專利名稱：電力線傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是信息的電力線傳輸(PLT， power line transmission )。 本發(fā)明特別應(yīng)用于、但不限于家庭中(PLT系統(tǒng)的"室內(nèi)"應(yīng)用)通過(guò)
電氣主接線(electrical mains wiring)以高比特率的多媒體(聲音和/或數(shù)據(jù))
信息的傳輸。
背景技術(shù)：
電力線傳輸技術(shù)采用電力分配網(wǎng)絡(luò)作為通信架構(gòu)來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)。它在 低頻電流(典型地在歐洲為50赫茲(Hz)或者在美國(guó)為60赫茲(Hz))上 疊加較高頻率的低能量信號(hào)。這個(gè)高頻信號(hào)沿著電力設(shè)備的線路(比如家中 的電氣主接線)傳播。當(dāng)它被相關(guān)電力設(shè)備的PLT接收器(也已知為調(diào)制解 調(diào)器)所接收時(shí)，模擬信號(hào)能夠被解碼為比特流，從而能夠在合適的裝置(比 如計(jì)算機(jī))上再現(xiàn)其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。這種調(diào)制解調(diào)器也包括用于處理冗余信息
(糾錯(cuò)碼)的部件使得信號(hào)對(duì)噪聲和衰減更健壯。
因此，這種技術(shù)可被用來(lái)在建筑內(nèi)(辦公樓、學(xué)校等)形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 這被稱為"室內(nèi)"應(yīng)用。
電力線傳輸能夠以高或低比特率實(shí)現(xiàn)。高比特率的電力線傳輸在一般從 1.6兆赫(MHz)延伸到30 MHz的頻率段中使用OFDM (正交頻分復(fù)用) 多載波調(diào)制。低頻的電力線傳輸一般使用從3千赫(kHz)到148 kHz的頻 率。
家庭(或者更常用"室內(nèi)")設(shè)備的電氣主接線組成了一個(gè)對(duì)于電力線 傳輸來(lái)說(shuō)非常困難的傳輸介質(zhì)。本專利申請(qǐng)的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由位于電力 設(shè)備的兩個(gè)插座(socket outlet)之間的電纜組成的傳輸通道的傳輸函數(shù) (transfer function)以某種不能預(yù)測(cè)的方式變化。因此，傳輸通道具有作為頻 率的函數(shù)而顯著變化的相位和幅值響應(yīng)。測(cè)量已經(jīng)證明了幅值響應(yīng)的振蕩在 0到-80分貝(dB)之間。
傳輸通道的傳輸函數(shù)的這些強(qiáng)烈變化具體是由相關(guān)電力設(shè)備上各種負(fù)
4載的準(zhǔn)隨機(jī)行為所導(dǎo)致的，比如連接到家中電氣主接線的家用電器。作為這 些家用電器的操作狀態(tài)(處于待機(jī)模式或者操作中)的函數(shù)，以及甚至在某 個(gè)插座上存不存在家用電器的插頭，傳輸通道的響應(yīng)也隨著時(shí)間可變。
作為傳輸通道的傳輸函數(shù)的這些強(qiáng)烈變化的結(jié)果，特定頻段隨著時(shí)間變 化遭受嚴(yán)重衰減，這意味著保證信號(hào)以高比特率無(wú)錯(cuò)傳輸是不可能的。
已知很多技術(shù)來(lái)補(bǔ)償通道傳輸函數(shù)的非理想性(imperfection)造成的傳 輸問(wèn)題。這些技術(shù)大部分是數(shù)字技術(shù)，并且通常依靠補(bǔ)償由傳輸通道的非理 想性所造成的損耗。
這些技術(shù)中的第 一個(gè)技術(shù)采用擴(kuò)頻(spectrum spreading )在比組成它的 一組頻率要寬的頻率段上傳輸信號(hào)，并且因此減少了一些傳輸通道衰減的有 害效果。在接收器，原始信號(hào)通過(guò)相關(guān)性而得以恢復(fù)。但是，該擴(kuò)頻技術(shù)的 缺點(diǎn)在于，它的效果僅限于以低比特率傳輸，并且因此不能應(yīng)用于以高比特 率的信號(hào)電力線傳輸。
第二個(gè)已知技術(shù)依靠調(diào)諧濾波器應(yīng)用均衡性來(lái)去除由通道造成的幅值 和相位的失真。但是，該均衡技術(shù)的缺點(diǎn)在于其非常復(fù)雜。
已4口的還有專矛J文4牛WO 01/69812 "Powerline Communications system,
Device" —種PLT通信裝置包括自適應(yīng)阻抗，其數(shù)值隨著傳輸條件的改變而 自動(dòng)適應(yīng)。通過(guò)阻抗轉(zhuǎn)換或者通過(guò)將電力線傳輸通道中的衰減偏移到不用于 傳輸數(shù)據(jù)的頻段，這種自適應(yīng)阻抗減小了電力線傳輸通道中的衰減的有害影 響。
該技術(shù)的缺點(diǎn)在于它需要實(shí)時(shí)估計(jì)電力設(shè)備的傳輸條件，以適應(yīng)裝置的 阻抗。這種評(píng)估由PLT調(diào)制解調(diào)器中的軟件實(shí)施。這種技術(shù)是可校正的，而 且不阻止干擾進(jìn)入電力設(shè)備。
這些方法都依賴于PLT調(diào)制解調(diào)器中信號(hào)的數(shù)字處理并且它們因此需 要調(diào)制解調(diào)層的軟件介入，這對(duì)于已經(jīng)安裝于電力設(shè)備中的PLT調(diào)制解調(diào)器 是一個(gè)問(wèn)題，其中可能難以升級(jí)軟件。
因此需要一種技術(shù)，代替補(bǔ)償由電力設(shè)備中的電力線傳輸通道的非理想 性導(dǎo)致的損耗，防止或者至少減少那些非理想性的出現(xiàn)。更精確地，需要一 種技術(shù)來(lái)防止插座的連接狀態(tài)(裝置操作，裝置待機(jī)，沒(méi)有裝置)降低組成 家庭電氣主接線的通道的傳輸特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提出 一種包括用于接收電信號(hào)的部件的裝置滿足了這種需 要，所述電信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)高頻數(shù)據(jù)信號(hào)分量和一個(gè)或多個(gè)低頻供電分 量，所述電信號(hào)在包括至少兩條電氣主接線導(dǎo)線的外皮中傳輸。
根據(jù)本發(fā)明，這種裝置包括阻抗匹配部件，其操作于所述高頻信號(hào)分量 的頻段中，并且所述阻抗匹配部件由所述導(dǎo)線的一個(gè)或多個(gè)特性的函數(shù)所確 定。
應(yīng)注意，所述導(dǎo)線可以被或不被模制成外皮以形成電纜。在本文的其余 部分， 一般提及的電纜包括這兩種可能。
因此本發(fā)明基于一種新的且有創(chuàng)造性的方法來(lái)解決構(gòu)成電氣主接線的
PLT系統(tǒng)的傳輸通道的傳輸函數(shù)的強(qiáng)烈可變性的問(wèn)題。然而至今所有已知的 技術(shù)都是基于補(bǔ)償該傳輸函數(shù)中由于出現(xiàn)與頻率相關(guān)的衰減所導(dǎo)致的損耗， 本發(fā)明提出了相反的防止出現(xiàn)這種與頻率相關(guān)的衰減。
結(jié)果，本發(fā)明建立在解決問(wèn)題的物理途徑上，通過(guò)PLT信號(hào)頻段的阻抗 匹配來(lái)防止PLT信號(hào)的反射。這種阻抗匹配具有電纜(更精確的說(shuō)是一種構(gòu) 成電纜(比如火線和中性線或者火線、中性線和地線)的導(dǎo)線)類型的特性， 因此本發(fā)明相同的裝置能夠被用于使用這種類型電纜的任何電力設(shè)備中。相 對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的方法，以及特別是對(duì)于文檔WO 01/69812的技術(shù)，本發(fā)明的 技術(shù)考慮了高頻信號(hào)的傳輸特性，而不是考慮了相關(guān)電力設(shè)備的特性。
特別是，考慮了網(wǎng)絡(luò)電纜的"每單位長(zhǎng)度"的參數(shù)，比如它們的每單位 長(zhǎng)度的電感和每單位長(zhǎng)度的電容。
因此，電力設(shè)備中的本發(fā)明的裝置防止了連接到設(shè)備的插座上具有或不 具有的特定電力裝置(干發(fā)機(jī)，調(diào)制解調(diào)器，電燈，計(jì)算機(jī)等)上、以及它 們的操作狀態(tài)(操作或待機(jī))的傳輸通道的傳輸函數(shù)的干擾。換句話說(shuō)，本 發(fā)明的裝置保證了 PLT信號(hào)傳輸通道的穩(wěn)定性，并且因此防止傳輸誤差并且 提高服務(wù)質(zhì)量。
實(shí)施本發(fā)明不需要PLT調(diào)制解調(diào)器上的任何軟件干預(yù)，并且本發(fā)明能夠 同任何其他數(shù)字和/或軟件信號(hào)處理方法一同使用。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，阻抗匹配部件包含一個(gè)或多個(gè)來(lái)自下面的組 的無(wú)源元件
6-電阻器； -電感器； -電容器。
因此本發(fā)明的裝置能夠以基于R、 L、 C無(wú)源元件的四-極網(wǎng)絡(luò)的形式實(shí) 現(xiàn)。作為相關(guān)設(shè)備中使用的電纜特性的函數(shù)來(lái)設(shè)定和選擇這些元件的數(shù)值。 不需要軟件和/或自動(dòng)干預(yù)來(lái)調(diào)整作為在電氣主接線中的電流信號(hào)傳輸情況 的函數(shù)的這些數(shù)值。
所述外皮包括稱作地線、火線和中性線的三條導(dǎo)線，所述阻抗匹配部件 有利地包括三種電阻，所述三個(gè)電阻器被分別連接
在地線和中性線之間；
在地線和火線之間；
■在火線和中性線之間。
因此，對(duì)于傳統(tǒng)的包括地線、火線和中性線的50Hz的電氣主接線設(shè)備， 比如，本發(fā)明的阻抗匹配部件采用兀網(wǎng)絡(luò)的形式來(lái)完善傳輸線的阻抗匹配。
對(duì)于包括無(wú)地線的設(shè)備，相同裝置可被打算與其連接的電阻器的兩端使 用，保持"浮置(floating )"。
根據(jù)一個(gè)有益的特征，這種裝置包括至少兩個(gè)高通濾波器，其截止頻率 位于低頻(比如供電頻率，例如50Hz或60Hz)和高頻(比如PLT信號(hào)的 頻率)之間，以及這些高通濾波器^皮設(shè)置在所述阻抗匹配部件的上游側(cè)和下 游側(cè)。
這些濾波器因而阻斷供電信號(hào)的低頻以及這種阻抗匹配部件僅對(duì)于 PLT系統(tǒng)使用的頻率產(chǎn)生作用。
這證明了在本發(fā)明的實(shí)施例中通過(guò)電阻裝置使阻抗匹配產(chǎn)生作用是特 .別重要的。在低頻(比如50Hz)與火線和中性線之間電阻的存在相關(guān)的功 耗是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)?br> '散發(fā)的熱量("散熱器"效果)；
電力設(shè)備用戶增加的功耗；
-能量的損耗，不再可用于連接導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的電力裝置； -由電阻器熔斷導(dǎo)致的本發(fā)明裝置的損壞。
所述阻抗匹配部件的任何一側(cè)的這些高通濾波器在本發(fā)明裝置的輸入 端和輸出端阻斷低頻供電信號(hào)以防止它通過(guò)所述匹配裝置。在本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例中，本裝置還包括與所述阻抗匹配部件并聯(lián)連接 的用于傳輸所述低頻信號(hào)分量的部件。比如，本發(fā)明的裝置包括用于阻斷高
頻PLT信號(hào)以及允許低頻供電電流直接通過(guò)裝置的輸出端而不具有阻抗匹
配的低通濾波器。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這種裝置包括用于連接到提供電力設(shè)備入口 的插座的第 一裝置、和用于連接到被適配來(lái)插入所述插座的電力裝置的第二 裝置。
因此，本裝置可以采用插座轉(zhuǎn)接器的形式，比如包括作為第一連接部件
的打算插入電插座中的凸(male)插頭(比如以兩個(gè)插腳的形式)、以及作 為第二連接部件的打算接收連接到主接線的電力裝置(干發(fā)器，電燈，電視， PLT調(diào)制解調(diào)器等)的凸插腳的凹(female)插座(比如以兩個(gè)插孔的形式)。 這同相關(guān)電力設(shè)備插座的阻抗相匹配以防止當(dāng)它們到達(dá)插座時(shí)高頻 PLT數(shù)據(jù)傳輸頻率的信號(hào)反射。保持開(kāi)路或電力裝置插入的插座的阻抗不同 于電主接線的阻抗。因此可以避免PLT信號(hào)的反射，以及通過(guò)電力裝置被引 入設(shè)備的高頻干擾的反射。
本發(fā)明裝置因此包含位于主接線和連接到主接線的電力裝置間的接口 。 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及包括上述裝置的電氣主接線通路插座(比如 插座)。
因此本發(fā)明裝置被直接集成到電力設(shè)備通路插座中。因此，它的存在對(duì) 設(shè)備的使用者來(lái)說(shuō)是透明的。此外，它防止了由插入主接線的電力裝置造成 的干擾進(jìn)入主接線?？梢栽O(shè)想與本發(fā)明的裝置結(jié)合的相關(guān)設(shè)備的分電力插座 的所有或者部。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是對(duì)先前實(shí)施例的適當(dāng)補(bǔ)充，其涉及包含用于連 接到與上述裝置結(jié)合的電氣主接線的部件的裝置。因此本發(fā)明裝置不再設(shè)置 于電插座內(nèi)并且不再采用轉(zhuǎn)接器的形式，而是直接與能夠插入主接線的電力 裝置相結(jié)合。這可以是家用電器，比如吸塵器或者干發(fā)器，或者通信裝置， 以及特別是PLT調(diào)制解調(diào)器。
本發(fā)明最后涉及電力線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、用于發(fā)送高頻數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置、 和用于接收高頻數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，所述電力線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括帶有插座轉(zhuǎn) 接器以同包含用于連接到主接線的裝置相協(xié)作的電氣主接線。
根據(jù)本發(fā)明，在這樣的系統(tǒng)中，每個(gè)電氣主接線通路插座位于發(fā)送裝置
8和含有上述裝置的接收裝置之間。
因此位于電力線傳輸系統(tǒng)的兩個(gè)PLT調(diào)制解調(diào)器之間的電力設(shè)備的每 個(gè)插座配有本發(fā)明裝置。這樣的裝置可以在每個(gè)插座中，以轉(zhuǎn)接器的形式或 者集成到插座或者相連的電力裝置中。
在所有位于高比特率信號(hào)的發(fā)送器和接收器之間的插座內(nèi)安裝本發(fā)明
的裝置最小化了將干擾引入用于傳輸PLT信號(hào)的電氣主接線的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，
還可以設(shè)想給電力設(shè)備的所有插座裝配本發(fā)明的裝置，而不僅是那些位于兩 個(gè)調(diào)制解調(diào)器之間的那些插座。


通過(guò)閱讀以示例性和非限制性的示例給出的本發(fā)明特定實(shí)施例的下列 描述，以及從所附的附圖中，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征會(huì)而變得更加清楚，
其中
-圖1示出了用于包含三條導(dǎo)線的電纜的本發(fā)明裝置的舉例；
圖2示出了集成到電力設(shè)備通路插座中的圖1所示的裝置；
-圖3示出了墻面插座轉(zhuǎn)接器的形式的圖l所示的裝置；
■圖4示出了支持本發(fā)明的電力線傳輸系統(tǒng)的電力設(shè)備的示例；
-圖5是本發(fā)明裝置的功能框架.圖6A和6B圖示了圖5所示裝置的第一實(shí)施例；
-圖7示出了在傳輸線理論的概要中包括地面上的一條導(dǎo)線的線路的無(wú) 限小元件；
.圖8示出了圖5所示裝置的第二實(shí)施例；和 -圖9示出了圖5所示裝置的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的 一般原則基于在電力線傳輸系統(tǒng)中使用物理裝置以使至少一 些網(wǎng)絡(luò)終端(比如至少一些插座)來(lái)適配家庭電氣主接線的特性阻抗以防止
某些干擾進(jìn)入主接線。
下面在家用電力線傳輸系統(tǒng)的環(huán)境中描述本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例。
盡管相關(guān)的距離較短(至多幾百米)，但是信號(hào)衰減是電力線傳輸系統(tǒng)
中反復(fù)再現(xiàn)的問(wèn)題。特別是來(lái)自于大量分支連接的干線上，即連接至主路徑
9的次級(jí)分支，在開(kāi)路端或者在傳輸線上不具有阻抗匹配的裝置處結(jié)束。 因此傳播通道在具有大量電插座的住宅內(nèi)遭受很高的衰減。 而且，使用家庭電器會(huì)在家庭電氣主接線上根據(jù)它們的操作狀態(tài)(開(kāi)/
關(guān))而增大噪聲等級(jí)。比如，對(duì)于低功率電燈來(lái)說(shuō)，噪聲等級(jí)的改變能達(dá)到
30dB。
因此，根據(jù)所連接的設(shè)備的類型，連接電力裝置造成了電力線傳輸通道 的傳輸函數(shù)^f艮大的波動(dòng)以及在特定頻率上的重大的衰減。
本發(fā)明通過(guò)提出一種如圖1所示的簡(jiǎn)單形式的裝置解決了這個(gè)問(wèn)題，它 防止了干擾進(jìn)入電氣主接線。
考慮包含外皮IO和三條導(dǎo)線即地線11、火線12和中性線13的電纜。 本發(fā)明的裝置采取了包含三個(gè)電阻器的兀型網(wǎng)絡(luò)
-連接在火線12和中性線13之間的電阻器RPN;
'連接在地線11和中性線13之間的電阻器RNG;
-連接在火線12和地線11之間的電阻器Ruj。
電阻器RpN 、RNT、RpT的數(shù)值被確定為導(dǎo)線11至13的電力特性的函數(shù)。
它們?yōu)橛呻娎|IO組成的傳輸線提供了阻抗匹配，因此防止高頻PLT信號(hào)的 反射。
該裝置能被合并到組成相關(guān)設(shè)備終端的電插座中，如圖2所示。 這種插座20包括分別連接到圖1中電纜的火線12和中性線13的兩個(gè)
孔22和23。這兩個(gè)孔用來(lái)接收要插入主接線的電力設(shè)備的凸插頭的插腳。 插座還包括連接至圖1的地線11的插腳21。該插腳21用來(lái)同連接到電
子設(shè)備的插頭的凹部分相結(jié)合。這能使不需要接地的裝置(比如電燈)保持
"浮置"。
電阻器RPN、 RNT、 RpT被集成到插座20，在孔22和23以及插腳21的 后面。
圖1所示的裝置也能采用插座轉(zhuǎn)接器的形式，如圖3所示。在帶有地板 33的家中，插座3(H皮設(shè)置在墻34里。本發(fā)明裝置的這個(gè)實(shí)施例采取了插座 轉(zhuǎn)接器31的形式，其具有至少兩個(gè)被適配來(lái)同插座30的兩個(gè)孔協(xié)作以將裝 置連接到插座的凸插腳、以及至少兩個(gè)被適配來(lái)同電子裝置32的連接插腳 協(xié)作以連接到主接線的凹插座。
更精確地說(shuō)，轉(zhuǎn)接器31的面向插座30的一側(cè)包含用于連接到插座30的火線和中性線的兩個(gè)凸插腳、以及一個(gè)用于連接到插座30的地插腳的凹
插座。在電子裝置32側(cè)，轉(zhuǎn)接器包含兩個(gè)凹插座和凸插腳。
如果主接線不包含地線，則轉(zhuǎn)接器的相應(yīng)的連接器會(huì)"浮置"。 圖4示出了為電力線傳輸系統(tǒng)提供傳輸介質(zhì)的室內(nèi)電氣主接線。這里認(rèn)
為圖4所示的主接線的僅部分作為電力線傳輸介質(zhì)，主接線的其它部分沒(méi)有
顯示在圖4中。
第一插座40組成了電力線傳輸系統(tǒng)的入口點(diǎn)。發(fā)送高頻信號(hào)的PLT調(diào) 制解調(diào)器(在圖4中未示出)連接至該插座40。在系統(tǒng)的另一端，插座45 組成了 PLT系統(tǒng)的出口點(diǎn)，并且其用來(lái)連接第二 PLT調(diào)制解調(diào)器(在圖4 中未示出)以接收高頻信號(hào)。
在輸入插座40和輸出插座45之間，兩個(gè)插座41和43連接到相應(yīng)的電 子裝置42和44,比如電燈和電視。如上所述，圖4的電氣主接線的傳輸函 數(shù)可能被干擾所影響，取決于這些裝置的操作狀態(tài)。
為了防止干擾進(jìn)入主接線，圖1類型的裝置連接到插座40、 41、 43和 45中的每一個(gè)。比如，這個(gè)裝置能夠被釆用插入插座41 (見(jiàn)圖3)的插座轉(zhuǎn) 接器的形式直接集成到插入插座40和45的PLT調(diào)制解調(diào)器，或者被直接集 成到插座43中(見(jiàn)圖2)。
匹配圖4每個(gè)連接處的阻抗最優(yōu)化了 PLT系統(tǒng)傳輸通道的傳輸函數(shù)的穩(wěn) 定性。
下面描述了以圖5的功能框架圖的形式示出的圖l裝置的更詳細(xì)的實(shí)施例。
文中是50 Hz室內(nèi)電氣主接線。
僅使用電阻器RpN、 RNT、 RpT來(lái)提供阻抗匹配能夠在50Hz證明問(wèn)題。
如果電阻器Rpn和RpT不具有相同的阻值，則電流可在中性線和地線之
間流動(dòng)并且觸發(fā)差動(dòng)電路斷路器。
更進(jìn)一步，對(duì)于電阻器RpN的阻值為大約140歐姆(Q)級(jí)別，在50Hz 時(shí)的功耗變得很大(大約345.7瓦(W))。除了導(dǎo)致"散熱體"效果和附加的 功耗之外，電阻自身可能被嚴(yán)重?fù)p壞，這種類型的電阻一般被設(shè)計(jì)為經(jīng)受最 大能量為大約1W。此外，該損耗的能量不再可用于將要連接到網(wǎng)絡(luò)的電子 裝置。
因此圖5裝置的一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例被設(shè)計(jì)為僅以PLT系統(tǒng)中使用的頻率進(jìn)4亍阻抗匹配。
最后，采用在安裝在墻上的或者安裝在地板上的電插座50和用來(lái)插入 插座51的電力裝置之間的接口 52的形式。該插座51是使用者可以看見(jiàn)的 電插座，用來(lái)連接50 Hz干線供電的裝置或需要在50Hz接收供電以及在實(shí) 質(zhì)上從1.6 MHz到30 MHz (簡(jiǎn)單地說(shuō)，這個(gè)實(shí)施例被限制于高比特率的電 力線傳輸，盡管本發(fā)明同樣適用于低比特率的電力線傳輸)頻率段接收高頻 信號(hào)的PLT通信裝置。插座51是本發(fā)明裝置的一部分。
接口 52包括
.阻抗匹配部件53,其#:作于高頻信號(hào)的頻率^1,比如lMHz以上； -部件54，使50 Hz能夠直接通過(guò)裝置而不用阻抗匹配。 因此需要接收50Hz的供電分量的電子裝置(比如家用電器)不受阻抗 匹配部件53存在的影響。需要接收50 Hz供電分量和高頻PLT信號(hào)的PLT 通信裝置受益于阻抗匹配部件53存在的優(yōu)點(diǎn)。
圖6A和6B示出了部件53和54的一個(gè)實(shí)踐實(shí)施例。 考慮分別對(duì)應(yīng)于火線、中性線和地線的三條導(dǎo)線P、 N和T。阻抗匹配 部件53包括6個(gè)電容器C和三個(gè)電阻器RPN 、 RNT、 Rpt。例如RPN= 140 Q, RPT= 120 Q, RNT= 120 Q。
當(dāng)確定這些電阻器RpN、 RNG、 Rui的數(shù)值時(shí)，考慮設(shè)備電纜的"每單位 長(zhǎng)度"參數(shù)。針對(duì)這里所示實(shí)施例指定的參數(shù)是在3G2.5型電纜上測(cè)量的。 編碼3G2.5表示由每才艮電線具有2.5平方毫米(mm2)截面的的三根電線組 成的電纜。字母G表示電纜也含有保護(hù)導(dǎo)線， 一般為綠色/黃色。這種指定 是由CENELEC、電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)歐洲委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化的。更為精確地說(shuō)，這里 所描述的實(shí)施例中考慮的電纜是H07RN-F3G2.5電纜，它在工業(yè)中用于連接 設(shè)備。
下面以矩陣形式給出電纜的每單位長(zhǎng)度的電感值L(微亨每米(jiH/m)
和每單位長(zhǎng)度的電容值C (皮法每米(pF/m)):
<formula>formula see original document page 12</formula>注意，因?yàn)樗紤]的介質(zhì)由三條導(dǎo)線(火線、中性線和地線)構(gòu)成，因
此上面的矩陣[L]和[C]是3x3矩陣。對(duì)角線上的元素對(duì)應(yīng)于導(dǎo)線的自感和自
身電容，以及對(duì)角線之外的項(xiàng)對(duì)應(yīng)于導(dǎo)線之間的互感和相互電容。因此很清 楚的是，這些矩陣是對(duì)稱的。
每單位長(zhǎng)度的參數(shù)，通常稱為RLCG參數(shù)，表現(xiàn)傳播介質(zhì)的電氣特征如
下
參數(shù)R歐姆每米(Q/m)代表導(dǎo)線散熱造成的損耗； 參數(shù)L亨每米(H/m)代表導(dǎo)線之間的磁通量； 參數(shù)C法每米(F/m)代表電介質(zhì)和導(dǎo)線之間的電容；以及 參數(shù)G西門子每米(S/m)代表電介質(zhì)損耗。
參數(shù)L和C可以通過(guò)專用的測(cè)量光具座來(lái)測(cè)量。損耗R通過(guò)在傳輸期 間測(cè)量信號(hào)經(jīng)歷的衰減來(lái)測(cè)量。參數(shù)G僅以固定的損耗操作。
作為一個(gè)總的原則，損耗由頻率所決定。然后，必須測(cè)量四個(gè)參數(shù)來(lái)表 現(xiàn)損耗R:
這里考慮采用3G2.5電纜，這些量具有下面的數(shù)值
c".77.70"7
如果每單位長(zhǎng)度的參數(shù)L、 C和損耗R(f)已知，則被討論的傳播介質(zhì)就 完全^皮表示。
這些值對(duì)于一種類型的電纜來(lái)說(shuō)是特定的，并且必須符合生產(chǎn)者的模板 標(biāo)準(zhǔn)。因此認(rèn)為它們可為通常整個(gè)3G2.5電纜的范圍。
然后，使用傳輸線路理論通過(guò)以下連續(xù)步驟對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理 .根據(jù)矩陣[L]和[C]，計(jì)算電纜的特征阻抗矩陣[Zc]:
'350.3 307.9 309.3、 [Zc]= 307.9 352.7 309.6 、309.3 309.6 355.1,
.通過(guò)逆矩陣，針對(duì)參考面上的具有三條導(dǎo)線(因?yàn)檫@是3x3矩陣)的 線確定;t網(wǎng)絡(luò)的等效分量Zl =906.3 Q Z2 = 963.5 Q Z3 = 105.3 Q Z12=
Z13 = 135 Q Z23 = 140.4 Q
'這里，因?yàn)榈貙?dǎo)線是參考，因此可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)；得到下述數(shù)值RpN-140.4 Q, RNT=119.6 Q, RPT=122.6 Q，并且所述數(shù)值被簡(jiǎn)化如下RPN=140仏 RNT=120Q, RPT=120Q。
參考圖7，根據(jù)傳輸線路理論，長(zhǎng)度dx的無(wú)限小線部分通過(guò)四-極 (four-pole)網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示，所述四-極網(wǎng)絡(luò)由每單位長(zhǎng)度電阻R、每單位長(zhǎng)度 電感L、每單位長(zhǎng)度電導(dǎo)率G和每單位長(zhǎng)度電容C構(gòu)成。
所述四個(gè)分量、即被稱為原始參數(shù)或者RLCG參數(shù)， 一般決定于頻率但
是與同類線路的位置無(wú)關(guān)。這種四-極網(wǎng)絡(luò)有輸入電壓Vi(f)和輸出電壓Vo(f)。 在圖6A和6B中，電容器C和電阻器R的組合構(gòu)成了帶有截止頻率 /■ =_1一的高通濾波器。電容(的數(shù)值決定了所述濾波器的截止頻率。例如，
給定選擇的電阻數(shù)值，對(duì)于O10納法(nF)，截止頻率大約為100 kHz,對(duì) 于C-100nF，截止頻率大約為10kHz。
電阻器上游側(cè)的電容器(圖6A中在電阻器的左邊)同電阻器形成了第 一高通濾波器，用以通過(guò)電氣主接線在到達(dá)插座50的電信號(hào)中選擇高頻分 量供給阻抗匹配部件53。
電阻器下游側(cè)的電容器(圖6A中在電阻器的右側(cè))同電阻器形成了第 二高通濾波器，用以防止來(lái)自連接到插座51的電力裝置的50 Hz分量出現(xiàn) 在阻抗匹配部件53中。
注意，選擇使用的分量也必須考慮它們的絕緣電壓。因此在本發(fā)明的上
下文中，400伏(V)的絕緣電壓對(duì)于電容器C是合適的。電容器的電介質(zhì)
不能承受無(wú)限大的電壓。最大絕緣電壓是所選擇的絕緣和電介質(zhì)厚度的函
數(shù)。大于上述電壓，電介質(zhì)可能被擊穿并且電容器被擊穿。
方框54是低通濾波器，其允許50 Hz分量穿過(guò)本發(fā)明裝置而不經(jīng)過(guò)阻 抗匹配。圖6B以電阻器R和電容器C的形式示出了這種低通濾波器的一個(gè)
實(shí)施例，其截止頻率具有數(shù)值/ =_^。必須確定R和C的適當(dāng)?shù)臄?shù)值，
14以有效選擇50 Hz分量并且不會(huì)產(chǎn)生額外的功率消耗。
為了減少這種低通濾波器的功率消耗，所述濾波器必須具有低電阻。在
本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，甚至可設(shè)想僅采用電容器C。
然后電容器的數(shù)值由截止頻率的數(shù)值來(lái)決定。對(duì)于fe=100kHz,獲得1.6 微法(^F)的電容。更進(jìn)一步，頻率fe越低，電容越高，并且元件越大。比 如， 一個(gè)400 V、 1 的電容器具有1厘米(cm)的直徑和3 cm到4 cm的 長(zhǎng)度。
圖8和9示出了本發(fā)明的器件的兩個(gè)其它實(shí)施例。
在圖8中，三個(gè)電容器C連接到火線P、中性線N和地線T以防止50 Hz 信號(hào)分量到達(dá)由電阻器RPN、 RNT、 RpT構(gòu)成的兀網(wǎng)絡(luò)。這些電容器在PLT信 號(hào)的高頻時(shí)作為閉合電路并且在50Hz供電分量的低頻時(shí)作為開(kāi)路電路。因 此50Hz供電分量直接通過(guò)裝置的輸出端，此處高頻PLT信號(hào)分量流過(guò)電容 器C且通過(guò)電阻器R^、 RNT、 RpT的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)受阻抗匹配。
圖9實(shí)施例構(gòu)成了一個(gè)幾乎等效的解決方案，其中阻抗匹配由兀網(wǎng)絡(luò)來(lái) 實(shí)現(xiàn)，其三個(gè)分支中的每一個(gè)由串聯(lián)的電阻器和電容器組成。
選擇電容數(shù)值C40nF,以及當(dāng)Rpn-140Q, RPT=120Q， RNT=120Q時(shí)， 系統(tǒng)4亍為如下
.在低頻，10 nF電容器阻斷AC;因此50 Hz分量經(jīng)由導(dǎo)線P、 N和T 而不通過(guò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)直接通過(guò)裝置；
.在1MHz,阻抗形式的電容器的貢獻(xiàn)定為1兆歐(mQ)等級(jí)，其證明 同電阻器R^、 RNG、 Ruj的120或140Q相比是可以忽略的；
-在10 MHz,這個(gè)貢獻(xiàn)大約為10 mQ;
.在100 MHz,這個(gè)貢獻(xiàn)大約為100 mQ。
因而，在圖9實(shí)施例中，在沒(méi)有電容器C的阻抗的影響下，阻抗匹配由 在PLT信號(hào)的高頻決定。
本發(fā)明適用于高或低比特率的任何PLT系統(tǒng)。但是，注意，服務(wù)質(zhì)量問(wèn) 題證明了在高比特率傳輸系統(tǒng)中更重要。
因此，如果使用PLT系統(tǒng)傳輸圖像或者視頻，則本發(fā)明避免了由傳輸通 道的非理想性(比如當(dāng)插入裝置或者將插入電力設(shè)備的一個(gè)插座中的裝置轉(zhuǎn) 換為待機(jī))造成的圖象靜止和像素由傳輸通道的問(wèn)題。本發(fā)明還增大了 PLT 系統(tǒng)中的保證的最小比特率。
權(quán)利要求
1. 一種包含用于接收含有高頻數(shù)據(jù)信號(hào)分量和低頻供電分量的電信號(hào)的部件的裝置，所述電信號(hào)在含有至少兩條電氣主接線導(dǎo)線(11-13)的外皮(10)中傳輸，其特征在于，所述裝置包括阻抗匹配部件(53)，其操作于所述高頻信號(hào)分量的頻段中，所述阻抗匹配部件(53)由所述導(dǎo)線(11-13)的一個(gè)或多個(gè)特征的函數(shù)確定，以及特征在于，所述裝置包括至少兩個(gè)高通濾波器，所述至少兩個(gè)高通濾波器分別設(shè)置在所述匹配部件的上游側(cè)和下游側(cè)并且具有實(shí)質(zhì)上位于所述低頻和所述高頻之間的截止頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述阻抗匹配部件(53)包 括一個(gè)或多個(gè)來(lái)自下面組的無(wú)源元件 電阻器(RLN , RNG， RLG);-電感器； 電容器(C)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述外皮包括被稱作地線(11; G)、火線(12; L)和中性線(13; N)的三條導(dǎo)線，所述阻抗匹配部件(53) 包括三個(gè)電阻器(RLN , RNG， Rm),所述三個(gè)電阻器被分別連接 在地線和中性線之間； 在地線和火線之間； .在火線和中性線之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述裝置還包括與所述阻抗 匹配部件(53)并聯(lián)連接的、用于傳輸所述低頻信號(hào)分量的部件(54)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于連接到插 座(30)的第一部件和用于連接到被適配為插入所述插座的電子裝置(32) 的第二部件。
6. —種電氣主接線通路插座(20),其特征在于，其包括根據(jù)權(quán)利要求 1到5中的任意一項(xiàng)的裝置。
7. 包含用于連接到電氣主接線的部件的設(shè)備，其特征在于，其包含根 據(jù)權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)的裝置。
8. —種電力線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括電氣主接線、高頻數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送器 和高頻數(shù)據(jù)信號(hào)接收器，所述電氣主接線具有被適配來(lái)與具有用于連接到所 述網(wǎng)絡(luò)的部件的設(shè)備協(xié)作的通路插座；其特征在于，位于所述發(fā)送器和所述接收器之間的每個(gè)電氣主接線通 路插座包括根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含用于接收含有高頻數(shù)據(jù)信號(hào)分量和低頻供電分量的電信號(hào)的部件的裝置。該電信號(hào)在電力設(shè)備的電纜中傳輸。根據(jù)本發(fā)明，這種裝置包括阻抗匹配部件(R_LN，R_NG，R_LG)，其操作于高頻信號(hào)分量的頻段中，并且所述阻抗匹配部件由所述電纜的一個(gè)或多個(gè)特性的函數(shù)確定。這種裝置能夠被集成到插座(20)或者電力裝置或者采用插座轉(zhuǎn)接器的形式。
文檔編號(hào)H04B3/54GK101471699SQ20081019080
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者克里斯托夫·羅布洛特, 桑德林·羅布洛特, 阿梅德·齊達(dá)姆 申請(qǐng)人:法國(guó)電信公司