電力線搬送（電力線通信, 電灯線通信）通信メモ/Note of Power Line Communications (PLCs)

( modified at 2015年10月11日 )

2014

• Electric vehicle charging with AC current （交流）　has been governed by the ISO/IEC 15118 international standard since it was fully adopted in spring 2014.　For DC current （直流）　charging, the industry has agreed on an applicable subset, which is described in DIN SPEC 70121 (Prestandard procedure). 　A basic prerequisite for smart charging (電気自動車 EV と充電スタンド間の通信) is reliable information exchange between the vehicle and charging station. In this regard, ISO/IEC 15118 provides for HomePlug Green PHY as the physical layer. This is a PLC (Power Line Communication) method derived from HomePlug AV.

2012

• SONY 登録機器だけ通電(RFID 13MHz+PLC) 2012.2.15毎日新聞

2006

• タケモトデンキ, Echelon, エネルギーモニタシステム

• コンセントでネット接続、来秋にも実用化…総務省合意 2005年10月 5日 (水)
  

• Data of residential PLC modems, ICs, and so on
  • digital modulation
    • all
    • low speed (<100kbps)
      
    • high speed (>100kbps)
    • ultra high speed (>20Mbps)
  • analog modulation

• 米国FCC: Broadband over Power Line (BPL) Systems
  • 米国FCCは、ブロードバンドサービスの競争を喚起し普及させるため、2004年10月関連する規制(FCC part 15)を改正した{http://hraunfoss.fcc.gov/edocs_public/attachmatch/DOC- 253125A1.pdf~参照}。これにより、各地で実証実験が予定されており（56市、24州）{http: //conferences.ece.ubc.ca/isplc2005/BPL_PP_04-05-05.ppt}、今後の動向が注目される。FCCの方針で特徴的なことは、周波数帯域は1.705M〜80MHzと広く、また中低圧の配電線を想定していることである{http: //hraunfoss.fcc.gov/edocs_public/attachmatch/FCC-04-245A1.doc　参照}。なお日本での議論は、短波帯かつ低圧線に限定されている。
  • 関連ベンチャ
    • グーグルやゴールドマンサックス社が出資：カレント・コミュニケーションズ・グループ
      
  • FCC-04-245A1.docの概要
    • 15.3(gg)　In-House Broadband Over Power line (In-House BPL).  A carrier current system, operating as an unintentional radiator, that sends radio frequency energy to provide broadband communications on frequencies between 1.705 MHz and 80 MHz over low‑voltage electric power lines that are not owned, operated or controlled by an electric service provider.

      • <!--[if !supportLists]-->General Emission Limits.  Consistent with our stated intention to proceed cautiously in authorizing BPL systems, we proposed in the Notice to continue to apply the existing radiated emission limits for carrier current systems used as unintentional radiators, as set forth in Section 15.109(e) of the rules, to Access BPL systems.　（注：In-house BPLについての記述はない）

        • (e) Carrier current systems used as unintentional radiators or other unintentional radiators that are designed to conduct their radio frequency emissions via connecting wires or cables and that operate in the frequency range of 9 kHz to 30 MHz shall comply with the radiated emission limits for intentional radiators provided in Sec. 15.209 for the frequency range of 9 kHz to 30 MHz.
          
          • ------------------------------------------------------------------------
            

• As an alternative, carrier current systems used as unintentional radiators and operating in the frequency range of 525 kHz to 1705 kHz may comply with the radiated emission limits provided in Sec. 15.221(a).
  
• At frequencies above 30 MHz, the limits in paragraph (a), (b), or (g) of this section, as appropriate, apply.
  • (a) Except for Class A digital devices, the field strength of radiated emissions from unintentional radiators at a distance of 3 meters shall not exceed the following values: ------------------------------------------------------------------------
    

• 1)     <!--[endif]--> Distance corrections are to be made in accordance with Section 15.31(f) of the Rules.

  • (1) At frequencies at or above 30 MHz,　the results shall be extrapolated to the specified distance using an extrapolation factor of 20 dB/decade
  • (2) At frequencies below 30 MHz,　the results shall be extrapolated to the specified distance by either making measurements at a minimum of two distances on at least one radial to determine the proper extrapolation factor or by using the square of an inverse linear distance extrapolation factor (40 dB/decade).
• 以上から、In-House BPLに対する規定値は、以下のとおり

• IEEEも標準化委員会を発足している{IEEE P1675, http://standards.ieee.org/announcements/pr_p1675.html}。
• 
  
• 電力線をアンテナとして見た場合の利得について（cf.電力線搬送通信における電磁界干渉及び電磁環境両立性に関する研究、武藤、真鍋、森本、March 2002）
  • 電柱トランス直下にＰＬＣモデムを置くことを想定する場合：<-22dBi 、平均は-35dBi程度
    • すべての方向に均等に電波が放射される仮想アンテナ(アイソトロピック)の場合、距離Ｒ地点での電界強度Ｅは、

    E=sqrt(30P)/R [V/m]

    ただし、Ｐはアンテナに供給された電力（[W], この場合は、10dBm）、R=30m. 値を代入すると、E= 85.2 [dBマイクロV/m]。（cf. アンテナハンドブック、ISBN4-7898-1025-9, p.281）

    • この値との差分が、dBi値として示されている。
      
  • 屋内の場合：<-40dBi (?) 、平均は -55dBi程度
    • 参考文献の接地しない場合に相当
    • 屋内の場合は、接地点からは通常十分遠いと見てよい（？）
      • 接地アンテナの場合：”アースリードの長さが、使用周波数のλ/8以上になると、その部分のインピーダンスが高くなり、接地効果が全然失われる”（cf. アンテナハンドブック、ISBN4-7898-1025-9, p.307,R下から11行目）、ことが知られているため
    • 接地点からは通常十分遠いと見なせない場合は、電力計のところにでも、ブロッキングフィルタを入れればよい
• 電波天文との離隔距離について (屋内PLCの場合) : cf. Sharing Studies Between the Radio Astronomy Telescopes and the Power Line Communication Systems in the HF Region Masatoshi OHISHI1, Junichi NAKAJIMA2 and Munetoshi TOKUMARU3, ISPLC2003, pp.281-285.
  1. the transmitted field strength at a distance of 30 m, E
  • E = sqrt(30 Gt P) / d

  　=sqrt(30 *-40dBi * -60dBm/Hz*(13.41MHz-13.36MHz)) / 30m

  ただし、電力線をアンテナとして見た場合の利得は、<-40dBi。

  OFDM送信機出力：-60dBm/Hz (室内Parsonal Area Networkを想定)。

  =12.9μV/m [@13MHz band]

  2. Then the field strength is converted into power, Pr = E ・ - 20log f ・- 167.2, where Pr (dBW), E (dBμV/m)) and f (GHz)=13.385 / 1000.

  Therefore the received power by a radio astronomy antenna with the gain of 0 dBi is given as,

  Pr = E - 20log f ・- 167.2

  = [20 log10(12.9) - 10] -20 log10 (13.385 /1000) ・- 167.2

  ただし、建物の壁によるシールド効果を10dB　と仮定　 (CISPR準拠)

  =-117.5 dBW [@13MHz band]

  3. Propagation loss beyond 30m from the transmitter:

  The free-space propagation loss between isotropic antennas, Lbf (dB), is given as follows:

  Lbf ＝ 32.4 + 20 log f + 20 log d , where f is the frequency in MHz, and d is the distance between the RAS antenna and the PLC system in km.

  Lbf ＝ 32.4 + 20 log10(13.385) + 20 log10( d ) .......(eq.4)

  4. the received powers are much higher than the interference criteria harmful to the radio astronomy antennas, -185 dBW (13MHz) . Now we can calculate the separation distance, d,

  Lbf = -117.5 - (-185) = 67.5 (dB) .........(eq.5)

  5. (eq.4)　と (eq.5)を比較して、d を求める

  32.4 + 20 log10(13.385) + 20 log10( d )　 = 67.5 であるから、

  d= 4.25 km　（なお、参考文献の仮定では、424km）

• 高速電力線通信推進協議会, 関西電力などが高速電力線通信の団体発足　 [2003/03/03]　　　〜電磁波漏えい防止に技術基準〜
• EMC/EMI関連

• 海外でのフィールドテストの状況 （cf. 海外の電力線通信の事情と、ビジネスの立場から, 後藤　健 （松下産業機器株式会社 電力システムビジネスユニット 産業ネットワークシステムグループ））
  • 韓国　http://www.xeline.com/english/contents/business/index.php? file=biz2#
  • ブラジル　http://www.cemig.com.br/release/release_dezembro01.htm　（2Mbpsのサービス）
  • スペイン　（DS2社）　http://www.sei.co.jp/sn/2002/04/04.html}
  • シンガポール　（SP Telecom社）　http://www.spower.com.sg/spt/faq.htm#top　
  • ドイツ　{MVV社と M@in.net Communication社とのベンチャ会社が、Mannheimで商用サービス。. 2Mbps｝　
    • http://www.zdnet.com.au/newstech/news/story/0,2000025345,20217627,00.htm
    • http://www.mvv-business.de/de/pub/powerline.cfm
• 関連keyword( html | xls )
• ADSL　
  • 　「DSLスペクトル管理の基本要件」に関する報告書（案）に対する JARLの意見。
    【骨子】 2.2MHz までを使用する ADSL方式からアマチュ無線に対する干渉対策として、 ITU-R勧告案に従い、 1.81MHz 〜2MHz の周波数については DSL伝送方式のスペクトルを− 80dBm /Hz以下にし干渉を及ぼさないよう配慮されたい。　平成15 年6月２日
    • ＩＴＵ−Ｔでアマチュアバンド
      の保護値を-80dBm/Hz以下と設定しているため
  • TTCのスペクトル管理標準
• 電子機器用ワイヤ・ケーブル概論 (電子機器用ワイヤ・ケーブルの基本をまとめたもの)
  
• 電力会社のインターネットアクセスサービス
  • 関西電力株式会社, ＩＴＲＡＮ社」, 松下電工との合弁会社, 「ラインコム株式会社」
    
  • 電力の自由化によって経営の多角化を迫られた電力会社は，自社の持つ光ファイバー網と電柱を使い，広帯域インターネット接続事業を進めようとしている。東京電力が参画しているスピードネットがその先駆けといえるが，北海道電力や九州電力など幾つかの電力会社は，各家庭に引き込まれている低圧配電線（宅内のコンセントに繋がる電灯線のこと）の活用も検討中だ。

  電力会社の多くは，電気設備の管理に利用するために光ファイバー網を構築している。嘉村氏によると，九州電力も既に総延長5000〜6000キロの光ファイバー網を所有しているという。最近，福岡市と北九州市で敷設作業が終了し，「70〜80万世帯をカバーできる」（嘉村氏）状態だ。また，2001年度には県庁所在地級の都市に，さらに 2003年頃までには10万人レベルの都市へネットワークを拡大する予定であり，総延長距離は約2万キロに及ぶ見込み。「2003年には350万〜400 万世帯をカバーする光ネットワークが完成する。これは，全体（九州電力のサービス地域）の60％弱にあたる」（嘉村氏）。

  • 東京電力 （10 EPCos) from "TEPCO ILLUSTRATED 2001"2000.3.31, "数表で見る東京電力　平成１３年度版"
    • 電柱　5,466902本　(20,357,354)
    • トランス　2,08,415 ヶ (9,540,886)
    • 電力ケーブル埋設率
      • 8.8 % (4.8%)
        • うち　東京23区　43%
          • うち　中央区、千代田区　85.2%
• ヨーロッパのPLC事情（PALASの資料、keywords:NB30）
• 共存問題
  • inariの提案
• HF PLC/PLT
  • CISPR、 VCCI、電取、FCC、ENとの関係
  • CISPR Pub.22で定める10m法ー３m法変換式
    • 電技審答申（CISPR22-1997準拠）情報技術装置の妨害特性の許容値及び測定法
      • CISPR22のITE class B (住宅環境）で定める住宅環境とは、当該装置から10m以内の範囲において、ラジオ放送受信機およびテレビジョン放送受信機を使用することが予想される環境
      • 30MHz〜230MHz: 準尖頭値30dBマイクロV/m (@10m)
  • Fenton,D. and Brown,P., ISPLC2001,pp.161-167.
    • FCC part 15
      • in residential areas, considered to be class B

• FCC part15, § 15.109
  • range of 9 kHz to 30 MHz, shall comply with the radiated emission limits for intentional radiators provided in § 15.209

    Frequency (MHz)	Field strength (uV/m)	Measurement dis-tance (meters)	電界強度が距離の２ 乗に反比例すると仮定して、測定距離３ｍ に換算 (cf. 電力線搬送通信設備に関する研究会報告書, 47CFR15.31(f)(2) ) 69.5dBmV/m
    1.705‐30.0	30(uV/m)=29.5dBuV/m	30
    30-88	100 uV/m =40dBuV/m	3

		ClassB, Quasi-Peak
		CISPR Pub.22		FCC
	微弱無線	30MHz以下（注）	30M-230MHz	1.705 - 30MHz	30-88MHz
@3m	54.0dBuV/m	（変換値：　 45.5dBμV/m =[35+20(1-log10(3))], 20 dB/decade を使用)	（変換値：　 40.5dBμV/m =[30+20(1-log10(3))], 20 dB/decade を使用)	(変換値 69.5dBuV/m, 40dB/dec を使用）	40dBμV/m
@10m		都会、市街地、田園地方のいずれの場合も、３５dBμV/m	30 dBμ V/m	(変換値 48.6dBuV/m, 40dB/dec を使用）	（変換値：　29.5dBμV/m@10m(20 dB/decade)を使用)
@30m		--		29.5dBuV/m

    (注）CISPR２２には規定はないが、通信ポートの伝導妨害波許容値を規定する際の根拠値を使用

• 通信ケーブルから放射される妨害波の電界強度許容値長波および中波の振幅変調（AM）放送サービスを妨害波から保護するために必要な、通信ケーブルから放射される妨害波の電界強度許容値
  

距離換算の方法 （ＦＣＣ　47CFR15.31(f)）

(1) At frequencies at or above 30 MHz,

When performing measurements at a distance other than that specified, the results shall be extrapolated to the specified distance using an extrapolation actor of 20 dB/decade (inverse linear-distance for field strength measurements; inverse-linear-distance-squared for power density measurements).

(2) At frequencies below 30 MHz,

when performing measurements at a closer distance than specified, the results shall be extrapolated to the specified distance by either making easurements at a minimum of two distances on at least one radial to determine the proper extrapolation factor or by using the square of an inverse linear distance extrapolation factor (40 dB/decade).

• 電力線搬送通信設備に関する研究会, 平成１４年４月２３日, 総務省
  • 報告書　（Ｈ１４年7 月）
    • 概要と考察
  • 速記録
• 電力線搬送通信設備に関する規制緩和
  
  　電力線搬送通信設備は原則としてその設置に際し総務大臣の許可が必要とされていますが、総務大臣の指定を受けた型式に属する設備を設置する場合には、許可を不要としています。
  　この指定を受けるための条件としては、他の通信への妨害を排除するための条件の他に、通信方式等当該通信設備が確実に通信を行うことができるための条件を定めているところですが、前者以外の条件は削除することにより、通信方式等の多様化に対応可能とし、新たな技術等により開発される電力線搬送通信設備について、その型式が容易に総務大臣の指定を受けることができるようにするものです。併せて、受信のみを目的とする電力線搬送通信設備については設置許可を不要とするものです。
  
  
• アマチュア無線家の意見
  • 電力線インターネット＝電力線搬送通信について考えるページ
  • ドイツ、DARC（Deutscher Amateur-Radio-Club e.V.)
  • 規制緩和がもたらすノイズ
  • 資料庫（jg1rvn）
  • 電灯線インターネット掲示板
  • 電力線搬送通信に関する公開実験報告書
  • 電力線搬送通信（PLC）ARIB／JARL合同実験報告書
  • 武藤さん
    • Campaign against Power Line Communications. operating in HF Bands. August 2002.
      Cosy MUTO, JH5ESM,. Ph.D. JARL Technical Board on Electromagnetic Environment
  • 架空電線で実験
  • アマチュア業務に有害な混信 : 微弱な通信（DX,QRP等）
    • 許容可能なレベル：ITU-R勧告p.372-6「静穏な田園地帯」の人口雑音電界強度以下：-15〜-23dBμV/m以下　＠3kHz BW　＠電力線からの離隔距離３ｍ

• 短波放送の放送計画上許容可能なレベル 
  • 短波ラジオ：3.5dBμV/m以下＠線路から1.5mの距離において  
  • 通信型受信機：-7dBμV/m以下＠3mの距離

• 電力線を使用する電力線搬送通信設備の指定基準の見直し、経団連、１９９８年

  • 根拠　FCC 　part 15、Sec. 15.109 . 30m法 30μV/m 

  
  

• 通産省電気事業法＜電気設備に関する技術基準を定める省令＞関係

低圧構内配線に関して、電力と情報の複合ケーブルは禁止
高山省吾,電力線データ通信を規制する電波法--通産省令にも注意,日経エレクトロニクス, 1998.8.24, pp.139--145

第35条　高周波利用設備の障害の防止


• 他の高周波利用設備に障害を及ぼす恐れがある場合には、これを防止するように施設しなければならない

電気設備に関する技術基準の細目を定める告示：第１２条の２

• 他の高周波利用設備に漏洩する高周波電流の許容限度は、-30dBm

(-30dBのブロッキングフィルタを設置する必要がある、ということ　　）

MPT(Ministry of Posts and Telecommunications) permitted the modulation method used in Echelon PLT-22.

電波法施行規則第46条；特別搬送式デジタル伝送装置の型式指定に位相変調方式を追加

MPHPT (the Ministry of Public Management, Home Affairs, Posts and Telecommunications, Japan )

RADIO LAW (PDF)

電波法関係（微弱無線局、高周波利用設備、電力線搬送、誘導式無線）

漏洩電界、放射電界の整理

regulation for high speed power line communication

cf. The Ministry of Posts and Telecommunications, Final Report of the Study Group for Power Line Communications, July 1986.

日本国周波数分配表 [表] | Frequency Allocation Table of Japan

Coupling Choices

Phase Coupling for Power Line Communications
  * phase coupling loss
    * Evaluating Power Line Environments Using the Echelon PLCA-22 Communication Analyzer 

characteristic impedance (Zo) of the wire

PSK modulation of Echelon PLT-21 is better than DS/SS mod. of PLT-10A ?

Japanese Activity

九州電力、高速インターネット実験ホームぺージ

総務省(MPT)

Echonet

OpenPLANET: 毎日新聞2000.11.1四国面

General References

PLC

ISPLC

tutorial

by TSUZUKI

Residential Communication, Home network

Bluetooth

屋内高速ネットワーク開発の現状

OSGi （ホーム・ゲートウェイAPI 仕様策定）

Echelon Corp.資料

MicroSoft: Home networking　Simple Control Protocol (SCP)

コー ンズ・ア・/A>塔h・カンパニー・リミテッド資料

VNA

情報処理学会、第・/A>T９回（平成１１年後・/A>�） 全国大会, 特別・/A>Zッション〔4B・/A>・黶l （9月30・/A>�（ 木）9：00〜11：00）,情報家・ /A>d とホー・/A>ネットワーク、情報家電用ソフトウェア,　・ /A> ﾀ長　小川　克彦（NTT）, 岩手県立大学

CSMA/CA

Medium Access Control of Wireless LANs for Mobile Computing, Kwang-Cheng Chen

IMEC

IEEE802.11a and ETSI Hiperlan-II committees have drafted standards for broadband multimedia indoor communication in the 5 GHz band based on orthogonal frequency division multiplex ( OFDM) communication.

Amitava Dutta-Roy, ``Networks for Homes,''IEEE Spectrum, December, 1999, Volume 36,Number 12

網電 Networked Appliances ・/A>､究会

2000.6.13資料

Fig: related standards

• HomeRFtutorial
• Smart homes
• Home Toys　Paul W. Shumate,Networking comes homes
  existing in-home telephone wiring based
  Subra Dravida, Dev Vrat Gupta, Paiman Nodoushani, Residential Voice LANs
  
• Globecom98 TU13 : Introduction to CDMA ALOHA by Prof.T.Yamazato
• CSMA/CA
  INTAP
  CSMA/CA (with Ack)
  
• マルチメディア対応住宅システム
  
• IPCF(International Powerline Communication Forum)
• HPA: HomePlug PowerlineAlliance (HomePlug)
  • INTERNATIONAL JOURNAL OF COMMUNICATION SYSTEMS, Int. J. Commun. Syst. 2003; 16:(in press) (DOI: 10.1002/dac.601)
    HomePlug 1.0 powerline communication LANs　protocol, description and performance results
    M. K. Lee1,n,y, R. E. Newman2, H. A. Latchman1, S. Katar3 and L. Yonge
    
  •  field trials conclude(05/08/2001)

• IPF(International Powerline Forum)
  related conference