DE10026931C2 - PLC-System für hochbitratige Datenkommunikationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei einem PLC-System für hochbitratige Datenkommunikationen.

Es ist bekannt, Datenaustauschvorgänge (Datenkommunikationen, das heißt Datenübertragungen) zwischen an den Datenaustausch­ vorgängen beteiligten Teilnehmern mit Hilfe geeigneter Mittel über das elektrische Energieversorgungsnetz (Stromnetz; Powerline) der von den Datenaustauschvorgängen betroffenen Teilnehmern abzuwickeln. Für diese Datenaustauschtechnik ist der Begriff "Powerline Communication" (PLC) geprägt worden.

In der neueren Zeit wird im Zuge des Fortschritts der Technik versucht, bei Datenaustauschvorgängen das Übertragungsmedium Energieversorgungsnetz für die Übertragung größerer Datenmen­ gen, also für hochbitratige Datenkommunikationen zu nutzen. Die Nutzdaten werden dabei durch verschiedene Verfahren auf entsprechende Träger aufmoduliert und über das Energieversor­ gungsnetz geschickt.

In Europa gibt es einen leitenden Ausschuss namens CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique), der ein Frequenzband von 3 kHz bis 148,5 kHz für die PLC freigegeben hat, wobei innerhalb dieses Frequenzbandes wiederum eine Spe­ zifizierung von Bändern A bis D für unterschiedliche Dienste gemacht worden ist. Die Frequenzen und Sendepegel sind in ei­ ner Norm EN 50065 (Signalübertragung auf elektrischen Nieder­ spannungsnetzen im Frequenzbereich 3 kHz bis 148,5 kHz) fest­ gehalten.

In den USA und Japan gibt es Ähnliches. In diesen Ländern ist jedoch ein Frequenzbereich bis ca. 500 kHz freigegeben wor­ den.

Im CENELEC Band können auch mit neuen Techniken nur Datenkom­ munikationen mit einer Bitrate von ca. 150 kbps (Kilobits pro Sekunde) durchgeführt werden. Aus diesem Grund wird derzeit versucht, in einem größeren Frequenzbereich (bis 30 MHz) die Nutzdaten zu übertragen. Diese Neuerung muss jedoch noch von den Regulierungsbehörden genehmigt werden.

In der PLC-Technik werden ein sogenannter Access-Bereich und ein Inhouse-Bereich unterschieden. Der Access-Bereich ist dar Bereich von einem Transformator des Energieversorgungsnetzes zu einem Stromzähler eines Verbrauchers. Der Inhouse-Bereich ist der Bereich von einem Stromzähler an eine jede beliebige Steckdose.

Für den Access-Bereich ist für hochbitratige Datenkommunika­ tionen beispielsweise ein Frequenzbereich von 2,2 MHz bis 9,4 MHz vorgesehen worden. Für den Inhouse-Bereich ist für hoch­ bitratige Datenkommunikationen beispielsweise ein Frequenzbe­ reich von 10,5 MHz bis 24 MHz vorgesehen worden. Die Fre­ quenzbereiche können in Kanäle unterteilt sein.

Hochbitratige Datenkommunikationen haben allgemein das Pro­ blem, dass sie wegen frequenzselektiver Leitungsdämpfungen, Störungen und der Einkoppelimpedanzen mitunter schwierig zu bewerkstelligen bzw. nicht möglich sind.

Zur Lösung dieses Problems können Kanalschätzungen durchge­ führt und dabei kanalspezifische Systemparameter gewonnen werden. Die Systemparameter spiegeln die Güten der Übertra­ gungskanäle wider. Datenkommunikationen können dann über sol­ che Kanäle abgewickelt werden, die hohe Güten haben. Es ist auch möglich, die Art der Datenkommunikation an die Kanalpa­ rameter anzupassen, d. h., es kann beispielsweise die Sende­ leistung entsprechend erhöht werden.

Aus dem Dokument DE 198 46 151 A1 ist ein Verfahren und eine zugehörige Anordnung zur Datenübertragung über Niederspannungsnetze, bei denen die Datenübertragung im hochfrequenten Bereich vorgenommen wird, bekannt.

Aus dem Dokument DE 198 35 252 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Kanalschätzung erfolgt mit Hilfe von erfassten Kanalkoeffizienten eines Übertragungskanals.

Damit in gestörten Übertragungskanälen eine Anpassung der Art einer Datenkommunikation an die Kanalparameter möglich ist, müssen Systemparameter ausgetauscht werden. Der Austausch von Systemparametern ist nur möglich, wenn es gelingt, in irgend­ einer Art und Weise eine Verbindung im vorgesehenen (gestör­ ten) Frequenzbereich aufzubauen. Bisher wird dies durch Ver­ wenden einer gegen Störungen besonders robusten Art der Da­ tenübertragung, die auch bei sehr schlechtem Signal-Rausch- Verhältnis arbeitet, versucht zu erreichen. Eine solche gegen Störungen besonders robuste Datenübertragung erfordert aber einen hohen Hardwareaufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah­ ren bei einem PLC-System anzugeben, das hochbitratige Da­ tenkommunikationen über das Energieversorgungsnetz durch Anpassen der Art der Datenkommunikation an die Kanalparame­ ter mit geringem Hardwareaufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge­ löst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Danach wird für eine gestörte hochbitratige Datenkommunika­ tion zunächst eine prinzipielle Verbindung, d. h. eine "Basis­ verbindung" hergestellt. Über die Basisverbindung wird we­ nigstens der Austausch von die gestörte hochbitratige Daten­ kommunikation betreffenden Kanalparametern und die Anpassung der Art der hochbitratigen Datenkommunikation an die besagten Kanalparameter vorgenommen. Für die Basisverbindung genügen Kanäle mit geringen Bitratezahlen und/oder geringen Bandbrei­ ten in niedriger angesiedelten und damit störungsunanfällige­ ren Frequenzbereichen. Durch die geringere Störungsanfällig­ keit ist eine sichere Modulation in diesen Frequenzbereichen möglich. Außerdem kann ohne weiteres eine Redundanz, z. B. ein- oder mehrfache Bitwiederholung, eingesetzt werden. Da die Übertragung der Kanalparameter mit geringen Datenraten erfolgen kann, spielt es keine Rolle, wenn die für die Basis­ verbindungen herangezogenen niedrigeren Frequenzbereiche eine geringe Bandbreite aufweisen. Mit dem Austausch der Kanalpa­ rameter kann die hochbitratige Datenkommunikation in den höher angesiedelten Frequenzbereichen soweit vorbereitet bzw. effektiv an die Kanalparameter angepasst werden, dass sie in diesen Frequenzbereichen durchgeführt werden kann. Grundsätz­ lich können auch weitere Systemparameter über die Basisver­ bindung ausgetauscht werden, so dass der obere Frequenzbe­ reich für eine reine hochbitratige Datenübertragung freige­ halten werden kann. Zur Realisierung von Basisverbindungen wird nur ein geringer Hardwareaufwand benötigt. Dieser Auf­ wand ist jedenfalls geringer als die Bewerkstelligung robus­ ter Datenübertragungen in gestörten Kanälen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Danach werden die Kanalparameter durch Kanalschätzungen er­ mittelt, die wiederholt durchführbar sind. Auf diese Weise liegt stets ein genaues Abbild der Zustände der Übertragungs­ kanäle vor und es kann sofort auf veränderte Verhältnisse reagiert werden.

Weiter werden die Basisverbindungen in CENELEC Bändern reali­ siert. In diesen Bändern sind bereits Protokollverfahren be­ kannt, die übernommen werden können. Es kann dadurch die Ein­ führung neuer Protokollverfahren eingespart werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 einen schematischen Ablauf der Anpassung einer ge­ störten hochbitratigen Datenkommunikation an die Kanalparameter eines gestörten, für die hochbitra­ tige Datenkommunikation zuständigen Kanals gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine Umschaltvorrichtung zur Durchführung der Maß­ nahmen gemäß der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist im oberen Teil ein allgemeines Powerline Communication System zu sehen, das aus zwei Kommunikations­ teilnehmern besteht, die über eine Netzleitung NL miteinander gemäß der PLC-Technik verbunden sind. Von den jeweiligen Kom­ munikationsteilnehmern sind in der Fig. 1 der Einfachheit wegen nur jeweils die sogenannten PLC-Modems PLC-M gezeigt, mittels denen die Kommunikationsteilnehmer an die Netzleitung NL angeschlossen sind. Bei der Netzleitung NL kann es sich beispielsweise um eine Netzleitung für ein 110-220 V/50-60 Hz Stromnetz handeln.

Im unteren Teil der Fig. 1 ist ein Diagramm mit einer Fre­ quenz-Achse über einer Zeit-Achse gezeigt, in dessen Flächen­ bereich Arbeitsbereiche eingezeichnet sind. Die Arbeitsberei­ che sind über die Zeitachse verteilt nacheinander angeordnet und stellen hier Arbeitsphasen dar. Im Diagramm sind auf diese Weise sechs Arbeitsphasen, kurz Phasen 1 bis 6, angege­ ben. Die jeweiligen Arbeitsphasen erstrecken sich über vorge­ gebene Frequenzbereiche und verdeutlichen beispielhaft, in­ nerhalb welcher Frequenzumfänge eine aktuelle Phase abläuft.

In Phase 1 wird versucht, für eine hochbitratige Datenkommu­ nikation in einem oberen Frequenzbereich eine Verbindung auf­ zubauen. Es wird dabei angenommen, dass dieser Verbindungs­ aufbau wegen Störung der Frequenzen in dem oberen Frequenzbe­ reich fehl schlägt.

Die Phase 2 wird daraufhin in einem unteren Frequenzbe­ reich, genauer in einem CENELEC Band, durchgeführt. Da hier die Frequenzen weniger störanfällig sind, gelingt hier der Verbindungsaufbau. Diese Verbindung dient nun als Basisver­ bindung für die hochbitratige Datenkommunikation in dem obe­ ren Frequenzbereich. Die Basisverbindung wird dazu genutzt, um Kanalparameter u. s. w. auszutauschen und das Ausmessen der Kanalparameter von zu testenden Kanälen zu starten.

In der Phase 3 werden dann die zu testenden Kanäle ausgemes­ sen. Der in das Diagramm eingezeichnete Arbeitsbereich er­ streckt sich deshalb über alle im oberen Frequenzbereich gül­ tigen Frequenzen.

Anschließend werden in der Phase 4 wieder im CENELEC Fre­ quenzbereich die Kanalparameter zwischen den Kommunikations­ teilnehmern ausgetauscht.

In der Phase 5 wird dann die für den oberen Frequenzbereich optimierte Datenkommunikation mit hoher Bitrate im oberen Frequenzbereich durchgeführt.

In Phase 6 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel im weite­ ren Verlauf der Datenkommunikation im CENELEC Frequenzbereich eine weitere Kanaladaption eingeleitet, damit eine möglicher­ weise zwischenzeitlich notwendig gewordene neue Anpassung der Datenkommunikation nicht übersehen wird. Möglich ist auch, dass in einer solchen Phase weitere Systemdaten übertragen werden, um den höheren Frequenzbereich für die reine Daten­ übertragung frei zu halten.

In der Fig. 2 ist eine Umschaltvorrichtung zum Umschalten zwischen dem CENELEC Frequenzbereich und dem für hochbitra­ tige Datenkommunikationen vorgesehen hohen Frequenzbereich (HF-Frequenzbereich) gezeigt. Diese Umschaltvorrichtung ist Teil der Mittel eines Kommunikationsteilnehmers zum Ankoppeln an die Netzleitung NL eines Energieversorgungssystems.

Zur Netzleitung NL hin ist ein Koppler 1 angeordnet, der eine technische Trennung zwischen dem Netzleiter NL und dem Kommu­ nikationsteilnehmer durchführt.

Auf der anderen Seite des Kopplers 1 ist für je einen Weg Richtung Netzleitung und Richtung Kommunikationsteilnehmer eine Weggabelung realisiert, die jeweils einmal zu einem Umschaltpol eines Umschalters 2 bzw. 3 und einmal zu einem Hochfrequenz-Teil (HF-Teil) 4 führt.

Vom Hochfrequenz-Teil 4 führt für je einen Weg Richtung Netz­ leitung NL und in Richtung Kommunikationsteilnehmer eine Ver­ bindung zu einem jeweils weiteren Umschaltpol der Umschalter 2 bzw. 3.

Die jeweiligen Umschalter 2 bzw. 3 haben einen jeweils mit einem ihrer Umschaltpole verbindbaren Schaltpol, von denen einer für eine Datenkommunikation in Richtung Netzleitung NL mit einem Digital/Analog-Wandler (D/A) 5 und einer für eine Datenkommunikation in Richtung Kommunikationsteilnehmer mit einem Analog/Digital-Wandler (A/D) 6 verbunden ist.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 2 stellt ein Ausfüh­ rungsbeispiel dafür dar, wie das Umschalten zwischen CENELEC- und HF-Frequenzbereich, und der in der Fig. 1 dargestellte obere Frequenzbereich ist ein solcher HF-Frequenzbereich, ohne große Aufwände bezüglich der Hardware realisiert werden kann.

Claims (3)

1. Verfahren bei einem PLC-System für hochbitratige Daten­ übertragungen in einem oder mehreren für eine Datenübertra­ gung zugewiesenen, jeweils wenigstens einen Kanal umfassenden höheren Frequenzbereichen, von denen wenigstens ein Fre­ quenzbereich für eine hochbitratige Datenübertragung ausge­ legt ist, das einen Verfahrensschritt aufweist, in dem Ka­ nalschätzungen zur Ermittlung von Kanalparametern bei den verschiedenen Kanälen durchgeführt werden, und das einen wei­ teren Verfahrensschritt aufweist, in dem bei zu sehr gestör­ ten Kanälen für eine hochbitratige Datenübertragung in Ka­ nälen mit geringeren Bitratezahlen und/oder geringeren Band­ breiten in einem oder mehreren niedrigeren Frequenzbereichen zunächst eine Basisverbindung für eine betreffende Datenüber­ tragung wenigstens für eine Übermittlung von den gestörten Kanälen zugeordneten Kanalparametern, auf Grund derer dann eine Anpassung in der Art der hochbitratigen Datenübertragung in den gestörten Kanälen durchgeführt wird, aufgebaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Kanalparameter wenigstens zum Teil durch Ka­ nalschätzungen ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Basisverbindungen in einem CENELEC- Frequenzbandbereich realisiert werden.