CN113330718A - 通信网络中脉冲电力和数据的传输 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种方法包括，在承载脉冲电力的两个线对上发送数据，其中脉冲电力包括多个电压脉冲，其中线对上的电压脉冲在线对之间偏移以提供连续电力；以及标识至少一个线对上的以下项中的至少一者：脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变，以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变。线对上的数据传发送在线对上的所标识的转变期间被控制，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。

Description

通信网络中脉冲电力和数据的传输
相关申请的声明
本申请是于2019年1月23日提交的，题为TRANSMITION OF PULSE POWER AND DATAOVER A WIRE PAIR(通过线对的脉冲电力和数据的传输)的美国专利申请号16/255,657的部分继续(代理案卷号CISCP1369)，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体涉及网络通信系统，更具体地，涉及网络通信系统中的电力和数据的传输。
背景技术
以太网供电(Power over Ethernet，PoE)是一种用于通过有线电信网络从供电设备(PSE)通过链路部分向受电设备(PD)提供电力的技术。单对式以太网(Single PairEthernet，SPE)使能经由单对线在以太网上进行的数据传输，同时还提供电源来与数据一起传递电力(数据线路供电(Power over Data Line，PoDL))。今天的PoE和PoDL系统的电力容量有限，这可能不适合许多类型的设备。
附图说明
图1示出了其中可以实现本文描述的实施例的网络的示例。
图2描绘了在实现本文描述的实施例中有用的网络设备的示例。
图3A示出了在脉冲电力转变时间期间避免数据传输的情况下，通过线对的脉冲电力和数据传输的示例。
图3B示出了在脉冲电力转变时间期间避免数据传输的情况下，通过单线对的脉冲电力和数据传输的另一示例。
图4是根据一个实施例的用于在单线对上传送脉冲电力和数据的系统的示意图，其利用脉冲电力转变以控制发射机处的数据发送。
图5是根据一个实施例的用于在单线对上传送脉冲电力和数据的系统的示意图，其使用脉冲电力转变来控制MAC/PHY以推迟发射机处的数据发送。
图6是根据一个实施例的用于在单线对上传送脉冲电力和数据的系统的示意图，其使用脉冲电力转变来标记接收机处可能错误的分组。
图7是根据一个实施例的用于在单线对上传送脉冲电力和数据的系统的示意图，其使用脉冲电力转变来标记要在接收机处丢弃的分组。
图8是根据一个实施例的用于在单线对上传送脉冲电力和数据的系统的示意图，其使用脉冲电力转变来标记接收机处可能错误的数据，以便用于FEC(前向纠错)。
图9是根据一个实施例的用于在单线对上传送脉冲电力和数据的系统的示意图，其使用脉冲电力转变来控制发射机处的数据发送和接收机处的缓冲器和FEC解码器。
图10是根据一个实施例的用于在单线对上传送脉冲电力和数据的系统的示意图，其使用脉冲电力转变来控制MAC/PHY以推迟发射机处的数据发送以及接收机处的缓冲器和FEC解码器。
图11A是示出根据一个实施例的用于利用对发射机处的数据发送的控制来在单线对上传输脉冲电力和数据的过程的概述的流程图。
图11B是示出根据一个实施例的用于利用FEC在单线对上传输脉冲电力和数据的过程的概述的流程图。
图11C是示出根据一个实施例的利用在接收机处对分组的标记来在单线对上传输脉冲电力和数据的过程的概述的流程图。
图11D是示出用于脉冲电力调制以用于传输控制面数据的过程的概述的流程图。
图12是示出根据一个实施例的多节点三相脉冲电力系统的示例的框图。
图13示出了在具有来自端点节点的恒定电力负载的情况下，针对图12所示系统的三相脉冲电力电压和电流的示例。
图14A是针对四相脉冲电力系统示出供电设备和受电设备处的脉冲以及受电设备处的电流的简化示意图。
图14B示出了图14A的四相脉冲电力，其中有一个相位被遗漏，从而示出脉冲占空比和相位的补偿性移位以维持连续的受电设备电流。
图15A是示出根据一个实施例的用于在多相系统中承载脉冲电力的线对上发送数据的过程的概述的流程图。
图15B是示出根据一个实施例的用于在多相系统中承载脉冲电力的线对上接收数据的过程的概述的流程图。
图16示出了根据一个实施例的具有光纤和两个线对的线缆，该两个线对将供电设备连接到受电设备以用于传送多相脉冲电力。
图17示出了根据一个实施例的图16中所示的线对之一的细节。
图18A是根据一个实施例的用于在线对上传送脉冲电力和数据的系统的框图。
图18B是根据一个实施例的用于在多个线对上传送脉冲电力和数据的多相脉冲电力系统的框图。
图19A是根据一个实施例的图18B所示的多相脉冲电力系统的简化框图。
图19B是图19A所示的多相脉冲电力系统的时序图。
图20是根据一个实施例的图19A所示的多相脉冲电力系统的简化电路。
图21示出了根据一个实施例的在以太网供电系统中对多相脉冲电力和数据的传送。
在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的部分。
具体实施方式
概述
本发明的各方面在独立权利要求中被陈述，并且优选特征在从属权利要求中被陈述。一个方面的特征可以单独或与其他方面结合应用于每个方面。
在一个实施例中，一种方法大体上包括：在承载脉冲电力的两个线对上发送数据，其中脉冲电力包括多个电压脉冲，其中线对上的电压脉冲在线对之间偏移以提供连续的电力，并且标识至少一个线对上的以下项中的至少一个：脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变，以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变。线对上的数据发送在线对上的所标识的转变期间被控制，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
在一个或多个实施例中，脉冲电力相位被承载在每个线对上，并且线对位于多对式线缆中。
在一个或多个实施例中，脉冲电力在脉冲接通时间期间的电压包括至少60伏。
在一个或多个实施例中，脉冲电力在脉冲关断时间期间的电压大于零。
在一个或多个实施例中，电压脉冲的脉冲接通时间在线对之间重叠。
在一个或多个实施例中，具有脉冲接通时间和脉冲关断时间的一个周期小于或等于12ms。
在一个或多个实施例中，该方法还包括在脉冲关断时间期间执行故障检测。
在一个或多个实施例中，数据在脉冲接通时间和脉冲关断时间期间被发送。
在一个或多个实施例中，对数据发送的控制包括在所标识的转变期间暂停数据发送。
在一个或多个实施例中，对数据发送的控制包括：控制MAC(媒体访问控制)/PHY(物理层实体)以在所标识的转变期间推迟数据发送。
在一个或多个实施例中，对数据发送的控制包括对数据应用前向纠错(FEC)，以在所标识的转变期间在接收机处使用。
在另一实施例中，一种方法大体上包括在承载脉冲电力的两个线对上接收数据，其中脉冲电力包括多个电压脉冲，其中线对上的电压脉冲在线对之间偏移以提供连续的电力；标识至少一个线对上的以下项中的至少一个：脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变，以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变；以及在线对上所标识的转变期间控制线对上的数据以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
在一个或多个实施例中，该方法还包括在两个线对上发送数据。
在一个或多个实施例中，控制数据包括：标记在所标识的转变期间接收的数据。在一个或多个实施例中，丢弃或重发所标记数据的至少一部分。
在一个或多个实施例中，前向纠错(FEC)在发射机处被应用到数据，并且控制数据包括：在所标识的转变期间标记数据以用于解码。
在一个或多个实施例中，该方法还包括：对脉冲电力的经编码调制进行解码以用于控制面数据。
在另一实施例中，一种装置大体上包括：接口，用于在承载脉冲电力的至少两个线对上发送数据，其中脉冲电力包括多个电压脉冲；以及控制器，用于标识至少一个线对上的、脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变中的至少一个，以及在线对上所标识的转变期间暂停线对上的数据发送，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
在又一实施例中，一种装置大体上包括：接口，用于在承载脉冲电力的至少两个线对上接收数据，其中脉冲电力包括多个电压脉冲；以及控制器，用于标识至少一个线对上的、脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变中的至少一个，以及在线对上所标识的转变期间控制线对上的数据，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
可以通过参考说明书的其余部分和附图来实现对本文描述的实施例的特征和优点的进一步理解。
示例实施例
呈现下面的描述以使本领域普通技术人员能够制作和使用这些实施例。对具体实施例和应用的描述仅作为示例提供，并且对于本领域的技术人员来说，各种修改将是显而易见的。在不脱离实施例的范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于其他应用。因此，实施例不限于所示的那些实施例，而是给予与本文描述的原理和特征一致的最宽范围。为了清楚起见，没有详细描述有关与实施例相关的技术领域中已知的技术材料的细节。
用于通过同一双绞线线缆同时传输电力和数据通信的传统以太网供电(PoE)或数据线路供电(PoDL)系统通常在范围和电力容量方面受到限制。标准PoE的最大电力传送容量为大约100W(瓦)，标准PoDL为大约50W，但许多类别的受电设备将受益于超过100W的电力传送，并且在某些情况下高达1000W至2000W。在传统系统中，当需要更大的电力传送额定值时，通过本地电源向远程设备供电。因此，希望将线缆上可用的电力增加到数百瓦甚至数千瓦，其中该线缆使用一个或多个经平衡传输对。这种能力可以允许网络部署中许多新的选择，在该网络部署中，诸如工作组路由器、多插槽服务器、大显示器、无线接入点、雾节点、IoT设备或其他设备之类的主要设备在使用一个或多个线对的线缆上操作。这种能力将极大地降低安装复杂性并改善更广设备集合的总拥有成本，其中这些设备的电力和数据连接性需求从中央设备被满足。
为了增加可用电力，可以在高压脉冲(本文称为脉冲电力)中传输电力。本文使用的术语“脉冲电力”是指在多个电压脉冲(电压脉冲序列)中传送的电力，在电压脉冲中，电压在脉冲关断时间(pulse-off time)期间的非常小的电压(例如，接近0V(伏)，3V)与在脉冲接通时间(pulse-on time)期间的较大电压(例如，≥12V)之间变化。电压脉冲序列在交替的接通和关断持续时间期间被产生，其中电压脉冲序列包括接通持续时间(脉冲接通)内的高状态和关断持续时间(脉冲关断)内的低状态。高压脉冲电力(高压脉冲)(例如，>56V、≥60V、≥300V)可以被从供电设备(PSE)传输到受电设备(PD)以用于给受电设备供电，而低压脉冲电力(低压脉冲)(例如，～12V、～24V、≤30V、≤56V)可以在短间隔上用于启动(例如，初始化、同步、对本地能量存储设备充电、给控制器供电、测试、或其任意组合)，如于2019年11月1日提交的美国专利申请号16/671,508(“Initialization andSynchronization for Pulse Power in a Network System”(在网络系统中用于脉冲电力的初始化和同步))中所描述的(该申请的全文内容通过引用并入本文)。例如，脉冲电力传输可以通过线缆、传输线、母线、背板、PCB(印刷电路板)、和配电系统。
在一个或多个实施例中，脉冲电力可以在多相位(多相)脉冲电力系统中操作，以实现到受电设备的的损耗较小的、有效地100％占空比的电力传送(例如，利用重叠的相位脉冲连续不间断地向输出供电)，同时增强每电力连接的可靠性并在线缆的延长长度上提供安全操作以传送高电力。如下文详细描述的，电压脉冲的多相位(多相)可以通过多对式线缆被传送，其中每个相位与一个或多个数据信号相关联。例如，可以在每对上使用DC脉冲来使用多对式布线，该DC脉冲的定时方式使得在受电设备(或负载)处提供100％净占空比的连续电力，如于2019年4月10日提交的美国专利申请号16/380,954(“Multiple PhasePulse Power in a Network Communications System”(网络通信系统中的多相脉冲电力))中所描述的(该申请的全文内容通过引用并入本文)。
在一个或多个实施例中，多相脉冲电力可以包括扩展安全电力(Extended SafePower，ESP)。本文使用的术语扩展安全电力(ESP)可以指高电力(例如，≥100W)、高压(例如，>56V)操作，其利用在多个线对上传送的脉冲电力(例如，多相脉冲电力，其具有在线对之间相对于彼此偏移的脉冲以提供连续电力)、故障检测(例如，在初始化时和在高压脉冲之间的故障检测)、以及供电设备(PSE)与受电设备(PD)之间的同步。
如下所述，脉冲电力可以与数据一起通过线对(例如，单个经平衡铜线对)被传送。线对可以位于单对式以太网(SPE)线缆或多对(多对式)线缆(例如，双对式线缆、四对式线缆、或任何其他数量的对)内。在线对上传输数据与脉冲电力可能出现的问题是，高压脉冲的转变边沿(从脉冲接通时间到脉冲关断时间或者从脉冲关断时间到脉冲接通时间的转变)可能会破坏以太网分组。因此，简单地将脉冲电力和数据信号相加可能导致脉冲电力转变边沿上的数据损坏，并且数据频谱可能在脉冲电力转变期间被冲淡。
本文描述的实施例允许在线对上传输数据和脉冲电力的情况下，减轻在脉冲电力转变时间期间由于脉冲边沿而引起的数据损坏。如下文详细描述的，实施例允许在承载脉冲电力的线对上传输数据，同时避免由耦合到传输数据的同一对线上的脉冲电力可能引起的潜在干扰。可以在脉冲电力转变期间控制线对上的数据传输，以防止脉冲电力和数据之间的干扰(减轻可能的数据损坏)。在一个或多个实施例中，与脉冲电力电路系统相关联的控制电路可以在脉冲电力转变期间在发射机处保持(暂停、延迟)数据。还可以在脉冲电力转变期间在接收机处修改数据(例如，将其标记为可能的错误，丢弃)。在一个或多个实施例中，可以将FEC(前向纠错)添加到控制电路以最小化其中数据被保持的窗口并最大化总体数据速率。在一个或多个实施例中，对高压脉冲的调制也可以与用于控制面数据的数据传输并行使用。
应当理解，本文使用的术语“线对”可以指位于单对式线缆(例如，SPE、Base-T1以太网)中的单线对(单双绞线、单平衡铜线对、单线对以太网)或位于多对式线缆(例如，双对式线缆、四对式线缆、Base-T以太网)中的线对。多对式线缆中的其他线对可以传送：数据，电力，数据与电力(PoE、PoDL)，或数据与脉冲电力(例如，ESP)，如本文所述。多对式线缆可以包括并行的单线对的多个实例(例如，SPE、PoDL配置)，或者被连接在对式中心抽头(例如，PoE配置)之间的多个线对，并且这些线对可以在多相脉冲电力系统(例如，ESP)中一起操作。一种用于在多对式线缆(该多对式线缆包括被配置为传输数据和脉冲电力的多于一个线对)上传输脉冲电力和数据的系统可以包括下面关于图4-10描述的多于一个电路或附加组件，以防止在每个线对的电力转变期间的数据损坏。如下文详细描述的，各种逻辑与电路可用于在单线对上提供脉冲电力和数据，同时避免在脉冲电力转变时间期间由于脉冲电力转变边沿而造成的以太网损坏。该电路可用于避免由被耦合在与数据相同的线对上的脉冲电力引起的潜在干扰。
现在参考附图，首先参考图1，示出了其中可以实现本文描述的实施例的网络的示例。为简化起见，仅示出少量节点。PSE(供电设备)10在线缆14(例如，SPE，包括传输数据和脉冲电力的一个或多个线对的多对式线缆)上向多个PD 12传输脉冲电力。这些实施例在包括多个网络设备的数据通信网络的情境中操作。网络可以包括经由任意数量的节点(例如，路由器、交换机、网关、控制器、接入点或其他网络设备)通信的任意数量或布置的网络设备，这些节点可操作为路由(交换、转发)数据通信并协助数据在网络内的传递。网络设备可以通过一个或多个网络(例如，局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、虚拟专用网(VPN)(例如，以太网虚拟专用网(EVPN)、第2层虚拟专用网(L2VPN))、虚拟局域网(VLAN)、无线网络、企业网络、公司网络、数据中心、物联网(IoT)网络、因特网、内联网、或任何其他网络)进行通信或与其通信。
信号可以在通信设备之间被交换，并且电力可以在线缆14内的线对上被从PSE 10传输到PD 12。数据可以被从PSE 10传输到PD 12，从PD传输到PSE，或者双向传输(从PSE到PD和从PD到PSE的双向通信)。网络被配置为将电力与数据一起传递，以向网络设备12提供数据连接性和电力两者，其中网络设备12可以包括交换机、路由器、接入点、IoT设备或其他电子组件和设备。电力可以被从PSE 10传输到端点(PD)12，例如，端点(PD)12可以位于高达1000m的距离处，并且处于大于50W的功率水平(例如，100W、250W、500W、1000W、2000W、或任何其他功率水平)。
PSE 10可操作为通过通信网络中的SPE或多对式线缆14接收外部电力(未示出)和发送电力(例如，脉冲电力、高压脉冲电力、多相脉冲电力)。PSE(电力和数据源)10可以包括用于接收和分发电力(下面关于图12描述)的电源单元(PSU)和用于接收数据的网络接口(例如，一个或多个结构卡或线路卡)。PSE 10可操作为从内部电力系统(例如，能够在100W之上(包括100W)(例如，1kW或更高)传送电力的一个或多个PSU)提供高容量电力，并驱动多个设备12，每个设备12在50W-2000W范围或任何其他合适的电力范围内。例如，PSE 10可以包括路由器、交换机、汇聚系统、或可操作为传输电力和数据的任何其他合适的线路卡系统或网络设备。
一个或多个网络设备12还可以使用PoE、PoDL或ESP向设备传送电力。例如，一个或多个受电设备12可以向电子组件传送电力，该电子组件诸如是IP(互联网协议)相机、VoIP(IP语音)电话、摄像机、销售点设备、安全访问控制设备、住宅设备、建筑自动化设备、工业自动化设备、工厂设备、灯(建筑灯、路灯)、交通信号、雾节点、IoT设备、传感器、或其他电气组件和设备。一个或多个PD 12还可以作为PSE进行操作，并将ESP传送到一个或多个下游设备。在一个或多个实施例中，冗余PSE(未示出)可以根据网络中的需要提供备份或附加的电力或带宽。在一个或多个实施例中，对于通信网络而言不需要额外的电气布线，并且所有网络通信设备12使用由PSE 10(或多个PSE)提供的电力来进行操作。
线缆14包括至少两根导线(铜线)。线缆14从PSE 10延伸到PD 12，并且可以由适合承载电力和数据两者的任何材料形成。线缆14可以通过连接器(连接、耦合、连接器组装件)被连接到网络设备10、12，其中该连接由耦合在一起的插头(也称为凸形连接器)和插座(也称为端口、插孔、接收器、或凹形连接器)形成。该连接可以用于通过被配置为承载数据和电力二者的线缆14来连接通信设备。连接器可以包括例如改进型RJ-45型连接器或任何其他合适的连接器。如果线缆是SPE线缆，则SPE连接器可以被配置有较小的形状因子，与传统的四对式连接器相比，这允许端口数增加。
例如，线缆14可以根据标准线缆规格来被配置，并且可以被额定用于一个或多个电力或电流水平、最大功率水平、最大温度，或者根据指示可接受的功率水平使用的一个或多个类别来被标识。在一个示例中，线缆14可以对应于标准化线规格系统，诸如AWG(美国线规格)。线缆14可以包括例如18AWG或其他合适尺寸的线缆。对于不同规格的线，AWG提供了包括直径、面积、每长度电阻、载流量(导体在遭受立即或渐进的恶化之前能够承载的最大电流量)、和熔化电流(在自由空气中熔化线需要多少电流)的数据。可以使用各种其他标准(例如，NEC(国家电气规范)、UL(保险商实验室))来提供针对线缆和连接器的各种要求，并提供温度或电力额定或限制或其他信息。在一个或多个实施例中，线缆14还可以包括：光纤(如下面关于图16和17描述的)，冷却，或电线(电力和数据)、光纤(数据)和冷却剂管(冷却)的任意组合。
网络还可以包括更高电力操作所需的适当安全特征(例如，绝缘、电力/线缆兼容性确认过程、控制电路开路/短路检查、或热传感器)。触摸安全故障保护可以通过即使在施加高压的情况下也是触摸安全的线缆和连接器设计来被提供。在一个或多个实施例中，连接器和线缆14被配置为通过如下手段来满足针对相关高压下的线对地保护和线对线保护的标准安全要求：该手段包括间隙和爬电距离，以及触摸安全技术。连接器可以包括安全特征，包括例如，用于连接器电弧保护的无电涌或中断的热插和热拔的短针。连接器还可以包括附加的绝缘材料，用于具有电弧闪光保护的带电涌或中断的热插和热拔以及在有电弧情况下的可靠性寿命。绝缘线缆电力连接器端子优选地被配置为满足触摸电压或电流可及性要求。
在一个或多个实施例中，网络可以并入如上引用的美国专利申请号16/671,508中描述的安全特征。例如，系统可以测试热积累、电流差异、接地故障、或其任意组合。在一个或多个实施例中，故障感测可以通过与数字联锁相结合的低压安全检查来执行，该数字联锁使用数据系统来提供关于电力系统状态的反馈并设置电力操作模式。故障感测可以例如在低压启动期间或在高压脉冲之间被执行(例如，高压脉冲之间的低压故障检测)。故障感测可以包括：例如，利用对线缆或受电设备的低压感测的线对线故障检测，以及利用中点接地的线对地故障检测。电力安全特征提供了安全的系统操作以及组件的安装和拆卸(关断连接)。
在一个或多个实施例中，可以针对每个周期分析电压脉冲的签名。这种分析可以是上升边沿，也可以是下降边沿，或者两者。如果签名被意外的负载损坏，则可以停止高压脉冲，直到确定负载对于供电而言是安全的。例如，签名可能被人、短路或开路损坏。
如果在其中一个线对上标识出故障，则该线对上的电力传输可以被中断，而电力继续在其余的线对上被传输。应当理解，上述安全特征仅是可以被包括来用于传送高压脉冲电力的安全或故障保护特征的示例。这些或其他安全特征的任何组合可以与本文描述的实施例一起使用。
在一个或多个实施例中，系统可以采用在电源10和受电设备12之间进行检测和协商的双电力模式。该协商(例如，自动协商)可以例如区分和适应不同的电力传送方案，诸如PoDL、PoE、ESP或其他电力模式或功率水平。例如，标准PoDL分配可以用于被额定为小于约50W的远程网络设备，标准PoE分配可以用于被额定为小于约90W的远程网络设备，并且对于更高电力的远程受电设备，脉冲电力或多相脉冲电力(例如，ESP)可以被用于创建有效的能量分配网络。
如下面详细描述的，数据信号(经编码数据、经调制数据信号)与脉冲电力(叠加在脉冲电力上的数据信号、耦合到传输数据的线上的脉冲电力)一起被传输。数据信号可以包括如下数据：该数据包括，电力遥测、控制数据、故障通知(例如，传输错误、相位故障(在多相系统中)、过电流、电弧事件、时基控制同步故障、MAC下降、或任何其他通信或电力故障或错误)、PSE和PD之间的自动协商(例如，调制器开关时序、功率水平)、针对调制器开关的同步信息(例如，脉宽数据、用于控制脉冲关断/脉冲接通同步的数据通信)、企业数据、或用于创建PSE和PD之间的双向通信链路的其他数据通信。在一个或多个实施例中，数据信号可被用于在初始化或正常操作期间提供PSE和PD之间的脉冲同步，如上文引用的美国专利申请号16/671,508中所描述。
在一个或多个实施例中，可以在大约40米的距离上传送100Mbps至1000Mbps的数据，可以在大约15米的距离上传送10Gbps的数据，或者可以在大约1km的距离上传送10Mbps的数据。在一个示例中，可以根据IEEE 802.3bp或IEEE 802.3bw以1Gbps的速率在高达40m的距离处传输数据，可以根据IEEE 8002.3cg针对高达1000m的距离以10Mbps的速率传输数据，或者可以根据IEEE 802.3ch在高达10m或15m的距离上以2.5Gbps-10Gbps的速率传输数据。应当理解，本文描述的功率水平、数据传输速率、和距离仅作为示例提供，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以根据上述参考的标准或任何其他适用标准或未来标准来使用其他功率水平或传输速率与其他距离相结合。
此外，应当理解，图1中所示且在上文描述的网络设备和拓扑仅是示例，并且本文描述的实施例可以在不脱离实施例的范围的情况下，在包括不同网络拓扑或网络设备的网络中被实现。例如，网络可以包括协助在网络上传递数据的任何数量或类型的网络通信设备(例如，路由器、交换机、网关、控制器、接入点)、用作端点或主机的网络元件(例如，服务器、虚拟机、客户端、IoT设备)、以及与任何数量的网络通信的任何数量的网络站点或域。因此，网络节点可以在任何合适的网络拓扑中被使用，该网络拓扑可以包括被互连以形成大型且复杂的网络(可包括云计算或雾计算)的任何数量的服务器、虚拟机、交换机、路由器、或其他节点。节点可以通过采用任何适当连接的一个或多个接口来被耦合到其他节点或网络，这为电子通信以及电力提供了可行的路径。
图2示出了可用于实现本文描述的实施例的网络设备20(例如，图1中的PSE 10、PD12)的示例。在一个实施例中，网络设备20是可以以硬件、软件、或其任意组合实现的可编程机器。网络设备20包括一个或多个处理器22、存储器24、接口26和数据/脉冲电力控制器28。数据/脉冲电力控制器与一个或多个数据组件25(例如，收发机(Tx/Rx))和电力组件27(例如，电源、PSE处的脉冲电力发生器、PSE或PD处的调制器开关、脉冲电力电路系统)通信，并且可以通过对调制器开关的控制来控制数据传输和脉冲电力调制，如下所述。
存储器24可以是易失性存储器或非易失性存储装置，其存储供处理器22执行和使用的各种应用、操作系统、模块和数据。例如，控制器28的组件(例如，代码、逻辑、软件或固件等)可以被存储在存储器24中。网络设备20可以包括任意数量的存储器组件。
网络设备20可以包括任意数量的处理器22(例如，单处理器或多处理器计算设备或系统)，其可以与可操作为处理分组或分组报头的转发引擎或分组转发器通信。处理器22可以从软件应用或模块接收指令，该指令使处理器执行本文描述的一个或多个实施例的功能。处理器22还可以操作控制器28的一个或多个组件。
如下面详细描述的，控制器28被配置为标识线对上的电压脉冲的转变(例如，从脉冲接通(高状态)到脉冲关断(低状态)的转变，从脉冲关断到脉冲接通的转变，或者这两个转变)，并且在相对于转变边沿的持续时间期间，控制线对上的数据传输或所接收的数据(例如，暂停在发射机处对数据(数据信号)的发送或者在接收机处修改对数据的处理(例如，丢弃、标记、提供反馈)。控制器28还可以调制脉冲电力的脉冲以创建用于将控制面数据从PSE传输到PD的数据信号，如下所述。应当理解，控制器28可以包括一个或多个控制设备(元件、单元、电路)。例如，数据/脉冲电力控制器28可以包括位于PSE 10、PD 12、或PSE和PD两者处并且通过电力和数据线对(经组合电力及数据线缆14)被互连(图1和2)的组件(例如，模块、门、缓冲器、FEC块、分组标记/丢弃块、编码器、解码器、纠错码、软件、或逻辑，如下面关于图4-10所述)。
逻辑可以被编码在一个或多个有形介质中以供处理器22执行。例如，处理器22可以执行被存储在诸如存储器24之类的计算机可读介质中的代码。计算机可读介质可以是例如，电子的(例如，RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器))、磁的、光的(例如，CD、DVD)、电磁的、半导体技术的、或任何其他合适的介质。在一个示例中，计算机可读介质包括非暂时性计算机可读介质。逻辑可被用于执行下面关于图11A、11B、11C、11D、15A和15B的流程图描述的一个或多个功能)。网络设备20可以包括任意数量的处理器22。
接口26可以包括用于发送或接收电力以及发送和接收数据的任意数量的网络接口(线路卡、端口、内联连接器(例如，插座))。网络接口26可以被配置为使用各种不同的通信协议来发送或接收数据，并且可以包括用于在耦合到网络接口的物理链路上传送数据的机械、电气、和信令电路系统。例如，线路卡可以包括端口处理器和端口处理器控制器。一个或多个接口可以被配置用于SPE上的PoDL、多对式线缆上的PoE或ESP、或其任意组合。
应当理解，图2中所示且在上文描述的网络设备20仅是示例，并且可以使用不同配置的网络设备。例如，网络设备20还可以包括可操作为协助本文描述的能力的硬件、软件、算法、处理器、设备、组件、或元件的任何合适的组合。
图3A和3B示出了在线对上具有数据传输(例如，10Mbps数据(或任何其他数据速率))的脉冲电力接通/关断周期的示例。时序图是示意性示出的，并且没有按比例。
在图3A所示的示例中，脉冲电力周期包括4ms的脉冲接通时间31a(高状态，高电力)和1ms的脉冲关断时间33a(低状态，低电力)。如前所述，在脉冲电力转变34a(覆盖从脉冲接通到脉冲关断或从脉冲关断到脉冲接通的转变的时间段(持续时间))期间的脉冲电力信号30a的边沿可能会影响数据信号32a。如下所述，在脉冲电力转变34a期间控制数据，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。在一个或多个实施例中，数据(数据信号32a，数据传输)在相对于转变边沿(由控制器(例如，从脉冲电力电路系统接收输入的控制器)标识的转变的开始)的一持续时间(例如，如图3A所示的0.5ms，或者直到转变完成，如脉冲电力电路系统所表明的)期间被控制(例如，被暂停、修改)。例如，在脉冲电力转变34a期间，可以在发射机处暂停数据发送，或者可以在接收机处修改(例如，丢弃、标记、应用FEC解码、应用纠删(erasure-correcting)解码、缓冲)数据。
在图3A所示的示例中，脉冲电力转变34a覆盖0.5ms的时间段。应当理解，这仅是示例，并且脉冲电力转变可以在不同的时间段上延伸。如图3A的示例所示，数据在脉冲接通时间31a期间被传输3.5ms(在第一转变期间的延迟之后)，在从脉冲接通到脉冲关断的转变期间被暂停0.5ms，在脉冲关断时间33a期间被传输0.5ms，以及在从脉冲关断到脉冲接通的转变期间被暂停0.5ms。重复该周期以在脉冲电力转变时间34a期间避免数据传输或修改所接收的数据。在该转变时段34a期间推迟(暂停)数据传输提供了脉冲电力和数据之间的明显区别，从而向脉冲电路系统提供了确定故障并同时消除向数据流应用重要编码和信令的可靠方法。
在图3B所示的示例中，脉冲电力周期包括8ms的脉冲接通时间31b和4ms的脉冲关断时间33b。例如，较长的脉冲关断时间可以用于故障感测。如上所述，脉冲电力转变34b期间(涵盖从脉冲接通(接通时间)到脉冲关断(关断时间)或从脉冲关断到脉冲接通的转变的时间段)的脉冲电力信号30b的边沿可能会影响数据信号32b，因此可以在脉冲电力转变34b期间控制(例如，暂停或修改)数据传输。在图3B的示例中，当脉冲电力从脉冲关断转变到脉冲接通时，数据被延迟0.5ms，然后在脉冲接通时间31b期间被传输7.5ms，在脉冲电力从脉冲接通转变到脉冲关断时被暂停(停止、保持、延迟)0.5ms，并且在脉冲关断33b期间被恢复3.5ms。重复该12ms的周期，从而在脉冲电力转变时间34b期间避免数据传输或修改所接收的数据，以防止数据的损坏(脉冲电力和数据之间的干扰)。
应当理解，图3A和3B中所示的电力占空比仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以使用不同的脉冲接通时间、脉冲关断时间、或转变时间。在一个示例中，一个周期的时间段(即，一个脉冲接通和一个脉冲关断)小于或等于12ms。在另一示例中，该时间段小于或等于5ms。应当注意，脉冲电力转变(从脉冲接通到脉冲关断或者从脉冲关断到脉冲接通)可以在一段时间上发生(例如，上升或下降斜坡或曲线)，并且其中数据传输被避免的转变时间段34a、34b可以与所示的不同。如下面关于图14A和14B所述，脉冲接通时间的开始和结束对于PSE和PD可以是不同的，并且转变时间可以包括用于在PSE、PD、或PSE和PD两者处覆盖的转变边沿的容限。
可以注意到，如图3A和3B的示例中所示，数据传输可以在从脉冲关断到脉冲接通、从脉冲接通到脉冲关断、或者这两个转变的转变时间期间被控制。此外，在图3A和3B所示的示例中，数据在脉冲接通时间31a、31b和脉冲关断时间33a、33b期间被传输。在一个或多个实施例中，数据可以仅在脉冲接通时间期间被传输(例如，如果脉冲关断时间33a、33b很小(例如，接近0.5ms))。
如前所述，脉冲电力被耦合到传输数据的同一线对上，并且数据可能在脉冲转变期间被损坏。如图3A和3B所示，在有或没有数据传输的情况下，脉冲电力没有显著变化，并且不需要修改电压电平或脉冲电力占空比来适应数据传输。如前所述，可以在脉冲接通时间和脉冲关断时间期间传输数据信号，而不需要修改脉冲电力来适应数据信号。
如下面关于图4-10所述，数据传输可以在脉冲电力转变时间期间在发射机处被暂停(保持、延迟)(图4和5)，可以在脉冲电力转变时间期间在接收机处被修改(丢弃、标记)(图6和7)，或者可以使用接收机处的脉冲电力转变的位置来指示数据中可能发生错误的位置，并在发射机处进行纠正(图8、9和10)。如前所述，数据可以由PSE发送并在PD处被接收，或由PD发送并由PSE接收(图1)。因此，在下面描述且在图4-10所示的示例中，发射机可以在PSE处并且接收机可以在PD处，或者发射机可以在PD处并且接收机可以在PSE处。
首先参考图4和图5，示出了在脉冲电力转变期间可用于避免发射机处的数据发送的电路的示例。图4示出了根据一个实施例的可用于在潜在损坏的时段(例如，图3A和3B中所示的脉冲电力转变时段34a、34b)期间推迟数据传输的系统的示例(总体被以40指示)。脉冲电力和数据在线路41、43处被耦合到发射机(复用器)45，并且数据通过耦合到接收机(解复用器)47的单线对46(例如，SPE线缆、多对式线缆)来被传输，其中接收机47连接到脉冲电力线路48和数据线路49。在一个示例中，脉冲电力和数据输入线路41、43和发射机45可以位于图1中的PSE 10处，而接收机47和脉冲电力和数据输出线路48、49可以位于PD 12处。传输线路46表示图1中的线缆14(例如，SPE线缆、多对式线缆)。块45被称为发射端的复用器/发射机(例如，图1中的PSE 10)，并且块47被称为接收端的解复用器/接收机(例如，图1中的PD12)。应当理解，线路49上的数据也可以在线缆14(图1和图4)上被从PD 12传输到PSE 10，如前所述。
在图4所示的示例中，脉冲电力边沿被用于通过控制块42来控制用于数据的缓冲器，该控制块42向门44提供输入。在本示例中，由于PSE生成数据和脉冲电力，因此数据发射机可以直接访问PSE处的电力信号时序。如果数据是从PD传输的，则数据发射机访问PD处的本地信号时序。控制器42在脉冲电力转变时间期间推迟对数据输入43处的数据的传输。参考图3A中所示的电力和数据占空比，当脉冲电力转变到脉冲关断时，控制器42指示门44将数据缓冲(暂停、延迟、保持)0.5ms(或覆盖转变时间段的任何其他时间段)。数据在脉冲关断时间期间被传输0.5ms，然后在从脉冲关断到脉冲接通的脉冲电力转变的同时暂停另外0.5ms。如前所述，在不脱离实施例的范围的情况下，图3A和3B中所示的数据时序周期仅是示例，并且可以使用不同的时序。例如，可以将电力循环接通或关断不同的时间段，并且数据在脉冲电力转变时间期间被缓冲的时间长度可以不同于0.5ms。
图5示出了根据一个实施例的用于控制与脉冲电力一起使用的数据传输的系统，总体以50指示。脉冲电力线路51向控制块52提供输入，控制块52控制MAC(媒体访问控制)/PHY(物理层实体)块54以在脉冲电力转变边沿期间推迟数据传输。PHY块54包含发送、接收和管理被施加在物理介质上和从物理介质恢复的经编码信号的功能。线路51处的脉冲电力和线路53处的数据在块(复用器)55处被输入，并通过传输线路56传输到块(解复用器)57，其中块57连接到脉冲电力线路58和数据线路59。在该示例中，组件51、52、53、54和55位于图1中的PSE 10处，并且组件57、58和59位于PD 12处。如前所述，数据也可以从PD传输到PSE。再次参考图3A所示的电力和数据占空比，当脉冲电力转变为脉冲关断时，控制器52指示MAC/PHY块54缓冲数据0.5ms。然后，数据在脉冲关断时间期间被传输0.5ms，并在脉冲电力循环到脉冲接通的同时再次暂停另外0.5ms。如前所述，在不脱离实施例的范围的情况下，可以使用不同的电力占空比。
图6和图7分别示出了系统60、70的示例，在这些系统中，脉冲电力转变被用来在接收端处控制数据。如下面详细描述的，脉冲电力转变边沿可用于标记分组，该分组可被丢弃或重试(重发请求)。在下面描述的示例中，数据从PSE传输到PD，然而，如前所述，数据也可以从PD传输到PSE。
图6示出了根据一个实施例的可操作为进行以下操作的系统(总体以60指示：在接收机(解复用器)67处使用脉冲电力线路68处的脉冲电力转变边沿来标记数据线路69上的数据错误。在发射机(复用器)65处，脉冲电力在线路61处被接收，并且数据在线路63处被接收并通过单线对66传输到接收机67(例如，PD 12)。在块64，控制器62使用脉冲电力转变边沿来标记可能错误的分组。例如，可以根据比特错误的数量丢弃被标记为错误的分组或基于分组类型请求重试。
图7示出了根据一个实施例的可操作为使用脉冲电力转变边沿来标记要在数据线路79处丢弃的数据的系统，该系统总体以70指示。在发射机75(例如，图1中的PSE 10)处，脉冲电力在线路71处被接收，并且数据在线路73处被接收并通过单线对76传输到接收机77(例如，图1中的PD 12)。控制器72基于脉冲电力转变时间标记要在块74处在接收机处的数据线79上丢弃的分组。在该示例中，在脉冲电力转变期间在丢弃块74处丢弃所有分组。线路的每一端都可能需要客户端恢复，以防止数据质量问题。
图8、图9和图10分别示出了系统80、90和100，这些系统使用脉冲电力转变的位置来指示数据中可能错误的位置。FEC(前向纠错)可用于纠正被标识为在脉冲电力转变期间接收的数据中的错误(图8)，或者用在如下数据上：当与在PSE处进行的在脉冲电力转变期间暂停数据结合使用时，该数据在脉冲电力转变期间未被推迟(图9和图10)。FEC可以利用任何合适的纠错码来控制数据传输中的错误(例如，里德-所罗门码或任何其他合适的码)。纠错码提供冗余，这允许接收机检测错误并纠正错误，而无需重发。在一个或多个实施例中，数据可以在发射机处使用突发FEC以纠删码来被编码，并在接收机处被编码，如下面关于图8所述。
图8示出了根据一个实施例的用于在PD处标记可能错误的符号的位置以用于纠删解码器84的系统，该系统总体以80指示。在复用器85处，脉冲电力在线路81处被接收并且数据在线路83处被接收。在块82处应用FEC(例如，突发FEC纠删码)。数据和电力在SPE传输线路86上被传输到接收机(解复用器)87。如前所述，数据也可以从PD发送到PSE，在这种情况下，将发送数据并接收电力。在块92，使用电力线路88上的脉冲电力转变的位置来标记可能错误的符号的位置。纠删解码器84对数据线路89处的经标记数据进行解码。例如，这可以将可纠正的错误数增加为原来的2倍，并且可以显著减少分组丢弃或重试的次数。
图9示出了总体以90指示的系统，在该系统中，基于脉冲电力转变(如以上关于图4所述)选通数据传输并且使用FEC来保护剩余数据。线路91处的脉冲电力被用于在控制器114处指示脉冲电力转变，该控制器114在门94处提供输入以在脉冲电力转变期间保持数据。发射机处的FEC块115与接收机处的解码器104一起使用，以保护在单线对96上在95处被发送并在复用器97处被接收的剩余数据。门94和FEC块115的顺序可以在发射机处互换。在接收机处，脉冲电力线路98在选通接收机时钟102处提供输入，该选通接收机时钟102向数据线路99上的FEC解码及缓冲器104提供输入。与图8所示的系统80形成对比的是，系统90中的接收机仅选通接收到的信号以重组序列(因此是缓冲器)。它不是声明擦除位置以帮助解码器。
图10示出了根据一个实施例的将上面关于图5描述的在发射机处对数据的控制与图9的FEC相结合的系统，该系统总体以100指示。基于脉冲电力转变在MAC/PHY 111处控制数据线路103上的数据发送(如以上关于图5所述)，并且使用FEC 110来保护剩余数据(如以上关于图9所述)。线路101处的脉冲电力被用于在控制器116处指示脉冲电力转变，该控制器116在MAC/PHY 111处提供输入以基于脉冲电力转变来保持数据。FEC块110保护在复用器105处发送的剩余数据。数据和电力在单线对106上被发送并在解复用器107处被接收。在接收机处，脉冲电力线路108在选通接收机时钟112处提供输入，该选通接收机时钟112向数据线路109上的FEC解码及缓冲器块113提供输入。如前所述，接收机仅选通接收到的信号以重组序列，而不声明擦除位置以帮助解码器。
在一个或多个实施例中，FEC块接收机104、113(图9和图10)上的错误率可以用来指示线中可能存在故障。例如，FEC错误的增加可以指示线有问题，在这种情况下，脉冲电力应该关闭(或电力更改为更低的设置)。PD 12可以通过双向通信线缆14向PSE 10(图1)提供关于FEC错误的信息。
应当理解，图4-10中所示的系统40、50、60、70、80、90和100仅是示例，并且可以在不脱离实施例的范围的情况下添加、移除、修改或组合组件。此外，应当理解，本文使用的术语“控制器”可以指在PSE 10、PD12或单线对的两端处在脉冲电力转变期间用于减轻数据错误的一个或多个组件。例如，发射机处的控制器可以包括控制块42和门44(图4)或控制块116和FEC块110(图10)。接收机处的控制器可以包括例如控制块62、72和标记或丢弃块64、74(图6和图7)或选通接收机时钟112和FEC解码器/缓冲器113(图10)或这些组件的任何子集或组合。如前所述，以上关于图4-10讨论的示例是关于从PSE发送并在PD处接收的数据描述的。如前所述，数据也可以从PD发送到PSE，因此图4-10中所示的在发射机和接收机处的组件可以位于PSE和PD两者处，以用于发送或接收数据。
此外，如前所述，可以通过任何数量的线对或相位传输脉冲电力以及发送或接收数据。传输脉冲电力和数据的每个线对(或相位)可以与诸如图4-10所示的电路相关联，以减轻脉冲电力转变期间线对上的数据损坏。如果脉冲电力以幻象电力方案(例如，使用中心抽头，诸如图21所示的系统中所配置的PoE中那样)被传输，则可以在线对之间共享一个或多个电路组件。
图11A-11D是示出根据一个或多个实施例的用于在SPE或多对式线缆中的线对上发送和接收脉冲电力和数据的过程的概述的流程图。
首先参考图11A的流程图，在数据发射机处，基于脉冲电力发送时序来控制线对上的数据发送。在步骤120，在脉冲电力转变期间暂停数据发送。例如，控制器(例如，图4中的控制块42和门44、图5中的控制块52和MAC/PHY 54)可以在所标识的电力转变期间(例如，图3A中所示的0.5ms时段34a)暂停发射机处的数据发送。在承载脉冲电力(即，被发送或接收的脉冲电力)的线对上将数据发送到数据接收机(步骤122)。
图11B示出了根据一个实施例的用于使用FEC来减轻脉冲电力转变期间以太网分组(数据传输)的损坏的过程。在数据发射机处将FEC应用于数据(步骤124)。数据在承载脉冲电力的线对上被发送到数据接收机(步骤126)。在数据接收机处标识脉冲电力中的电力转变，并且基于所标识的电力转变对数据进行解码(步骤128)。例如，如以上关于图8所述，在脉冲电力转变期间发送的数据可被解码以标识可能的错误。FEC还可用于保护在PSE处在脉冲电力转变期间未被暂停的数据(剩余数据)，如以上关于图9和10所述。
图11C示出了根据一个实施例的在数据接收机处用于防止脉冲电力和数据之间的干扰的过程。在步骤130，在数据接收机处在承载脉冲电力的线对上接收数据。标识脉冲电力转变并将其用于标记可能错误的分组(步骤132)。可以丢弃或重发所标记的分组的至少一部分，或者可以丢弃所有所标记的分组，如以上关于图6和图7所述(步骤134)。
在一个或多个实施例中，对高压脉冲电力的调制可以与针对控制面数据的SPE传输并行使用。例如，可以在发射机端添加编码调制(其中，在接收机处使用解码)来发送控制面数据。这将包括在接收机端添加用于控制面数据的解码组件。图11D是示出根据一个实施例的用于发送控制面数据的过程的概述的流程图。在步骤136，在PSE处调制电力脉冲以提供控制面数据。数据在线对上被发送(步骤138)，其中控制面数据被叠加在电力信号上。在受电设备处对调制后的电力脉冲进行解码，以将控制面数据提供给受电设备(步骤140)。可以使用任何类型的适当调制(例如，PWM(脉宽调制)、NRZ(不归零)或其他调制)。
应当理解，图11A-11D中所示且在上面描述的过程仅是示例，并且可以在不脱离实施例的范围的情况下添加、移除、修改或组合步骤。例如，图11A、11B、11C和11D中所示的过程的一个或多个步骤可以与不同流程图中所示的另一个过程中的一个或多个步骤相结合。例如，可以将图11B的步骤124-128中所示的FEC添加到图11A中所示的过程中。同样，如上所述，线缆可以包括多对式线缆，并且该过程可以在一个或多个线对上执行。
如前所述，脉冲电力系统可以作为多相(多相位)系统操作。可以针对多相脉冲电力系统中的每个相位(线对)执行以上关于图11A-11D描述的过程。在一个示例中，用两相脉冲电力传输系统线缆来替换单导体对线缆，该两相脉冲电力传输系统具有两对电力线、母线、电力面、或线缆连线对。多相脉冲电力包括在至少两个线对上所承载的多个电压脉冲，其中线对上的电压脉冲在线对之间偏移以提供连续电力。如下面关于图13所述，电压脉冲的脉冲接通时间可以在线对之间重叠。在一个或多个实施例中，多相方法允许足够的脉冲关断时间来验证线缆是否存在短路、开路、未报告的电力损失(例如，低电流短路)、或人类或动物增加的电阻。这种延长的脉冲关断时间允许显著提高安全性。多相脉冲电力还允许使用较低的源电压来满足100％的受电设备要求。在更高的占空比和更高的效率下使用多相提供了显著的组件优势，并且还可以提供提高的电力传送和可靠性。例如，三相或更多相系统中单相的损耗可能不会显著影响受电设备处的100％连续占空比电力效率。
现在参考图12，示出了根据一个实施例的多节点多相脉冲电力系统。图12所示的简化示例包括向三个或更多个PD(例如，脉冲电力接收机(抽头/接收机)212和节点端点214)传送电力的PSE节点200。在该示例中，脉冲电力抽头/接收机212与端点设备214分开，然而，可以组合这些节点。此外，可以有一个以上的节点214连接到一个或多个脉冲电力抽头/接收机212。
PSE网络设备200包括：输入电力接口(例如，在图12所示示例中耦合到电力绳209的三个PSU 205)，用于接收输入电力；电力控制系统207，用于接收输入电力和通过多相线缆211(在PSE端口201处)在多个相位上将DC脉冲电力发送到多个受电设备(接收机)212、214，并在DC脉冲电力中的脉冲关断时间内验证线缆操作；以及线缆接口(例如，电力及数据接口208)，用于传送多相DC脉冲电力并通过线缆211发送或接收数据。电力及数据接口208耦合到电力控制系统207，并被配置为向连接到端口201的多对式线缆211发送电压脉冲的多个相位，每个相位与一个或多个数据信号相关联。在图12所示的示例中，PSE 200包括与电力及数据接口通信的三个收发机(Tx/Rx)203，用于利用线缆211上的三个脉冲电力相位中的每一个发送或接收数据。应当理解，可以存在与相位不同数量的收发机，其中一个或多个线对仅发送电力，或者仅发送/接收数据。收发机203被耦合到数据控制系统，该数据控制系统与电力控制系统207或电力电路通信。
脉冲电力接收机212包括用于从PSE 200接收多相脉冲电力和数据的输入线缆接口213a、隔离开关(例如，图18A、18B、19A、20和21中所示并在下文中描述的调制器开关)、以及用于向端点节点214发送电力的接口213b。PD调制器开关在PSE高压调制器开关关断时的脉冲关断时间期间隔离线缆以允许关于下述项的高压冲击安全自动协商：对与跨线缆对的电阻(该电阻例如可以是人体电阻)成比例的放电dv/dt的线缆电容电压开路测试。
接口213b可以是例如连接到HVDC(高压DC)线缆222、脉冲电力线缆的接口或到端点节点的直接接口。接收机212可以沿着脉冲电力线缆系统向一个或多个节点214供应电力。脉冲电力抽头/接收机212中的一个或多个还可以包括输出线缆接口213c，用于将线缆上的多相DC脉冲电力和数据传输到锥形拓扑(抽头节点配置)中的下游抽头节点212。接收机212的大小可以被调整为支持单独节点电力，并且可以基于数据链路通信来实现针对故障隔离或节点控制的断连接。多相DC脉冲电力包括至少两个相位以在端点节点214处提供连续电压。在一个或多个实施例中，多相脉冲电力包括至少三个相位以在一个相位丢失的情况下提供连续电力。脉冲电力接收机212a还包括收发机(未示出)。
在图12所示的示例中，PSE 200包括三个PSU 205和包括控制系统207的脉冲电力模块206。如图12所示，每个PSU 205可以通过高压轨、PM(电力管理)总线线路、56V线路、或其任意组合与脉冲电力模块206进行电力通信。在一个示例中，每个PSU 205被配置用于1200W电力，以提供冗余并允许使用标准15A(amp)电力绳/分支电路。在一个示例中，PSE200可操作为向节点214传送>1500W的总电力。在一个示例中，使用190V线对地(总计380V)来消除对中间电力转换的需要。
多个PSU 205允许多相操作(连续电力)，并且还可以提供冗余。例如，如果在包括三个或更多个相位的系统中丢失一个相位，则仍然可以向PD节点214传送连续电力。优选地，每个相位的大小被调整为供应更高的峰值电力以维持对PD节点214的完全电力。可以通过利用N+1个前端电力(FEP)供应来提供进一步的冗余。例如，在1500W总PD电力系统的情况下，三个1200W FEP可以为具有N+N或N+1的完全冗余的系统供电，其中每个FEP只需要公共120V、15A馈电。
脉冲电力模块206可以包括脉冲电力调制器、安全电路、初始化电路、PMBus、PMBusI2C(I2C(内部集成电路))、逻辑、FPGA(现场可编程门阵列)、DSP(数字信号处理器)、或者被配置为执行本文描述的功能的这些或其他组件的任意组合。
电力控制系统207提供多相电压脉冲。脉冲电力模块控制系统207可以提供例如时序和排序、线路检测和表征、电压和电流感测、中点高电阻接地、故障感测、到PSU的通信、以及到远程节点的数据链路/控制。在一个或多个实施例中，控制系统207可以在脉冲电力脉冲关断时间期间验证线缆操作(例如，验证线缆操作完整性)。在一个或多个实施例中，如果相位丢失，则脉冲电力控制系统207可以调整由剩余相位发送的电力或剩余相位中的一个或多个的占空比。
如图12的示例所示，PSU 205在线缆209上接收AC电力，并在线缆211上传送脉冲电力。电力和数据通过多对式线缆211同时被传输。根据EMC考虑，多对式线缆211可以包括任何数量的导体、双绞线(带或不带屏蔽)或同轴或三轴线缆。可以提供单独的接地导体来解决潜在的共模噪声问题。如下面关于图16和图17所述，多相脉冲电力系统可以包括任何数量的线，这些线可以与光纤或其他通信传输介质捆绑。例如，脉冲电力线缆211可以包括用于在组合的电力及数据线缆中传送光学数据的两条或更多条光纤。在一个示例中，每分支可以有(一个或多个)专用光纤。
在一个或多个实施例中，脉冲电力抽头/接收机212可以组合相位并在线缆222上向节点/端点214传送高压(HV)DC电力。在另一实施例中，脉冲电力抽头/接收机212可以在线缆222上向端点214传送脉冲电力。此外，如前所述，脉冲电力接收机212还可以通过PoDL或PoE与一个或多个端点214通信。
电力通过脉冲电力抽头/接收机212(也称为分支抽头、智能分支抽头、接收机、转换器)被供应到端点214。在一个或多个实施例中，智能分支抽头212允许分支故障隔离。抽头/接收机212可以包括例如隔离开关(断开开关)、数据链路、和逻辑/时序控制器。抽头/接收机212可以用于初始化自动协商过程、故障分支隔离算法、电力初始化、和故障PD替换。通过脉冲电力线的数据链路允许针对每个节点214实现智能支路抽头212，并允许就故障隔离或节点管理对每个分支的独立控制(断连接)。
每个端点214可以包括用于为端点处的设备供电的HVDC PSU。端点214可以包括例如56VDC负载，并且可以作为例如PON(无源光网络)端点、5G节点、接入点、路由器、交换机或其他类型的设备来进行操作。如前所述，端点214还可以为一个或多个其他节点(例如，PoE节点、IoT(物联网)设备)供电。
应当理解，图12中所示的系统仅是示例，并且该系统可以包括用于提供多相脉冲电力的任何数量的PSU 205(例如，两个或更多个)。图12所示的网络拓扑和节点仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，网络可以包括不同的拓扑和网络设备。
图13示出了例如在图12中所示的系统中传送的具有75％占空比且具有相位遗漏的三相脉冲电力电压和电流的示例。如图13所示，多相脉冲电力包括多个电压脉冲，其中电压脉冲的每个序列形成多相脉冲电力的相位。电压脉冲的序列包括：在接通持续时间内的高状态(脉冲接通)223a、223b、223c与在关断持续时间内的低状态(脉冲关断)224交替。相位按相移(例如，120度相移或任何其他相移)彼此偏移(经相移的占空比)并相互交错(具有重叠)以提供连续电力，如在净PD电压225和净线路电流227处所示。如相位电压迹线所示，每个线对上的相位A、B、C可以彼此重叠并且彼此独立地操作，其中在各个相位之间没有显著干扰。
三相电压(A、B和C)中的每一个包括传送高压电力的脉冲接通时间(223a、223b、223c)和可以执行自动协商线路感测224的脉冲关断时间224。例如，在脉冲接通时间223a、223b、223c期间，高压电力被从PSE传送到PD，并且在高压电力关断的脉冲关断时间224期间，可以在每个相位上施加低压来用于低压感测，以检查线完整性、测试线缆中的电容、或任何其他测试或故障检测。
在一个或多个实施例中，脉冲关断时间224可以基于最坏情况线缆长度和特性被固定，或者基于检测到的线缆特性而被主动控制(为了更高的效率/更长的范围)。可以基于总的脉冲电力电压以及基于适当身体电阻数据的电击危险极限来固定针对每个相位的脉冲接通时间(电力传送)。该方法可用于实现最大脉冲重叠，从而降低线缆RMS电流并最大化电力传输距离(或最小化导体线尺寸)。
净PD电压在225处被示出为三相电压的组合。相应的相电流(A，B，C)(226a，226b，226c)被示出在电压下方。对应于三相电流的净线路电流在227处被示出。在图13所示的示例中，相位B漏掉了两个周期。如图13所示，当一个相位丢失时，仍会向PD节点传送连续电力。每个相位可以被设置大小为供应更高峰值电力以维持对PD的全电力。如前所述，可以根据需要在相位遗漏期间修改剩余相位中的一个或多个(例如，调整电压、电流或占空比)。
示出了理想化波形，并且净PD电压和线路电流包括具有来自节点/端点214的恒定电力负载的线路损耗效应(图12和图13)。PSE 200、线缆211和PD接收机212中的电感可以创建线缆电流的均匀化，从而在脉冲关断时间期间提高重叠电流并降低电流。这种效应可以因线缆长度和类型(电感)而异。
两条或更多条传输线(例如，线或线对)使能每条线(例如，线或对)上导通的相位，使得在任何时候至少有一条线是接通(脉冲接通)的。当在PD上进行“或”运算时，结果是连续的DC电压(如225处所示)，从而消除了对笨重的滤波器组件的需要。在多相系统的相位重叠期间，总线缆电流跨所有接通的线是共享的。单独的传输线电流按比例减小，从而降低了总传输线缆损耗。
关断脉冲(低状态)可以是小电压(例如，接近0V、3V)，或者显著小于脉冲接通(高状态)的任何值(例如，脉冲接通和脉冲关断的电压电平之间至少170V的差)。脉冲接通时间和脉冲关断时间(脉宽、脉冲占空比)可以基于系统设计(例如，相位数、传送的电力量)和安全要求来被选择。脉冲占空比还可以在初始化阶段、同步阶段、测试阶段或正常操作之间变化。在一个示例中，启动占空比可以针对12ms的时间段包括8ms的脉冲接通和4ms的脉冲关断(例如，如图3B所示)。在另一示例中，在高压初始化期间，脉冲接通时间可以仅为.5ms或1ms。在一个示例中，脉冲关断时间可以是1ms(例如，如图3A所示)，其可以包括100μs的电阻分析和自动协商时间。在另一示例中，可能需要2ms至4ms的脉冲关断时间(在电力脉冲之间)以在10ms时间窗口(例如，时段≤12ms)内适当地评估环境安全性。
如先前关于图3A和3B所描述的，在脉冲关断(低状态、关断持续时间)224和脉冲接通(高状态、接通持续时间)223a、223b、223c之间以及在脉冲接通和脉冲关断之间出现转变边沿(转变时间)。为了在转变期间防止脉冲电力和数据之间的干扰(减轻数据的损坏)，可以在从脉冲关断到脉冲接通的转变、从脉冲接通到脉冲关断的转变、或这两个转变期间在发射机处延迟数据(数据信号)的传输，或者在转变期间的延迟之后在接收机处确定数据的传输。数据可以在转变之间(例如，在脉冲接通和脉冲关断时间期间)由发射机发送并由接收机接收。为简化起见，图13中的脉冲接通和脉冲关断之间以及脉冲关断和脉冲接通之间的转变被示出为尖锐的转变边沿。如前所述，转变可以由倾斜的直线或曲线表示，并且可以在转变时间段(例如，0.5ms或任何其他时间段)上发生。
在一个或多个实施例中，PSE处的中央控制器(例如，图12中的控制系统207)可以协调相位之间的偏移并适配脉宽以用于优化(或根据需要在相位丢失之后)。脉冲时序中的任何改变优选地被传送到PD以供同步。在一个或多个实施例中，PSE可以在多相脉冲电力的一个相位的传输中断期间调整由剩余相位传输的电力。可以通过调整由剩余相位传输的电压或电流或者调整一个或多个相位的占空比来修改剩余相位中的一个或多个。
如前所述，脉冲时序可以在PD和PSE之间被同步。在一个或多个实施例中，PD和PSE调制器(下面关于图18A和图18B描述)可以针对多相系统中的每个相位在低压或高压初始化期间或在高电力操作期间被同步。在一个或多个实施例中，PSE和PD调制器(控制)开关可以包括时序控制，使得针对每个脉冲，PSE脉冲在PD调制器开关接通之前被接通，并且PD调制器开关在PSE调制器开关关断之前被关断，如图14A、14B和19B所示并在下面描述的。这可以用来最小化配电系统上的瞬变，从而降低EMI并产生更干净的电流波形，以供更准确的电流检测。
图14A和14B示出了根据一个实施例的四相系统中的简化电压波形和相位电流。图14A示出了四相75％的占空比操作。被示出在264a的电压脉冲针对相位A，264b处的针对相位B，264c处的针对相位C，并且264d处的针对相位D。累计相位电流被示出在266。如图14A所示，针对每个相位，在脉冲开始时，PSE开关驱动在PD开关驱动之前接通，并且在脉冲结束时，PD开关驱动在PSE开关驱动之前关断。如图19B所示并且如下所述，转变时间可以涵盖PSE和PD二者处的转变。
图14B示出了在有一个相位(相位B)被遗漏的情况下的操作。被示出在274a处的电压脉冲针对相位A，274c处的针对相位C，并且274d处的针对相位D。累计相位电流被示出在276。在图14B中可以看出，通过调整三个功能相位的相对时序，即使在相位B丢失的情况下，仍会提供连续电力。
应当理解，图13、14A和14B中所示和上面描述的电流、电压、脉宽、占空比和相位重叠仅是示例，并且可以不同于本文所示或描述的。例如，在重叠期间可以存在更高的脉冲电流，并且在非重叠期间可以存在更低的电流。例如，差可以取决于脉冲电力传输电感和电容(例如，线缆的展开长度或类型)。
应当理解，本文描述的多相脉冲电力系统可以在包括不同数量的线或线对的系统上被实现，并且图12和13所示的三相系统和图14A和14B所示的四相系统仅是示例。在不脱离实施例的范围的情况下，脉冲电力系统可以以任何数量的相位(例如，二、三、四等)操作。可以增加相位数(同时保持相移)，以进一步减少单独的电线电流、延长传输距离、添加冗余、或其任意组合。此外，如前所述，线缆可以包括任意数量的光纤或用于数据传输的附加铜线，如下面关于图16和17所述。
图15A是示出根据一个实施例的用于在承载脉冲电力的多个相位的线对上发送数据的过程的概述的流程图。在步骤300，针对PSE处的脉冲电力生成电压脉冲的序列。如前所述，脉冲电力包括一个或多个线对上的多个电压脉冲。在一个或多个实施例中，线对上的电压脉冲在线对之间偏移以提供连续电力。标识至少一个线对上的以下项中的至少一者：脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变时间，以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变时间(步骤302)。数据在承载脉冲电力的线对上被发送，其中线对上的数据发送在线对上所标识的转变期间被控制(例如，延迟)以防止脉冲电力和数据之间的干扰(例如，防止由于电压脉冲中的转变而造成的数据损坏)(步骤304)。针对多相系统的每个相位重复步骤300-304。
图15B是示出根据一个实施例的用于在承载脉冲电力的多个相位的线对上接收数据的过程的概述的流程图。在步骤310，在承载脉冲电力的线对上接收数据。标识脉冲之间的转变时间(步骤312)。在所标识的转变时间期间控制(例如，修改、标记、丢弃、向其应用FEC)数据以防止与数据的干扰(步骤314)。针对多相系统的每个相位重复步骤310-314。
应当理解，图15A和15B中所示的过程仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以添加、移除、组合或修改步骤。
图16和17示出了用于在具有数据光纤对的铜线对上传送电力的扩展安全电力(ESP)系统的简化示例。如前所述，在一个或多个实施例中，扩展安全电力可以在具有用于光学数据传送的一条或多条光纤的组合线缆上被传送。图16是示出在PSE 350和PD 352之间延伸并承载两个双绞线356和光纤355的线缆354的简化框图。图17是示出针对单个双绞线的PSE 360和PD 362处的附加功能组件的框图。
首先参考图16，示出了数据和电力传送系统的简化示例，该系统包括通过组合的电力及数据线缆(例如，光纤供电(PoF)线缆)354与PD 352通信的PSE 350，其中PD 352向负载353提供电力。在该示例中，线缆354包括两根光纤355(例如，2光纤单模)和两对双绞线356(例如，铜线)。在357处所示的控制数据可以通过光纤355或铜线(双绞线)356或单独的传输线被传送。控制数据可以包括例如隔离开关同步、控制数据、调制器开关控制数据、双向控制数据、或其他PSE/PD同步数据。双向通信数据也可以通过光纤355或线356来被传输。在一个示例中，在高压数据链路上的高压脉冲(脉冲接通)和低压(脉冲关断)期间，在铜线对上提供10MB通信。可以在PSE 350处提供输入电力(例如，AC、HVAC、HVDC、线路卡48-56VDC)。线缆354可以包括用于在不同线缆长度上传送数据和高压脉冲电力的任何数量的光纤和线或线对。
在一个或多个实施例中，PoE、PoDL或高压电力(例如，ESP、脉冲电力、多相脉冲电力)可以通过相同的线缆和连接器被传送。根据PSE 350和PD 352的能力，PD可以在一种或多种不同模式下操作。如果PSE 350和PD 352不兼容(即，一个仅被配置用于PoE，另一个仅被配置用于ESP)，则电路将不被供电。如果PSE 350和PD 352二者都能够进行ESP操作，则PSE将供应高压脉冲电力，并且PD将使用该高压脉冲电力进行操作。在另一示例中，PSE350、PD 352、或PD和PSE两者可以基于最有效的传送模式(例如，使用PD和PSE之间的自动协商)来选择操作模式。
图17示出了根据一个实施例的图16中所示的双绞线之一的附加细节。PoF(光纤供电)线缆在PSE 360和PD 362之间延伸。在该示例中，PD 362向56VDC负载369(例如，PoE、PON(无源光网络)端点、接入点、交换机)供电。在图17所示的简化示例中，线缆包括两根光纤和一对双绞线。如前所述，线缆可以包括任意数量的线对(例如，N个线对)。在本示例中，系统提供高阻中点接地以供冲击保护。在一个示例中，中点接地降低线对地电压(例如，275V线对地、550V线对线；190V线对地、380V线对线)。在一个或多个实施例中，每个传输对的馈电和返回两者都被切换以实现有效控制，并且线对地故障检测在10-100μs之间。如前所述，可以在PSE 360处提供线缆感测。如上所述，该系统可以在高压脉冲关断时间的自动协商期间针对任何线缆故障状况提供线对地(GFI(接地故障中断))冲击保护和线对线冲击保护。PD362可以包括被配置为将电压脉冲转换成一个或多个直流电压的一个或多个整流器。一个或多个实施例针对到线缆的任何高压路径提供单点故障和冗余。在一个或多个实施例中，系统可以将12-56VDC低压用于初始启动状况和默认状况，以在启用高压操作之前建立数据链路和安全联锁，如前所述。在一个示例中，如收发机368处所示，通过双绞线提供10MB通信。
图18A和18B示出了根据一个实施例的扩展安全电力系统的简化框图。图18A示出了针对单个相位的系统，而图18B示出了两个相位。如前所述，ESP系统可以包括任意数量的相位。
首先参考图18A，该框图示出了针对下述项的电路：提供电源和智能控制的电源设备381，和包括例如PON(无源光网络)端点的受电设备382的。框383内所示的组件表示单个相位，并且可以针对多相系统的每个相位被复制。例如，调制器开关384b、384c、384d、384e，感测组件389a、389b和启动电力电路387b可以针对每个线缆对/相位被复制，如下面关于图18B所述。
PSE 381包括隔离高压源(例如，380VDC)和带有门的调制器开关384a。PSE和PD处的DSP(数字信号处理器)385a、385b可以包括微控制器或FPGA(现场可编程门阵列)数字控制和软件/固件。PSE和PD处的Tx/Rx 386a、386b表示具有耦合网络的收发机。隔离电源387a被提供用于PSE内务处理，并且隔离电源387b被提供用于具有24VDC输入的PD内务处理，例如用于低压初始化和测试。例如，PD 382还包括整流器LC滤波器和DC/DC隔离转换器387c，用于以(来自PD的输出(高压脉冲电力操作)的)60-380VDC输入产生12V/3.3V内务处理电压。在图18A所示的示例中，电流感测变压器/霍尔效应传感器(CS/CT)388a、388b被包括在PSE和PD处。安全感测电路(Vsense safety)389a和PD同步电压传感器(Vsense sync)389b分别位于PSE和PD中。在图18A的示例中，PSE 381包括两个PSE调制器开关384b、384c，而PD382包括两个PD调制器开关384d、384e，它们被示出为用于在高压脉冲关断时间期间完全隔离线对的双向开关，以用于在高压脉冲之间的自动协商安全测试期间进行的与线缆两端的身体电阻的RC时间成比例的精确电压下降感测。在一个或多个实施例中，PD 382可以仅包括一个模块化开关。开关可以包括例如固态开关或任何其他合适的设备，以提供在PSE 381和PD 382之间同步的脉冲电力调制。开关384a、384b、384c、384d、384e可以包括能够以期望的开关频率操作的任何合适的主动控制开关设备，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结晶体管(BJT)、氮化镓场效应晶体管(GaNFET)或固态继电器(SSR)。开关的闭合和打开可以由耦合到开关的控制逻辑来管理，该控制器可以是处理器、控制器或单独的集成电路的一部分。
图18B示出了用于两相脉冲电力的ESP系统390的示例。线缆393上的两个线对/相位(对/相位1、对/相位2)在PSE 391和PD 392之间延伸。例如，线对可以被屏蔽。对于每个相位，可以分别在PSE 391和PD 392处提供通信滤波器394a、394b。每个相位在PSE 391和PD392处包括其自己的收发机386a、386b，CS/CT 388a、388b，调制器开关384b、384c、384d、384e，以及Vsense电路389a、389b。每个相位还可以包括低压内务处理电路387b。可以注意到，如果不需要线路冗余，则不需要单独的内务处理电路。如前所述，在PD 392处组合针对每个相位的脉冲电力，以利用重叠的相位脉冲来向输出提供连续不间断的电力。
每个相位还可以包括图4-10所示的具有位于PSE、PD、或PSE和PD两者处的组件的电路之一，用于标识脉冲电力中的脉冲转变并基于转变边沿的位置控制数据(例如，暂停数据发送、修改数据)，如前所述。例如，图18A和18B中所示的收发机386a、386b可以耦合到如图4-10所示的任何数据控制组件(控制器、门、缓冲器、Rx时钟、FEC解码器等)，用于避免或修改脉冲电力转变期间的数据传输，如前所述。数据控制组件可以从调制器开关384b、384c、384d、384e中的一个或多个、调制器开关控制器、或开关下游的电压或电流接收输入，以用于标识脉冲电力转变。可以仅在转变(具有覆盖转变的指定时段)开始时接收输入，或者也可以在转变结束时提供输入。
图19A示出了根据一个实施例的具有用于传送多相脉冲电力和数据的两相四线式(对1、对2)线缆的电路400的简化示例。图19B是图19A所示电路的时序图。如以上关于图18B所述，PSE包括用于每个相位(A1用于对1，A2用于对2)的调制器开关402(调制器开关1和2)，并且PD包括用于每个相位(B1用于对1，B2用于对2)的调制器开关404(调制器开关3和4)。每个相位还包括在PSE和PD处的收发机406，用于在线对上发送和接收数据。线缆中的每个线对都包括电阻(对1处的RC1A、RC1B，对2处的RC1B、RC2A)。RL表示PD处的负载。
图19B中所示的时序图示出了图19A中调制器开关402、404处的电压脉冲(接通/关断周期)(调制器开关A1处的VA1、调制器开关A2处的VA2、调制器开关B1处的VB1、调制器开关B2处的VB2)。在该示例中，示出了每相位具有>67％脉冲占空比的脉冲电流。如先前关于图14A和14B所描述的，开关可以在PSE和PD处被同步，使得与PD(VB1，VB2)处的对应相位相比，PSE(VA1，VA2)处的脉宽略大。图19B中的电流IRL示出了图19A中RL处的净线路电流(PD处的净线路电流)。图19B中示出了每对(对1、对2)的转变时间410a、410b。如前所述，转变时间410a、410b是电压脉冲从脉冲接通(高状态)转变到脉冲关断(低状态)或者从脉冲关断转变到脉冲接通的时间。本文描述的实施例通过以下操作来提供对数据在这些脉冲电力转变时间期间的损坏的减轻：在每个线对上的转变时间410a、410b期间在发射机、接收机、或发射机和接收机两者处控制数据，以允许在承载脉冲电力的线对上传输数据。
应当理解，图400中所示的电路和图19B中所示的时序图仅是示例，并且可以在不脱离实施例的范围的情况下进行改变。例如，开关404可以仅位于线对中的一条线上，如上面关于图18A先前所述的。两条线上都有开关404不是提供PD电力冗余所必需的，但是它可以在一条线被短路或没有关断的情况下提供某种级别的安全测试冗余，并且允许对线缆的完全隔离(如果需要的话)。
图20示出了根据一个实施例的ESP系统的简化电路。该电路包括两对双绞线，其中针对每对都示出了PSE调制器开关413和PD调制器开关419。启用开关412被打开以用于低压初始化或测试，并被闭合以用于高压操作(例如，380VDC、>300V、>200VDC)。在一个示例中，低压操作(用于启动或测试)可以小于或等于56V(例如，24V)。在图20所示的示例中，PSE包括低压线缆电容及故障测试电路415。可以在PD处向电池提供备用启动电力，以用于初始上电。例如，PD包括用于每个线对的低压DC/DC转换器420，用于低压初始化期间的低压内务处理。
图21示出了根据一个实施例的电路的示例，该电路用于使用多相脉冲电力以比传统PoE更高的功率水平传送电力。PSE利用连接器432(例如，RJ-45或改进的RJ-45)通过四对式线缆耦合到PD。具有四对线和中心抽头布置的两相实现方式可以降低单个对的电流，并利用现有的PoE线缆基础设施。在一个示例中，56V两相ESP可用于提供比传统PoE多约1.5倍的电流和电力。在另一示例中，可以使用112V两相ESP来提供比56VDC PoE高约三倍的电流和电力。在又一个示例中，150V三相ESP提供比56VDC PoE高约四倍的电流和电力。如前所述，线缆可以包括被配置用于传送数据、脉冲电力(例如，没有通信的ESP)、脉冲电力和数据(例如，如本文描述的具有通信的ESP)、传统PoE或PoDL、或其任意组合的任意数量的线或线对。例如，该系统可以包括四个数据信道而不是两个数据信道。
在一个或多个实施例中，PLC(电力线通信)零时间戳可以与用于发现网络拓扑(例如，ESP系统中的多点)的脉冲同步事件一起使用。通过使用脉冲同步信号而不是来自传统过零检测器电路的输出来触发PLC收发机，可以在ESP系统中利用PLC过零时间戳。这允许对发送和接收的消息进行硬件或软件时间戳标记，其可以准确地建立在脉冲时段期间经时间戳标记的事件何时发生。通过收集这些时间戳，可以建立网络节点的顺序和它们的相对距离。如果在运行时已知或估计了的信号传播特性，则可以将此相对距离转换为绝对距离。这为ESP系统中的发射机提供了以合理的精度发现网络拓扑的能力，同时重用现有的PLC收发机特征。
如从上面可以观察到的，一个或多个实施例提供了对由于脉冲电力转变期间的脉冲边沿引起的数据损坏的减轻，其中数据和脉冲电力在线对上被传输。可以传输数据，同时避免可能由耦合到传输数据的同一线对上的脉冲电力引起的潜在干扰。一个或多个实施例还可以针对高电力操作提供具有增强的可靠性和安全性的改进的电力传送。本文描述的多相脉冲电力分配允许以更高的效率、更低的EMC进行更高的电力传输，并且安全地使用高压电力传输以较低的安装和操作成本降低滤波器尺寸/成本，同时提高效率。
虽然已经根据所示的实施例描述了该方法和装置，但是本领域的普通技术人员将容易地认识到，在不脱离实施例的范围的情况下，可以对实施例进行变化。因此，意在应将上述描述中所包含的和附图中所示的所有内容解释为说明性的而不是限制性意义的。

Claims (35)

1.一种方法，包括：
在承载脉冲电力的两个线对上发送数据，其中所述脉冲电力包括多个电压脉冲，其中线对上的所述电压脉冲在所述线对之间偏移以提供连续的电力；以及
标识至少一个线对上的以下项中的至少一者：脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变，以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变；
其中，所述至少一个线对上的数据发送在该线对上的所述标识的转变期间被控制，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
2.如权利要求1所述的方法，其中，脉冲电力相位被承载在每个线对上，并且线对位于多对式线缆中。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述脉冲电力在所述脉冲接通时间期间的电压包括至少60伏。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述脉冲电力在所述脉冲关断时间期间的电压大于零。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述电压脉冲的脉冲接通时间在所述线对之间重叠。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，具有所述脉冲接通时间和所述脉冲关断时间的一个周期小于或等于12ms。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：在所述脉冲关断时间期间执行故障检测。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，数据在所述脉冲接通时间和所述脉冲关断时间期间被发送。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，对所述数据发送的控制包括：在所述标识的转变期间暂停所述数据发送。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，对所述数据发送的控制包括：控制MAC(媒体访问控制)/PHY(物理层实体)以在所述标识的转变期间推迟所述数据发送。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，对所述数据发送的控制包括：向所述数据应用前向纠错(FEC)以在所述标识的转变期间在所述接收机处使用。
12.一种方法，包括：
在承载脉冲电力的两个线对上接收数据，其中，所述脉冲电力包括多个电压脉冲，其中线对上的所述电压脉冲在所述线对之间偏移以提供连续的电力；
标识至少一个线对上的以下项中的至少一者：脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变，以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变；以及
在线对上的所述标识的转变期间，控制所述至少一个线对上的数据，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
13.如权利要求12所述的方法，其中，脉冲电力相位被承载在每个线对上，并且线对位于多对式线缆中。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述脉冲电力在所述脉冲关断时间期间的电压大于零。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述标识的转变中的每一个包括大约0.5ms的时间窗口，并且具有所述脉冲接通时间和所述脉冲关断时间的一个周期小于或等于12ms。
16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，在所述脉冲关断时间期间执行故障检测。
17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，其中，所述数据仅在所述脉冲接通时间期间被接收。
18.如权利要求12至17中任一项所述的方法，还包括：在所述两个线对上发送数据。
19.如权利要求12至18中任一项所述的方法，其中，所述控制所述数据包括：对在所述标识的转变期间接收的数据进行标记。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述标记的数据的至少一部分被丢弃或重发。
21.如权利要求12至20中任一项所述的方法，其中，前向纠错(FEC)在发射机处被应用于所述数据，并且其中，所述控制所述数据包括：在所述标识的转变期间标记所述数据以用于解码。
22.如权利要求12至21中任一项所述的方法，还包括：对所述脉冲电力的经编码调制进行解码以用于控制面数据。
23.一种装置，包括：
接口，用于在承载脉冲电力的至少两个线对上发送数据，其中所述脉冲电力包括多个电压脉冲；以及
控制器，用于标识至少一个线对上的、脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变中的至少一者，并在线对上的所述标识的转变期间暂停所述至少一个线对上的数据发送，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
24.如权利要求23所述的装置，其中，所述控制器可操作为：在每个线对上的所述脉冲关断时间期间执行对线对的故障检测。
25.如权利要求23或24所述的装置，其中，所述控制器还可操作为：利用电力线通信过零时间戳和脉冲同步信号来发现网络拓扑。
26.如权利要求23至25中任一项所述的装置，其中，线对上的所述电压脉冲在所述线对之间偏移，以提供连续的电力。
27.一种装置，包括：
接口，用于在承载脉冲电力的至少两个线对上接收数据，其中所述脉冲电力包括多个电压脉冲；以及
控制器，用于标识至少一个线对上的、脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变中的至少一者，并在线对上的所述标识的转变期间控制所述至少一个线对上的数据，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
28.如权利要求27所述的装置，其中，所述数据在所述脉冲接通时间和所述脉冲关断时间期间被接收。
29.如权利要求27或28所述的装置，其中，线对上的所述电压脉冲在所述线对之间偏移以提供连续的电力，并且所述控制器可操作为使用所述数据中的信息来使所述多个电压脉冲与发射机同步。
30.如权利要求27至29中任一项所述的装置，其中，所述控制所述数据包括：对在所述标识的转变期间接收的数据进行标记。
31.一种装置，包括：
发送构件，用于在承载脉冲电力的两个线对上发送数据，其中所述脉冲电力包括多个电压脉冲，其中线对上的所述电压脉冲在所述线对之间偏移以提供连续的电力；以及
标识构件，用于标识至少一个线对上的以下项中的至少一者：脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变，以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变；
还包括控制构件，用于在线对上的所述标识的转变期间控制所述至少一个线对上的数据发送，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
32.根据权利要求31所述的装置，还包括用于实现根据权利要求2至11中的任一项所述的方法的构件。
33.一种装置，包括：
接收构件，用于在承载脉冲电力的两个线对上接收数据，其中，所述脉冲电力包括多个电压脉冲，其中线对上的所述电压脉冲在所述线对之间偏移以提供连续的电力；
标识构件，用于标识至少一个线对上的以下项中的至少一者：脉冲接通时间与脉冲关断时间之间的转变，以及脉冲关断时间与脉冲接通时间之间的转变；以及
控制构件，用于在线对上的所述标识的转变期间控制所述至少一个线对上的数据，以防止脉冲电力和数据之间的干扰。
34.根据权利要求33所述的装置，还包括用于实现根据权利要求13至22中的任一项所述的方法的构件。
35.一种包括指令的计算机程序、计算机程序产品或计算机可读介质，所述指令在由计算机执行时使所述计算机执行如权利要求1至22中的任一项所述的方法的步骤。
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