DE10061584B4

DE10061584B4 - Anordnung und Verfahren zur Datenkommunikation in einem Energieverteilungsnetz

Info

Publication number: DE10061584B4
Application number: DE2000161584
Authority: DE
Inventors: Bernd Bienek; Xihe Dr. Tuo
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: DE10061584A1

Abstract

Anordnung zur Kommunikation in einem Energieverteilungsnetz mit Kommunikationseinheiten für die Informationsverarbeitung und Koppeleinheiten zum Ankoppeln der Kommunikationseinheiten an das Energieverteilungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kommunikationseinheiten (1b) derart mit einer Funkeinheit (4) ausgestaltet ist, dass diese über eine Funkverbindung an das Energieverteilungsnetz ankoppelbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Datenkommunikation in einem Energieverteilungsnetz.
Die Technologie der Übertragung von Daten über das Energieverteilungsnetz ist grundsätzlich bekannt. So werden z.B. für die Steuerung von elektrischen Einrichtungen im Energieverteilungsnetz Steuerungsdaten direkt über die Netzleitung übertragen, wobei die zu sendenden Informationen auf die Wechselspannung des Energieverteilungsnetz aufmoduliert werden. Im "Inhouse"-Bereich sind sogenannte "Babyphones" bekannt, die eine Übertragung von Sprachsignalen über die Netzleitung ermöglichen.
Bei der Power Line Communication (PLC) wird das Energieverteilungsnetz vom Mittelspannungsbereich bis zum "Inhouse"-Bereich für die Telekommunikation genutzt. Das Energieverteilungsnetz ist ab dem letzten Niederspannungstransformator, welcher durchschnittlich 150 bis 200 Haushalte versorgt, bis zu den Verbrauchern meist als Baum ausgelegt. Wie in 2 dargestellt, ist der Teilnehmers bzw. die Kommunikationseinheit 1a, 1b über Koppeleinheiten 2a, 2b zur Netztrennung fest mit der Netzleitung 3 verbunden. Die Datenübertragung ist durch die leitungsgebundene bzw. leitungsgeführte Übertragung eingeschränkt. Die Kommunikation zwischen den Kommunikationseinheiten 1a und 1b erfolgt über einen Kanal, nämlich die Adern N und L1 der Netzleitung 3.
Die für die Power Line Communication (PLC) zur Verfügung stehende Bandbreite ist bei höheren Frequenzen im wesentlichen durch die Leitungsdämpfung und die Anzahl der angeschlossenen Kommunikationseinheiten 1a, 1b begrenzt. Die Dämpfung ist von den verwendeten Kabeltypen und von der Art und Anzahl der Abzweige, d.h. der Topologie des Netzes, abhängig.
Eine hochbitratige Datenkommunikation (z.B. in dem Frequenzbereich 2,2MHz bis 9,4MHz im "Access"-Bereich und 10,5 bis 24MHz im "Inhouse"-Bereich) über die Leitungen des Energieverteilungsnetzes (Powerline) ist in der dafür benötigten Kanalqualität jedoch schwierig oder nicht möglich.
Bei einer punktuellen Anschaltung von Koppeleinheiten 2a, 2b an eine Netzleitung 3 sendet und empfängt jede Kommunikationseinheit 1a, 1b über ihre Koppeleinheit 2a, 2b Signale in bzw. aus allen Richtungen des Netzes.

Aus der WO 00/38346 A1 ist ein Verfahren zum Übertragen von Kommunikationsinformationen bekannt, bei dem mobile Endgeräte drahtlos an Basisstationen angeschlossen sind, wobei die Basisstationen untereinander durch Stromleitungen verbunden sind. Hierbei sind in den Basisstationen Koppelelemente für den drahtgebundenen Anschluss an die Stromleitung bzw. das Energieverteilungsnetz vorgesehen.

In der DE 199 04 544 A1 ist eine Anordnung zum Ineinandersetzen von Protokolldateneinheiten inkompatibler Netze beschrieben, bei dem als lokales Netz ein Energieversorgungsnetz eingesetzt werden kann. Die Ankoppelung an dieses lokale Netz erfolgt hierbei über spezielle Netzadapter, die drahtgebunden mit den Energieversorgungsnetz verbunden sind.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung bzw. ein Verfahren zu schaffen, dass die Datenkommunikation in einem Energieverteilungsnetz verbessert.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 5 gelöst. Somit werden Kommunikationseinheiten mittels Funkeinheiten über eine Funkverbindung an das Energieverteilungsnetz ankoppelt.

Die Funkeinheit kann in eine mobile Kommunikationseinheit integriert werden. Somit ist die Kommunikationseinheit leitungsungebunden. Wird die Kommunikationseinheit durch eine Koppeleinheit erweitert, die mittels einer Steckverbindung mit dem Energieverteilungsnetz verbindbar ist, kann eine Kommunikation über das Energieverteilungsnetz auch an Orten mit gestörter Funkverbindung erfolgen.

Bei einer Kommunikation der Kommunikationseinheiten über eine direkte elektrische Verbindung und einer Funkverbindung steht ein weiterer Übertragungskanal zur Verfügung. Der Dynamikbereich wird vergrößert. Die Sendeleistung der Kommunikationseinheiten kann verringert werden. Die zu sendenden Informationen können über größere Entfernungen im Energieverteilungsnetz übertragen werden, wodurch die Abstände der Repeater erhöht werden können. Dies reduziert die benötigten Hardwarekomponenten, den Montageaufwand und somit die Kosten im Energieverteilungsnetz. Mit Hilfe der über zwei Übertragungskanäle parallel übertragen Signale (Diversity) können sehr effektive Verfahren zur Fehlerkorrektur der empfangenen Signale durchführt werden.

Weiterhin ist es möglich eine direkte Funkverbindung zwischen benachbarten Kommunikationseinheiten über ihre Funkeinheiten aufzubauen und so das Energieverteilungsnetz zu entlasten.

Die Funkeinheit kann so ausgelegt werden, dass sie Signale gerichtet in das Energieverteilungsnetz einstrahlt und/oder gerichtet aus dem Energieverteilungsnetz empfängt. Durch ein gerichtetes Senden wird die Sendeleistung in der Übertragungsrichtung erhöht und durch ein gerichtetes Empfangen wird der Empfänger von Störungen z.B. von benachbarten Kommunikationseinrichtungen aus anderen Richtungen des Energieverteilungsnetzes abgeschirmt. Das Signalstörverhältnis und somit die Empfindlichkeit am Empfänger wird verbessert.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an Hand von Beispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen

1 ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren der Kommunikation über das Energieverteilungsnetz,

2 schematisch die herkömmliche Vorgehensweise bei der Kommunikation über das Energieverteilungsnetz gemäß dem Stand der Technik,

3 ein weiteres Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren der Kommunikation über das Energieverteilungsnetz.

In der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind zwei Kommunikationseinheiten 1a, 1b über eine dreiadrige Netzleitung 3 verbunden. Während die Kommunikationseinheit 1a über die Koppeleinheit 2a mit einer Leitung elektrisch fest mit der Netzleitung 3 verbunden ist, wird die Kommunikationseinheit 1b, im Gegensatz zu der in der 2 gezeigten herkömmliche Schaltungsanordnung, mittels der Funkeinheit 4 über einen Funkkanal an die Netzleitung 3 angekoppelt. Die Kommunikationseinheit 1b sendet und empfängt Informationen über die Funkeinheit 4, die in die Netzleitung 3 eingestrahlt bzw. über die Netzleitung 3 abgestrahlt werden. Die Kommunikationseinheit 1a empfängt die eingestrahlten Informationen über die Netzleitung 3. Die von der Kommunikationseinheit 1a mittels der Koppeleinheit 2a in die Netzleitung 3 eingekoppelten Informationen bzw. die eingekoppelten elektrischen Signale werden von der Netzleitung 3 abgestrahlt und von der Kommunikationseinheit 1b über die Funkeinheit 4 empfangen.

Für PLC-Betrieb ist eine erhöhte Abstrahlung der Netzleitung zugelassen. Diese erhöhte Abstrahlung wird für die Funkübertragung zwischen Netzleitung 3 und der Funkeinrichtung 4 genutzt.

Als Antennen für den Funkbetrieb können alle bekannten Antennen eingesetzt werden. Insbesondere für den Frequenzbereich der Power Line Communication von etwa 1MHz bis 30MHz sind Kurzwellenantennen Stand der Technik. Beispiele hierfür sind Loopantennen, Kurzwellenferritantennen, die für ein Frequenzband ausgelegt oder schaltbar gemacht werden können, aktive Kurzwellenantennen, die sehr breitbandig und durch die Verwendung von Verstärkern sehr klein aufgebaut werden können und Dipolantennen, wobei ein Pol als Masse mit der Netzleitung 3 verbunden wird und der andere Pol als Draht parallel zur Leitung angeordnet wird und dessen effektive Länge kleiner als ein viertel der Wellenlänge der höchsten Frequenz ist.

Die Antenne bzw. die Funkeinheit 3 kann so gestaltet werden, dass eine Einstrahlung in die Netzleitung 3 gerichtet in einer Richtung oder bidirektional erfolgt. Die Thematik der Richtungseinkopplung von Signalen in Leitungen ist beschrieben in Zinke/Brunswig, Springer-Verlag, 1990, "Lehrbuch der Hochfrequenztechnik" und in Rothammel, Franckh-Kosmos, 1991, "Antennenbuch". Eine Pageranwendung kann ebenfalls aufgebaut werden.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Kommunikation dreier Kommunikationseinheit 1a, 1b, 1c über die Netzleitung 3a, 3b, 3c eines Energieverteilungsnetz. Die Kommunikationseinheit 1a und die Kommunikationseinheit 1c sind mit der Koppeleinheiten 2a bzw. 2c mit der Netzleitung 3a bzw. 3c elektrisch verbunden. Die Kommunikationseinheit 1b ist eine mobile Kommunikationseinheit. Für eine Kommunikation der Kommunikationseinheit 1b mit der Kommunikationseinheit 1c werden die Informationen von der Kommunikationseinheit 1b über die Funkeinheit 4b in die Netzleitung 3a und 3c eingestrahlt. Die eingestrahlten Informationen gelangen über die Netzleitung 3a, 3b und 3c, der Koppeleinheit 2c und der Funkeinheit 4c zu der Kommunikationseinheit 1c. Die Kommunikation der Kommunikationseinheit 1b mit der Kommunikationseinheit 1a ist analog. Jedoch kann hier eine direkte Funkverbindung zwischen den Kommunikationseinheiten 1a und 1b über die Funkeinheiten 4a und 4b erfolgen.

Mittels der Koppeleinheit 2b und einer Steckvorrichtung z.B. einem Netzstecker und einer Netzsteckdose (nicht gezeigt) kann die Kommunikationseinheit 1b ebenfalls elektrisch mit einer Netzleitungen 3a, 3b, 3c verbunden werden. Wie aus der Schaltungsanordnung ersichtlich, stehen den Kommunikationseinheiten 3a, 3b und 3c mindestens je zwei Übertragungskanäle zur Verfügung.

Claims

Anordnung zur Kommunikation in einem Energieverteilungsnetz mit Kommunikationseinheiten für die Informationsverarbeitung und Koppeleinheiten zum Ankoppeln der Kommunikationseinheiten an das Energieverteilungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kommunikationseinheiten (1b) derart mit einer Funkeinheit (4) ausgestaltet ist, dass diese über eine Funkverbindung an das Energieverteilungsnetz ankoppelbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkeinheit (4) in eine mobile Kommunikationseinheit (1b) integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (1) zusätzlich eine Koppeleinheit (2) enthält, die mittels einer Steckverbindung drahtgebunden mit dem Energieverteilungsnetz verbindbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen mittels der Funkeinheit (4) gerichtet in das Energieverteilungsnetz einstrahlt und/oder die vom Energieverteilungsnetz abgestrahlten Informationen gerichtet empfangen werden.
Verfahren zur Übertragung von Informationen über ein Energieverteilungsnetz mit einer Kommunikationseinheit für die Informationsverarbeitung und einer Koppeleinheit zum Ankoppeln der Kommunikationseinheit an das Energieverteilungsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen mittels einer Funkeinheit drahtlos in das Energieverteilungsnetz eingekoppelt und/oder die von dem Energieverteilungsnetz abgestrahlten Informationen drahtlos empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung zwischen einer Koppeleinheit (2) und dem Energieverteilungsnetz zusätzlich mittels Steckverbindung geschaffen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen mittels der Funkverbindung gerichtet in das Energieverteilungsnetz einstrahlt und/oder gerichtet aus dem Energieverteilungsnetz empfangen werden.