CN101283483A - 桥接同轴电缆网络 - Google Patents

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CN101283483A CNA2006800376418A CN200680037641A CN101283483A CN 101283483 A CN101283483 A CN 101283483A CN A2006800376418 A CNA2006800376418 A CN A2006800376418A CN 200680037641 A CN200680037641 A CN 200680037641A CN 101283483 A CN101283483 A CN 101283483A
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Abstract

一种装置，包括被配置成耦合去往和来自同轴电缆的信号的第一信号接口、被配置成耦合去往和来自电力线的信号的第二信号接口、以及被配置成在第一信号接口和第二信号接口之间传递通信信号的信号耦合电路。

Description

桥接同轴电缆网络
技术领域
本发明涉及桥接同轴电缆网络。
背景技术
同轴电缆传输线可用于在整个住宅内路由射频(RF)信号。同轴电缆的特性决定了电缆所能支持的模拟或数字信号高质量传输(例如，高信噪比)的最高频率。许多住宅中已有的旧电缆可能支持上至约900MHz的信号高质量传输。其它类型的电缆(例如，用于卫星电视信号的电缆)可能支持上至约1700MHz的更高频率。频率限制还决定了数字信号(例如，数字视频或因特网协议(IP)数据包)的最高数据率限制。
电缆信号典型地通过单个源端口进入住宅，并且从那被分配到整个住宅。某些装置，例如电视机或机顶盒，下行接收来自源端口的信息且不必与源端口回馈通信。其它装置，例如电缆调制解调器还能从计算机或连接局域网上多台计算机的以太网路由器向源端口上行发送信息。
发明内容
在第一方面中，本发明特征在于一种设备，其包括配置成耦合去往和来自同轴电缆的信号的第一信号接口、配置成耦合去往和来自电力线的信号的第二信号接口、以及配置成在第一个信号接口和第二信号接口之间传递通信信号的信号耦合电路。
本发明的这个方面的优选实施可整合如下的一个或多个：
第一信号接口和第二信号接口的每个都耦合包括两个导体之间的电压差的差分电压信号。
第一信号接口包括内孔同轴电缆连接器(female coaxial cableconnector)。
第二信号接口包括电源插头芯。
信号耦合电路进一步被配置成衰减由第二信号接口从电力线接收的电力波形。
信号耦合电路包括滤波电路，以在第一信号接口处将频率在约50Hz到60Hz范围内的电力波形的幅度相比于第二信号接口处的电力波形的幅度衰减至少因子10。
信号耦合电路包括瞬态抑制电路，以在第一信号接口处将幅度大于预定阈值的电力波形的幅度相比于第二信号接口处的电力波形的幅度衰减至少因子10。
信号耦合电路被配置成以低于10dB的衰减传递在约2MHz到28MHz范围内的信号频率分量。
信号耦合电路被配置成保持通信信号的调制特性。
保持通信信号的调制特性包括保留波形形状。
信号耦合电路包括具有包括通信信号频谱内频率的工作带宽的变压器。
信号耦合电路进一步包括：第一电容，与变压器的第一终端和第二信号接口的第一终端进行电通信；以及第二电容，与变压器的第二终端和第二信号接口的第二终端进行电通信。变压器的第一和第二终端由变压器的第一线圈连接。
信号耦合电路进一步包括瞬态抑制电路元件，其与第二信号接口的第一和第二终端电通信。
瞬态抑制电路元件包括可变电阻。
变压器的第三终端与第一信号接口的第一终端电通信，变压器的第四终端与第一信号接口的第二终端电通信。变压器的第三和第四终端由变压器的第二线圈连接。
变压器包括第三线圈，其耦合变压器和通信装置之间的差分电压信号。
信号耦合电路包括第四线圈，其耦合变压器和通信装置之间的差分电压信号。
信号耦合电路包括开关电路，以选择性地将变压器从第一信号接口，或从第二信号接口，或从第一信号接口和第二信号接口两者去耦。
该设备进一步包括解调通过第一信号接口或第二信号接口之一接收的信号的信号处理电路，以及存储用于通过第一信号接口或第二信号接口之一后续传输的解调的信号信息的缓冲器。
在第二方面中，本发明特征在于一种方法，其包括：耦合第一信号接口和同轴电缆之间的信号，耦合第二信号接口和电力线之间的信号，以及在第一信号接口和第二信号接口之间传递通信信号。
本发明的这个方面的优选实施可整合如下的一个或多个：
本方法进一步包括衰减由第二信号接口从电力线接收的电力波形。
在第一信号接口和第二信号接口之间传递通信信号包括保持通信信号的调制特性。
以下是本发明的众多优点的一部分(其中某些只能在本发明的多个方面和实施的某些中实现)。
桥接装置，通过耦合同轴电缆网络和电力线网络，能够提供保持并结合了电力线网络和同轴电缆网络二者的优点的桥接网络。例如，桥接网络提供同轴电缆网络的结点之间的低损耗和低频散的路径，还提供典型住宅中用作桥接网络的接口的电力线输出口的高可用性。住宅内或其它网络站点的同轴电缆上长路径的存在提供了低损耗和低频散的“干线”，其允许对诸如流视频的应用有益的高数据速率。这些同轴电缆路径对直接连接到同轴电缆网络的和通过桥接装置连接到电力线网络的装置都可用。即使存在来自电力线网络的增强噪声，同轴电缆网络的低损耗还允许保持较高的信噪比。无源桥接装置能够保持通信信号的调制特性，例如用于调制数据的波形形状，从而不需要为了解调，缓冲和/或重调制而延迟信号。
在具体描述、附图以及权利要求中将发现本发明的其它特征和优点。
附图说明
图1是同轴电缆网络的示意图。
图2A是源电路元件的电路图。
图2B是负载电路元件的电路图。
图2C是通过传输线连接到接收设备的发射设备的电路图。
图2D是混合分配器的电路图。
图2E和2F是对混合分配器的状态进行建模的等效电路的图示。
图3A-3D是同轴电缆网络仿真的传输响应图。
图4是通信系统的示意图。
图5A是模拟前端模块的示意图。
图5B是耦合模块的电路图。
图6是无源桥接器的电路图。
图7是无源桥接器的图像。
图8是混合耦合器的电路图。
图9是住宅测试点的平面图。
图10是用于执行传输响应测试测量的测试设施的示意图。
图11A和11B是显示测量结果的格栅。
具体实施方式
本发明有很多可能的实施方法，太多以致此处不能描述。下面描述当前优选的若干可能的实施例。然而，需要再三强调的是这些是对本发明实施例的描述，而不是对本发明的描述，本发明并不局限于本部分所描述的具体实施例，而是在权利要求中被以广义术语来描述。系统综述
参见图1，住宅内部的同轴电缆网络100包括用于源电缆106的源端口104，该源电缆106承载来自住宅外部的源108的输入信号。例如，源108可以是通过分配网络提供信号的有线源，该信号从有线电视转播中心的前端馈给到分配同轴电缆(例如，“干线”或者“支线”电缆)。可替换地，源108可以是诸如接收来自广播塔信号的地面天线，或接收来自卫星信号的碟形卫星天线的无线源。
同轴电缆100将信号分配遍布整个住宅：从源端口104，穿过网关设备102，通过同轴电缆111(例如，RG6型同轴电缆)分配到达标准设备110(例如，有线电视或卫星电视机顶盒)和网络设备112。同轴电缆网络100包括分配器，其在多个输出端口中分配输入信号的功率。在这个示例性网络100中，第一分配器113是4端口3向分配器，其在三个输出端口中平均划分输入端口处的信号。可替换地，某些分配器向某些端口提供多于其它端口的功率。这些不平均分配器可被用于确保某些设备(例如，电缆调制解调器)具有足够大的信号，或者向某些将要经历进一步分割以馈给更多的下游终端结点或“叶子”结点的端口提供更多功率。同轴电缆网络100还包括3端口2向分配器114，其将输入端的信号在两个输出端口平均划分。同轴电缆网络100包括桥接设备116，其将网络100耦合到二级网络120，以便使用室内已有的AC配线的电力通信网络在与AC插座连接的结点之间交互信息。
网关设备102使网络设备112能相互通信，同时继续持续将来自源端口104的输入信号分配到标准设备110。在住宅内部的典型电缆分配网络中，为了降低网络上的干扰，分配器113和114提供输出端口之间的高隔离度，使得进入到分配器的一个输出端口的信号被耦合到输入端口，并在其它输出端口(一个或多个)处被有效地消除。例如，“混合分配器”(或“魔术T”分配器)通常被设计成：以输入端口处给定的阻抗，提供输出端口之间的高隔离度。如下面更详细地解释，高隔离度出现处的阻抗被设计成匹配给定类型同轴电缆的特征阻抗。取决于元件的精度，实际中隔离度典型值为20到60dB。高衰减将降低信噪比(SNR)，其接着减少信道容量(数据速率)。
网关设备102以这样的阻抗来端接同轴电缆网络的“根”端口122：该阻抗与被设计用于提供高隔离度的特性阻抗不匹配。如下面更详细的描述，该不匹配“传播”到树状网络100以不匹配其它分配器的输入端口，使得网络中的任意结点与任意其它结点通信而免受由于高隔离度造成的SNR急剧下降。可替换地，根端口122可以从源端口104处被断开连接，从而无须网关设备102就可以不匹配网络100(尽管这种配置不能再将输入信号分配到标准设备110)。
标准设备110被配置成从源端口104处接收信号(以及可选地将信号发射到源端口104)而没有相互干扰。具体地，标准设备110以电缆111的特征阻抗Z0(例如，对于RG6同轴电缆，Z0＝75Ω)来端接同轴电缆111。即使分配器无法再提供高隔离度，这种阻抗匹配有效消除了可能会干扰另一个标准设备110的、来自一个标准设备110的输入的信号的反射。
同轴电缆网络100耦合到网络设备112，该网络设备112被配置成将信号发射到耦合到网络100的其他网络设备112，并接收来自于耦合到网络100的其他网络设备112的信号。网络设备112是在发射状态和接收状态(默认状态)之间切换的半双工设备。网络设备112可以使用诸如带冲突避免的载波侦听多路访问协议(CSMA/CA)的多种类型的介质访问控制(MAC)协议中的任何一种来协调通过网络100的通信。如下文更详细地描述，网络设备112可选地取决于设备是处于发射状态或是接收状态的阻抗来端接同轴电缆111，以提高诸如信噪比(SNR)的信号特性。
标准设备110和网络设备112使用滤波器在不同频带上通信，以减少标准设备和网络设备之间的任意潜在干扰。例如，在一种情景中，标准设备接收50-800MHz范围内的信号，且网络设备在2-28MHz范围内通信。每个网络设备112包括35MHz低通滤波器(LPF)以与网络100连接，且每个标准设备包括50MHz高通滤波器(HPF)以与网络100连接。LPF和HPF的组合减少了由不匹配的网络设备112处发射或反射的信号能量引起的潜在干扰。
可替换地，所有的耦合到分配器输出端口的设备都可以是网络设备112，这种情况下，没有必要使用滤波器。
阻抗匹配和不匹配
可以通过检测同轴电缆网络100和耦合到该网络中作为发射机或接收机的各种设备的简化电路模型来理解阻抗匹配和不匹配的特性。参见图2A，当设备将信号传输进同轴电缆网络的端口，该设备可以被建模成“源”电路元件200，其包括提供源电压信号VS(t)的电压源202，该电压源202与代表设备的输出阻抗的阻抗Zout串联。参见图2B，当设备通过网络100的同轴电缆接收信号时，该设备可被建模成“负载”电路元件204，其具有代表该设备的输入阻抗的阻抗Zin。
参见图2C，通过被建模成具有长度l的传输线220的同轴电缆，以源电路元件200来表示的发射设备210连接到以负载电路元件204来表示的接收设备212。由接收设备接收的电压信号VR(t)是源电压信号VS(t)的函数，但其也取决于阻抗Zout和Zin以及传输线220的特征阻抗Z0。一般来说，根据Zout或Zin与特征阻抗Z0的差异程度，将有在传输线220的输入端口222和输出端口224之间传输的反射，引起接收到的电压信号VR(t)的失真，包括选频失真和时间失真，例如称为“延迟扩展”的在一段时间内到达的多个延迟版本的信号。对于在输出端口224处被不同于特征阻抗Z0的“不匹配”负载阻抗所端接的传输线，在输入端口222处见到的有效阻抗被传输线变换(例如，如史密斯圆图所给出的)。例如，取决于长度l，RL的实阻抗(即，电阻)可以被变换成感性或容性阻抗或变换成Z2 0/RL的实阻抗(当l为四分之一波长时)。然而，对于任意长度l或信号频率，不匹配阻抗仍然是不匹配的。可依据标准传输线理论来预测给定网络的预期行为，其中网络中的每段同轴电缆都可以被建模成传输线。
典型地，耦合到网络100的设备的输入和输出阻抗与同轴电缆的特征阻抗相“匹配”(即，Zout＝Z0且Zin＝Z0)。在这种匹配情况下，反射被消除(或者实际上，由于组件的有限精度，至少被极大地降低了)，且接收到的电压信号VR(t)与源电压信号的关系是VR(t)＝0.5VS(t-l/v)，其中，v是传输线的传播速度(通常约为同轴电缆上的光速的0.6-0.8倍)。实际上，对于匹配的传输线，接收到的电压信号是源电压信号在宽频率范围上的缩放和延迟版本，且免受不匹配传输线的频率失真或延迟扩展。
典型的分配器被设计成在分配器的输出端口被匹配的负载阻抗所端接时，用匹配的阻抗端接耦合到其输入端的同轴电缆。典型的分配器还被设计成为每个负载提供匹配的输出阻抗。因此，分配器被设计成保持网络的阻抗匹配特性。除了保持阻抗匹配，典型的分配器被设计成在其输出端口之间提供高隔离度。
参见图2D，在输出端口之间具有高隔离度的3端口2向分配器114的一个例子是被建模成具有单个输入端口231和两个输出端口232和233的电路230的混合分配器。输入端口231被耦合到2∶1阻抗变换器234，其通过因子1/2变换耦合到输入端口231的设备的输出阻抗(例如，具有匝数比为∶1的变压器产生2∶1的阻抗比)。三个端口被连接到中心抽头的自耦变压器236，某些情况下其在上述端口中的一些之间耦合信号。分流电阻238连接到自耦变压器236上，以建立使得输出端口232和233能够互相隔离的条件。
由于电路230的对称性，端口231处的输入信号在端口232和233之间平均分配。然而，当信号被施加到输出端口232上时，基于输入端口231的阻抗，电路230在另一个输出端口233处设定电压。参见图2E，由于自耦变压器236的阻抗变换特性，耦合到输出端口232的源240可见等效电路242。具体地，自耦变压器236以因子1/4(因为匝数比为1/2)将分流电阻238的阻抗2Z0变换成值Z0/2。类似地，阻抗变换器234以因子1/2将输入端口231处的阻抗Z1变换为值Z1/2。因此，源240可见等效电路244(图2F)，并将源电压VS(t)施加到三个阻抗上：输出阻抗Zout，由分配器电路230的阻抗Z0/2，以及由输入端口231的端接的Z1/2。
自耦变压器236的特性确保自耦变压器236上半段的电压降Vx(t)与自耦变压器下半段的电压降相同。当输入端口231处的阻抗Z1等于特征阻抗Z0时，自耦变压器236的上半段的电压降Vx(t)等于从自耦变压器236的中点到接地的电压降。因此，在这种“匹配的输入端口”的情况中，不管源电压VS(t)或源输出阻抗Zout的值，自耦变压器236下半段的电压降Vx(t)设定输出端口233对地的电压。在这种情况下，所有被传递到输出端口232的功率被耦合到输入端口231(忽略内部分配器的损耗)。理想模型呈现出完全的隔离，然而，实际上，混合分配器受到泄漏电流和漏电感的影响，从而，取决于分配器组件的精度，在工作带宽上可能有20到60dB的隔离度。
当输入端口231处的阻抗Z1不等于特征阻抗Z0时，自耦变压器236上半段的电压降VX(t)不等于从自耦变压器236的中点到接地的电压降。因此，在这种“不匹配的输入端口”的情况中，取决于阻抗Z1和Z0的比率，自耦变压器236下半段上的电压降VX(t)将输出端口233处的电压设为源电压VS(t)的某个比例。这样，即使在理想情况下，隔离度下降，且信号可以穿过输出端口232到输出端口233而免受严重的衰减。
图3A-3D示出了基于理想混合分配器电路模型的同轴电缆网络的仿真的传输响应。被仿真的网络包括具有串联输出电阻的压控电压源，其通过50英尺长的75Ω同轴电缆连接到分配器的输入端口“端口1”，以向网络提供可变阻抗驱动。两个额外的具有分流电阻的压控电压源分别通过50英尺长的75Ω同轴电缆连接到输出端口“端口2”和“端口3”，以为网络提供可变阻抗的输出负载。图3A-3D示出了用于源和负载的在不同端接情况下的、仿真的网络端口之间的传输响应。
图3A和3B示出了所有三个端口的电缆端接阻抗都“匹配”75Ω的电缆特征阻抗时的传输响应。在图3A的图中，示出了输入到输出响应，从端口1到端口2的路径的衰减分贝(dB)，作为0到30MHz带宽上的频率函数，是近乎平坦的。实际上，内部分配器功率损耗(例如，由于电阻功率消耗)是最小的，并且在本例中被建模成1dB。约4dB的标称总衰减是：由于这些内部分配器损耗，同轴电缆的介质损耗(其随频率而增加)以及由于在源的输出电阻消耗一些功率的分压器效应造成的损耗的集合。本仿真使用RG59型同轴电缆的特性来对同轴电缆建模。
在图3B的图中，示出了作为频率函数的输出到输出传输响应，输入端电缆端接被设定为74Ω以仿真与不完美的阻抗匹配类似的条件，其导致非无穷的输出端口隔离。在端口2和端口3处的电缆端接为75Ω。结果传输响应图示出了从端口2到端口3路径的超过50dB的高度衰减。传输响应中的振荡是由于50英尺的同轴电缆的阻抗变换特性随着频率变化而变化(根据标准传输线理论)造成的。
图3C示出了作为频率函数的输出到输出传输响应，其端口1的电缆端接阻抗设定为250Ω，端口2的设定为5Ω，而端口3的设定为250Ω。这种配置对应于简单的两叶子树状网络，其中根结点是以不匹配的高阻抗端接，一个叶子结点以不匹配的低阻抗端接，而另一个叶子结点以不匹配的高阻抗端接。如下文更详细描述的，在某些实施中，网络设备112被配置使用低阻抗用于发射以及高阻抗用于接收。结果传输响应图示出了从端口2到端口3的路径的约0到10dB的降低的衰减。
图3D示出了当输入端口1电缆端接阻抗在从5Ω变化到250Ω时，作为该阻抗的函数的输出到输出传输响应。图3D中示出的响应的频率被假定为15MHz。端口2和端口3的电缆端接阻抗与图3C的图相同。结果传输响应图示出了从端口2到端口3的路径的衰减的急剧上升(或等效地在传输响应中的下降)，其发生在输入端口1处的电缆端接阻抗接近传输线的特征阻抗75Ω时，在该传输线上分配器被设计成在此处具有高输出端口隔离度。
信号调制
一个或多个不匹配的同轴电缆网络易于受到频域上的增强的通带波纹和时域上增强的延迟扩展的影响。两者都是由信号在同轴电缆传输线的不匹配端的信号反射而造成的产物。某些高速数字通信信号调制技术不容许过多的通带波纹或延迟扩展。
为了在出现通带波纹和延迟扩展时达到鲁棒的通信性能，网络设备112使用正交频分复用(OFDM)，也就是离散多音频(DMT)。OFDM是扩展频谱信号调制技术，其中可用带宽被细分成多个窄带、低数据率信道或“载波”。为了获得高频谱效率，载波的频谱是相互重叠且正交的。数据以符号的形式被发射，其具有预定的持续时间且包括若干数目的载波。在这些载波上发射的数据可在幅度和/或相位上、使用诸如二进位相移键控(BPSK)，正交相移键控(QPSK)或m比特正交调幅(m-QAM)的调制模式来调制。
在OFDM传输中，数据以OFDM“符号”的形式传输。每个符号具有预定的时间持续时间或符号时间TS。每个符号产生自相互正交并形成OFDM载波的N个正弦载波波形的叠合。每个载波具有峰值频率fi和相位Φi，其从符号的开始测得。对于这些相互正交的载波的每一个，在符号时间TS内包括正弦波形的整数周期。相当于，每个载波频率是频率间隔Δf＝1/Ts的整数倍。载波波形的相位Φi和幅度Ai可以独立选择(根据适当的调制模式)而不会影响结果调制波形的正交性。载波占用了被称作OFDM带宽的f1和fN之间的频率范围。
参见图4，通信系统400包括发射机402，其用于通过通信介质404将信号(例如，一系列OFDM符号)传输到接收机406。发射机402和接收机406可以被整合到耦合到同轴电缆网络的网络设备内(例如，作为收发机装置的一部分)。通信介质404可以表示在同轴电缆网络上一个设备到另一个设备的路径，或者穿过诸如电力线网络的另一种类型的网络的路径。由于AC配线是为低得多的频率传输而设计的，因此它们在用于数据传输的较高频率上呈现出不同的信道特性(例如，取决于使用的配线和实际布局)。如与具有不匹配的同轴电缆网络100一起，由于多路延迟扩展，电力线网络呈现出失真。如以下更详细描述的，使用OFDM信号可以提高同轴电缆网络、电力线网络或包括同轴电缆和电力线部分的桥接网络的通信可靠性。
在发射机402，实现PHY层(物理层)的模块从介质访问控制(MAC)层接收到输入比特流。该比特流被馈给到编码模块420以执行诸如扰码、纠错编码和交织的处理。
编码的比特流被馈给到映射模块422，其取决于当前符号所使用的星座图(例如，BPSK，QPSK，8-QAM，16-QAM星座图)，取出多组的数据比特(例如，1、2、3、4、6、8、或10比特)，并且将这些比特表示的数据值映射成相应的当前符号的载波波形的同相(I)或者正交相(Q)分量的幅度。这导致每个数据值被关联到相应的复数Ci＝Aiexp(jΦi)，其实部对应于具有峰值频率为fi的载波的I分量，且虚部对应于峰值频率为fi的载波的Q分量。可替换地，可以使用任何适当的将数据值关联到调制载波波形的调制方案。
映射模块422还确定系统400使用OFDM带宽内的载波频率f1，...，fN的哪个来传输信息。例如，可以避免某些正在经历减弱的载波，并且没有信息在这些载波上传输。取而代之，映射模块422对该载波使用以来自伪噪声(PN)序列的二进制值调制的相干BPSK。对于某些载波(例如，载波i＝10)，其对应于介质404上可能会辐射功率的受限频带(例如业余无线电频带)，这些载波上没有传输能量(例如，A10＝0)。
反离散傅立叶反变换(IDFT)模块424执行N个复数的结果集(对于不被使用的载波，其中有些可能为0)到具有峰值频率f1，...，fN的N个正交载波波形的调制，这些复数由映射模块422确定。调制的载波被IDFT模块424合并，以形成离散时间符号波形S(n)(对于采样率fR)，其可以写作：
等式(1) S ( n ) = Σ i = 1 N A i exp [ j ( 2 πin / N + φ i ) ]
其中，时间指数n从1到N，Ai是峰值频率为fi＝(i/N)fR的载波的幅度，而Φi是其相位，并且 j = - 1 . 在某些实施中，离散傅立叶变换对应于N是2的幂的快速傅立叶变换(FFT)。
后期处理模块426将一序列的连续(潜在地重合)符号组合到“符号集”，其作为连续块在通信介质404上传输。后期处理模块426对该符号集预设前同步码，其可用于自动增益控制(AGC)和符号时序同步。为了减轻符号间和载波间的干扰(例如，由于信号400和/或通信介质404的非理想性)，后期处理模块426可以循环前缀扩展每个符号，该循环前缀是该符号最后一部分的副本。后期处理模块426还能够执行其他功能，例如将脉冲整形窗施加到符号集内的符号子集(例如，使用升余弦窗或其他类型的脉冲整形窗)以及重叠符号子集。
模拟前端(AFE)模块428将包括该符号集的连续时间形式的(例如，低通滤波的)模拟信号耦合到通信介质404。连续时间形式的波形S(t)在通信介质404上传输的效果，可以用表示在通信介质上传输的脉冲响应的函数g(τ；t)的卷积来表示。通信介质404可能会加入噪声n(t)，其可能是随机噪声和/或由干扰发射机发出的窄带噪声。
在接收机406处，实现PHY层的模块从通信介质404处接收到信号，并生成用于MAC层的比特流。AFE模块430与自动增益控制(AGC)模块432及时间同步模块434一起工作，以向离散傅立叶变换(DFT)模块436提供数据和时序信息。通过使用其前同步码来同步以及放大接收到的符号集后，接收机406解调并解码符号集中的符号。
移除循环前缀后，接收机406将采样的离散时间信号馈给到DFT模块436以抽取代表编码数据值的一序列的N个复数(通过执行N点DFT)。解调/解码模块438将复数映射到相应的比特序列，并对这些比特进行适当的解码(包括解交织和解扰)。
通信系统400的任意模块，包括发射机402和接收机406中的模块，可以用硬件、软件或软硬件结合来实现。
网络接口
图5A图解了用作网络设备112的网络接口的示例性双向AFE模块500，其整合了发射机402和接收机406的功能。AFE模块500使用耦合模块502来从同轴电缆111接收信号到接收机AFE模块430，并将信号从发射机AFE模块428传输到同轴电缆111。这种方法是半双工的方法，其中设备112在任意给定时间，要么是处于传输模式，要么是处于接收模式。
图5B示出了耦合模块502的一种实施的电路。该电路包括宽带环形变压器504，瞬态保护二极管506A和506B，以及接受标准RG59或RG6同轴电缆的F系列75Ω内孔连接器508。来自变压器504的终端形成双向信号接口510，其包括来自发射机AFE模块428的差分对发射终端PL_TXP和PL_TXN。这些发射终端可选地包括电阻值为R0的对称电阻，以设定输出阻抗以及结果信号水平。信号接口510还包括差分对接收终端PL_RXP和PL_RXN以连接到接收机AFE模块430。网络设备112的有效输入阻抗通过将接收机AFE模块430内的电阻设定为适当的值而选定。
当将信号驱动到电缆的网络设备112的输出阻抗小于同轴电缆111的特征阻抗对，可以获得提高的通信性能。
某些宽带线路驱动器是具有反馈的运算放大器电路，其可以获得非常低的输出阻抗(几欧姆或更小)。在某些系统中，这些驱动器使用等于系统阻抗的串联电阻来匹配系统特征阻抗。通过串联匹配电阻和系统负载阻抗来形成分压器。对于匹配阻抗的情况，驱动器输出电位的一半到达负载，引起6dB信号损耗。
对于不需要阻抗匹配的通信技术(例如，OFDM)，驱动器的输出阻抗可以降至几欧姆。由于分压器造成的损耗低于前面的情况，尤其在遇到低阻抗负载时。低阻抗驱动器获得了更少的损耗，且在某些情况下，对于通过同轴电缆网络100的多个路径实现增益(相对于匹配阻抗驱动器的6dB损耗)。例如，在测试同轴电缆网络中，对于75Ω同轴电缆特征阻抗，约5Ω的输出阻抗为2-28MHz频率范围内的信号提供了鲁棒的性能。
当通过电缆接收信号的网络设备112的输入阻抗大于同轴电缆111的特征阻抗时，也可以实现性能提高。在某些优选实施中，取决于期望的耦合特性，网络设备112的有效输入阻抗被选定为至少大1.2，2，3或10倍。例如，在测试同轴电缆网络中，对于75Ω同轴电缆特征阻抗，约250Ω的输出阻抗为2-28MHz频率范围内的信号提供了鲁棒的性能。
网桥
取决于网络的特性，桥接设备116可以使用多种技术的任一种以在同轴电缆网络100和二级网络120之间耦合信号。例如，OFDM信号调制很适合不匹配的同轴电缆网络100和电力线网络两者的非线性信道特性。桥接设备116可以在同轴电缆和电力线介质之间“无源地”耦合信号，而不必要改变信号调制特性。无源桥接设备能够保持通信信号的调制特性，例如用于调制数据的波形的形状，并且从而不需要为了解调，缓冲和/或重调制而延迟信号。
可替换地，桥接设备116可以是“有源”设备，为了通过其他网络的后续传输，其解调从网络之一上接收到的信号，并且缓冲编码的信息。有源桥接设备可以在网络之间切换，一次访问一个网络。可替换地，有源网桥可以表示两个逻辑网络结点，一个在第一个网络(例如，同轴电缆网络)内工作，而另一个在第二个网络(例如，电力线网络)内工作。这种类型的有源桥接设备能够潜在地同时与两个网络通信。设备内的逻辑结点两者都能使用单个处理器和分离的物理接口而实现。在信号通过桥接设备116时，有源方式在信号中引入了延迟。
可选地，桥接设备116可以是简单的耦合设备，其将信号在两个网络之间传递(无源地或有源地)，或者它可以是被整合到全功能网络设备112内，其用作作为发射的信号的源和目的地以及桥接器(无源或有源)。
在二级网络120是电力线通信网络的实施中，桥接设备116包括用于过滤掉低频(例如，50Hz或60Hz)电力波形的组件，以及用于抵抗电力线中的大瞬间电涌的组件。然而，通信信号波形还承载电力，通信信号的电平和相应的平均功率(例如，OFDM符号的幅度)比起具有120-240V范围内的均方根电压的典型电力波形小得多。
图6示出了用于桥接房屋内的同轴电缆和电力线网络的无源桥接器600。无源桥接器600安全地在两个网络之间耦合通信信号(例如，在2-28MHz)，同时阻止电力信号(例如，在60Hz)从电力线网络进入同轴电缆网络。无源桥接器600包括宽带耦合变压器602，其在同轴电缆接口606(例如，F系列内孔同轴电缆连接器)和电力线接口608(例如，AC电源插头芯)之间的任一方向耦合差模信号。在某些实施中，变压器602具有1∶1的匝数比。可替换地，变压器可以具有不同的匝数比，以提高阻抗的有效变化。这种双向信号耦合使得同轴电缆网络和电力线网络作为运行CSMA/CA MAC协议的同一个广播域的一部分。当传递期望的差模信号能量时，变压器602还可以起到阻止无意向性的共模能量(噪声)的作用。变压器602可以用在铁环形磁芯上的双线并绕而制成。在电力线和同轴电缆网络之间使用三重绝缘聚四氟乙烯线来提供安全隔离(具有3kV击穿电压)。
无源桥接器600包括高压串联电容604A和604B(例如0.01毫法电容)，其起到高通滤波器的作用以通过期望的高频通信信号并阻止(或者例如以10、100、或更高的因子显著衰减)低频电力波形通过变压器进入同轴电缆网络100。具有安全故障模式的电容604A和604B可被用于在元件故障时保持耦合器安全。当桥接器600被拔除时，分流电阻612A和612B(例如，200kΩ电阻)消除留在电容上的任何残余电荷。高压可变电阻610为在预期工作范围内时的电压维持高电阻，并切换到低电阻传导状态以对到达电力线上的大瞬态电压进行钳位，该大瞬态电压可能超过电容604A和604B的击穿电压。可替换地，可以使用多种瞬态抑制电路元件中的任一种来阻止(或者显著衰减)电压瞬变，包括，例如，瞬态电压抑制二极管。
图7示出了用于无源桥接器600的组件的示例性塑料外壳700，其具有作为电力线接口608的内置AC电源插头芯702。在使用过程中，桥接器600插入房屋内的可用AC电源输出口。AC电源插头芯702是无极性的，可以以任一朝向插入。一定长度的同轴电缆(例如，3到12英尺)可用于连接桥接器600的F连接器704与同轴电缆网络100的F连接器端口。
图8示出了混合耦合器800，其将网络设备112耦合到同轴电缆网络和电力线网络之一或两者，且可选择地用作同轴电缆和电力线网络之间的桥接器。混合耦合器800包括具有四个独立线圈的宽带耦合变压器802。四个线圈的匝数比通常是一样的。使用三重绝缘聚四氟乙烯线来提供电力线、同轴电缆和低压双向信号接口804之间的安全隔离(具有3kV击穿电压)。信号接口804包括连接到发射机AFE模块428输出的发射终端差分对TX_P和TX_N和连接到接收机AFE模块430输入的接收终端差分对RX_P和RX_N。这四条线是低压安全隔离连接。
混合耦合器800包括开关806A和806B以选择仅电力线工作，仅同轴电缆工作，或者在电力线和同轴电缆介质两者上的混合工作。如上所述，电力线介质连接包括电容604A和604B，电阻612A和612B，可变电阻610以及电力线接口608。如上所述，同轴电缆介质连接包括同轴电缆接口606。开关806A和806B是双刀单掷开关，其连接或中断耦合变压器802和电力线及同轴电缆介质之间的差动连接。开关806A和806B可以在安装时设定，或者可替换地可以通过外部开关接口来控制。
当两个开关806A和806B都闭合时，电力线和同轴电缆介质被桥接在一起(以无源桥接器600的方式)。例如，闭合两个开关，允许网络设备112可在电力线和同轴电缆网络上同时通信。关闭在链接到两个网络的第一结点处的混合耦合网络设备112的两个开关，可将两个网络耦合在一起，使得电力线网络上第二结点能够通过作为桥接器的第一结点与同轴电缆网络上的第三结点进行通信。
作业实例
图9示出了住宅测试站点900的平面图，其示出了设备连接到电力线网络的AC电源输出口(电源线端口PL-1到PL-7)，以及设备连接到同轴电缆网络的同轴电缆端口(同轴电缆端口CX-8到CX-11)。同轴电缆网络具有树状网络的拓扑，其具有由RG6型同轴电缆111连接的两个2向分配器。源端口CX-8被配置成与树状网络的源(或“根”)结点接合，并将信号分配到连接到代表树状网络的叶子结点的同轴电缆端口CX-9至CX-11的设备。从端口CX-8到端口CX-10或端口CX-11的标称接入损耗是7dB，而从端口CX-8到端口CX-9的标称接入损耗是3.5dB。电力线网络的AC配线(未示出)形成了共享通信介质，从而每个电源输出口与所有其它电源输出口共享双向通信路径。
在所有端口对(PL-1到PL-7，和CX-8到CX-11)之间测量代表端口到端口传输响应的信号衰减。在两个方向上都测量传输响应(例如，从端口CX-8到端口CX-9的传输，以及从端口CX-9到端口CX-8的传输)。因为很多路径具有随频率变化(例如，呈现出峰值和零值)的衰减，所以计算并记录平均衰减。
图10示出了用于执行传输响应测试测量的测试设施。第一测试结点1002被耦合到同轴电缆端口1004(测试站点900的4个端口之一)或者电源输出口1006(测试站点900的7个输出口之一)。第二测试结点1008被耦合到同轴电缆端口1010(测试站点900的4个端口之一)或者电源输出口1006(测试站点900的7个输出口之一)。一个测试结点处于发射模式，其它的处于接收模式。如果发射结点被耦合到同轴电缆端口，则发射结点的输出阻抗被设为约5Ω的低值。如果接收结点被耦合到同轴电缆端口，则接收结点的输出阻抗被设为约250Ω的高值。
某些测量在同轴电缆和电力线网络通过无源桥接器600耦合时执行，而某些测量在同轴电缆和电力线网络去耦时执行(即，无源桥接器600断开)。在这些测试测量中，当源端口104没有参与到测量中时，它保持断开(因此以不匹配的开路阻抗而端接)。
图11A和11B示出了表示路径衰减测量的格栅，其中行对应于发射端口(PL-1到PL-7，以及CX-8到CX-11)，列对应于接收端口(PL-1到PL-7，以及CX-8到CX-11)。行列的交叉处的阴影与路径衰减成正比。根据标度1100，阴影方块表示衰减程度。因为端口不会传输到它本身，对角线方块(1到1，2到2，等)并不表示衰减测量。
图11A中的格栅示出了当无源桥接器600断开，从而电力线网络和同轴电缆网络是去耦的时，所有端口和/或输出口对之间的衰减值。左下方象限(行1-7，列1-7)表示电力线网络连接性，并且右上方象限(行8-11，列8-11)表示同轴电缆网络连接性。电力线网络的平均衰减约为40dB，变化范围大。同轴电缆网络的平均衰减(阻抗不匹配)小于10dB。网络之间的衰减为60dB或更高(行1-7，列8-11，以及行8-11，列1-7)。
图11B中的格栅示出了当无源桥接器600连接电力线网络和同轴电缆网络时，所有端口和/或输出口对之间的衰减值。电力线输出口之间的平均衰减大致保持相同。同轴电缆端口之间的平均衰减也显示出很少的变化。然而，电力线网络和同轴电缆网络之间的平均衰减被极大地提高(即，降低的衰减)。这些电力线到同轴电缆和同轴电缆到电力线路径(行1-7，列8-11，以及行8-11，列1-7)的平均衰减程度与电力线到电力线路径(行1-7，列1-7)的平均衰减程度相近，在40dB的量级上。这些新的通信路径提高了更多的便利和覆盖。
另外，还测量了相同路径上的通信数据速率，并计算了各种网络配置中一组路径上的平均吞吐量，如表1所总结的。
表1
  网络   端口数   路径数   桥存在   平均吞吐量
  同轴到同轴   4   12   无   117.5mbps
  同轴到同轴   4   12   有   118.2mbps
  PL到PL   7   42   无   72.1mbps
  PL到PL   7   42   有   69.6mbps
  PL到同轴   11   56   有   82.6mbps
  完全的   11   110   有   78.5mbps
针对存在和不存在无源桥接器600，测量了相应于同轴到同轴路径(行8-11，列8-11)的一组路径的平均吞吐量。针对存在和不存在无源桥接器600，测量了相应于电力线到电力线路径(行1-7，列1-7)的另一组路径的平均吞吐量。针对存在无源桥接器600，测量了相应于电力线到同轴路径(行1-7，列8-11，以及行8-11，列1-7)的另一组路径的平均吞吐量。针对无存在源桥接器600，测量了所有路径(行1-11，列1-11)的平均吞吐量。
无源桥接器600的存在对已有的同轴到同轴和电力线到电力线路径的平均吞吐量并没有大的影响，但是极大地增加了可用于在测试站点900内通信的路径的总数量。
由所附权利要求定义的本发明范围之内还包括不同于上述实施的许多其它实施。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
以新的权利要求1-22替换原权利要求1-22。
具体修改如下：
1.权利要求1末尾处增加了“并被配置成在所述信号耦合电路和通信装置之间耦合信号”；
2.权利要求16和17中在“通信装置”前加了“所述”；
3.权利要求20中，
“耦合第一信号接口...”改成了“耦合信号耦合电路的第一信号接口...”，
“耦合第二信号接口...”改成了“耦合所述信号耦合电路的第二信号接口...”，
并在权利要求的最后增加了“以及，耦合所述信号耦合电路和通信装置之间的信号”
1.一种设备，包括：
第一信号接口，被配置成耦合去往和来自同轴电缆的信号；
第二信号接口，被配置成耦合去往和来自电力线的信号；以及
信号耦合电路，被配置成在所述第一信号接口和所述第二信号接口之间传递通信信号，并被配置成在所述信号耦合电路和通信装置之间耦合信号。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一信号接口和所述第二信号接口的每个都耦合包括两个导体之间的电压差的差分电压信号。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述第一信号接口包括内孔同轴电缆连接器。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述第二信号接口包括电源插头芯。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述信号耦合电路进一步被配置成衰减由所述第二信号接口从所述电力线接收的电力波形。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述信号耦合电路包括滤波电路，以在所述第一信号接口处将频率在约50Hz到60Hz范围内的电力波形的幅度相比于所述第二信号接口处的电力波形的幅度衰减至少因子10。
7.如权利要求5所述的设备，其中所述信号耦合电路包括瞬态抑制电路，以在所述第一信号接口处将幅度大于预定阈值的电力波形的幅度相比于所述第二信号接口处的所述电力波形的幅度衰减至少因子10。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述信号耦合电路被配置成以低于10dB的衰减传递在约2MHz到28MHz范围内的信号频率分量。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述信号耦合电路被配置成保持所述通信信号的调制特性。
10.如权利要求9所述的设备，其中保持所述通信信号的调制特性包括保持波形形状。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述信号耦合电路包括变压器，该变压器具有包括所述通信信号的频谱内的频率的工作带宽。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述信号耦合电路进一步包括：
第一电容，与所述变压器的第一终端和所述第二信号接口的第一终端电通信；以及
第二电容，与所述变压器的第二终端和所述第二信号接口的第二终端电通信；
其中所述变压器的第一和第二终端由所述变压器的第一线圈连接。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述信号耦合电路进一步包括与所述第二信号接口的第一和第二终端电通信的瞬态抑制电路元件。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述瞬态抑制电路元件包括可变电阻。
15.如权利要求12所述的设备，其中所述变压器的第三终端与所述第一信号接口的第一终端
电通信，所述变压器的第四终端与所述第一信号接口的第二终端电通信，并且其中所述变压器的第三和第四终端由所述变压器的第二线圈连接。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述变压器包括耦合所述变压器和所述通信装置之间的差分电压信号的第三线圈。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述信号耦合电路包括耦合所述变压器和所述通信装置之间的差分电压信号的第四线圈。
18.如权利要求16所述的设备，其中所述信号耦合电路包括开关电路，以选择性地将所述变压器从所述第一信号接口，或从所述第二信号接口，或从所述第一信号接口和所述第二信号接口两者去耦。
19.如权利要求1所述的设备，其进一步包括：
信号处理电路，以解调通过所述第一信号接口或所述第二信号接口之一接收的信号；以及
缓冲器，存储用于通过所述第一信号接口或所述第二信号接口之一后续传输的解调的信号信息。
20.一种方法，包括：
耦合信号耦合电路的第一信号接口和同轴电缆之间的信号；
耦合所述信号耦合电路的第二信号接口和电力线之间的信号；
在所述第一信号接口和所述第二信号接口之间传递通信信号；以及
耦合所述信号耦合电路和通信装置之间的信号。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括衰减由所述第二信号接口从所述电力线接收的电力波形。
22.如权利要求20所述的方法，其中在所述第一信号接口和所述第二信号接口之间传递通信信号包括保持所述通信信号的调制特性。

Claims (22)

1. 一种设备，包括：
第一信号接口，被配置成耦合去往和来自同轴电缆的信号；
第二信号接口，被配置成耦合去往和来自电力线的信号；以及
信号耦合电路，被配置成在所述第一信号接口和所述第二信号接口之间传递通信信号。
2. 如权利要求1所述的设备，其中所述第一信号接口和所述第二信号接口的每个都耦合包括两个导体之间的电压差的差分电压信号。
3. 如权利要求2所述的设备，其中所述第一信号接口包括内孔同轴电缆连接器。
4. 如权利要求2所述的设备，其中所述第二信号接口包括电源插头芯。
5. 如权利要求1所述的设备，其中所述信号耦合电路进一步被配置成衰减由所述第二信号接口从所述电力线接收的电力波形。
6. 如权利要求5所述的设备，其中所述信号耦合电路包括滤波电路，以在所述第一信号接口处将频率在约50Hz到60Hz范围内的电力波形的幅度相比于所述第二信号接口处的电力波形的幅度衰减至少因子10。
7. 如权利要求5所述的设备，其中所述信号耦合电路包括瞬态抑制电路，以在所述第一信号接口处将幅度大于预定阈值的电力波形的幅度相比于所述第二信号接口处的所述电力波形的幅度衰减至少因子10。
8. 如权利要求1所述的设备，其中所述信号耦合电路被配置成以低于10dB的衰减传递在约2MHz到28MHz范围内的信号频率分量。
9. 如权利要求1所述的设备，其中所述信号耦合电路被配置成保持所述通信信号的调制特性。
10. 如权利要求9所述的设备，其中保持所述通信信号的调制特性包括保持波形形状。
11. 如权利要求9所述的设备，其中所述信号耦合电路包括变压器，该变压器具有包括所述通信信号的频谱内的频率的工作带宽。
12. 如权利要求11所述的设备，其中所述信号耦合电路进一步包括：
第一电容，与所述变压器的第一终端和所述第二信号接口的第一终端电通信；以及
第二电容，与所述变压器的第二终端和所述第二信号接口的第二终端电通信；
其中所述变压器的第一和第二终端由所述变压器的第一线圈连接。
13. 如权利要求12所述的设备，其中所述信号耦合电路进一步包括与所述第二信号接口的第一和第二终端电通信的瞬态抑制电路元件。
14. 如权利要求13所述的设备，其中所述瞬态抑制电路元件包括可变电阻。
15. 如权利要求12所述的设备，其中所述变压器的第三终端与所述第一信号接口的第一终端电通信，所述变压器的第四终端与所述第一信号接口的第二终端电通信，并且其中所述变压器的第三和第四终端由所述变压器的第二线圈连接。
16. 如权利要求15所述的设备，其中所述变压器包括耦合所述变压器和通信装置之间的差分电压信号的第三线圈。
17. 如权利要求16所述的设备，其中所述信号耦合电路包括耦合所述变压器和通信装置之间的差分电压信号的第四线圈。
18. 如权利要求16所述的设备，其中所述信号耦合电路包括开关电路，以选择性地将所述变压器从所述第一信号接口，或从所述第二信号接口，或从所述第一信号接口和所述第二信号接口两者去耦。
19. 如权利要求1所述的设备，进一步包括：
信号处理电路，以解调通过所述第一信号接口或所述第二信号接口之一接收的信号；以及
缓冲器，存储用于通过所述第一信号接口或所述第二信号接口之一后续传输的解调的信号信息。
20. 一种方法，包括：
耦合第一信号接口和同轴电缆之间的信号；
耦合第二信号接口和电力线之间的信号；以及
在所述第一信号接口和所述第二信号接口之间传递通信信号。
21. 如权利要求20所述的方法，进一步包括衰减由所述第二信号接口从所述电力线接收的电力波形。
22. 如权利要求20所述的方法，其中在所述第一信号接口和所述第二信号接口之间传递通信信号包括保持所述通信信号的调制特性。
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