」のとき、拡散符号SCb_iを反転して送信する。このようにして、64ビットの一連の送信データを送信すると、次のフレームに切り替わるので、拡散符号発生器４２は、拡散符号をSCa_iに切り替える。

図４の通信親機７において受信された、拡散変調された信号は、ａ系統の拡散復調部４３ａ、ｂ系統の拡散復調部４３ｂにおいて、それぞれ、参照符号SCa_iとSCb_iとの各チップと乗算され、乗算値を1ビット期間（4095チップ）において累積加算することにより拡散復調される。
符号位相同期検出部４５における符号位相の同期、言い換えれば、データビットの同期は、この積和演算の累積加算値の絶対値が最大になるタイミングを探索することで実現される。
図５（ｄ）、図５（ｅ）は、それぞれ、各系統の拡散復調データであり、選択部４７に出力される。拡散復調データは、上述した積和演算の累積加算値の絶対値が最大になるタイミングにおける、この累積加算値の正負極性を判定することにより取得される。
ここで、「−」の記号は、正負極性の判定の結果、累積加算値が所定の正負の閾値を超えなかったために、データビット「0」、「1」のいずれにもレベル判定できなかったことを表している。

図５（ｆ）は、拡散復調部４３ａにおいて符号位相同期がとれたときに出力される符号位相同期信号である。５２は位相同期信号の発生タイミングを示す。
図５（ｇ）は、拡散復調部４３ｂにおいて符号位相同期がとれたときに出力される符号位相同期信号である。５３は位相同期信号の発生タイミングを示す。
図５（ｄ）と図５（ｆ）とは対応し、位相同期信号の発生タイミング５２において、「0」又は「1」が出力される。図５（ｅ）と図５（ｇ）も同様に対応する。

図４のフレーム同期検出部４６は、図５（ｆ）、図５（ｇ）に示す位相同期信号が出力される系統が変更されるタイミング（フレーム境界のタイミング）を検出し、図５（ｈ）に示すフレーム同期信号を出力する。５４はフレーム同期信号の発生タイミングを示す。
選択部４７は、フレーム同期検出部４６から符号位相同期がとれている拡散復調系統の指示を受けて、位相同期がとれている拡散復調系統の、図５（ｄ）に示す拡散復調部４３ａの復調データ、又は、図５（ｅ）に示す拡散復調部４３ｂの復調データを択一的に選択して、図５（ｉ）に示す受信データを出力する。

上述した通信親機７における受信処理は、一例であり、符号位相同期の検出方法、符号位相同期がとれている系統の選択には、種々の方法を採用することができる。
例えば、拡散復調部４３ａの復調結果（レベル判定される前の積和演算の累積加算値）をR_SCa_i、拡散復調部４３ｂの復調結果をR_SCb_iとする。このとき、R_SCa_iの絶対値とR_SCb_iの絶対値について、絶対値の大きい方が、符号位相同期した受信データであり、復調結果の極性の正負が受信データの「1」と「0」にそれぞれ対応する。
受信データが得られる系統が、R_SCa_iとR_SCb_iの一方から他方に切り替わることにより、フレームの切り替わりを判定する。このことにより、受信処理におけるフレーム同期が容易に確立できる。

上述した説明では、１つの通信子機５ａに２つの拡散符号SCa_iとSCb_iを割り当てていた。しかし、１つの通信子機５ａにさらに他の拡散符号SCc_iを割り当ててもよい。通常の監視データを送信するのに代えて、通信子機５ａから通信親機７に対する、制御用の割込データ等を送信するときのフレームに対し、他の拡散符号SCc_iを使用してもよい。
この場合、通信親機７においては、１つの通信子機５ａに割り当てられた拡散符号に対応する参照符号SCa_i，SCb_i，SCc_iを使用して、同時に３系統の拡散復調系統を同時に処理する。

また、通常の監視データを送信する際に、３以上の複数の拡散符号を割り当ててもよい。例えば、拡散符号SCa_i，SCb_i，SCc_iを、フレーム単位で切り替えて送信する。通信親機７においては、参照符号SCa_i，SCb_i，SCc_iをそれぞれ使用する拡散復調系統において、符号位相の同期がとれる拡散復調系統、すなわち、同期がとれる参照符号の切り替わりにより、フレーム同期検出ができる。

拡散変調された送信信号は、拡散変調した「１」，「０」出力に対応した矩形波により、電流値を２段階に変化させるという、ベースバンド帯域におけるOOK（オンオフキーイング）により、伝送路に重畳していた。
これに代えて、拡散変調された送信信号を、搬送波（キャリア）を変調するデジタル変調、例えば、2PSK（２相位相変調）、4PSK（４相位相変調）して、搬送波帯においてスペクトル拡散通信をしてもよい。

図４、図５を参照した説明は、１つの通信子機５ａを送信装置として１つの通信親機７を受信装置とするスペクトル拡散変調通信システムについてのものであった。これに対し、図１に示した太陽光発電システムは、複数の通信子機５ａ〜５ｆを送信装置として、１つの通信親機７を受信装置とするスペクトル拡散変調通信システムであった。各通信子機５ａ〜５ｆは、箇々に独立して拡散変調された信号を、互いに非同期で直流電力線２に重畳する。

通信親機７は、複数の通信子機５ａ〜５ｆから送信された拡散変調された信号を分離して受信する必要がある。そのために、図１に示した実施形態では、複数の通信子機５ａ〜５ｆ毎に異なる拡散符号を割り当てる。通信子機５ａ〜５ｆに、それぞれ、Sca_i，Scb_i（i＝1〜6）を割り当てる。従って、互いに異なる、合計（2×i）種類の拡散符号を使用する。
通信親機７は、合計（2×i）種類の参照符号Sca_i，Scb_i（i＝1〜6）を同時に使用して、各通信子機５ａ〜５ｆに対し、参照符号Sca_i，Scb_i（i＝1〜6）を使用してａ系統、ｂ系統の拡散復調をして受信データを取得する。拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統で使用する参照符号の種類を識別することにより、拡散復調系統の出力を選択することにより得られたデータを送信した送信装置、すなわち、送信元の通信子機５ａ〜５ｆを特定する。
相異なる拡散符号Sca_i，Scb_i（i＝1〜6）は、通信子機５ａ〜５ｆに対し、任意に割り当て可能である。

しかし、図１に示した太陽光発電システムは、太陽電池パネル１ａ〜１ｆの状態を監視して得られる監視データを監視装置側に送信するものであった。従って、監視対象の機器は太陽電池パネル１ａ〜１ｆである。太陽電池パネル１ａ〜１ｆには、それらを特定する固有のデータ、図１に記載したSN001〜SN006のような、メーカの製造番号が割り当てられている。
そこで、通信子機５ａ〜５ｆのそれぞれに個別に割り当てる拡散符号Sca_i，Scb_i（i＝1〜6）は、この通信子機５ａ〜５ｆのそれぞれが送信する監視データが得られる太陽電池パネル１ａ〜１ｆを特定する固有のデータ、例えば、メーカの製造番号に対応付けて、予め、複数の通信子機５ａ〜５ｆに割り当てる。
通信親機７は、拡散変調された信号と参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統で使用する参照符号を識別することにより、この拡散復調系統の出力を選択することにより得られたデータに対応する監視データを得た太陽電池パネル１ａ〜１ｆを特定する
このようにすれば、送信データに上述した製造番号等を挿入することなく、監視対象の太陽電池パネル１ａ〜１ｆを、監視装置側で識別することができる。

図６は、図２に示した通信子機５ａにおけるドライバの具体例を示す回路図である。
図６（ａ）において、電圧駆動ドライバ６１の出力は、直流電力線２ａ，２ｂとの間に過電圧保護用ダイオード６２，６３に接続されるとともに、逆極性接続された定電流素子６４，６５と直流阻止用コンデンサ６６との直列接続を介して直流電力線２ａに接続される。
電圧駆動ドライバ６１は、図２に示すCPU１７から出力される符号拡散された送信信号の「0」と「1」に対応した矩形波電圧を出力し、定電流素子６４，６５により一定の大きさで極性の異なる電流値の電流を直流電力線２ａ，２ｂに印加する（この場合、極性の「正」、「負」が、オンオフキーイングの「オン」、「オフ」に対応する）。定電流素子６４，６５は、大電流の逆流を阻止する機能も有する。コンデンサ６６は直流阻止用に挿入されている。

図６（ｂ）は、図２に示した通信子機５ａにおけるドライバ１８に代わる他の具体例を示す回路図である。
この具体例は、図２における電流検出器１２と直列に接続する、簡易で低価格のドライバである。電流検出器１２として、簡易な低抵抗の抵抗器７１を用いる。この抵抗器７１と同様に低抵抗の抵抗器７２を直流電力線２ｂに挿入する。この抵抗器７２の両端を、CPU１７から出力される符号拡散された送信信号（矩形波）によりオンオフされるFET７３によりスイッチング（短絡、開放）することにより、直流電力線２ａ，２ｂに流れる電流の大きさを２段階に変化させる。

最後に、図３に示した制御信号送信装置３７，スイッチ３８と、図２に示した制御信号受信装置１９とを用いて、通信親機７から通信子機５ａへと通信する場合を説明する。
このような通信は、監視装置のある側から、太陽電池パネルの側の制御をしたり、通信子機を制御したりするときに利用する。通信子機は、回路規模やソフトウエアの規模に制約があるため、上述した通信においては、通信子機を簡単なものにしたい。
そこで、通信親機７における制御信号送信装置３７において、直流電力線２ａ，２ｄ間の側路にスイッチ３８を設けて、直流電力線２ａ，２ｄ間を瞬間的に短絡又は短絡に近い低抵抗の状態にする。太陽電池パネル１ａ〜１ｆは、短絡されても出力電流が制限されるので損傷を受けない。

一方、通信子機５ａ〜５ｆは、その動作電源を、それぞれの太陽電池パネル１ａ〜１ｆから供給されているので、太陽電池パネル１ａ〜１ｆの出力電圧が低下すると、CPU１７がリセットされてしまう。
そこで、CPU１７がリセットされないような短時間において直流電力線２ａ，２ｄ間を短絡又は短絡に近い低抵抗の状態にする。かつ、この状態の繰り返し回数、この状態となる間隔といった、直流電力線２ａ，２ｄ間を短時間において短絡又は短絡に近い低抵抗の状態にする瞬断パターンによって、特定の通信子機５ａ〜５ｆ、又は、全ての通信子機に対して、特定の何種類かの制御信号を送信する。

図２に示す通信子機５ａにおいては、制御信号受信装置１９が直流電力線２ａ，２ｂ間における電圧の低下を分圧器１１の出力として検出し、短時間における電圧の低下（瞬断）のパターンを検出し、予め決められた、太陽電池パネル１ａ又は通信子機５ａの制御を指示する。

太陽電池パネルの発電状況の監視を行うなど、直流電力線を伝送路としたスペクトル拡散通信システムについて説明した。しかし、本発明は、商用交流電力線（屋内配線のみの場合を含む）を伝送路としたPLC（Power Line Communication）に適用することも可能である。また、電力線伝送路と同様に、様々な雑音環境下でのデータ伝送、例えば、光の空間伝送、光ファイバ伝送、微弱電波を用いた無線通信にも好適である。送信データは、太陽電池パネルの監視データに限らず、任意の機器の状態を監視して得られる監視データであってもよい。

１ａ〜１ｆ…太陽電池パネル、２ａ〜２ｆ…直流電力線、４ａ〜４ｆ…検出器、５ａ〜５ｆ…通信子機、３…パワーコンディショナ、４ａ〜４ｆ…検出器、６…フィルタ、７…通信親機、１１…分圧器、１２…電流検出器、１３…電流アンプ、１４…温度センサ、１５…信号切替器、１６…A/D変換器、１８…ドライバ、３２…A/D変換器、３５…表示回路、３６…通報回路、４１…拡散変調部、４２…拡散符号発生器、４３ａ…ａ系統拡散復調部、４３ｂ…ｂ系統拡散復調部、４４…参照符号発生部、４５…符号位相同期検出部、４６…フレーム同期検出部、４７…選択部

Claims (7)

1. フレーム構成の送信データをスペクトル拡散変調して伝送するスペクトル拡散通信システムであって、
   複数の拡散符号が割り当てられ、前記フレーム構成の送信データを、前記拡散符号を１フレーム毎に切り替えて使用することにより拡散変調し、
   拡散変調された信号を伝送路に送信し、
   前記複数の各拡散符号に対応した複数の各参照符号を、それぞれ使用する複数の拡散復調系統を有し、
   前記複数の拡散復調系統は、前記伝送路を経由して受信される拡散変調された信号を拡散復調し、
   前記拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統が、ある一つの拡散復調系統から他の拡散復調系統に切り替わるタイミングに基づいて、前記フレーム構成を識別するとともに、
   前記位相同期がとれている拡散復調系統の出力を選択することにより受信データを出力する、
   ことを特徴とするスペクトル拡散通信システム。
2. 前記複数の拡散符号として第１の拡散符号と第２の拡散符号が割り当てられ、
   前記フレーム構成の送信データを、前記第１の拡散符号と前記第２の拡散符号とを１フレーム毎に交互に切り替えて使用することにより拡散変調し、
   前記複数の拡散復調系統として、第１，第２の拡散復調系統を有し、
   前記拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統が、前記第１の拡散復調系統と前記第２の拡散復調系統との間で、交互に切り替わるタイミングに基づいて、前記フレーム構成を識別する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスペクトル拡散通信システム。
3. 前記伝送路は、直流電力が供給される伝送路であり、
   前記拡散変調された信号は、前記伝送路に流れる電流値の変化として前記直流電力に重畳されて送信され、
   前記伝送路を経由して受信される拡散変調された信号は、前記伝送路の電圧値の変化として受信される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスペクトル拡散通信システム。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のスペクトル拡散通信システムに使用するスペクトル拡散受信装置であって、
   前記複数の拡散符号に対応した複数の参照符号を同じ符号位相で発生する参照符号発生手段と、
   前記参照符号発生手段により発生された複数の参照符号をそれぞれ使用し、前記伝送路を経由して受信される拡散変調された信号を拡散復調する複数系統の拡散復調手段と、
   前記複数系統の拡散復調手段において復調される復調信号に基づいて、前記拡散変調された信号と前記複数の参照符号のいずれか１つとが位相同期するように前記参照符発生手段の位相を制御する参照符号位相同期手段と、
   該参照符号位相同期手段において、前記拡散変調された受信信号と前記複数の参照符号のいずれか１つとが位相同期している状態から、前記拡散変調された信号と前記複数の参照符号の他の１つとが位相同期する状態に切り替わるタイミングに基づいて、前記フレーム同期信号を取得するフレーム同期検出手段、
   を有することを特徴とするスペクトル拡散受信装置。
5. 複数の送信装置と１つの受信装置との間において符号分割多元接続をする通信システムに使用される、請求項１から３までのいずれか１項に記載のスペクトル拡散通信システムであって、
   前記複数の各送信装置に対し、前記複数の拡散符号が、前記送信装置毎に異なるように割り当てられ、
   前記１つの受信装置は、
   前記複数の送信装置に割り当てられた全ての各拡散符号に対応した各参照符号をそれぞれ使用する複数の拡散復調系統を有し、
   前記拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統で使用する参照符号を識別することにより、当該拡散復調系統の出力を選択することにより得られたデータを送信した送信装置を特定する、
   ことを特徴とするスペクトル拡散通信システム。
6. 前記複数の送信装置は、それぞれ、複数の機器について当該機器の状態を監視して得た監視データを前記フレーム構成の送信データとして、前記１つの受信装置に送信するものであり、
   前記機器は、当該機器を特定する固有のデータを有し、
   前記各送信装置に割り当てられた複数の拡散符号は、当該送信装置が送信する監視データを得た機器を特定する固有のデータに対応付けて、予め、前記各送信装置に割り当てられたものであり、
   前記１つの受信装置は、前記拡散変調された信号と前記参照符号との位相同期がとれている拡散復調系統で使用する参照符号を識別することにより、当該拡散復調系統の出力を選択することにより得られたデータに対応する監視データを得た機器を特定する、
   ことを特徴とする、
   請求項５に記載のスペクトル拡散通信システム。
7. 前記伝送路は、複数の太陽電池パネルにより発電された電力を負荷に供給する太陽電池の直流電力線であり、
   前記フレーム構成の送信データは、前記各太陽電池パネルに設けられた測定器により測定された前記太陽電池パネルの監視データであり、
   前記各送信装置は、前記各太陽電池パネルに設けられ、
   前記受信装置は、前記太陽電池パネルを監視する装置に設けられる、
   ことを特徴とする請求項５に記載のスペクトル拡散通信システム。

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