DE102010027330B4

DE102010027330B4 - Method and apparatus for data transmission via an AC power supply line

Info

Publication number: DE102010027330B4
Application number: DE201010027330
Authority: DE
Inventors: Oroitz Elgezabal Gómez
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: DE102010027330A1

Abstract

Verfahren zur Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung (1) mit folgenden Merkmalen: a) eine über die Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung (1) zur Energieversorgung von Energieverbrauchern (3) übertragene Wechselspannung wird als Trägersignal für die Datenübertragung verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass b) die Frequenz der Wechselspannung variabel ist, c) die aktuell vorliegende Frequenz der Wechselspannung ermittelt wird und d) wenigstens ein Parameter der Datenübertragung (NC) in Abhängigkeit von der ermittelten Frequenz gesteuert wird.Method for data transmission via an AC power supply line (1) having the following features: a) an AC voltage transmitted via the AC power supply line (1) for supplying energy to energy consumers (3) is used as a carrier signal for the data transmission, characterized in that b) the Frequency of the AC voltage is variable, c) the currently present frequency of the AC voltage is determined and d) at least one parameter of the data transmission (NC) is controlled in dependence on the determined frequency.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung gemäß dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung hierfür gemäß den Ansprüchen 7 und 8. Weiter betrifft die Erfindung eine Frequenzermittlungseinrichtung hierfür gemäß dem Anspruch 9.The invention relates to a method for data transmission via an AC power supply line according to claim 1. The invention further relates to a transmitting device and a receiving device therefor according to claims 7 and 8. Furthermore, the invention relates to a frequency determining device for this according to the claim.

Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung. Eine derartige Art der Datenübertragung ist beispielsweise als Powerline Communication (abgekürzt PLC) bekannt. Der Vorteil einer solchen Datenübertragung liegt darin, dass eine vorhandene Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung zur drahtgebundenen Datenübertragung verwendet werden kann und keine separate Datenübertragungsleitung verlegt werden muss. Bei der Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung kann in vielen Fällen davon ausgegangen werden, dass die Frequenz der Wechselspannung praktisch konstant ist. So kann z. B. bei einer Datenübertragung über das übliche 220 V-Wechselspannungsnetz von einer festen Frequenz von 50 Hz ausgegangen werden.In general, the invention relates to the field of data transmission via an AC power supply line. Such a type of data transmission is known, for example, as Powerline Communication (abbreviated PLC). The advantage of such a data transmission is that an existing AC power supply line can be used for wired data transmission and no separate data transmission line needs to be laid. In the case of data transmission via an AC power supply line, in many cases it can be assumed that the frequency of the AC voltage is practically constant. So z. B. in a data transmission over the usual 220 V AC mains from a fixed frequency of 50 Hz are assumed.

In bestimmten Anwendungsbereichen, z. B. in Flugzeugen, ist ebenfalls eine Datenübertragung über Wechselspannungs-Energieversorgungsleitungen anzustreben. In Flugzeugen wird eine Wechselspannungs-Energieversorgung mit einer Frequenz von 400 Hz verwendet. Zur Energieversorgung ist jeweils ein Generator mit der Turbine eines Strahltriebwerkes des Flugzeugs verbunden. Da die Turbinendrehzahl je nach Flugphase unterschiedlich sein kann, führt dies zu einer Wechselspannungserzeugung durch den Generator mit variierender Frequenz.In certain applications, eg. As in aircraft, is also to seek data transmission via AC power lines. In aircraft, an AC power supply with a frequency of 400 Hz is used. For energy supply, in each case a generator is connected to the turbine of a jet engine of the aircraft. Since the turbine speed may be different depending on the flight phase, this leads to an alternating voltage generation by the generator with varying frequency.

Hierbei ändert sich die Frequenz beispielsweise im Bereich von 400 bis 860 Hz. Daher ist es in Flugzeugen üblich, zwischen der Turbine und dem Generator eine sog. Konstantgeschwindigkeits-Antriebseinheit einzubauen, auch bezeichnet als Constant Speed Drive Unit (abgekürzt CSD). Die CSD ist als relativ komplexes hydro-mechanisches Gerät ausgebildet, das eine variable Eingangsdrehzahl in eine konstante Ausgangsdrehzahl wandelt. Die Verwendung einer CSD ist mit relativ hohen Herstellungs- und Wartungskosten verbunden.In this case, the frequency changes, for example, in the range of 400 to 860 Hz. Therefore, it is customary in aircraft to install between the turbine and the generator, a so-called. Constant speed drive unit, also referred to as Constant Speed Drive Unit (abbreviated CSD). The CSD is designed as a relatively complex hydro-mechanical device that converts a variable input speed to a constant output speed. The use of a CSD involves relatively high manufacturing and maintenance costs.

Ein Fortlassen der CSD ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Die bekannten PLC-Verfahren gehen nämlich vom Vorhandensein einer Wechselspannung mit konstanter Frequenz aus. Andernfalls ist der Datendurchsatz pro Zeiteinheit undefiniert, was ein nicht-deterministisches Verhalten der Daten-Übertragungsstrecke zur Folge hat. Ein nicht-deterministisches Verhalten ist gerade in sicherheitsrelevanten Bereichen, wie z. B. in der Luftfahrt, nicht tolerierbar.However, omitting the CSD is not readily possible. Namely, the known PLC methods assume the presence of an AC voltage with a constant frequency. Otherwise, the data throughput per unit of time is undefined, which results in a non-deterministic behavior of the data transmission path. A non-deterministic behavior is precisely in security-relevant areas, such. As in aviation, not tolerable.

Aus der DE 10 2005 044 195 A1 ist ein Stromversorgungs- und Kommunikationssystem für ein Passagierflugzeug bekannt. Aus der DE 198 04 840 C2 ist eine Schaltungsanordnung zum digitalen Messen der Frequenz eines elektrischen Signals bekannt.From the DE 10 2005 044 195 A1 is known a power supply and communication system for a passenger aircraft. From the DE 198 04 840 C2 For example, a circuit arrangement for digitally measuring the frequency of an electrical signal is known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung anzugeben, das auch in sicherheitsrelevanten Bereichen einsetzbar ist und eine einfachere und kostengünstigere Datenübertragung erlaubt. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, vorteilhafte Einrichtungen hierfür anzugeben.The invention is therefore based on the object of specifying a method for data transmission via an AC power supply line, which can also be used in security-relevant areas and allows a simpler and more cost-effective data transmission. It is another object of the invention to provide advantageous facilities for this purpose.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 7, 8 und 9 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the invention specified in claims 1, 7, 8 and 9. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung hat den Vorteil, nunmehr auch ein Energieversorgungssystem für die Datenübertragung nutzbar zu machen, bei dem die Frequenz der Wechselspannung variabel ist, wobei trotz variabler Frequenz ein genau bestimmter Datendurchsatz und damit ein deterministisches Verhalten des Übertragungssystems ermöglicht wird. Hierdurch kann die Erfindung auch im sicherheitsrelevanten Luftfahrtbereich eingesetzt werden. Die Verwendung der Erfindung ermöglicht es, Kosten bei der Herstellung und Wartung von Flugzeugen einzusparen. Insbesondere kann auf die komplexe CSD-Einheit verzichtet werden. Damit lässt sich der Aufwand für die bisher erforderliche häufige Inspektion und Wartung der CSD-Einheit einsparen.The invention has the advantage of now also making available an energy supply system for data transmission in which the frequency of the alternating voltage is variable, wherein despite a variable frequency, a precisely defined data throughput and thus a deterministic behavior of the transmission system is made possible. As a result, the invention can also be used in the safety-relevant aviation sector. The use of the invention makes it possible to save costs in the manufacture and maintenance of aircraft. In particular, can be dispensed with the complex CSD unit. This saves on the hassle of frequently required frequent inspection and maintenance of the CSD unit.

Vorteilhaft wird gemäß der Erfindung die aktuell vorliegende Frequenz der Wechselspannung ermittelt und für die Steuerung der Datenübertragung herangezogen. Hierdurch kann die Datenübertragung über die Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung mit variabler Frequenz weitgehend frequenzunabhängig gestaltet werden. So kann beispielsweise die Datenbandbreite der Datenübertragung nach Maßgabe der aktuellen Frequenz der Wechselspannung derart festgelegt werden, dass die Datendichte im Wesentlichen gleich bleibt bzw. ein unterer Grenzwert nicht unterschritten wird.Advantageously, according to the invention, the currently present frequency of the alternating voltage is determined and used for the control of the data transmission. As a result, the data transmission over the AC power supply line with variable frequency can be made largely independent of frequency. Thus, for example, the data bandwidth of the data transmission can be determined in accordance with the current frequency of the alternating voltage such that the data density remains essentially the same or a lower limit value is not undershot.

Die Erfindung überwindet damit das sich grundsätzlich stellende Problem, dass bei einer Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung mit variabler Frequenz sich ein nicht-deterministisches Verhalten einstellt. Aus diesem Grunde ging man nämlich bisher von einer grundsätzlichen Inkompatibilität zwischen Wechselspannungs-Datenübertragungsverfahren und einer Energieversorgung mit variabler Frequenz aus. Durch die Erfindung wird dieses Problem durch die Einführung eines Konzepts der gleich bleibenden Datendichte gelöst, indem die Anzahl der Bits, die in einer Zeiteinheit übertragen wird, im Wesentlichen konstant und unabhängig von der Frequenz der Wechselspannung gehalten wird. Hierdurch ist eine deterministische Datenübertragung auch über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung mit variabler Frequenz der Wechselspannung möglich.The invention thus overcomes the fundamental problem that a non-deterministic behavior occurs in the case of data transmission via an alternating-voltage energy supply line having a variable frequency. For this reason, you went so far from a fundamental incompatibility between AC data transmission method and a variable frequency power supply from. The invention solves this problem by introducing a concept of consistent data density by keeping the number of bits transmitted in a unit of time substantially constant and independent of the frequency of the AC voltage. As a result, a deterministic data transmission via an AC power supply line with a variable frequency of the AC voltage is possible.

Die Erfindung kann auch vorteilhaft in anderen Bereichen als der Luftfahrt eingesetzt werden, wie z. B. in der Automatisierungstechnik in Feldbussystemen oder in Straßenfahrzeugen.The invention can also be used advantageously in areas other than aviation, such. B. in automation technology in fieldbus systems or in road vehicles.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird auf das Trägersignal wenigstens ein mit zu übertragenden Daten moduliertes Unterträgersignal aufmoduliert.According to an advantageous development of the invention, at least one subcarrier signal modulated with data to be transmitted is modulated onto the carrier signal.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Mehrfach-Unterträger-Modulationsverfahren verwendet. Die Anzahl der für die Datenübertragung verwendeten Unterträger wird in Abhängigkeit von der ermittelten Frequenz gewählt. Somit kann als Parameter der Datenübertragung die Anzahl der verwendeten Unterträger frequenzabhängig festgelegt werden. Vorteilhaft kann als Modulationsverfahren z. B. das OFDM-Verfahren verwendet werden. OFDM steht als Abkürzung für Orthogonal Frequency Division Multiplexing, was orthogonales Frequenz-Multiplexverfahren bedeutet. Solche Modulationsverfahren erlauben einen hohen Datendurchsatz über die Übertragungsleitung, wobei zugleich ein Übersprechen zwischen einzelnen Signalen, die benachbarten Unterträgern aufmoduliert sind, im Vergleich zu anderen Verfahren reduziert ist.According to an advantageous development of the invention, a multiple sub-carrier modulation method is used. The number of subcarriers used for the data transmission is chosen as a function of the determined frequency. Thus, as a parameter of the data transmission, the number of subcarriers used can be determined frequency-dependent. Advantageously, as a modulation method z. B. the OFDM method can be used. OFDM stands for Orthogonal Frequency Division Multiplexing, which means orthogonal frequency division multiplexing. Such modulation methods allow a high data throughput over the transmission line, at the same time a crosstalk between individual signals modulated on adjacent subcarriers is reduced compared to other methods.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Anzahl der verwendeten Unterträger derart bestimmt, dass die Menge der übertragenen Daten pro Zeiteinheit auch bei variierender Frequenz im Wesentlichen konstant ist. Dies erlaubt eine von der Frequenz der Wechselspannung im Wesentlichen unabhängige Datenübertragung mit gleich bleibendem Datendurchsatz, was wiederum das gewünschte deterministische Verhalten der Datenübertragung sicherstellt.According to an advantageous embodiment of the invention, the number of sub-carriers used is determined such that the amount of data transmitted per unit time is substantially constant even with varying frequency. This allows a data transmission that is essentially independent of the frequency of the AC voltage with constant data throughput, which in turn ensures the desired deterministic behavior of the data transmission.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anzahl der verwendeten Unterträger umgekehrt proportional zur Frequenz der Wechselspannung. Diese Zuordnungsvorschrift erlaubt eine einfache und schnelle Bestimmung der Anzahl der zu verwendenden Unterträger.According to an advantageous embodiment of the invention, the number of subcarriers used is inversely proportional to the frequency of the AC voltage. This assignment rule allows a simple and fast determination of the number of subcarriers to be used.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens ein Zwischenfrequenzsignal erzeugt, das von der ermittelten Frequenz abhängig ist. Hiermit wird eine Zwischenfrequenzmodulation vorgesehen, die durch die aktuelle Frequenz der Wechselspannung auf der Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung gesteuert wird. Die Zwischenfrequenzmodulation ermöglicht, dass die Datenverarbeitung in einer festen Frequenz unabhängig von der jeweiligen Frequenz der Wechselspannung durchgeführt werden kann.According to an advantageous embodiment of the invention, at least one intermediate frequency signal is generated, which is dependent on the determined frequency. This provides an intermediate frequency modulation which is controlled by the current frequency of the AC voltage on the AC power supply line. The intermediate frequency modulation allows the data processing to be performed at a fixed frequency independent of the respective frequency of the AC voltage.

Eine vorteilhafte Sendeeinrichtung zur Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung ist zur Ausführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art eingerichtet. Weiterhin ist eine Empfangseinrichtung zur Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung zur Ausführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art eingerichtet. Die Sendeeinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung können beispielsweise durch entsprechende Programmierung einer Steuerungssoftware eines Mikroprozessors zur Ausführung eines solchen Verfahrens eingerichtet sein. Alternativ kann auch eine feldprogrammierbare Logikeinheit hierzu verwendet werden.An advantageous transmission device for data transmission via an AC power supply line is set up to carry out a method of the type described above. Furthermore, a receiving device for data transmission via an AC power supply line for implementing a method of the type described above is set up. The transmitting device and / or the receiving device can be set up, for example, by appropriate programming of a control software of a microprocessor for carrying out such a method. Alternatively, a field programmable logic unit can be used for this purpose.

Des Weiteren wird eine Frequenzermittlungseinrichtung vorgeschlagen, die zur Ermittlung der aktuellen Frequenz der Wechselspannung einer Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung vorgesehen ist. Die Frequenzermittlungseinrichtung weist einen Ausgangsanschluss auf, der mit einer Sendeeinrichtung oder einer Empfangseinrichtung der zuvor angesprochenen Art verbindbar ist. An dem Ausgangsanschluss ist ein Signal erzeugt, dass einen von der ermittelten Frequenz abhängigen Parameter der Datenübertragung angibt. Die Frequenzermittlungseinrichtung erlaubt vorteilhaft eine einfache Erweiterung einer Sendeeinrichtung und/oder einer Empfangseinrichtung zur Datenübertragung um ein Modul, über das der Einfluss der Frequenz der Wechselspannung kompensiert werden kann.Furthermore, a frequency determining device is proposed, which is provided for determining the current frequency of the AC voltage of an AC power supply line. The frequency determining device has an output terminal which can be connected to a transmitting device or a receiving device of the type mentioned above. At the output terminal, a signal is generated which indicates a parameter dependent on the determined frequency of the data transmission. The frequency determining device advantageously allows a simple extension of a transmitting device and / or a receiving device for data transmission to a module, via which the influence of the frequency of the AC voltage can be compensated.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gibt das Ausgangssignal der Frequenzermittlungseinrichtung die Anzahl der zu verwendenden Unterträger an. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Frequenzermittlungseinrichtung weitere Ausgangsanschlüsse auf, die mit der Sendeeinrichtung oder der Empfangseinrichtung verbindbar sind. An den Ausgangsanschlüssen sind Zwischenfrequenzsignale erzeugt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eines der Zwischenfrequenzsignale ein durch die Frequenzermittlungseinrichtung erzeugtes, von der ermittelten Frequenz abhängiges Zwischenfrequenzsignal. Eine solche Zwischenfrequenzmodulation ermöglicht, dass die Datenverarbeitung in einer festen Frequenz unabhängig von der jeweiligen Frequenz der Wechselspannung durchgeführt werden kann.According to an advantageous development of the invention, the output signal of the frequency determination device indicates the number of subcarriers to be used. According to an advantageous development of the invention, the frequency determination device has further output connections, which can be connected to the transmitting device or the receiving device. Intermediate frequency signals are generated at the output terminals. According to an advantageous development of the invention, at least one of the intermediate frequency signals is an intermediate frequency signal generated by the frequency determination device and dependent on the determined frequency. Such intermediate frequency modulation allows the data processing to be at a fixed frequency independent of the particular one Frequency of the AC voltage can be performed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.

Es zeigenShow it

1 eine Anordnung zur Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung und 1 an arrangement for data transmission via an AC power supply line and

2 eine Vorschrift zur Bestimmung der Anzahl von Unterträgern und 2 a provision for determining the number of subcarriers and

3 eine Sendeeinrichtung und 3 a transmitting device and

4 eine Empfangseinrichtung und 4 a receiving device and

5 eine Frequenzermittlungseinrichtung. 5 a frequency determination device.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.

Die 1 zeigt eine Anordnung zur Datenübertragung über eine Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung. Über die Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 wird eine Wechselspannung von einer elektrischen Energiequelle 2, z. B. einer mit einer Turbine eines Flugzeugs verbundenen Generatoreinheit, zu einem elektrischen Verbraucher 3 übertragen. Der Verbraucher 3 kann z. B. ein Elektromotor sein, z. B. in einem elektrischen Stellantrieb zur Verstellung einer Ruderfläche des Flugzeugs.The 1 shows an arrangement for data transmission via an AC power line. About the AC power supply line 1 becomes an AC voltage from an electric power source 2 , z. As a connected to a turbine of an aircraft generator unit, to an electrical load 3 transfer. The consumer 3 can z. B. be an electric motor, z. B. in an electric actuator for adjusting a rudder surface of the aircraft.

An die Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 ist eine Sendeeinheit 4 und, an entfernter Stelle davon, eine Empfangseinheit 5 angeschlossen. Ein in die Sendeeinheit 4 an einem Eingang 39 eingespeister Datenstrom wird von der Sendeeinheit 4 über eine Sendeeinrichtung 6 in die Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 eingekoppelt. Die Sendeeinrichtung 6 ist mit einer Frequenzermittlungseinrichtung 8 verbunden. Die Frequenzermittlungseinrichtung 8 ist wiederum mit der Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 zur Ermittlung der aktuellen Frequenz der Wechselspannung verbunden. Die Empfangseinheit 5 weist eine Empfangseinrichtung 7 auf, die mit der Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 verbunden ist und mittels der auf das Wechselspannungssignal aufmodulierte Datensignale ausgekoppelt werden. Die ausgekoppelten Datensignale werden über einen Ausgang 49 als Datenstrom an empfangsseitig angeschlossene Geräte abgegeben. Die Empfangseinrichtung 7 ist mit einer Frequenzermittlungseinrichtung 9 verbunden. Die Frequenzermittlungseinrichtung 9 ist zur Ermittlung der aktuell vorliegenden Frequenz der Wechselspannung mit der Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 verbunden.To the AC power supply line 1 is a sending unit 4 and, remotely, a receiving unit 5 connected. One in the transmitting unit 4 at an entrance 39 fed data stream is from the transmitting unit 4 via a transmitting device 6 into the AC power supply line 1 coupled. The transmitting device 6 is with a frequency detection device 8th connected. The frequency determining device 8th is in turn with the AC power supply line 1 connected to determine the current frequency of the AC voltage. The receiving unit 5 has a receiving device 7 on that with the AC power supply line 1 is connected and decoupled by means of the modulated on the AC signal data signals. The decoupled data signals are via an output 49 delivered as data stream to the receiving side connected devices. The receiving device 7 is with a frequency detection device 9 connected. The frequency determining device 9 is for determining the currently present frequency of the AC voltage with the AC power supply line 1 connected.

Über die Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 erfolgt die Datenübertragung nach dem OFDM-Modulationsverfahren. Die hierbei maximal verfügbare Zahl an Unterträgern sei N_max. Die Frequenzermittlungseinrichtungen 8, 9 erzeugen jeweils Ausgangssignale N_C, die die Anzahl der zu verwendenden Unterträger in Abhängigkeit von einer aktuell vorliegenden Frequenz f_PL der Wechselspannung angeben.About the AC power supply line 1 the data transmission takes place according to the OFDM modulation method. The maximum available number of subcarriers is N _max . The frequency determining devices 8th . 9 In each case, output signals N _C generate the number of subcarriers to be used as a function of a currently present frequency f _{PL of} the AC voltage.

In 2 ist dargestellt, wie die Anzahl der verwendeten Unterträger N_C in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Frequenz umgekehrt proportional zur Frequenz f_PL festgelegt sind. Da die Anzahl der Unterträger jeweils eine diskrete Zahl ist, ergibt sich die Stufenkurve gemäß 2. Als Beispiel sei angenommen, dass die Frequenz f_PL einen Wert im Bereich von f_n-1 bis f_n hat. Sofern die Frequenzermittlungseinrichtung 8, 9 eine in diesem Bereich liegende Frequenz ermittelt, stellt sie ihr Ausgangssignal N_C, das die Anzahl der verwendeten Unterträger angibt, auf den gemäß 2 zugeordneten Wert N_n ein. Bei anderen vorliegenden Frequenzen wird die jeweils entsprechend der 2 zu verwendende Unterträger-Anzahl ausgewählt. Die Anzahl der Unterträger kann dabei in einem Bereich von einem Minimalwert N_min bis hin zu einem Maximalwert N_max eingestellt werden.In 2 is shown as the number of subcarriers used N _C are set inversely proportional to the frequency f _{PL as a} function of the respective present frequency. Since the number of subcarriers is each a discrete number, the step curve according to FIG 2 , For example, assume that the frequency f _{PL has} a value in the range of f _n-1 to f _n . If the frequency determination device 8th . 9 detects a frequency lying in this range, it sets its output signal N _C , which indicates the number of subcarriers used, according to 2 assigned value N _n . For other available frequencies, the respective one according to 2 Subcarrier number to use. The number of subcarriers can be set in a range from a minimum value N _min to a maximum value N _max .

Die 3 zeigt die Sendeeinrichtung 6 im Detail. Die Sendeeinrichtung 6 kann, ebenso wie die Empfangseinrichtung 7 und die Frequenzermittlungseinrichtung 8, 9 in Form von digitalen Signalverarbeitungseinheiten (DSP) realisiert sein. Diese haben den Vorteil, dass sie eine Implementation der schnellen Fourier Transformation (Fast Fourier Transformation – FFT) und der inversen schnellen Fourier Transformation (Inverse Fast Fourier Transformation – IFFT) auf einfache und effiziente Weise ermöglichen.The 3 shows the transmitting device 6 in detail. The transmitting device 6 can, as well as the receiving device 7 and the frequency determining means 8th . 9 be implemented in the form of digital signal processing units (DSP). These have the advantage that they allow an implementation of the Fast Fourier Transformation (FFT) and the Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) in a simple and efficient manner.

Der Sendeeinrichtung gemäß 3 wird an einem Eingang 39 ein Datenstrom digitaler Daten zugeführt. Die Daten werden zunächst in einen Verteilerblock 10 einer Eingangsstufe 38 geführt. Dem Verteilerblock 10 wird an einem Anschluss 12 der Sendeeinrichtung 6 ein Signal N_C zugeführt, das die Anzahl der zu verwendenden Unterträger angibt. Der Verteilerblock 10 ist ein Seriell/Parallel-Wandler. Er teilt die zugeführte Bitfolge in Bit-Pakete. Die Länge dieser Pakete wird vom hier verwendeten QAM Modulationsverfahren (QAM = Quadraturamplitudenmodulation) definiert, z. B. 16QAM = 4 bit/Paket, weil 2⁴ = 16. Die ausgangsseitig am Verteilerblock 10 abgegebenen Bit-Pakete werden einer Mehrzahl von Mapping-Einheiten 31, 32, 33, zugeführt, deren verwendete Anzahl gleich dem am Eingang 12 zugeführten Wert von N_C festgelegt wird. Beispielhaft sind in der 3 drei Mapping-Einheiten dargestellt. In diesen Mapping-Einheiten 31, 32, 33 wird das QAM Modulationsverfahren durchgeführt. Das QAM Modulationsverfahren erhält die Bit-Pakete und generiert abhängig von ihrer Komposition eine komplexe Zahl mit einem Realteil und einen Imaginärteil im Frequenzbereich. Die Ausgangssignale der Mapping-Einheiten 31, 32, 33 werden einer IFFT-Einheit 11 zugeführt. Die IFFT-Einheit 11 erhält zudem von einer virtuellen Träger-Erzeugungseinheit 34 virtuelle Trägersignale zugeführt. Die virtuellen Trägersignale haben die Funktion, ein ”Aliasing” zu vermeiden. Die IFFT-Einheit 11 transformiert die komplexen Zahlen vom Frequenzbereich in den Zeitbereich. die einem Parallel/Seriell-Wandler 35 zugeführt werden. Der Parallel/Seriell-Wandler 35 hat drei Funktionen:

1.) Komplexe Zahlen jeweils in Real- und Imaginärteil aufteilen und die Einzelkomponenten addieren.
2.) Hinzufügen von ”Cyclic Extensions” in Real und Imaginärteil, um ”Intersymbol Interference” (ISI) zu vermeiden.
3.) ”Windowing” durchführen, um steile Flanken zu erzeugen.

The transmitting device according to 3 will be at an entrance 39 supplied a data stream of digital data. The data is first in a distribution block 10 an entrance level 38 guided. The distribution block 10 is at a connection 12 the transmitting device 6 supplied with a signal N _C indicating the number of subcarriers to be used. The distribution block 10 is a serial / parallel converter. It divides the supplied bit sequence into bit packets. The length of these packets is defined by the QAM modulation method (QAM = Quadrature Amplitude Modulation) used here, e.g. Eg 16QAM = 4 bit / packet, because 2 ⁴ = 16. The output side at the distributor block 10 delivered bit packets are a plurality of Mapping Units 31 . 32 . 33 supplied, whose number used equal to that at the entrance 12 supplied value of N _{C is} set. Exemplary are in the 3 represented three mapping units. In these mapping units 31 . 32 . 33 the QAM modulation method is performed. The QAM modulation method receives the bit packets and, depending on their composition, generates a complex number with a real part and an imaginary part in the frequency domain. The output signals of the mapping units 31 . 32 . 33 become an IFFT unit 11 fed. The IFFT unit 11 also receives from a virtual carrier generation unit 34 supplied virtual carrier signals. The virtual carrier signals have the function of avoiding "aliasing". The IFFT unit 11 transforms the complex numbers from the frequency domain to the time domain. the one parallel / serial converter 35 be supplied. The parallel / serial converter 35 has three functions:

1.) Divide complex numbers into real and imaginary parts and add the individual components.
2.) Add "Cyclic Extensions" to Real and Imaginary Part to avoid "Intersymbol Interference" (ISI).
3.) "Windowing" to produce steep edges.

Der Parallel/Seriell-Wandler 35 erzeugt als Ausgangssignale ein wertdiskretes Realteil-Signal 36 und ein wertdiskretes Imaginärteil-Signal 37. Das Realteil-Signal 36 sowie das Imaginärteil-Signal 37 werden über jeweilige Digital/Analog-Wandler in analoge Signale, d. h. wertkontinuierliche oder zumindest quasi-wertkontinuierliche Signale gewandelt. Die Analog-Signale werden einer Mischereinheit 13 zugeführt. In der Mischereinheit 13 werden die nunmehr analogen Realteil- und Imaginärteil-Signale mit einer Zwischenfrequenz moduliert und an einem Signalausgang 14 auf die Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 ausgegeben. Die Mischereinheit 13 erhält hierzu von der Frequenzermittlungseinheit 8 vorgegebene Eingangssignale, die die jeweiligen Zwischenfrequenz-Signale cos(2πf'_IFt) für den Realteil und –sin(2πf'_IFt) für den Imaginärteil sowie ein Zwischenfrequenz-Signal 2cos(2π(f_C – f_IF)t) bestimmen. Diese Zwischenfrequenz-Signale sind abhängig von der Frequenz der Wechselspannung der Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung.The parallel / serial converter 35 generates as output signals a discrete-value real-part signal 36 and a discrete-value imaginary-part signal 37 , The real part signal 36 and the imaginary part signal 37 are converted via respective digital / analog converter into analog signals, ie value-continuous or at least quasi-continuous-value signals. The analog signals become a mixer unit 13 fed. In the mixer unit 13 The now analog real part and imaginary part signals are modulated with an intermediate frequency and at a signal output 14 to the AC power supply line 1 output. The mixer unit 13 receives from the frequency determination unit 8th predetermined input signals which determine the respective intermediate frequency signals cos (2πf ' _IF t) for the real part and -sin (2πf' _IF t) for the imaginary part and an intermediate frequency signal 2cos (2π (f _C -f _IF ) t). These intermediate frequency signals are dependent on the frequency of the AC voltage of the AC power supply line.

Vor der Mischereinheit 13 waren alle Unterträgersignale unabhängig von der Frequenz der Wechselspannung der Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung. Durch die von der Frequenz der Wechselspannung, d. h. der Trägerfrequenz, gesteuerten Zwischenfrequenzmodulation wird eine Schnittstelle zwischen einem Teil der Signalverarbeitung, der von der Trägerfrequenz unabhängig ist, und einem anderen Teil der Signalverarbeitung, der von der Trägerfrequenz abhängig ist, geschaffen. Zur Berücksichtigung der Frequenzeinflüsse ist die Frequenzermittlungseinheit 8 bzw. 9 gemäß 5 vorgesehen.In front of the mixer unit 13 all subcarrier signals were independent of the frequency of the AC voltage of the AC power supply line. By controlled by the frequency of the AC voltage, ie the carrier frequency, intermediate frequency modulation interface between a part of the signal processing, which is independent of the carrier frequency, and another part of the signal processing, which depends on the carrier frequency, created. To take account of the frequency influences is the frequency determination unit 8th respectively. 9 according to 5 intended.

Die 4 zeigt eine Empfangseinrichtung 7, die einen vergleichbaren Aufbau wie die Sendeeinrichtung 6 aufweist, jedoch invers dazu. Ein von der Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 in einen Eingang 24 der Empfangseinrichtung 7 eingespeistes Signal wird einer Demodulations- und Entmischungseinheit 41 zugeführt. In dieser Demodulations- und Entmischungseinheit 41 wird zunächst die Trägerfrequenz eliminiert. Sodann erfolgt unter Zumischung der Zwischenfrequenzen cos(2πf'_IFt) für den Realteil und –sin(2πf'_IFt) für den Imaginärteil eine Aufteilung in einen realen Signalanteil I(t) und einen imaginären Signalanteil Q(t). Die Demodulations- und Entmischungseinheit 41 erhält hierzu von der Frequenzermittlungseinheit 9 vorgegebene Eingangssignale, die die jeweiligen Zwischenfrequenzencos (2πf'_IFt) für den Realteil und –sin(2πf'_IFt) für den Imaginärteil sowie ein Zwischenfrequenz-Signal 2cos(2π(f_C – f_IF)t) bestimmen.The 4 shows a receiving device 7 , which has a similar structure as the transmitting device 6 but inversely. One from the AC power supply line 1 in an entrance 24 the receiving device 7 fed signal is a demodulation and demixing unit 41 fed. In this demodulation and demixing unit 41 First, the carrier frequency is eliminated. Then, with the admixing of the intermediate frequencies cos (2πf ' _IF t) for the real part and -sin (2πf' _IF t) for the imaginary part, a division into a real signal component I (t) and an imaginary signal component Q (t) takes place. The demodulation and demixing unit 41 receives from the frequency determination unit 9 predetermined input signals which determine the respective Zwischenfrequenzencos (2πf ' _IF t) for the real part and -sin (2πf' _IF t) for the imaginary part and an intermediate frequency signal 2cos (2π (f _C - f _IF ) t).

Der zunächst wertkontinuierliche reale Signalanteil I(t) wird über einen Analog/Digital-Wandler in ein wertdiskretes Realteil-Signal 42 gewandelt. Entsprechend wird der zunächst wertkontinuierliche imaginäre Signalanteil Q(t) wird über einen Analog/Digital-Wandler in ein wertdiskretes Imaginärteil-Signal 43 gewandelt. Die Realteil- und Imaginärteil-Signale 42, 43 werden einem Seriell/Parallel-Wandler 44 zugeführt. Der Seriell/Parallel-Wandler 44 hat mit zwei Funktionen:

1.) Jeweils in Real- und Imaginärteil aufgeteilte Einzelkomponenten in komplexe Zahlen wandeln
2.) Löschung von ”Cyclic Extensions” in Real und Imaginärteil, die um ”Intersymbol Interference” (ISI) zu vermeiden.

The initially value-continuous real signal component I (t) is converted into a value-discrete real-part signal via an analog / digital converter 42 changed. Accordingly, the initially value-continuous imaginary signal component Q (t) is converted via an analog / digital converter into a discrete-value imaginary part signal 43 changed. The real part and imaginary part signals 42 . 43 become a serial / parallel converter 44 fed. The serial / parallel converter 44 has two functions:

1.) Convert individual components divided into real and imaginary parts into complex numbers
2.) Deletion of "Cyclic Extensions" in Real and Imaginary Part, in order to avoid "Intersymbol Interference" (ISI).

Die Ausgangssignale des Seriell/Parallel-Wandlers 44 werden einer FFT-Einheit 21 einer Ausgangsstufe 23 zugeführt, durch die eine Fourier-Transformation der Eingangssignale erfolgt. Am Ausgang der FFT-Einheit 21 steht eine Anzahl von Ausgangssignalen gemäß der Anzahl der verwendeten Unterträger zur Verfügung. Diese Signale werden über QAM Demodulationseinheiten 45, 46, 47 einem als Parallel/Seriell-Wandler ausgebildeten Zusammenführungsblock 20 zugeführt. Der Zusammenführungsblock 20 erhält an einem Eingang 22 ebenfalls eine Information über die Anzahl der verwendeten Unterträger N_C von der Frequenzermittlungseinheit 9.The output signals of the serial / parallel converter 44 become an FFT unit 21 an output stage 23 fed through which a Fourier transform of the input signals. At the output of the FFT unit 21 a number of output signals are available according to the number of subcarriers used. These signals are transmitted via QAM demodulation units 45 . 46 . 47 a merging block designed as a parallel / serial converter 20 fed. The merge block 20 gets at an entrance 22 also information about the number of subcarriers N _{C used} by the frequency determination unit 9 ,

An einem Signalausgang 49 gibt der Zusammenführungsblock 20 die wieder zu einem Datenstrom zusammengeführten digitalen Daten aus.At a signal output 49 gives the merge block 20 the digital data merged back into a data stream.

Die 5 zeigt die Frequenzermittlungseinheit 8, 9. An einem Eingang 57 ist der Frequenzermittlungseinheit 8, 9 das auf der Wechselspannungs-Energieversorgungsleitung 1 vorhandene Wechselspannungssignal zugeführt. Dieses Eingangssignal wird einer Frequenzanalyseeinrichtung 51 zugeführt, die z. B. als Mikrocontroller ausgebildet sein kann. Die Frequenzanalyseeinrichtung 51 bestimmt die aktuelle Frequenz der Wechselspannung und gibt über einen Ausgang 58 der Frequenzermittlungseinheit 8, 9 die entsprechend der aktuellen Frequenz bestimmte Anzahl N_C der zu verwendenden Unterträger aus. Die Bestimmung erfolgt z. B. gemäß 2.The 5 shows the frequency determination unit 8th . 9 , At an entrance 57 is the frequency determination unit 8th . 9 that on the AC power line 1 supplied existing AC signal. This input signal is a frequency analyzer 51 fed, the z. B. may be formed as a microcontroller. The frequency analyzer 51 determines the current frequency of the AC voltage and outputs via an output 58 the frequency determination unit 8th . 9 the number N _{C of} the subcarriers to be used in accordance with the current frequency. The determination is made z. B. according to 2 ,

Zudem gibt die Frequenzanalyseeinrichtung 51 Frequenzsteuerungs-Ausgangssignale an einen einstellbaren Quadraturoszillator 52 und an einen einstellbaren Oszillator 53 ab. Der einstellbare Quadraturoszillator 52 gibt Quadratur-Ausgangssignale an Ausgängen 60, 61 der Frequenzermittlungseinheit 8, 9 ab. Hierbei ist das an dem Ausgang 61 abgegebene Signal noch über eine Invertierungseinheit 54 invertiert. Die Quadratur-Ausgangssignale, cos(2πf'_IFt) für den Realteil und –sin(2πf'_IFt) für den Imaginärteil, weisen einen 90°-Phasenversatz zueinander auf. Die Quadratur-Ausgangssignale dienen als Zwischenfrequenzen für die Sendeeinrichtung 6 und die Empfangseinrichtung 7. IIn addition, the frequency analyzer gives 51 Frequency control output signals to an adjustable quadrature oscillator 52 and to an adjustable oscillator 53 from. The adjustable quadrature oscillator 52 gives quadrature output signals to outputs 60 . 61 the frequency determination unit 8th . 9 from. This is the output 61 signal delivered via an inverting unit 54 inverted. The quadrature output signals, cos (2πf ' _IF t) for the real part and -sin (2πf' _IF t) for the imaginary part, have a 90 ° phase offset from each other. The quadrature output signals serve as intermediate frequencies for the transmitting device 6 and the receiving device 7 , I

Der einstellbare Oszillator 53 erzeugt ein Ausgangssignal der Größe ¼ sin(2πf'_IFt). Dieses Signal wird in einer Mischereinheit 56 mit dem Signal der Wechselspannung sin(2πf_Ct), das als Trägersignal dient, gemischt, dann über einen Tiefpassfilter 55 gefiltert und als Zwischenfrequenz-Signal 2cos(2π(f_C – f_IF)t) an einem Ausgang 62 der Frequenzermittlungseinheit 8, 9 ausgegeben.The adjustable oscillator 53 generates an output signal of magnitude ¼ sin (2πf ' _IF t). This signal is in a mixer unit 56 with the signal of the AC voltage sin (2πf _C t), which serves as a carrier signal mixed, then via a low-pass filter 55 filtered and as an intermediate frequency signal 2cos (2π (f _C - f _IF ) t) at an output 62 the frequency determination unit 8th . 9 output.

Claims

Method for data transmission via an AC power supply line ( 1 ) having the following features: a) one via the AC power line ( 1 ) for the energy supply of energy consumers ( 3 ) is used as a carrier signal for the data transmission, characterized in that b) the frequency of the alternating voltage is variable, c) the currently present frequency of the alternating voltage is determined and d) at least one parameter of the data transmission (N _c ) in dependence on the determined frequency is controlled.

A method according to claim 1, characterized in that modulated on the carrier signal at least one modulated with data to be transmitted subcarrier signal.

A method according to claim 2, characterized in that a multiple subcarrier modulation method is used, e.g. B. OFDM, wherein the number (N _C ) of the subcarriers used for the data transmission is selected in dependence on the determined frequency.

A method according to claim 3, characterized in that the number (N _C ) of the subcarriers used is determined such that the amount of transmitted data per unit time is substantially constant even with varying frequency.

Method according to one of claims 3 or 4, characterized in that the number (N _C ) of the subcarriers used is inversely proportional to the frequency of the AC voltage.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one intermediate frequency signal is generated, which is dependent on the determined frequency.

Transmitting device ( 6 ) for data transmission via an AC power supply line ( 1 ), the transmitting device ( 6 ) is arranged for carrying out a method according to one of the preceding claims.

Receiving device ( 7 ) for data transmission via an AC power supply line ( 1 ), wherein the receiving device ( 7 ) is arranged for carrying out a method according to one of claims 1 to 6.

Frequency determination device ( 8th . 9 ) for determining the current frequency of the AC voltage of an AC power supply line ( 1 ), wherein the frequency determining device ( 8th . 9 ) an output terminal ( 58 ), which is connected to a transmitting device ( 6 ) according to claim 7 or a receiving device ( 7 ) according to claim 8, wherein at the output terminal ( 58 ) An output signal is generated which indicates a dependent of the determined frequency parameters of the data transmission.

Frequency determination device ( 8th . 9 ) according to claim 9, characterized in that the output signal indicates the number (N _C ) of the subcarriers to be used.

Frequency determination device ( 8th . 9 ) according to claim 9 or 10, characterized in that further output terminals ( 60 . 61 . 62 ) provided with the transmitting device ( 6 ) according to claim 7 or the receiving device ( 7 ) are connected according to claim 8, wherein at the output terminals ( 60 . 61 . 62 ) Intermediate frequency signals are generated.

Frequency determination device ( 8th . 9 ) according to claim 11, characterized in that at least one of the intermediate frequency signals by the frequency determining means ( 8th . 9 ), dependent on the determined frequency intermediate frequency signal.