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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk, eine Sendeeinheit zum Übertragen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk, eine Empfangseinheit zum Empfangen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk, sowie ein System zum Übertragen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk.
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Hintergrund
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Power-Line-Kommunikation (Power Line Communication, PLC), auch genannt Mains Communication, Power Line Transmission (PLT), Broadband Powerline (BPL), Powerband oder Power Line Networking (PLN), ist ein Begriff, welcher mehrere unterschiedliche Systeme für die Verwendung von Stromverteilungskabeln für gleichzeitige Verteilung von Daten beschreibt. Ein Träger kann Sprache und Daten durch Überlagern eines analogen Signals über den standardmäßigen 50 oder 60 Hz Wechselstrom (AC) übertragen. Für Anwendungen im Haus kann eine PLC-Ausrüstung elektrische Stromkabel im Haushalt als Übertragungsmedium verwenden. Dies ist eine Technik, welche z. B. für Automatisierung im Haus für die Fernbedienung von Beleuchtung und Anwendungen verwendet wird, ohne zusätzliche Kabel zu installieren.
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In PLC-Systemen werden die Signale in einem differentiellen Modus (Differential Mode, DM) übertragen und empfangen. Differentielle Signalübertragung ist ein Verfahren zum Übertragen von Information über Leitungspaare. Bei der DM-Übertragung trägt eine Leitung das Signal und die andere Leitung trägt das Inverse des Signals, so dass die Summe der Spannungen zur Erde auf den beiden Leitungen immer als Null angenommen wird. PLC-Modems speisen deshalb ein DM-Signal zwischen einer neutralen Leitung und einer Phasenleitung einer Steckdose des Spannungsnetzes (Power Line Network) des Haushalts für Kommunikationszwecke ein. Ein anderes PLC-Modem kann solche DM-Signale an einer anderen Steckdose empfangen und die DM-Signale verwenden zum Steuern einer mit diesem empfangenden PLC-Modem assoziierten Anwendung.
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In Haushaltsstromnetzen befinden sich jedoch asymmetrische Elemente zwischen der Phasenleitung und der neutralen Leitung, wie z. B. ein Lichtschalter, eine Stromschiene im Sicherungskasten, Verzweigungen, usw. Bei diesen unsymmetrischen Elementen werden die von PLC-Modems eingespeisten DM-Signale in Gleichtaktsignale (Common Mode, CM), umgewandelt, wobei das DM-Signal gedämpft wird, was zu Dämpfungen hinzugefügt wird, welche auf anderen dämpfenden Effekten für das DM-Signal basieren, und somit wird die Reichweite von PLC-Systemen verringert.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Übertragen und Empfangen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk bereitzustellen, welches die Reichweite von PLC-Systemen verbessert.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sendeeinheit zum Verbessern der Reichweite von PLC-Systemen bereitzustellen.
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Empfangseinheit zum Verbessern der Reichweite von PLC-Systemen bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zum Verbessern der Reichweite von PLC-Systemen bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird in einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren zum Übertragen und Empfangen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk, mit:
- – Bereitstellen einer Mehrzahl an Übertragungskanälen mit mindestens einem Übertragungskanal in dem Power-Line-Netzwerk;
- – Erzeugen von mindestens zwei Hilfssignalen von dem Signal;
- – Übertragen der mindestens zwei Hilfssignale durch mindestens zwei der Mehrzahl an Kanälen;
- – Empfangen der mindestens zwei Hilfssignale durch mindestens zwei der Mehrzahl an Kanälen;
- – Kombinieren der empfangenen Hilfssignale, um das Signal zu erhalten.
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Bei Anwendung des Verfahrens werden mehr als ein Kommunikationskanal in dem Power-Line-Kommunikationssystem verwendet. Bei diesem Ansatz werden die Empfangseigenschaften verbessert, entweder durch Verwendung des zusätzlichen Kanals als Backup oder durch Verwendung der unterschiedlichen Kanäle um den Kanälen Diversität hinzuzufügen, wobei die Empfangseigenschaften verbessert werden durch die Verwendung von Diversität in Phase, Frequenz, Zeit oder Ort.
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Mit einem zweiten Aspekt wird eine Sendeeinheit zum Übertragen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk bereitgestellt, wobei das Power-Line-Netzwerk eine Mehrzahl an Übertragungskanälen bereitstellt, mit:
- – einem Signalerzeuger zum Erzeugen von mindestens zwei Hilfssignalen von dem Signal;
- – einem Verbinder zum Verbinden der Sendeeinheit mit mindestens zwei der Mehrzahl an Kanälen; und
- – einem Sender zum Übertragen der mindestens zwei Hilfssignale durch die mindestens zwei Kanäle.
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Mit einem dritten Aspekt wird eine Empfangseinheit bereitgestellt zum Empfangen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk, mit:
- – einem Verbinder (53) zum Verbinden der Empfangseinheit (R) mit dem Power-Line-Netzwerk;
- – einem Empfänger (54) zum Empfangen von mindestens einem Hilfssignal durch einen Kanal des Power-Line-Netzwerks und zum Empfangen von mindestens einem anderen Hilfssignal durch einen anderen Kanal; und
- – einem Kombinierer (55) zum Kombinieren der mindestens zwei Hilfssignale um das Originalsignal zu erhalten.
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Mit einem vierten Aspekt wird ein System bereitgestellt zum Übertragen und Empfangen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk, mit: einer Sendeeinheit wie zuvor erwähnt und einer Empfangseinheit wie zuvor erwähnt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteil der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher durch die folgende Beschreibung und die gegenwärtig bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen
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1 schematisch ein PLC-System zeigt, wie es heutzutage verwendet wird,
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2 schematisch ein PLC-System zeigt, mit der Verwendung einer Schutzerde,
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3 schematisch einen Überblick über ein Haushaltsstromnetz in einem Standard-Power-Line-Netzwerk, z. B. in Deutschland, zeigt,
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4 schematisch ein PLC-System zeigt, mit der Verwendung des Gleichtaktsignals (Common Mode),
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5 schematisch einige Möglichkeiten zeigt, zur Verwendung unterschiedlicher Kanäle, welche bereitgestellt werden durch Einspeisen von Signalen in unterschiedliche Paare von Stromleitungen,
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6 Messergebnisse der Kanaldämpfung gegenüber der Übertragungsfrequenz für mehrere Empfangsschemata zeigt,
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7 Methodenschritte zeigt, zum Übertragen und Empfangen von Signalen in einem Power-Line-Netzwerk,
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8 schematisch ein Blockdiagramm von zwei PLC-Modems zeigt, welche über ein Power-Line-Netzwerk kommunizieren, und
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9 schematisch ein Blockdiagramm von zwei PLC-Modems zeigt, wobei eines der PLC-Modems eine Antenne aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt ein Power-Line-Kommunikationssystem wie es heutzutage verwendet wird. Ein erstes konventionelles PLC-Modem 1 kommuniziert mit einem zweiten konventionellen PLC-Modem 2 über ein Power-Line-Netzwerk 3 in einem Gebäude. Die ersten und zweiten konventionellen PLC-Modems 1, 2 sind jeweils mit einer zugehörigen ersten Steckdose 4 und einer zweiten Steckdose 5 des Power-Line-Netzwerks 3 verbunden. Das Power-Line-Netzwerk weist drei Kabel auf, nämlich eine Phasenleitung P, eine neutrale Leitung N und eine Schutzerdenleitung PE. Strom wird über die Phasenleitung P und die neutrale Leitung N an Verbraucher wie z. B. eine Glühbirne 10 oder eine Verbrauchereinheit 11 mit einem Lastwiderstand R übertragen. Die Schutzerdenleitung PE wird für Schutzzwecke verwendet, um Menschen zu schützen, welche das Power-Line-Netzwerk verwenden, dadurch, dass sie z. B. mit Gehäuse 12 der Verbrauchereinheit 11 verbunden ist. Das erste konventionelle PLC-Modem 1 und das zweite konventionelle PLC-Modem 2 übertragen und empfangen ihre Daten unter Verwendung der Phasenleitung P und der neutralen Leitung N. Die Signale werden in einem Differentialmodus DM übertragen und empfangen. Signalübertragung im Differentialmodus DM verursacht weniger Strahlung von den Leitungen als Signalübertragung im Gleichtaktmodus (Common Mode, CM). Meistens sind die Phasenleitung P und die neutrale Leitung N parallel geleitet und manchmal zusammen verdrillt, so dass sie eine ziemlich gute Symmetrie aufweisen. Bei der DM-Signalübertragung trägt eine Leitung das Signal und die andere Leitung trägt das Inverse des Signals, so dass die Summe der Spannungen auf den beiden Leitungen zur Erde immer als Null angenommen wird. Am Ende der Verbindung liest das empfangende konventionelle PLC-Modem 1, 2 den Unterschied zwischen den beiden Signalen. Da das empfangende konventionelle PLC-Modem 1, 2 die Spannungen der Leitungen gegenüber der Erde ignoriert, beeinflussen kleine Änderungen im Potential der Erde zwischen den übertragenden konventionellen PLC-Modem 1, 2 und dem empfangenden konventionellen PLC-Modem 1, 2 nicht die Fähigkeit des empfangenden konventionellen PLC-Modems 1, 2, das Signal zu detektieren. Das System ist auch immun gegenüber den meisten Arten von elektrischer Interferenz, da jegliche Störung, welche das Spannungslevel auf einer Leitung erniedrigt, es auch auf der anderen Leitung erniedrigen wird. Dieses System hat eine niedrige Anfälligkeit für Rauschen, da entfernte Rauschquellen dazu neigen, denselben Spannungsbetrag (genannt Gleichtaktstörungen oder Common-Mode Noise) zu beiden Leitungen hinzuzufügen, so dass die Differenz zwischen den Spannungen dieselbe bleibt. Bei Power-Line-Netzwerken im Haushalt, welche nominell ausbalanciert sind, gibt es jedoch asymmetrische Elemente zwischen der Phasenleitung P und der neutralen Leitung N wie z. B. einen Lichtschalter 13 oder eine Stromschiene in einem Sicherungskasten. Bei diesen asymmetrischen Elementen werden die von den konventionellen PLC-Modems 1, 2 eingespeisten DM-Signale in CM-Signale umgewandelt, wobei das DM-Signal gedämpft wird und diese Dämpfung zu Dämpfungen hinzugefügt wird, welche auf anderen Effekten beruhen, wobei die Reichweite von PLC-Netzwerken verringert wird.
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In 2 ist eine Ausführungsform eines PLC-Kommunikationssystems gezeigt mit einem ersten Diversitäts-PLC-Modem 20 und einem zweiten Diversitäts-PLC-Modem 21, wobei die anderen Komponenten ähnlich sind zu denen, welche in 1 abgebildet sind, so dass dieselben Ziffern für dieselben Komponenten mit denselben Funktionen verwendet werden. Die ersten und zweiten Diversitäts-PLC-Modems 20, 21 sind auch mit der Schutzerdenleitung PE verbunden und verwenden die Schutzerdenleitung PE zur Kommunikation. Die DM-Signale können von den übertragenden Diversitäts-PLC-Modem zwischen zwei Paaren der Leitungen eingespeist werden, nämlich zwei aus den Kombinationen Phase-Neutral P-N, Neutral-Schutzerde N-PE, Phase-Schutzerde P-PE. Das empfangende Diversitäts-PLC-Modem 21 weist eine Empfangseinheit R auf, welche geeignet ist, DM-Signale zu empfangen von jedem beliebigen Paar aus den Kombinationen Phase-Neutral P-N, Neutral-Schutzerde N-PE, Phase-Schutzerde P-PE. Bei der Verwendung von allen drei Möglichkeiten ist es möglich, Signale sogar in einem Frequenzband zu empfangen, welches aufgrund von frequenzabhängigen Fading-Charakteristiken in einem der möglichen Übertragungskanäle gedämpft ist, welche aus den unterschiedlichen Leitungskombinationen zusammengesetzt sind.
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3 zeigt ein Beispiel eines Power-Line-Netzwerks im Haushalt, welches unterschiedliche Phasenleitungen P1, P2, P3 für unterschiedliche Räume verwendet. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Wohnzimmer mit einer ersten Phasenleitung P1 verbunden, die Glühbirne 10, der Verbraucher 11 und ein Schlafzimmer 31 sind mit einer zweiten Phasenleitung P2 verbunden und eine Küche 32 ist mit einer dritten Phasenleitung P3 verbunden. Die Schutzerdenleitung PE und die neutrale Leitung N sind mit jedem Raum 30, 31, 32 und mit einigen Verbrauchereinheiten 11 verbunden. Also weisen die neutrale Leitung N und die Schutzerdenleitung PE eine hohe Symmetrie auf, wobei die Phasenleitungen P1, P2 und P3 weder untereinander noch im Hinblick auf die neutrale Leitung N oder die Schutzerdenleitung PE symmetrisch sind. Sicherungskästen mit Stromschienen verursachen weitere Asymmetrien.
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Eine weitere Ausführungsform wird in 4 gezeigt. Aufgrund der Asymmetrie der Stromleitungen werden CM-Signale erzeugt, so dass es neben dem DM-Signal auch möglich ist, ein CM-Signal zu detektieren, welches automatisch durch einen Umwandlungsprozess an asymmetrischen Elementen wie z. B. Sicherungskästen oder -schaltern 13 erreicht wird, wobei das DM-Signal gedämpft wird. Die Empfangseinheit R des Diversitäts-PLC-Modems 20, 21 kann jedoch die Information des CM-Signals detektieren und somit einen weiteren Empfangskanal zu dem Kommunikationssystem hinzufügen. Insbesondere bei Geräten mit großen Grundplatten, wie z. B. LCD- oder Plasma-Fernseher, kann die zusätzliche CM-Detektion verwendet werden.
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Beim CM-Empfang werden die möglichen Verbindungen für eine Kommunikation zwischen Diversitäts-PLC-Modems in
5 dargestellt. Zwei der drei Zuführungsmöglichkeiten des Signals zwischen Phase-Neutral P-N, Neutral-Schutzerde N-PE, Phase-Schutzerde P-PE können verwendet werden. Vier Empfangsmöglichkeiten werden erzielt, nämlich DM-Empfang auf jeweils den Kombinationen Phase-Neutral P-N, Neutral-Schutzerde N-PE, Phase-Schutzerde P-PE und CM-Detektion. CM-Spannungen bestehen zwischen allen Kabeln oder dem Gehäuse
12 eines Gerätes und der Masse (Erde). Wenn es eine große Grundplatte gibt, wird dies ein großer Kondensator (Kurzschluss für HF-Signale) zur Erde sein. CM-Signale könnten zwischen allen Kabeln und der großen Grundplatte unter Verwendung einer CM-Spule empfangen werden. Details über das Empfangen von CM-Signalen werden in der
EP-Anmeldung 06010435.3 offenbart, deren Inhalte unter Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen werden.
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Wenn zusätzliche Leitungen in tatsächlichen Haushaltsnetzwerken bestehen, wie z. B. in EIB (European Installation Bus) Installationen mit mehreren Leitungen oder in Haushalten mit unterschiedlichen Leitungen, welche für unterschiedliche Preismodelle von Energieversorgungsunternehmen verwendet werden, ist es offensichtlich, dass solche zusätzlichen Leitungen in Kombinationen als zusätzliche Übertragungs- und Empfangskanäle verwendet werden können, wie oben innerhalb des Umfangs des vorgeschlagenen Verfahrens erläutert.
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Es gibt weitere Möglichkeiten zum Erhöhen der Anzahl möglicher Übertragungskanäle und somit zum Erhöhen der Anzahl an Möglichkeiten der Zuführung und des Empfangs. Aufgrund der oben genannten CM-Umwandlung existiert auch eine gewisse durch die Stromkabel verursachte Strahlung. Solch eine Strahlung bietet die Möglichkeit des Empfangs solcher kabelloser Signale anhand einer Antenne 45, sogar ohne ursprünglich kabellose Signale zu übertragen. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung einer Übertragungsantenne 45 und einer Empfangsantenne 45, welche z. B. durch ein kabelloses Netzwerk basierend auf dem 802.11n Standard bereitgestellt werden können, welches oft in Haushalten zum Senden und Empfangen von Signalen verfügbar ist. In solch einem Fall müssen die übertragenden Power-Line-Modems mit 802.11n-übertragenden und empfangenden Geräten verbunden sein und beide Übertragungsverfahren müssen korreliert sein.
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In 6 sind Messergebnisse einer Kanaldämpfung A in einem Haushalt als eine Funktion der Übertragungsfrequenz dargestellt. Die mit dem Referenzzeichen 40 markierte Kurve (Strich-Punkt) ist die Kanaldämpfung A für die konventionelle Übertragung unter Verwendung von DM-Signalen, welche zwischen der Phasenleitung P und der neutralen Leitung N eingespeist und empfangen werden. Die durch das Referenzzeichen 41 gekennzeichnete Kurve (gestrichelt) zeigt die Kanaldämpfung A für Einspeisung zwischen Phase und Schutzerde P-PE und Empfangen zwischen neutraler Leitung und Schutzerde N-PE. Die durch Referenzzeichen 42 angezeigte Kurve (gepunktet) zeigt die Kanaldämpfung A unter Einbeziehung der Summe von drei Empfangspfaden Phase-Neutral P-N, Phase-Schutzerde P-PE, Neutral-Schutzerde N-PE und der zwei besten Einspeisepfade; d. h. zwei der drei Möglichkeiten Phase-Neutral P-N, Neutral-Schutzerde N-PE, Phase-Schutzerde P-PE für DM-Signalübertragung. Die durch Referenzzeichen 43 markierte Kurve (durchgezogen) verwendet die CM-Empfangspfade zusätzlich zu der Summenkurve 42.
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Von diesen Messergebnissen ist offensichtlich, dass in unterschiedlichen Frequenzbändern unterschiedliche Fadingcharakteristiken für unterschiedliche Übertragungskanäle existieren. Die Sendeeinheit T und die Empfangseinheit R der Diversitäts-PLC-Modems, welche beabsichtigen zu kommunizieren, beginnen, die Kanalcharakteristiken zu bewerten, vor der Übertragung der Signale durch das Übertragen von Sondensignalen und/oder während der Übertragung der Signale durch Messen der Kanaleigenschaften mit Hilfe der tatsächlich übertragenen und empfangenen Signale. Mit dieser Information entscheidet die Sendeeinheit T, welche Einspeisekanäle am besten geeignet sind für das beabsichtigte Übertragungsfrequenzband. Die Empfangseinheit R ist in der Lage, Signale in jeder Kombination an Leitungen zu empfangen und ist zusätzlich geeignet, ein CM-Signal zu empfangen, wobei die Reichweite eines PLC-Netzwerks verbessert wird. Von 6 ist offensichtlich, dass während der Verwendung von Signaleinspeisung in zwei Kanäle und Empfangen auf drei Kanälen eine zusätzliche Verstärkung von 10–30 dB in diesem Beispiel erreichbar ist, und eine zusätzliche Verstärkung von 3–7 dB in diesem Beispiel erreicht werden kann unter zusätzlicher Verwendung von CM-Empfang. Andere Leitungsgeometrien in anderen Haushalten können andere Werte zusätzlicher Verstärkungen hervorrufen.
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Ähnliche Messungen wurden in unterschiedlichen Haushalten durchgeführt und zeigen ein ähnliches Verhalten, wobei die Fadingcharakteristik jedoch ein anderes Frequenzverhalten gezeigt hat.
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Das Blockschaltbild der 7 zeigt die Verfahrensschritte, welche angewendet werden: In einem ersten Schritt S1 wird eine Mehrzahl an Übertragungskanälen für ein Power-Line-Kommunikationsnetzwerk bereitgestellt. Diese Mehrzahl kann unterschiedliche Kanäle im Frequenzbereich, im Phasenbereich, im Zeitbereich oder im Ortsbereich beinhalten, ist aber darauf nicht beschränkt. Vor dem Übertragen eines Signals werden mindestens zwei Hilfssignale von dem Originalsignal in einem zweiten Schritt S2 erzeugt. Diese mindestens zwei Hilfssignale werden durch mindestens zwei der Mehrzahl an Übertragungskanälen in einem dritten Schritt S3 übertragen. Der Empfänger empfängt mindestens zwei Hilfssignale in einem vierten Schritt S4. Dieser Empfang kann auf denselben Kanälen stattfinden, auf die das Hilfssignal eingespeist wird, kann aber auch auf anderen Kanälen stattfinden, auf welche Signalinformation während der Übertragung konvertiert wurde. Die empfangenen Hilfssignale werden kombiniert, um das Originalsignal in einem fünften Schritt S5 zu erhalten.
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8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Systems zum Übertragen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk. Das erste Diversitäts-PLC-Modem 20 und das zweite PLC-Modem 21 weisen jeweils eine Sendeeinheit T und eine Empfangseinheit R auf. Die Sendeeinheit T weist einen Signalerzeuger 50 zum Erzeugen von mindestens zwei Hilfssignalen von einem Originalsignal auf. Der Signalerzeuger 50 ist mit einem Sender 51 verbunden, welcher mit einem Senderverbinder 52 verbunden ist, zum Verbinden mit der Phasenleitung P, der neutralen Leitung N und der Schutzerdenleitung PE. Die Empfangseinheit R weist einen Empfangsverbinder 53, einen Empfänger 54 und einen Kombinierer 55 auf. Der Empfängerverbinder 53 verbindet den Empfänger 54 mit der Phasenleitung P, der neutralen Leitung N und mit der Schutzerde PE. Die empfangenen Hilfssignale werden zu dem Kombinierer 55 übertragen, welcher die Hilfssignale kombiniert um das Originalsignal zu erhalten. Wie in 10 gezeigt, kann der Empfängerverbinder 53 einer Empfangseinheit R auch geeignet sein, um als Senderverbinder zu fungieren, wenn Sendersignale in die andere Richtung übertragen werden, und ist deshalb außerdem mit dem Sender 51 verbunden. dasselbe trifft entsprechend auf den Senderverbinder 52 zu.
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9 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Systems zum Übertragen eines Signals in einem Power-Line-Netzwerk. In dieser Ausführungsform weist die Empfangseinheit R eine Antenne 45 auf, zum Empfangen von kabellosen Signalen, welche durch die Strahlung des Power-Line-Netzwerks verursacht werden. Solch ein zusätzlicher kabelloser Kanal verbessert die Diversität des vorgeschlagenen Verfahrens und Systems weiter.
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Durch das Verwenden von lediglich Übertragungskanälen des Power-Line-Netzwerks ist es möglich, die vorteilhaften Merkmale zu verwenden ohne auf externe Netzwerke angewiesen zu sein.
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Durch Abschätzen von Kanaleigenschaften der mindestens zwei Übertragungskanäle vor dem Übertragen der Hilfssignale, Bestimmen der Übertragungskanäle mit den besten Kanaleigenschaften und Übertragen der Hilfssignale durch die Übertragungskanäle mit den besten Eigenschaften kann eine noch verbesserte PLC-Reichweite erreicht werden. Die Kanaleigenschaften können sich über die Zeit verändern, so dass sie nach einem vorbestimmten Zeitintervall wieder gemessen werden sollen oder z. B. nachdem eine signifikante Veränderung während einer tatsächlichen Übertragung gemessen wurde. Messungen der Kanaleigenschaften können Bitfehlerhäufigkeit (bit-error-rate, BER), Dämpfung und Rauschen beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Für PLC-Modems wurde die Schutzerdenleitung eines Power-Line-Netzwerks bisher nicht verwendet. Die Schutzerdenleitung ist jedoch regulär installiert und verfügbar in den meisten Gebäuden. Dementsprechend stehen mehrere Kanäle über ein PLC-Kabel zur Verfügung, welche verwendet werden, um Signale zu übertragen.
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Die übertragenen Hilfssignale können auf denselben Kanälen empfangen werden, auf denen die Hilfssignale eingespeist wurden. In Systemen mit geringer Dämpfung und/oder Konvertierung auf andere Moden sollte dieses Verfahren in einer guten Empfangsqualität resultieren.
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Es gibt jedoch manche Kopplungen zwischen den individuellen Kanälen, so dass ein Teil des Signals auch an andere Kanäle gekoppelt ist. In diesem Fall ist es auch möglich, dass ein Empfangen eines Signals auf einem anderen Kanal als dem, auf den ursprünglich eingespeist wurde, ein besseres Empfangssignal liefern kann und deshalb verwendet werden sollte.
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Zusätzlich kann ein CM-Signal detektiert werden, da auch der CM-Signalpfad spezifische Fadingcharakteristiken hat. Hier hängt das Fading von der komplexen DM zu CM Konvertierungsimpedanz des Geräts ab, welches das asymmetrische Verhalten verursacht. Ein CM-Signalpfad bietet einen weiteren Empfangspfad. In Geräten mit einer großen Bodenplatte, wie z. B. LCD (liquid crystal display) oder Plasma-Fernsehgeräte (TV), kann die zusätzliche CM-Detektion verwendet werden.
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In einer Ausführungsform speist der Sender Signale zwischen zwei der drei Paare ein: Phase-Neutral, Phase-Schutzerde, Neutral-Schutzerde und der Empfänger addiert alle empfangenen Pfade durch analoge Summierung, was eine sehr einfache Implementierung des Diversitätsverfahrens ist.
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Anstatt der analogen Summierung kann der Empfänger die analogen Signale in digitale Signale konvertieren und diese digitalen Signale weiterverarbeiten unter Verwendung von etablierten digitalen Signalverarbeitungsalgorithmen, um die Empfangsqualität weiter zu verbessern.
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Das Verfahren kann verwendet werden um das Signal zweimal durch unterschiedliche Kanäle zu senden, wobei ein Backupkanal zur Verfügung gestellt wird, falls einer der Kanäle ein großes Fading aufweist.
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Für den Sender und den Empfänger können fortschrittlichere Diversitätstechniken verwendet werden, z. B. Mehrfach-Input, Mehrfach-Output, MIMO, wobei unterschiedliche Signale über die individuellen Übertragungsverbindungen übertragen werden. In diesem Fall verwendet der Empfänger eine separate Kanalabschätzung für jede Verbindung. Da die individuellen Kanäle quasi-statisch sind, ist die Kanalabschätzung für mehrere Verbindungen erheblich einfacher verglichen mit kabellosen Kanälen. Zusätzlich erlaubt das quasi-statische Verhalten die Verwendung von Ort-Zeit-Kodierung.
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Die Kanalabschätzung auf den individuellen Verbindungen zwischen Kombinationen von Phase-Neutral, Phase-Schutzerde, Neutral-Schutzerde, CM-Pfad und mehrere Pfade wird individuell im Zeitbereich durchgeführt, einer nach dem anderen, so dass es keine Interferenz zwischen individuellen Pfaden gibt.
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Das Vorhandensein der Schutzerdenleitungen in einer Installation kann von PLC-Modems automatisch detektiert werden. Durch das Überprüfen der Dämpfung zwischen einem Schutzerden-PE-Pin und einem neutralen N-Pin eines PLC-Modems kann das Vorhandensein eines Schutzerden-PE-Kabels als Schutzerdenleitung detektiert werden. Wenn die Dämpfung zwischen dem Schutzerden-PE-Pin und dem neutralen N-Pin unendlich ist, ist der Schutzerden-PE-Pin schlichtweg nicht verbunden. Wenn die Dämpfung zwischen dem Schutzerden-PE-Pin und dem neutralen N-Pin nahezu Null ist, sind der neutrale N-Pin und der Schutzerden-PE-Pin in der Steckdose kurzgeschlossen. Alle Werte zwischen nahezu Null und unendlich zeigen die Anwesenheit eines Schutzerden-PE-Kabels an.
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Aufgrund der höheren Symmetrie zwischen neutraler Leitung und Schutzerdenleitung, verglichen mit Phasenleitung und neutraler Leitung, gibt es weniger Strahlung von dem Power-Line-Netzwerk. Dies ermöglicht es PLC-Modems, höhere Einspeiseleistungsgrenzen zu verwenden oder Energie zu sparen oder weniger Einspeiseleistung zu verwenden, um jegliche Interferenzen mit anderen Geräten zu vermeiden.
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Die Leitungen eines Power-Line-Netzwerks können z. B. unterschiedliches Verhalten aufweisen aufgrund der folgenden funktionalen oder operativen Szenarien:
- • Die Phasenleitung ist an einem offenen Lichtschalter gekappt;
- • Die Schutzerde ist an vielen Steckdosen offen gelassen;
- • Wenn die Schutzerde mit einem Verbraucher verbunden ist, ist üblicherweise eine große Fläche an Metall verbunden, z. B. im Fall eines angeschlossenen Küchengeräts (Ofen, Geschirrspüler, usw.).
- • In dem Sicherungskasten hat jede Phasenleitung eine Stromschiene und muss eine Sicherung überschreiten.
- • In Drei-Phasen-Leitungsinstallationen, sind die meisten Stromverbraucher individuell mit einer Phase verbunden.
- • Es gibt Drei-Phasen-Verbraucher sowie Ein-Phasen-Verbraucher.
- • Die neutrale Leitung sammelt den Rückstrom von allen drei Phasen in einer einzelnen Leitung ein.
- • Üblicherweise sind alle Schutzerdenleitungen und neutralen Leitungen an jeder Zweigstelle der Leitungen in einem Raum verbunden.
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Dieses Verhalten wurde durch Messungen von Haushaltskanälen bestätigt. Die Kanäle verhalten sich weitgehend unterschiedlich und deshalb kann eine signifikante Verbesserung in Durchsatz und Reichweite erreicht werden.
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Rauschen wird nur in die Phasenleitung und die neutrale Leitung eingespeist. Es wird kein Rauschen in die Schutzerdenleitung eingespeist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erstes konventionelles PLC-Modem
- 2
- Zweites konventionelles PLC-Modem
- 3
- Power-Line-Netzwerk
- 4
- Erste Steckdose
- 5
- Zweite Steckdose
- P
- Phasenleitung
- N
- Neutrale Leitung
- PE
- Schutzerdenleitung
- 10
- Glühbirne
- 11
- Verbrauchereinheit
- 12
- Gehäuse
- 13
- Schalter
- 20
- Erstes Diversitäts-PLC-Modem
- 21
- Zweites Diversitäts-PLC-Modem
- R1
- Widerstand von Verbrauchereinheit
- R
- Empfangseinheit
- T
- Sendeeinheit
- P1
- Erste Phasenleitung
- P2
- Zweite Phasenleitung
- P3
- Dritte Phasenleitung
- 30
- Wohnzimmer
- 31
- Schlafzimmer
- 32
- Küche
- 40
- Kurve für Einspeisen und Empfangen eine DM-Signals zwischen Phase und neutraler Leitung
- 41
- Kurve für Einspeisen eines DM-Signals zwischen Phase und Schutzerde und Empfangen
- 42
- Kurve für Einspeisen in zwei beste Kanäle und Detektieren von drei Kanälen
- 43
- Kurve für Einspeisen in zwei beste Kanäle und Detektieren von drei Kanälen und Gleichtakt (Common Mode)
- 45
- Antenne
- 50
- Signalerzeuger
- 51
- Sender
- 52
- Senderverbinder
- 53
- Empfängerverbinder
- 54
- Empfänger
- 55
- Kombinierer
- A
- Dämpfung
- S1
- Erster Schritt
- S2
- Zweiter Schritt
- S3
- Dritter Schritt
- S4
- Vierter Schritt
- S5
- Fünfter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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