電力線搬送通信

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PLC使用風景

電力線搬送通信（でんりょくせんはんそうつうしん）は、電力線を通信回線としても利用する技術。電力線通信、PLC（Power Line Communication）、PLT（Power Line Telecommunication）とも呼ばれる。

概要

PLC本体

電力線を通信回線としても利用する技術。 450kHz以下の周波数を用いるものを低速PLC、2-30MHzを用いるものを高速PLCと呼ぶこともある。 10kHzから450kHzまでの周波数を用いた製品のデータ通信速度は、9600bps程度である。 日本での電力線搬送通信については、2006年10月に総務省が、屋内に限り2MHzから30MHzの周波数使用を認める項目を追加する省令改正をしたのを受けて、2006年12月から高速電力線通信対応製品が流通している。

電力線はもともと高い周波数の電気信号を流すことを想定していないため、電力線搬送通信による漏洩電波が短波帯を利用する無線通信等や医療機器に影響を与える可能性があると指摘されている。

変調方式

電力線搬送通信に用いられる変調方式として以下の物が使用されている。

直交周波数分割多重方式（OFDM方式）
詳細は「直交周波数分割多重方式」を参照
スペクトラム拡散変調方式（SS方式）
詳細は「スペクトラム拡散」を参照

ネットワーク構成

電力線搬送通信機器は、「有線LAN－電力線－有線LAN」という経路の中継器（ブリッジ）として機能するモデムである。電力線通信は、機器を既存のコンセントに挿すだけで簡単にネットワークを構成できる。

通信規格

日本国内において利用可能な高速電力線通信機器の規格は以下のとおり。

HD-PLC
CEPCA（CE-Powerline Communication Alliance）という団体で作られた規格で、同団体の中心的存在でもあるパナソニックの登録商標（日本第4926446号）。変調方式にはWavelet OFDM/PAM、メディアアクセス制御方式はTDMA・CSMA/CA、暗号技術にはAES 128bitを採用している。親機が電源OFFの場合、全機器が通信不能となる。
使用周波数帯は4～28MHz。最大物理速度（PHY）は210Mbps、試験装置で測定した実効速度は最大90Mbps（UDP）及び65Mbps（TCP）。通信距離最大屋内200m[1]。
ラジオNIKKEIとアマチュア無線で使用する周波数帯全域にノッチをかけている。フレキシブルノッチであるが、ユーザーは任意にノッチ周波数を変更できない。
HomePlug AV
詳細は「HomePlug」を参照
UPA
スペインDS2が中心となって設立したUPA（Universal Powerline Association）という団体で作られた規格。変調方式にはWindowed OFDM/QAM、メディアアクセス制御方式はトークン・バス、暗号技術には3DES 168bitを採用している。親機・子機は自動設定であり、親機が電源OFF等で通信できなくなった場合は、子機1台が親機に昇格することで、通信の継続が可能である。
使用周波数帯は2～30MHz。最大物理速度（PHY）は190Mbps、試験装置で測定した実効速度（TCP）は最大55Mbps。通信距離最大150m。

現在、それぞれの通信規格に互換性がなく、同じ電力線で混在させると互いにはノイズ源でしかないため使用には注意が必要である。メーカー側でも販売の障害となるため、ソニー、パナソニック、三菱電機が中心となってCEPCA（セプカ、Consumer Electronics Powerline Communication Alliance）という団体が設立され、米国電気電子技術者協会（IEEE）において乱立する規格を収束させ互換性を持たせるため、「IEEE P1901」の名称で電力線通信（PLC/BPL）のメディアアクセス制御方式（Media Access Control）と物理層（PHYsical Layer）の標準化を進め、規格の共存を目指す提案をしている。この提案には、CDCF信号というモデム間での割り当て時間を決める技術が含まれる。

CDCF信号
交流電源に毎秒100回または120回存在するゼロクロス点、つまり交流100Vのプラスからマイナスに変わる0Vの瞬間ごとに、再同期信号、動的スロット要求、スロット使用要求、モデム使用状況通知、存在通知などをCDCF（Commonly distributed coordination function）信号として互いに交換することで、続く時間に分割された複数のタイムスロットを適切に各モデムへの送信時間として割り当てる技術である。

電力線通信の利用形態

ブロードバンド通信利用としての電力線通信

ブロードバンド通信として屋外電力線を使用する高速電力線搬送通信はBPL（Broadband over Power Lines）と呼ばれている。当初（2002年）日本においても、電柱から建物内へのブロードバンド通信の引き込み線として既存の電力線を使用する形態での利用が考えられていたが、電力線からの漏洩電磁波レベルが大きいことから実用化は見送られた。

屋内における電力線通信

日本国内での電力線通信は屋内利用に限られているが、有線LAN（イーサネットケーブル）や無線LANと共にLANを構築する要素技術の一つとなっている。 一般家庭向けの製品や、ビルや集合住宅内、工場内で回線を引き回す用途として、各社から製品が販売されている。

実用化の経緯

屋内において2MHzから30MHzまでの周波数の搬送波により信号を送受信する電力線搬送通信（広帯域電力線搬送通信）を実用化するにあたり、総務省の「高速電力線搬送通信に関する研究会」[2]「情報通信審議会」[3]「電波監理審議会」[4]での審議を経て、屋内利用に限って規制緩和が実施された。それぞれの審議状況については以下のとおり。

高速電力線搬送通信に関する研究会

2005年1月31日から同年12月22日までの間、屋内利用を前提に高速電力線通信機器と既存無線利用（アマチュア無線・短波放送など）との共存条件を検討するため、12回開催された。 最終報告書において「機器が発生するコモンモード電流は、周波数2メガヘルツから30メガヘルツまでの範囲において、コモンモードインピーダンス25Ω、線路の平衡度（LCL）16dBのインピーダンス安定化回路網（ISN）を用いて帯域幅9キロヘルツで測定したとき、30dBμA（準尖頭値）以下であること」との許容値案が示された。

情報通信審議会

2006年1月23日から同年6月29日までの間、高速電力線搬送通信設備に係る許容値及び測定法について審議され

  • PLCを利用している設備から10m（田園環境では30m）離れた地点で周囲の雑音レベル以下になること
  • 建物の遮蔽によって電磁波が減衰する効果も見込む
  • あらゆる家屋のうち99%の家屋で漏洩電磁波強度が周囲雑音以下になること

等漏洩電磁波を周囲の雑音以下にする答申「PLC機器が発生するコモンモード電流は、2MHz～15MHz ：30dBμA（31μA）、15MHz～30MHz ：20dBμA（10μA）」の許容値案が示された。なお､この際に仮定された周囲雑音レベルは､2MHz～15MHz ：28dBμV/m、15MHz～30MHz ：18dBμV/m であった。

電波監理審議会

2006年7月12日から同年9月13日までの間、「電力線搬送通信設備の技術基準等の整備のための、無線設備規則の一部を改正する省令案」の審議が行われ、「高速PLC設備の設置申請が個別にあった場合は、慎重に審査すること」「万が一混信が生じた場合には、迅速に対応できる体制の整備に努めること」「漏洩電波に関して、国際規格などが改定された場合には、必要に応じて技術基準を見直すこと」の付帯条件を付して、改正省令案が妥当であると答申した。

このような経緯を経て2006年10月4日、「無線設備規則の一部を改正する省令」「電波法施行規則の一部を改正する省令」が公布され、同日付で施行となった。

課題と問題点

日本国内における電力線搬送通信（PLC/BPL）の実用化にあたり、推進派と非推進派間で下記の点についての主張がなされている（BPL 2002年～、PLC 2005年～）。

漏洩電磁波の問題

問題の技術的背景
電力線は高周波を重畳することを想定してはいなかった。このため、電力線に高周波を重畳すると、電力線がアンテナとして作用して漏洩電磁波が発生する。またその周波数が短波帯の電波と重なるため、短波ラジオ、アマチュア無線、非常通信用無線などの無線通信、電波天文学などに影響が出る可能性がある。
このような現状から、PLC推進派（PLC推進団体・企業）と既存の短波利用者を中心としたPLC非推進派（短波放送聴取者・アマチュア無線家）間で、未だに論争が絶えない。
漏洩電磁波の実証実験
日本国内では、2004年1月に高速電力線搬送通信設備を用いた際の電灯線からの漏洩電界低減技術確認のための実証実験制度が導入された後、PLC推進派企業などによって実証実験が行われ、高速電力線搬送通信に関する研究会において、自主的な目標であった微弱無線の許容値（54dBμV/m @ 3m）を満たすことが報告されたが[5]、同研究会構成員からも「微弱無線レベルを下回っているからいいとは言えないのではないか」との意見も出され[6]、さらに、「これらの実験環境は、建物が密集した都市内の住居等の利用環境とは異なっており、漏洩電界を低減するためモデムの改良や通信方式の工夫などが実際の利用では生かされないのではないか」との批判が一部のPLC非推進派からなされている。審議を経て許容値が決められたものの、この許容値を満たしたPLCモデムを屋内電力線に接続した場合に想定通りに99%の家屋で漏洩電磁波強度が周囲雑音以下になることを確認する実験は行われなかった。
市販されているPLCモデムを屋内の電力線に接続したところ、環境雑音を約30dB越える漏洩電界が測定されたとの報告もある[7]。
2003年に日本アマチュア無線連盟よりBPLの漏洩電磁波による無線通信への影響について懸念が表明されている[8][9]。
2007年に日本アマチュア無線連盟より、全てのPLC機器にノッチを設けることを義務づけるように活動を行う必要性がある旨の方針が示されている[10]。
非常通信用周波数[11]への影響
非推進派の一部は、影響を受ける帯域の中に非常通信用の周波数も含まれている点を特筆すべきと主張している。
推進派は、非常用の周波数をPLCの影響から保護する技術（フレキシブルノッチなど）は存在している為、非常通信用の周波数を理由にPLC自体に反対することには無理があると主張している。
電波天文観測への影響
日本天文学会は2002年に総務大臣に対し懸念を表明した[12]。
周波数利用に関する問題
アマチュア無線等無線通信設備が近傍にある場合、電波の影響を受け、PLCの通信速度が低下するが、高周波利用設備であるPLC機器利用者には、電波法上無線通信に対する優先権がない（免許を受けて運用される他の無線設備からの有害な混信を受忍しなければならない）。
他の通信機器との相互干渉が発生する可能性
VDSLは通信線が異なるものの3MHz以上の周波数帯も利用するため、PLC機器とVDSL機器を至近距離（概ね10cm以内）に設置すると、機器同士の相互干渉が発生する可能性がある[13]。

通信信号に関する問題

通信速度低下の要因とその対策に関わる問題点
各機器が同一帯域内を利用するバス型トポロジーであるため、無線LANと同様に、同一帯域内に沢山の機器を接続すると通信衝突（コリジョン）が起こる可能性が増加し、これを回避するための平均遅延時間、つまりデータ通信ができない時間が上昇する（CSMA/CA参照）。
また、電力線には様々な家電機器を接続するため、この稼働状況（ドライヤー、掃除機等のモーターを使用する機器や携帯機器の充電器等）によっては、PLC機器の通信に悪影響を及ぼし、通信速度低下の要因となる場合があり、仕様上の最大実効通信速度を得るのは難しい。メーカーでは、これらの機器をコンセントに接続する際は、ノイズフィルターを使用することを推奨している[14]。
PLC機器は通信速度の低下を理由として、雷サージ対策・PLC非対応ノイズフィルター付テーブルタップ経由での接続、無停電電源装置（UPS）経由での接続を推奨しておらず、PLC機器を直接コンセントへ接続することを推奨している。このため、PLC機器にバッテリーが搭載されていない場合は瞬間停電時の通信維持対策が取れない場合があるほか、PLC機器への落雷対策が取れず、不都合が生じる場合がある。
また、家庭内電力線（単相3線式100V配線）はL1相・L2相からなるため、L1相に接続された電力線（コンセント）とL2相に接続された電力線（コンセント）間の（異相間）通信の場合は、同相間の通信に比べて信号が減衰し易い性質があり、この場合、仕様上の最大実効通信速度を得るのは困難であり、また、別系統の配電盤を利用している等のケースの場合、状況によっては通信が出来ない可能性がある。
転送速度と使用環境
転送速度を低下させる要因
  • 異なる規格のPLCを使用する
  • 交流配線の異相側につなぐ
  • ノイズ・フィルター付きテーブルタップにモデムを接続する
  • ノイズの発生する機器を同じ配線で使う
    • ドライヤー、調光機能付き照明、冷蔵庫、掃除機、電子レンジ
  • インピーダンスが低いためにPLCの信号を吸い取る機器を同じ配線で使う
    • 携帯電話充電器
精密機器・医療機器に対する誤動作への懸念
PLCのコモンモードノイズにより、医療器具や精密機械への致命的な誤作動を生じさせる可能性が懸念されており、特に医療機器（心臓ペースメーカーや、心肺維持装置）への悪影響が生じるリスクは皆無ではないことから、厚生労働省が安全性への通達を出している。[15]
PLC同士の相互干渉
PLCの発生する信号は近距離ならば配電盤を越えて伝わるため、集合住宅内で使用した場合、配電状況によっては近隣の部屋に影響を及ぼす可能性がある[16]。この際、相互に影響を及ぼす範囲の部屋で複数系統（同方式、異方式を問わない）PLC機器を使用した場合、帯域を相互に食い合うために速度が低下する可能性が指摘されている。特に異なる方式のPLC機器を用いる場合、お互いにノイズ源となるため、通信速度が落ちる、あるいは、通信が不能になることが指摘されており、実際、製造メーカーの広告においても同種の注意がなされている場合がある。

法律上の問題点

行政訴訟中・再審理中であることについて
2006年12月7日、アマチュア無線ユーザーと短波ラジオリスナーの一般市民114名が総務省にPLCの解禁やメーカーへの事業認可の取り消しを求めて行政訴訟を起こし、係争中である。
さらに訴訟とは別にアマチュア無線家等115名は2007年1月15日に、他の無線通信機器や電気製品（家庭用の医療機器など）への影響の検証が不十分だとして、総務省によりPLC機器に対して交付された型式指定処分に対する異議申立てを行い、電波監理審議会で審理が進められている。
認可取り消しについて
2007年10月4日付けの官報(第4681号)で総務省は複数の型式指定を取り消した。「広帯域電力線搬送通信設備の型式の指定を取り消した件」(総務省告示第558号)である。認可取り消しとなったのはロジテック社のLPL-TXをはじめ、三菱電機の5種、ネットギアインターナショナル日本支社の1種、ネッツエスアイ東洋の11種の、合計18種である。
その後も型式指定取り消しの官報公示は増え、合計25種となった。いずれの告示でも型式指定取り消し理由は公表されていない。
停止命令を受ける可能性について
PLC機器の信号電力は数十ミリワットであるが、短波放送、航空無線、海上無線、アマチュア無線、電波望遠鏡など機器の近傍でPLC機器を使用したことにより、これらの無線設備の業務に対して継続的かつ重大な妨害を起こしていると確認された場合には、電波法により使用停止命令を総務大臣名で総合通信局より命じられる可能性がある。
しかしPLC機器は屋内で使用されるため、PLC機器を使用したことによりこれらの無線業務に妨害が起きたことを立証することは困難である。

問題点の告知における課題

  • 法令により、PLC機器の使用は屋内に限定されていること
  • 既存の電力線を利用して通信を行うため、他の家電製品に影響を与えたり、受けたりすることがあること
  • 家電製品には電気ノイズを発生するものがあり、PLC機器の通信速度低下の要因になること
  • 医療機器の近くで使用をしないこと
  • 無線通信設備の近傍で使用した場合、業務の妨害となる可能性があり、法令に基づき使用中止を命じられる可能性があること
  • 無線通信設備の近傍で使用した場合、それらの無線通信設備からの送信電波により、PLC機器に通信速度低下などの現象が発生する可能性があること
  • また、上記のような不利益を被っても保護の対象とならないこと
  • 集合住宅等においてPLC機器同士の相互干渉により通信速度低下の要因になること

日本以外の状況

ナローバンドPLCによる家電製品の制御としてはX10が1970年代からあり、欧米で使用されている。家庭用PLC機器は、2000年前後から欧米を中心に流通している。

PLCを利用したブロードバンド回線であるBPL（Broadband over Power Lines）は、電磁環境に及ぼす悪影響への懸念に対する配慮から、小規模な試験サービスや地域限定での商用サービスにとどまっている。

米国では、アメリカ無線中継連盟（ARRL）が数回にわたり陳情を出し、2004年10月に連邦通信委員会（FCC）に通信との干渉対策として、利用可能な周波数帯域を80MHzまで拡大した規制緩和が行われ、地域ごとに既存無線局と干渉しない周波数帯を利用できるようにした。その一方で、既存の無線通信への影響を避けるために電力線搬送通信装置のデータベースへの登録義務を定め、BPLの使用禁止周波数、使用禁止地域などの措置を新規に採用した[17]。日本のように都市部に人口が集中しブロードバンドサービスが広く普及しているのとは異なり、土地が広いアメリカなどにおいては、基地局から各家庭の近くまで光ファイバー等の通信網を張り巡らせ、変圧器などの装置から家庭までの最後の数mから数十mまでの短い距離を電線で搬送するタイプのBPLが用いられる。

欧州の場合を述べる。スウェーデンでの実証実験では、手軽に利用できるという肯定的な意見がある一方、家電製品の使用状況によっては通信できない場合もあるため使いづらいという否定的な意見も出ている。2003年にまとめられたECCレポートにおいて、電力線からの漏洩電界がCISPR22 ClassBだとしても大きな干渉問題を引き起こすことが指摘された[18]。その後、2004年から2008年までOPERA（Open PLC European Research Alliance）というプロジェクトがEUの「PLCフォーラム」の支援下でBPLの商用化研究を推進している。

NATO軍(北大西洋条約機構)の研究技術機構(RTO)は技術報告を公表し、その中で英国やドイツでの実測値を基に、1970年代の米国での測定に基づくITU-R勧告P.372-9に示された環境雑音の値は欧州ではいまだ適切であること、無線通信やCOMINT(Comminication Intelligence；通信傍受による情報収集)の確保のためには、同勧告の"Quiet Rural"(静穏な田園地域)の値より1～10dB低いレベルでの規制が必要なこと、PLTはxDSLに比べ多大な混信問題を引き起こすことなどを主張し、絶対防護要求はPLCからの漏洩電界強度として-15dBuV/mであるとしている[19]。

韓国では、漏洩電界による規制値を定めた上で短波帯電力線搬送通信の利用が解禁されている。アマチュア無線バンドについては屋内外共にPLCの使用が禁止されている。同様に、航空無線用の周波数は屋外に限ってPLCが使用できない周波数に指定、漁業無線局の近傍ではPLCは漁業無線用周波数を使用することができない。

推進の立場から

反対の立場から

評価実験

脚注

  1. ^ PLCアダプターラインナップ比較表
  2. ^ 総務省高速電力線搬送通信に関する研究会
  3. ^ 総務省情報通信審議会
  4. ^ 総務省電波監理審議会
  5. ^ 総務省高速電力線搬送通信に関する研究会（第1回）資料1-4
  6. ^ 日経コミュニケーション　2005年1月31日
  7. ^ 住宅環境における屋内広帯域電力線搬送通信からの漏洩電界とコモンモード電流の測定 I（電子情報通信学会）
  8. ^ PLCについて（日本アマチュア無線連盟）
  9. ^ アメリカ無線中継連盟による警告ビデオ（18.2MiB MPEG-1 英語）
  10. ^ 日本アマチュア無線連盟による市販PLCモデムの評価実験について
  11. ^ 非常時の総務大臣の措置（総務省電波利用ホームページ）
  12. ^ 電力線搬送通信が低周波電波天文観測にもたらす有害干渉への懸念 2002年7月8日 - 日本天文学会
  13. ^ ソフトバンクBBに聞く、PLCの課題と展望 - ITmedia +D LifeStyle
  14. ^ 快適にお使いいただくために～接続する電源コンセントについて～ - パナソニックPLCサポート
  15. ^ 広帯域電力線搬送通信機器による医療機器への影響に関する医療関係者等からの照会に対する対応について
  16. ^ 槻ノ木隆のNEW PRODUCTS IMPRESSION 松下電器産業「BL-PA100KT」 - BroadBand Watch
  17. ^ 議論が再開された電力線搬送通信、既存通信と共存の道は未だ見えず - MYCOMジャーナル
  18. ^ ECC REPORT 24 - ECC REPORT 24
  19. ^ HF Interference, Procedures and Tools

関連項目

ウィキメディア・コモンズには、電力線搬送通信に関連するメディアがあります。

外部リンク

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