DE10100181A1 - Verfahren und Messanordnung zum Ermitteln der physikalischen Eigenschaften eines über eine Energieversorgungsleitung zu übertragenden Kommunikationssignals - Google Patents

Abstract

Ein in einer Übertragungseinrichtung (PLCM) erzeugtes und für die Übertragung über Energieversorgungsleitungen vorgesehenes Kommunikationssignals (ksi) mit zumindest einem definierten Frequenzbereich wird über eine eine symmetrische Energieversorgungsleitung nachbildende Nachbildimpedanz (NBI) geführt und anschließend wird die spektrale Verteilung der Energiedichte des Kommunikationssignals (ksi) innerhalb zumindest eines definierten Frequenzbereiches gemessen.

Description

Kommunikationssignale, insbesondere Datensignale von Rechnern bzw. Computern, können auch über das Energieversorgungsnetz bzw. Energieverteilnetz übertragen werden. Ein Kommunikati­ onssignal bzw. Datensignal kann sowohl im In-House-Bereich innerhalb eines Gebäudes oder auch im Access-Bereich eines Kommunikationsnetzes, d. h. vom letzten Niederspannungstrans­ formator bis zu einem Gebäude, über die vorhandenen Energie­ versorgungsleitungen übermittelt werden. Für eine derartige Übertragung von Kommunikationssignalen über Energieversor­ gungsleitungen im Mittel- und Niederspannungsbereich ist der­ zeit ein Frequenzbereich von 1,3 bis 30 MHz vorgesehen.

Die Übertragung über die Energieversorgungsleitungen wird mit Hilfe von Übertragungseinrichtungen - in der Fachwelt auch als Power Line Modems bekannt - bewirkt, in denen die zu ü­ bermittelnden Daten mit Hilfe von Modulationsverfahren bzw. Zugriffsverfahren wie beispielsweise OFDM(Orthogonal Frequen­ cy Division Multiplex)- oder QPSK(Quadrature Phase Shift Key­ ing)- oder dem CDMA(Code Division Multiple Access)-Verfahren auf Trägersignale moduliert bzw. codiert und als Kommunikati­ onssignal in die Energieversorgungsleitungen eingekoppelt werden. Der Frequenzbereich der Kommunikationssignale liegt entsprechend der ETSI-Empfehlung ETSI TS 101867 V.1.1.1 (2000-11) im Access-Bereich bei 1,6 bis 10 MHz und im In- House-Bereich bei 10 bis 30 MHz.

Derzeit werden die physikalischen Eigenschaften der Übertra­ gungseinrichten, insbesondere hinsichtlich des Energieverhal­ tens im Frequenzbereich - durch unterschiedlichste, die Modu­ lationsverfahren bzw. Zugriffsverfahren berücksichtigende Messverfahren ermittelt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist besteht darin, die unterschiedlichen Messverfahren einschließlich einer Messanordnungen zu verbessern. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruch 1 und 8 gelöst.

Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass das Kommunikationssignal über eine eine symmetrische Energieversorgungsleitung nachbildende Nachbild­ impedanz geführt und anschließend die spektrale Verteilung der Energiedichte des Kommunikationssignals innerhalb zumin­ dest eines definierten Frequenzbereiches gemessen wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass für alle Modulations- bzw. Zugriffsver­ fahren ein einheitliches, herstellerunabhängiges Messverfah­ ren für die Ermittlung der physikalischen Eigenschaften eines für die Übertragung über Energieversorgungsleitungen vorgese­ henes Kommunikationssignal verwendet werden kann. Desweiteren ist durch die symmetrische Ausgestaltung der Nachbildimpedanz das Messverfahren auf die symmetrische Ankopplung der Über­ tragungseinrichtung bzw. des Power Line Modems an die Ener­ gieversorgungsleitung abgestimmt.

Die spektrale Verteilung der Energiedichte des Kommunikati­ onssignals wird vorteilhaft bei optimaler Impedanzanpassung der Nachbildimpendanz an die Übertragungseinrichtung gemessen - Anspruch 2 -, wodurch die optimale Leistung des Kommunika­ tionssignals an die Nachbildimpedanz übermittelt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindgungsgemäßen Ver­ fahrens wird das Kommunikationssignal vor der Messung der spektralen Verteilung der Energiedichte elektrisch von der Nachbildimpedanz entkoppelt - Anspruch 3 -, wobei die spekt­ rale Verteilung der Energiedichte des Kommunikationssignals bei optimaler Impedanzanpassung an einen Spektrumanalyzer ge­ messen wird - Anspruch 4. Hierdurch eine elektrische Enkoppelung der Messeinrichtung, z. B. ein Spektrumanalyzer, von der Nachbildimpedanz erreicht, und die optimale Leistung des Kom­ munikationssignals an die Messeinrichtung weitergegeben.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens wird die gemessenen spektrale Vertei­ lung der Energiedichte je Frequenzbereich mit vorgegebenen Energiedichten verglichen - Anspruch 5. Hierdurch kann bei unter- oder überschreiten der gemessenen Energiedichte des Kommunikationssignal über eine oder mehrere vorgegebene Grenzwerte eine Information von der Messeinrichtung erzeugt und ausgegeben werden. Derartige Grenzwerte sind beispiels­ weise in internationalen oder nationalen Standards für Power­ line Communication üblich.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt einer erfindungsgemäßen Messanordnung zum Ermitteln der physikalischen Eigenschaften eines in einer Übertragungseinrichtung erzeugten und für die Übertragung über Energieversorgungsleitungen vorgesehenen Kommunikationssignals mit zumindest einem definierten Fre­ quenzbereich ist darin zu sehen, dass eine mit der Übertra­ gungseinrichtung verbundenen Nachbildimpedanz symmetrisch ausgestaltet und derart dimensioniert ist, dass eine vorgege­ bene Impedanzanpassung an die Übertragungseinrichtung und ei­ ne optimale Impedanzanpassung an eine erste und zweite mit der Widerstandsanordnung verbundenen Primärwicklung eines Transformators erreicht wird, und dass eine Sekundärwicklung des Transformators für eine optimale Impedanzanpassung an ei­ nen an die Sekundärwicklung angeschlossenen Spektrumanalyzer ausgestaltet ist - Anspruch 7. Hierbei ist die die Nachbild­ impedanz für Impedanzen der Übertragungseinrichtung zwischen 10 und 80 Ohm ausgestaltet - Anspruch 8.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Messanordung ist darin zu sehen, dass für alle Modulations- bzw. Zugriffs­ verfahren eine einheitliche, herstellerunabhängige Messanord­ nung für die Ermittlung der physikalischen Eigenschaften eines für die Übertragung über Energieversorgungsleitungen vor­ gesehenes Kommunikationssignal verwendet werden kann, wobei durch die symmetrische Ausgestaltung der Nachbildimpedanz die Messanordnung auf die symmetrische Ankopplung der Übertra­ gungseinrichtung bzw. des Power Line Modems an die Energie­ versorgungsleitung abgestimmt ist und eine optimale Leis­ tungsanpassung hinsichtlich der Übertragung des Kommunikati­ onssignals erreicht wird.

Vorteilhaft ist die Eingangsimpedanz der Nachbildimpedanz für Impedanzen der Übertragungseinrichtung zwischen 10 und 80 Ohm ausgestaltet - Anspruch 9, wodurch eine optimale Anpassung an die tatsächlichen Gegebenheiten im Energieversorgungslei­ tungsnetz erreicht wird.

Um Störungen durch außer dem vorgesehenen Frequenzbereichen zu unterdrücken, ist vorteilhafterweise vor die Nachbildimpe­ danz ein Filter geschaltet und das Filter auf die Frequenzbe­ reiche des zu messenden Kommunikationssignals abgestimmt - Anspruch 10. Um Störungen durch das gleichzeitig über die E­ nergieversorgungsleitungen übertragene Energiesignal zu un­ terdrücken ist vorteilhaft zwischen dem Filter und der Nach­ bildimpedanz ein Netzfilter eingefügt, wobei das Filter auf die Frequenz eines über die Energieversorgungsleitung über­ tragenen Energiesignals abgestimmt ist - Anspruch 11.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Messanordnung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die er­ findungsgemäße Messanordnung anhand zweier Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 in einem Schaltbild die erfindungsgemäße Messanord­ nung und

Fig. 2 in einem Diagramm beispielhaft die Verteilung der gemessenen Energiedichte eines Kommunikationssig­ nals.

Fig. 1 zeigt in einem Schaltbild eine Nachbildimpedanz NBI - durch ein strickpunktiertes Rechteck angedeutet - mit einem ersten Widerstand R1, der mit einem Ende mit einem ersten Eingang E1 und mit dem anderen Ende mit einem zweiten Eingang E2 verbunden ist. Zu diesem ersten Widerstand R1 ist eine Se­ rienschaltung von einem zweiten Widerstand R2, einem dritten Widerstand R3, einem vierten Widerstand R4 und von einem fünften Widerstand R5 parallel geschaltet. Bei einer Ein­ gangsimpedanz von 50 Ohm zwischen dem ersten und zweiten Ein­ gang E1, E2 weist der erste Widerstand R1 annähernd einen Wert von 100 Ohm, der zweite Widerstand R2 annähernd einen Wert von 18 Ohm, der dritte Widerstand R3 annähernd einen Wert von 47 Ohm, der vierte Widerstand R4 annähernd einen Wert von 47 Ohm und der fünfte Widerstand R5 annähernd einen Wert von 18 Ohm auf. Anstelle der 50 Ohm Eingangsimpedanz sind andere Werte zwischen 10 und 80 Ohm möglich, wobei die ersten bis fünften Widerstände R1. .R5 anzupassen sind.

An den dritte und vierten Widerstand R3, R4 ist jeweils eine erste und eine zweite Primärwicklung W1, W2 eines Transforma­ tors TR - durch strichpunktiertes Rechteck angedeutet - pa­ rallel geschaltet. Eine dritte Sekundärwicklung W3 des Trans­ formators TR ist mit einem Sektrumanalyzer SPA verbunden. Der Spektrumanalyzer SPA weist eine Eingangsimpedanz von annä­ hernd 50 Ohm auf. Der Spektrumanalyzer SPA, der Transformator TR und die Nachbildimpedanz NBI bilden eine Messanordnung MA zum Ermitteln der spektralen Verteilung der Energiedichte ei­ nes Kommunikationssignals ksi in Abhängigkeit von der Fre­ quenz, wobei der erste und zweite Eingang E1, E2 der Nachbild­ impedanz NBI die Eingänge E1, E2 der Messanordnung MA darstel­ len.

Die beiden Ausgänge einer Übertragungseinrichtung bzw. ein Power-Line-Communication-Modem PLCM, sind an die Eingänge E1, E2 der Messanordnung MA angeschlossen. Im Power-Line- Communication-Modem PLCM werden über Eneregieversorgungslei­ tungen zu übermittelnde Datensignale - nicht dargestellt - mit Hilfe von Modulations- bzw. Zugriffsverfahren - wie bei­ spielsweise OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)- oder QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)- oder dem CDMA(Code Division Multiple Access)-Verfahren auf Trägersignale modu­ liert bzw. codiert und als Kommunikationssignal ksi an den Ausgängen A abgegeben. Zwischen den Ausgängen A des Power- Line-Communication-Modems PLCM ist eine Impedanz von annä­ hernd 50 Ohm definiert.

Um die Verteilung der Energiedichte des Kommunikationssignals ksi zu ermitteln, wird dieses erfindungsgemäß an die Nach­ bildimpedanz NBI übermittelt. Aufgrund der Impedanzanpassung durch die Nachbildimpedanz NBI - annähernd 50 Ohm zwischen den Eingängen E1, E2 - ist eine optimale Leistungsübertragung des Kommunikationssignals ksi an die Nachbildimpedanz NBI ge­ geben. Da auch Ausgangs- bzw. Eingangsimpedanzen zwischen der Nachbildimpedanz NBI und dem Transformator TR und zwischen dem Transformator TR und dem Spetrumanalyzer SPA angepasst sind - annähernd 50 Ohm - wird das Kommunikationssignal ksi mit optimaler Leistung an den Spektrumanalyzer SPA übertra­ gen. In diesem wird die spektrale Verteilung der Energiedich­ te - in der Fachwelt auch als Power Spektral Density bezeich­ net - des Kommunikationssignals gemessen. Bei dieser Messung wird der Pegel des Kommunikationssignal ksi in einem oder mehreren Frequenzbereichen gemessen. Bei einem Frequenzbe­ reich des Kommunikationssignals ksi von 1,6 bis 30 MHz wird folglich des Pegel, d. h. die Energieverteilung in diesem Fre­ quenzbereich gemessen. Um eine zu starke Abstrahlung des Kom­ munikationssignals ksi bei der Übertragung über Energiever­ sorgungsleitungen zu vermeiden dürfen die sektralen Anteile des Kommunikationssignals ksi bestimmte Energiewerte, d. h. bestimmte Pegel nicht überschreiten. Diese Grenzwerte werden in nationalen oder internationalen Empfehlungen vorgegeben.

In Fig. 2 ist beispielhaft eine Maske einer vorgegebenen spektralen Verteilung der Energiedichte eines Kommunikations­ signals ksi, die nicht überschritten werden soll, darge­ stellt. Die mehreren Aussparungen mit wesentlich geringerer Eneregiedichte bzw. zulässigem Pegel sind durch die von den Amateurfunkern benutzten Frequenzbereichen verursacht.

Üblicherweise sind die Übertragungseinrichtungen bzw. die Po­ wer-Line-Communication-Modems PLCM derart ausgestaltet, dass in diesen durch die Amateurfunker belegten Frequenzbereichen keine Energie an deren Ausgängen A abgegeben wird. Dies wird in Abhängigkeit vom gewählten Modulationsverfahren z. B. da­ durch erreicht, dass in den Power-Line-Communication-Modems PLCM Filter vorgesehen sind, mit deren Hilfe die entsprechen­ den spektralen Anteile des Kommunikationssignal ksi gefiltert werden, d. h. deren Energie unterdrückt wird. Es ist implemen­ tierungsabhängig, ob Modem und Filter in einer Einrichtung oder getrennten Einrichtungen realisiert werden. Bei der Rea­ lisierung mit zwei getrennten Einrichtungen können diese in der Praxis an geographisch unterschiedlichen Orten instal­ liert bzw. aufgestellt werden (z. B. Modem als PC-Karte und Filter am Stromübergabepunkt eines Hausstromnetzes).

Sind in einem Power-Line-Communication-Modem PLCM und ein derartiges Filter in zwei getrennten Einrichtungen reali­ siert, so wird die in Fig. 1 dargestelle Messanordnung MA um dieses Filter FI und ein Netzfilter NFI erweitert, wobei ein erster bzw. zweiter Ausgang A1, A2 des Netzfilters NFI mit dem ersten bzw. zweiten Eingang E1, E2 der Nachbildimpedanz NBI verbunden wird - in der Fig. 1 durch strichlierte Linien ange­ deutet. Der dritte und vierte Eingang E3, E4 des Filters FI repräsentieren hierbei die Eingänge der erweiterten Messan­ ordnung.

Für die Ermittlung der Verteilung der Energiedichte des Kom­ munikationssignals ksi wird das Power-Line-Communication- Modem PLCM an die dritten und vierten Eingänge E3, E4 ange­ schlossen. Mit Hilfe des Filters FI werden wie in vorherge­ hend für das Power-Line-Communication-Modem PLCM erläutert die entsprechenden spektralen Anteile des Kommunikationssig­ nal ksi gefiltert, d. h. deren Energie unterdrückt. Mit Hilfe des nachgeschalteten Netzfilters NFI wird die Frequenz - bei­ spielsweise 50 oder 60 Hz - des Energiesignals -beispielswei­ se 220/380 Volt - gefiltert bzw. unterdrückt, um Störeinflüs­ se von Oberwellen zu vermeiden. Das Netzfilter NFI ist durch eine erste und zweite Induktivität L1, L2 gebildet, die je­ weils in die Verbindung zwischen dem Filter FI und den Aus­ gängen A1, A2 des Netzfilters NFI eingefügt ist. An die Ver­ bindung zwischen den Ausgängen des Filters FI und den Induk­ tivitäten L1, L2 ist jeweils eine erste bzw. zweite Kapazität C1, C3 geschaltet, deren anderes Ende mit Massepotential ver­ bunden ist. Bei einer Frequenz von 50 Hz weisen die beiden Induktivitäten L1, L2 annähernd einen Wert von 200 µH und die beiden Kapazitäten C1, C2 annähernd einen Wert von 1 µF auf. Die Messung der spektralen Verteilung der Energiedichte des über das Filter FI und das Netzfilter NFT übertragenen bzw. gefilterten Kommunikationssignal ksi wird wir bereits erläu­ tert durchgeführt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Ermitteln der physikalischen Eigenschaften eines in einer Übertragungseinrichtung (PLCM) erzeugten und für die Übertragung über Energieversorgungsleitungen vorgese­ henen Kommunikationssignals (ksi) mit zumindest einem defi­ nierten Frequenzbereich,
bei dem das Kommunikationssignal (ksi) über eine eine sym­ metrische Energieversorgungsleitung nachbildende Nachbild­ impedanz (NBI) geführt und
anschließend die spektrale Verteilung der Energiedichte des Kommunikationssignals (ksi) innerhalb zumindest eines definierten Frequenzbereiches gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die spektrale Verteilung der Energiedichte des Kommuni­ kationssignals (ksi) bei optimaler Impedanzanpassung der Nachbildimpendanz (NBI) an die Übertragungseinrichtung (PLCM) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Kommunikationssignal (ksi) vor der Messung der spektralen Verteilung der Energiedichte elektrisch von der Nachbildimpedanz (NBI) entkoppelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die spektrale Verteilung der Energiedichte des Kommuni­ kationssignals (ksi) bei optimaler Impedanzanpassung an einen Spektrumanalyzer (SPA) gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die gemessenen spektrale Verteilung der Energiedichte je Frequenzbereich des Kommunikationssignals (ksi) mit vorgege­ benen Energiedichten verglichen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssignal (ksi) durch zumindest ein durch ein Datensignal beliebig moduliertes Trägersignal repräsen­ tiert ist.

7. Messanordnung zum Ermitteln der physikalischen Eigenschaf­ ten eines in einer Übertragungseinrichtung (PLCM) erzeugten und für die Übertragung über Energieversorgungsleitungen vor­ gesehenen Kommunikationssignals (ksi) mit zumindest einem de­ finierten Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Übertragungseinrichtung (PLCM) verbundenen Nachbildimpedanz (NBI) symmetrisch ausgestaltet und derart dimensioniert ist, dass eine vorgegebene Impedanzanpassung an die Übertragungseinrichtung (PLCM) und eine optimale Impe­ danzanpassung an eine erste und zweite mit der Nachbildimpe­ danz (NBI) verbundenen Primärwicklung (W1, W2) eines Transfor­ mators (TR) erreicht wird, und dass eine Sekundärwicklung (W3) des Transformators für eine optimale Impedanzanpassung an einen an die Sekundärwicklung (W3) angeschlossenen Spektrumanalyzer (SPA) ausgestaltet ist.

8. Messanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Eingangsimpedanz der Nachbildimpedanz (NBI) für Im­ pedanzen der Übertragungseinrichtung (PLCM) zwischen 10 und 80 Ohm ausgestaltet ist.

9. Messanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, dass bei einer annähernden Eingangsimpedanz der Impedanznach­ bildung (NBI) von 50 Ohm an deren Eingang (A1, A2) eine erster Widerstand (R1) von annähernd 100 Ohm parallel geschaltet ist, dass dem ersten Widerstand (R1) eine Serienschaltung von einem zweiten Widerstand (R2) von annähernd 18 Ohm, einem dritten Widerstand (R3) von annähernd 47 Ohm, einem vierten Widerstand (R4) von annähernd 47 Ohm und einem fünften Wider­ stand (R5) von annähernd 18 Ohm parallel geschaltet ist, wo­ bei an den zweiten und dritten Widerstand (R2, R3) jeweils die erste und zweite Primärwicklung (W1, W2) des Transformators (TR) parallel geschaltet ist und das Übersetzungsverhältnis der Primärwicklungen (W1, W2) zur Sekundärwicklung (W3) im Verhältnis zwei zu eins bestimmt ist.

10. Messanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass vor die Nachbildimpedanz (NBI) ein Filter (FI) geschal­ tet ist, und dass das Filter (FI) auf die Frequenzbereiche des zu messenden Kommunikationssignals (ksi) abgestimmt ist.

11. Messanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, dass zwischen dem Filter (FI) und der Nachbildimpedanz (NBI) ein Netzfilter (NFI) eingefügt ist, wobei das Netzfilter (NFI) auf die Frequenz eines über Energieversorgungsleitung übertragenen Energiesignals abgestimmt ist.

12. Messanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Netzfilter (NFI) durch eine erste und zweite jeweils in die Verbindung zwischen Filter und Widerstandsanordnung geschaltete Induktivität (L1, L2) und durch eine erste und zweite jeweils mit einem Filterausgang (A1, A2) und mit Masse verbundene Kapazität (C1, C2) gebildet ist, wobei die Kapazi­ täten (C1, C2) und Induktivitäten (L1, L2) auf die Frequenz auf des über die Energieversorgungsleitung übertragenen Energie­ signal abgestimmt sind.

13. Messanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, das bei einer Frequenz des über Energieversorgungsleitungen übertragenen Energiesignals von annähernd 50 Hz für die In­ duktivitäten (L1, L2) ein Wert von annähernd 200 µH und für die Kapazitäten (C1, C2) annähernd einen Wert von 1 µF be­ stimmt ist.