[發(fā)明專利]用于通過電力網(wǎng)的電導(dǎo)體傳輸數(shù)據(jù)的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380036880.1
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN104412280B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J.赫特納;F.庫爾茨;G.梅茨;A.齊羅夫
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: G06K19/07
• 分類號: G06K19/07;H04B3/54;H04J3/12;H04Q9/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 杜荔南,劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于通過電力網(wǎng)的電導(dǎo)體傳輸數(shù)據(jù)的方法和裝置。

背景技術(shù)

電力線通信（Powerline Communication, PLC）表示通過電導(dǎo)體傳輸數(shù)據(jù)。在此，將電導(dǎo)體、例如房屋和入口區(qū)域中的電流線路同時用于能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。

PLC的應(yīng)用場景包括以兩位的兆比特范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)速率將家用電器連接到因特網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡(luò)、以及諸如智能電力網(wǎng)（Smart Grid）的不同領(lǐng)域中的測量、控制和調(diào)節(jié)應(yīng)用或者配電站中的傳感器應(yīng)用。

針對測量、控制和調(diào)節(jié)應(yīng)用，一般而言小的數(shù)據(jù)速率就足夠了。但是根據(jù)領(lǐng)域，可能對這樣的應(yīng)用的安全性和魯棒性存在特殊要求。安全性和魯棒性例如在傳感器功能在網(wǎng)絡(luò)電壓發(fā)生故障時也必須被繼續(xù)保證時對于供能而言是關(guān)鍵準則。此外，在許多領(lǐng)域中重要的是維護成本小，以便例如節(jié)省費用。

在此，存在一系列用于在電流線路上通信的競爭性標準，尤其是針對低壓和中壓線路的標準，這些標準使得能夠以小數(shù)據(jù)速率和中等數(shù)據(jù)速率進行數(shù)據(jù)傳輸。示例是擴頻頻移鍵控（S-FSK）、差分碼移鍵控（DCSK）、G3、PRIME和G. hnem。這些標準利用長波范圍中的不同復(fù)雜調(diào)制方式——例如FSK、擴頻譜或者正交頻分復(fù)用（OFDM）——來工作。在歐洲，這些標準大多在148.5kHz以下的所謂的CENELEC帶中工作并達到直至128kbit/s的數(shù)據(jù)速率，但是所使用的速率大多處于一位的千比特范圍內(nèi)。相應(yīng)的系統(tǒng)在物理層面上是對稱的，也就是說，它們一般對于每個通信發(fā)送點都具有一個單元中的發(fā)送機和接收機、即收發(fā)機。收發(fā)機通過將它們連接起來的信道彼此通信。這樣的與現(xiàn)有技術(shù)對應(yīng)的系統(tǒng)的能量需求通常為幾十毫瓦。在低壓線路上，至少只要施加有網(wǎng)絡(luò)電壓，就可以直接由該網(wǎng)絡(luò)電壓進行供給。而在信號常常在線路的屏蔽體上傳送的中壓線路上，需要外部的供給裝置、例如從電池供給，但是所述外部的供給裝置具有有限的壽命并且因此意味著提高的維護成本。

此外，與所述標準相對應(yīng)的系統(tǒng)需要高技術(shù)復(fù)雜度的裝置，所述裝置例如必須在相應(yīng)芯片組中實現(xiàn)。這樣的芯片組需要復(fù)雜的配置以及自己的供電裝置，使得這樣的解決方案至少對于簡單的傳感器應(yīng)用而言是不令人感興趣的。

Richard McWilliam在“Electronic Identification Systems for Asset Management”中公開了關(guān)于通過能量線路進行直接負載調(diào)制的可能性的概況。

US2008/303344A1公開了一種能量線路通信系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，裝置與多個電能量線路連接。主機裝置與這些能量線路連接。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是，提供用于通過電力網(wǎng)的電導(dǎo)體傳輸數(shù)據(jù)的經(jīng)改善的方法和經(jīng)改善的裝置。

相應(yīng)地提出一種用于通過電力網(wǎng)的電導(dǎo)體傳輸數(shù)據(jù)的方法。至少一個第一節(jié)點和至少一個第二節(jié)點通過借助于各一個阻抗透明的耦合設(shè)備的耦合耦合到電導(dǎo)體上。該方法包括步驟：由第一節(jié)點通過電導(dǎo)體發(fā)送載波信號；在第二節(jié)點處對所發(fā)送的載波信號進行整流以用于給第二節(jié)點供能；以及由第二節(jié)點借助于負載調(diào)制對所發(fā)送的載波信號進行調(diào)制以用于將應(yīng)答數(shù)據(jù)傳輸給第一節(jié)點。

電力網(wǎng)可以由簡化模型來表示，該模型由電導(dǎo)體、第一節(jié)點和第二節(jié)點的連接線路的縱向分量以及橫向分量構(gòu)成，所述橫向分量作為集中器件對網(wǎng)絡(luò)接入阻抗建模。

該耦合通過各一個耦合器或耦合設(shè)備來進行。在例如處于3至148.5kHz的所謂CENELEC帶中的工作頻率上，這樣的耦合器必須是阻抗透明的，也就是說，在一側(cè)上、例如在第二節(jié)點側(cè)上的阻抗的改變必須以比例1:N/M對應(yīng)于另一側(cè)上、例如第一節(jié)點側(cè)上的阻抗的相同改變。這例如通過使用串聯(lián)諧振電路是可能的。

通過使用這樣的耦合器，第一和第二節(jié)點通過與網(wǎng)絡(luò)電壓去耦合而被保護。此外，耦合器實現(xiàn)用于傳輸數(shù)據(jù)的負載調(diào)制。由于典型的低壓和中壓網(wǎng)絡(luò)上的阻抗比例，需要阻抗變換，該阻抗變換可以通過這樣的耦合器進行。

第一節(jié)點尤其是被構(gòu)造成讀取設(shè)備。第二節(jié)點例如被構(gòu)造成應(yīng)答機。這樣的應(yīng)答機包括用于調(diào)制載波信號以及例如通過幅度或相位調(diào)制將應(yīng)答數(shù)據(jù)傳輸給讀取設(shè)備的設(shè)備。應(yīng)答機可以附加于應(yīng)答數(shù)據(jù)將單義的標識（ID）編碼到經(jīng)調(diào)制的載波信號中。此外，應(yīng)答機包括如下電路：該電路用于對由第一節(jié)點發(fā)送的載波信號進行整流以用于獲得能量，使得應(yīng)答機不需要外部供能。此外，應(yīng)答機可以具有用于單義ID以及必要時用于另外的數(shù)據(jù)的存儲器、以及用于生成調(diào)制序列的計算器。根據(jù)應(yīng)答機的應(yīng)用，這樣的第二節(jié)點或應(yīng)答機可以包括另外的部件、例如用于檢測測量值的傳感器。