EA006284B1 - Высокочастотная сетевая мультиплексированная передача данных по различным линиям с использованием множества модулированных несущих частот - Google Patents

Abstract

Предложено устройство для высокочастотной мультиплексированной передачи данных по линии электропередач для кабельного телевидения, телефона, Интернет, системы безопасности и других систем управления, передаваемых по линиям электропередач среднего и низкого напряжения и непосредственно через трансформаторы. Устройство включает передатчик, приемник, модем (14), мультиплексор и множество устройств связи (28), в каждом из двух или более местоположениях вдоль электрической линии (18). Устройства связи имеют емкостные цепи, последовательно включенные с трансформатором (22) с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником. Емкостные цепи включены в цепи резонанса с трансформатором (22) на заданной частоте. Устройство связи (28) устраняет шумы и согласовано с характеристическим полным сопротивлением линии на заданной частоте, что линеаризует передачу данных по линии и позволяет обеспечить высокоскоростную передачу данных и голосового сигнала на большие расстояния. Множество модуляторов и демодуляторов используют для получения множества несущих модулированных частот.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к улучшенной системе передачи данных по линии электропередач, и более конкретно к устройству, позволяющему одновременно передавать и принимать множество мультиплексированных сигналов цифровых данных с высокой скоростью и на большие расстояния по линиям электропередач и через трансформаторы линий электропередач, включая линии переменного тока, постоянного тока, коаксиальные кабели и кабели на витых парах.

Уровень техники

Каналы передачи информации на основе линий электропередач хорошо известны в области связи по электроэнергетическим системам. Основные элементы таких каналов передачи информации по линиям электропередач представляют собой передающие и приемные терминалы, которые содержат один или больше линейных заградителей, один или больше разделительных конденсаторов и оборудование для настройки и соединения. Подробную информацию, относящуюся к описанию и типичному составу обычных каналов передачи информации на линиях электропередач, можно найти в публикации РиибатегИак НаибЬоок о£ Е1сс1г1са1 аиб СотрШег Епщпссппд Уо1ите II: Соттишсайои Сои1го1 Ису1СС5 аиб ЗуЧспъ. 1ойи \Убеу & 8ои5, 1983, рр. 617-627, содержание которой приведено здесь в качестве ссылки. Существенная проблема, связанная с каналами передачи информации по линиям электропередач известного уровня техники, заключается в использовании одного или более линейных заградителей, одного или более конденсаторов, одного или более трансформаторов связи или гибридных цепей для работы на несущей частоте, а также кабелей частотного подключения.

Все традиционные устройства связи содержат трансформатор на ферритовом или железном сердечнике, который приводит к искажению сигнала из-за нелинейной фазовой характеристики функции преобразования между передающим устройством связи и приемным устройством связи. Искажение возникает из-за присутствия магнитного материала сердечника, который проявляет свойство гистерезиса. В распределенных каналах передачи информации на линиях электропередач возникают особенно сильные искажения, поскольку сигнал должен проходить через, по меньшей мере, три таких нелинейных устройства - распределительный трансформатор и два устройства связи линии электропередач, в которых используют трансформаторы на ферритовых сердечниках. Искажения, вызываемые такими нелинейными устройствами, приводят к искажениям задержки огибающей, что ограничивает скорость передачи данных.

Основной недостаток известных конструкций возникает из-за использования трансформаторов с ферритовыми или железными сердечниками в устройствах связи. Индуктивность первичной обмотки Ь1 из-за нелинейности сердечника изменяется до определенного неизвестного значения. В результате этого происходит уход настройки требуемой несущей частоты. Кроме того, полное сопротивление (импульс) первичной обмотки на требуемой несущей частоте становится несогласованным с характеристическим полным сопротивлением линии электропередач. Учитывая этот факт, в других конструкциях делается попытка простого подключения сигнала к линии электропередач с низким входным полным сопротивлением приемопередатчика путем использования большого разделительного конденсатора (приблизительно 0,5 мкФ). В результате этого происходят существенные потери, до 20 дБ, при подключении на несущей частоте.

В американском патенте № 6,407,987 (АЬгайат) описано новое линейное устройство связи с фазовым сдвигом для подключения к линии электропередач, телефонной линии, линии на витой паре и коаксиальной линии, как для передачи, так и для приема информации. Линейное устройство связи с фазовым сдвигом содержит новый трансформатор с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником, который можно использовать для передачи по телефонной линии, коаксиальной линии, линии локальной сети ЛС (ЬАИ) и линии электропередач с использованием трансформаторов линии электропередач. Линейное устройство связи с фазовым сдвигом дополнительно содержит сеть, подключенную с использованием разделительного конденсатора, для обеспечения резистивного согласования до приблизительно наименьшего известного значения линейного характеристического полного сопротивления линии и для обеспечения максимально стабильной передачи сигнала в линию. Этот резонанс, по существу, создает полосовой фильтр на несущей частоте. Американский патент № 6,407,987 приведен здесь полностью в качестве ссылки.

Конструкции, описанные в американском патенте № 6,407,987 позволяют решить многие проблемы предыдущих конструкций, в которых используют устройства связи с ферритовыми или железными сердечниками, резонирующими с характеристическим полным сопротивлением линии электропередач, в результате чего образуются провалы, зоны поглощения энергии и нелинейные среды передачи данных по различным линиям, таким как линии электропередач. Линейное устройство связи с фазовым сдвигом, описанное в американском патенте № 6,407,987, не содержит провалов в полосе пропускания передачи данных, что позволяет обеспечить линейную связь в очень широком диапазоне частот.

Однако существует потребность в системе передачи данных по линии электропередач, позволяющей одновременно передавать и принимать множество сигналов цифровых данных с использованием высоких частот (например, 200 МГц-500 ГГц), что позволяет обеспечить передачу данных с высокой скоростью с использованием широкой полосы пропускания и на большие расстояния по линиям электропередач и через трансформаторы линии электропередач, включая линии переменного тока, постоянного тока, коаксиальные кабели и кабели на основе витых пар.

- 1 006284

Сущность изобретения

Вкратце, в первом варианте выполнения настоящее изобретение направлено на создание устройства передачи данных, предназначенного для передачи множества электрических сигналов по одной или больше линиям электропередач, имеющим определенное характеристическое полное сопротивление. Устройство передачи данных содержит модулятор, который модулирует электрические сигналы для получения модулированного несущего сигнала, имеющего заданную частоту, равную приблизительно 200 МГц или выше;

передатчик, электрически соединенный с модулятором и имеющий выходное полное сопротивление, причем передатчик передает модулированный несущий сигнал; и устройство связи, подключенное между линией электропередач и передатчиком, причем устройство связи согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением линии электропередач и передает модулированные несущие сигналы в линию электропередач без существенных фазовых искажений.

Во втором варианте выполнения настоящее изобретение направлено на создание устройства передачи данных, предназначенного для передачи электрических сигналов по одной или больше электрическим линиям, имеющим характеристическое полное сопротивление, содержащего модулятор, который модулирует электрические сигналы для получения модулированного несущего сигнала, имеющего первую заданную частоту, равную приблизительно 200 МГц или выше;

передатчик, электрически подключенный к модулятору и имеющий выходное полное внутреннее сопротивление, причем указанный передатчик передает модулированный несущий сигнал;

первое устройство связи, подключенное между электрической линией и передатчиком, причем указанное устройство связи согласует полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением электрической линии и передает модулированный несущий сигнал в электрическую линию без существенных фазовых искажений;

приемник, имеющий входное полное сопротивление, причем указанный приемник принимает модулированный несущий сигнал;

демодулятор, электрически подключенный к приемнику, причем указанный демодулятор формирует демодулированный несущий сигнал, имеющий вторую заданную частоту, равную приблизительно 200 МГц или выше, путем демодуляции модулированного несущего сигнала; и второе устройство связи, подключенное между электрической линией и приемником для согласования входного полного внутреннего сопротивления приемника с характеристическим полным сопротивлением электрической линии и передающее модулированный несущий сигнал на приемник без существенных фазовых искажений.

В третьем варианте выполнения настоящее изобретение направлено на создание устройства передачи данных, предназначенного для передачи электрических сигналов по одной или больше электрическим линиям, имеющим характеристическое полное сопротивление, содержащего первый модем, который формирует первый модулированный несущий сигнал, имеющий первую заданную частоту, равную приблизительно 200 МГц или выше, и демодулирует второй модулированный несущий сигнал, имеющий вторую заданную частоту, равную приблизительно 200 МГц или выше;

первый передатчик, имеющий выходное полное сопротивление, причем указанный передатчик подключен к первому модему и передает первый модулированный несущий сигнал;

первый приемник, имеющий входное полное сопротивление, причем указанный приемник подключен к первому модему и принимает второй модулированный несущий сигнал;

первое устройство связи, подключенное между электрическими линиями и первым передатчиком и первым приемником, причем указанное первое устройство связи согласует выходное полное сопротивление первого передатчика и входное полное сопротивление первого приемника с характеристическим полным сопротивлением электрических линий и передает первый и второй модулированные несущие сигналы без существенных фазовых искажений;

второй модем, который генерирует второй модулированный несущий сигнал и демодулирует первый модулированный несущий сигнал;

второй передатчик, имеющий выходное полное сопротивление, причем указанный передатчик подключен ко второму модему и передает второй модулированный несущий сигнал;

второй приемник, имеющий входное полное сопротивление, причем указанный приемник подключен ко второму модему и принимает первый модулированный несущий сигнал; и второе устройство связи, подключенное между электрическими линиями и вторым передатчиком и вторым приемником, причем указанное второе устройство связи согласует выходное полное сопротивление второго передатчика и входное полное сопротивление второго приемника с характеристическим полным сопротивлением электрических линий и передает первый и второй модулированные несущие сигналы без существенных фазовых искажений.

Краткое описание чертежей

Вышеприведенное краткое описание, а также приведенное ниже подробное описание предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения будут более понятны при чтении их совместно с

- 2 006284 рассмотрением прилагаемых чертежей. Для иллюстрации настоящего изобретения представлены чертежи вариантов выполнения, которые являются предпочтительными в настоящее время. Следует, однако, понимать, что настоящее изобретение не ограничивается представленными средствами и методами, с помощью которых осуществляется настоящее изобретение.

На фиг. 1 показан график изменения характеристического полного сопротивления устройства связи, подключенного к линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 схематично представлена блок-схема глобальной сети с передачей данных по линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 показана принципиальная схема полудуплексного модема для линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4 показана принципиальная схема дуплексного модема для линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 показана блок-схема устройства передачи данных по линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 6 показана принципиальная схема модулятора на первой частоте, предназначенного для использования в устройстве передачи данных по линии электропередач, представленном на фиг. 5.

На фиг. 7 показана принципиальная схема модулятора на второй частоте, предназначенного для использования в устройстве передачи данных по линии электропередач, представленном на фиг. 5.

На фиг. 8 показана принципиальная схема демодулятора на первой частоте, предназначенного для использования в устройстве передачи данных по линии электропередач, представленном на фиг. 5.

На фиг. 9 показана принципиальная схема демодулятора на второй частоте, предназначенного для использования в устройстве передачи данных по линии электропередач, представленном на фиг. 5.

На фиг. 10 показана принципиальная схема сетевого интерфейса ЕШсгпс) (стандарт организации локальных сетей), предназначенного для использования в устройстве передачи данных по линии электропередач, представленном на фиг. 5.

На фиг. 11 показана принципиальная схема устройства связи, предназначенного для использования в устройстве передачи данных по линии электропередач, представленном на фиг. 5, на первом наборе частот.

На фиг. 12 показана принципиальная схема устройства связи, предназначенного для использования в устройстве передачи данных по линии электропередач, представленном на фиг. 5, во втором наборе частот.

На фиг. 13 показана принципиальная схема источника питания, предназначенного для использования в устройстве передачи данных по линии электропередач, представленном на фиг. 5.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение направлено на улучшение линейного соединителя с фазовым сдвигом по американскому патенту № 6,407,987. Было определено, что при использовании более высоких частот (1500 ГГц) с устройством связи с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником получаются лучшие результаты, поскольку устройство связи имеет в этом случае более широкую полосу пропускания и позволяет обеспечить передачу на большие расстояния. Сигналы с большей частотой создают магнитное поле вокруг провода любого типа и проходят вдоль поверхности линии электропередач в виде магнитной волны, проходящей через трансформаторы. Поэтому передача сигналов на такой высокой частоте может быть обеспечена на большие расстояния и с более широкой полосой пропускания.

В контролируемой среде, такой как коаксиальный кабель, высокочастотный сигнал с частотой 1 ГГц или выше проходит только на короткое расстояние до его полного затухания. Это происходит из-за того, что коаксиальный кабель имеет высокое фиксированное значение последовательной индуктивности Ь и параллельной емкости С, в результате чего образуется сильный фильтр низких частот, который может ограничивать распространение сигналов определенным расстоянием на каждой частоте. Кроме того, коаксиальный кабель позволяет создать только незначительное магнитное поле вокруг установленного по центру проводника, поскольку близко рядом с ним расположен экран.

Другая среда представлена линиями электропередач, которые не просто проходят от одной точки к другой, но, скорее, построены в конфигурации типа звезда. Линии электропередач не имеют фиксированного значения Ь и С, и поэтому линия электропередач представляет собой более слабый фильтр низкой частоты, чем коаксиальный кабель. Линии электропередач также не экранированы, и поэтому проводник линии электропередач может создавать большее магнитное поле вокруг проводника, чем в коаксиальном кабеле. Кроме того, характеристическое полное сопротивление Ζο линий электропередач изменяется в зависимости от времени и местоположения, и количество проводников, соединенных друг с другом, также изменяется в различных точках электрической распределительной сети. В соответствии с этим распространение электрических/магнитных полей цифровых сигналов по линиям электропередач не будет ограничено, и такие сигналы могут проходить дальше, чем по коаксиальному кабелю. Сигналы высокой частоты также могут проходить через трансформаторы линии электропередач, которые выглядят для сигнала как большие, включенные параллельно конденсаторы, без существенных потерь уровня

- 3 006284 сигнала, если используется согласование с линией передач в соответствии с настоящим изобретением, как описано в настоящем описании.

Важность использования устройства связи в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что оно позволяет поддерживать согласование устройства с характеристическим полным сопротивлением линии электропередач. Как и в американском патенте № 6,396,392, устройство связи в соответствии с настоящим изобретением содержит трансформатор с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником и разделительный конденсатор Сес.|. Любое изменение полного сопротивления в первичной обмотке трансформатора несущественно отражается на вторичной обмотке трансформатора и наоборот. Поэтому единственное полное сопротивление, которое будет действовать со стороны линии электропередач, будет определяться первичной обмоткой, находящейся в резонансе с конденсатором Сес.|. Такой последовательный резонанс создает низкое значение полного сопротивления, которое будет близко к значению 1 Ом. По мере увеличения частоты, полное сопротивление также будет увеличиваться приблизительно до уровня 100-200 Ом, в зависимости от значения полного сопротивления, которое лучше всего согласуется с характеристическим полным сопротивлением линии электропередач и требуемой полосы пропускания.

Например, на фиг. 1 показано характеристическое полное сопротивление устройства связи, подключенного к линии электропередач. Если полное сопротивление линии электропередач равно 100 Ом на частоте Е1, тогда для согласования на уровне 6 дБ полное сопротивление со стороны соединителя будет составлять от 40-50 Ом (Е4) до 200 Ом (Е3), что перекрывает полосу пропускания от Е3 до Е4. В отличие от этого, если характеристическое полное сопротивление линии передач составляет только 10 Ом, полное сопротивление для согласования на уровне 6 дБ будет составлять от 5 до 20 Ом, в результате чего будет получена меньшая полоса пропускания. Снижение полного сопротивления соединителя может привести к получению более широкой полосы согласования при низком характеристическом полном сопротивлении (например, 10 Ом) линии электропередач.

Как описано в американском патенте № 6,396,392, существенное преимущество устройства связи в соответствии с настоящим изобретением состоит в получении линейности фазы. Линии электропередач имеют локальные значения полного сопротивления через каждые несколько футов на различных частотах. Наилучшее согласование с линией электропередач может быть достигнуто с использованием компонентов индукционной катушки (Ь) и конденсатора (С), которые не содержат ферритовые и железные сердечники, поскольку линии электропередач состоят из значений Ь и С. Кроме того, на конце каждой линии без оконечной согласованной нагрузки происходит отражение. Устройства связи с ферритовым или железным сердечником также обладают собственным резонансом вокруг представляющей интерес полосы пропускания для передачи данных. Собственный резонанс и отражение в линиях электропередач создают различные провалы полосы пропускания. В отличие от этого, собственный резонанс устройства связи с воздушным или диэлектрическим сердечником в соответствии с настоящим изобретением имеет гораздо более высокую частоту, чем частота представляющей интерес полосы пропускания, и устройство связи с воздушным сердечником согласуется с локальным характеристическим полным сопротивлением линии электропередач. Поэтому отражения не создают провалы в полосе частот, представляющей интерес.

Степень равномерности от 6 до 10 дБ полосы пропускания обеспечивается путем использования устройства связи в соответствии с настоящим изобретением для согласования с линией электропередач. Такое согласование может быть достигнуто, когда характеристическое полное сопротивление линии электропередач находится в диапазоне от половины значения первичного полного сопротивления устройства связи до удвоенного значения первичного полного сопротивления устройства связи. Например, первичное полное сопротивление устройства связи изменяется в диапазоне от 1 до 100 Ом для полосы частот 18-30 МГц. Если предположить, что полное сопротивление линии электропередач составляет 50 Ом на частоте 22 МГц и 10 Ом на частоте 20 МГц, вокруг значения 20 МГц можно обеспечить согласование на уровне от 25 до 100 Ом, которое будет охватывать частоты приблизительно 21-30 МГц. Если предположить, что первичное полное сопротивление устройства связи на частоте 20 МГц составляет приблизительно 20 Ом, согласование будет обеспечено от частоты 18 до приблизительно 22 МГц. Полное согласование будет обеспечено на частотах от 18 до 30 МГц полосы пропускания на уровне 10 дБ, и в этой полосе отсутствуют провалы.

Линии электропередач обычно имеют полное сопротивление 50-100 Ом для подземных линий и 100-500 Ом для воздушных линий электропередач. Однако прерыватели цепи и подземные подстанции с множеством фидеров могут создавать низкое значение характеристического полного сопротивления линии электропередач, на уровне 1 Ом, в месте их расположения. Устройство связи разработано так, что обеспечивает согласование с наиболее часто встречающимися значениями локального полного сопротивления линии электропередач. Например, если характеристическое полное сопротивление линии электропередач составляет 80 Ом, тогда согласование на уровне 6 дБ может быть достигнуто при использовании устройства связи с воздушным сердечником в соответствии с настоящим изобретением от 40 до 160 Ом в любом месте подключения. Линия электропередач должна быть согласована локально, поскольку локальное полное сопротивление линии электропередач изменяется через каждые несколько футов. Поскольку характеристическое полное сопротивление линии электропередач с напряжением 120 В, как

- 4 006284 известно, составляет, например, 80 Ом, тогда 80 Ом будет обеспечивать хорошее согласование для любого места подключения к линии с напряжением 120 В.

Поскольку вторичное полное сопротивление несущественно изменяется при изменении характеристического полного сопротивления линии электропередач, согласование передатчика и приемника может быть обеспечено на уровне приблизительно 50 Ом. Обе стороны трансформатора будут согласованы независимо от изменения полного сопротивления линии электропередач. Вторичная обмотка трансформатора будет согласована с передатчиком или приемником. Изменение полного сопротивления на первичной обмотке трансформатора не отражается на вторичной обмотке. Поэтому согласование на уровне 4550 Ом постоянно обеспечивается для передатчика и приемника, независимо от изменений полного сопротивления линий электропередач.

Для более высоких частот (например, 200 МГц-500 ГГц), структура трансформатора с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником отличается от описанной в американском патенте № 6,396,392. Устройство связи больше не может представлять собой два коаксиальных соленоида или воздушные витки с различным диаметром, намотанные с использованием магнитного провода, но вместо этого они должны быть намного меньшими и напоминают микросхему, которая заполнена пластмассой или другим неэлектропроводным материалом любого типа, таким как полимерная смола, клеящий состав, керамика или любой другой плохо проводящий электричество и неэлектропроводный материал (материал микросхемы). Устройство связи предпочтительно содержит очень тонкие электропроводные пластины, разделенные материалом микросхемы. Пластины предпочтительно изготовлены из меди, но также могут быть изготовлены из серебра, золота или любого другого электропроводного материала, независимо от того, является ли он активным или пассивным. Пластины могут иметь любую форму (например, квадратную, прямоугольную, круглую и т.д.), но предпочтительно их выполняют круглыми. Размер таких выполненных в виде слоев трансформаторов с воздушным сердечником зависит от используемой частоты. Например, диаметр первичной обмотки соединителя для частоты 30 ГГц будет меньше 1 мм, при этом толщина слоя составляет меньше приблизительно 0,1 мм, что обеспечивает индуктивность на уровне приблизительно 0,3 нГ н. Аналогично, размеры тонкой прямоугольной медной пластины составляют приблизительно несколько миллиметров в длину, 0,1 мм в толщину, и первичная и вторичная индуктивности расположены на расстоянии приблизительно 0,5 мм друг от друга, поверх друг друга. Следовательно, такие устройства выглядят похожими на конденсатор очень малых размеров. Однако в настоящем изобретении используются значения индуктивности из конца в конец, которые входят в резонанс с конденсатором для согласования с характеристическим импедансом линии электропередач.

В качестве альтернативы, пластины могут быть сформированы непосредственно внутри микросхемы путем нанесения слоев металла или с использованием легирования кремния. Легированный кремний является электропроводным, когда он активен, например при подаче постоянного напряжения определенного уровня транзистор включается и превращает его в активное устройство. При этом пластины, когда они сформированы из легированного кремния, могут быть выполнены в форме активного устройства определенного типа, такого как транзистор или диод. Конечно, следует понимать, что другие конструкции трансформаторов с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником можно использовать без отхода от сущности или объема настоящего изобретения. Например, в качестве трансформатора с воздушным сердечником можно использовать часть коаксиального кабеля. Экран коаксиального кабеля будет в этом случае представлять собой первичную индуктивность (обмотку) трансформатора, и часть внутреннего провода будет представлять собой вторичную индуктивность трансформатора. Такой трансформатор с воздушным сердечником типа коаксиального кабеля можно использовать для передачи данных на очень высокой частоте, выше 500 МГц. Аналогично два медных или железных цилиндра в форме труб (или выполненных из алюминиевой или медной фольги) можно установить внутри друг друга. Внешний цилиндр или фольга представляет собой первичную обмотку трансформатора с воздушным сердечником, и внутренний цилиндр или фольга представляет собой вторичную обмотку. Такую конструкцию также можно использовать на частотах выше 100 МГц.

Кроме того, в последнее время были проведены работы по созданию твердотельных трансформаторов, предназначенных для преобразования переменного напряжения среднего уровня, порядка 7,6 кВ, в переменное напряжение 120 В с использованием технологии, аналогичной используемой в импульсных регуляторах для преобразования постоянного тока в постоянный ток. Технология, используемая в этих твердотельных трансформаторах, называется управлением цепи возбуждения затвора транзисторов и является хорошо известной, поэтому ее более подробное описание не требуется. Эти трансформаторы имеют конструкцию, построенную с использованием так называемой твердотельной технологии, а именно, они основаны, прежде всего, на полупроводниковых компонентах, таких как транзисторы и интегральные схемы, вместо использования тяжелых медных катушек и железных сердечников, как в обычных трансформаторах. Такие твердотельные трансформаторы также можно использовать в устройствах связи в соответствии с настоящим изобретением. Для специалистов в данной области техники также будет понятно, что другие, более простые интегральные схемы также можно использовать для построения трансформаторов, предназначенных для использования в качестве устройств связи в соответствии с настоящим изобретением. Современные интегральные схемы, в которых используют активные

- 5 006284 транзисторы, позволяют имитировать и/или создавать трансформатор с воздушным сердечником, который имеет необходимые значения индуктивности и емкости для выполнения точно такой же работы, выполняемой обычным трансформатором с воздушным сердечником.

Хотя структура устройства связи, описанного выше, отличается от описанной в американском патенте № 6,396,392, такое устройство связи выполняет такую же функцию. Пластины (или цилиндры или фольга) устройства связи в соответствии с настоящим изобретением с использованием индуктивной и емкостной связи соединены так, что образуется трансформатор с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником. Подключение первичной и вторичной индуктивностей трансформатора, однако, изменяется при изменении частоты. Первичная и вторичная индуктивности подключены приблизительно одинаково с использованием магнитной и электрической связи (то есть емкостной и индуктивной связи) на частоте ниже 100 МГц и в большей степени с использованием индуктивной (магнитной) связи на частотах выше 100 МГц. На частотах порядка 100 ГГц первичная и вторичная индуктивности трансформатора имеют, в основном, индуктивную связь.

Как подробно описано в американском патенте № 6,396,392, устройство передачи данных по американскому патенту № 6,396,392 может иметь множество различных вариантов применения. Высокочастотные устройства связи в соответствии с настоящим изобретением расширяют возможности его использования, поскольку обеспечивают гораздо более высокие скорости передачи данных. Например, настоящее изобретение позволяет использовать высокочастотные каналы передачи данных, работающие на частотах порядка 200 МГц-50 ГГц для передачи по линиям электропередач. При использовании технологии устройства связи с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником в соответствии с настоящим изобретением могут быть получены скорости передачи данных по линиям электропередач на уровне, по меньшей мере, 1 Гбит/с.

На чертежах, на которых на каждом или нескольких изображениях одинаковыми номерами ссылок обозначены одинаковые или соответствующие элементы, на фиг. 2 показана блок-схема линии передачи данных с использованием линии электропередач для подключения к глобальной сети (^ΑΝ) в соответствии с настоящим изобретением.

Маршрутизатор 12 ЕШегие! подключен к магистрали сети, такой как Интернет или Интранет, с использованием НИВ или коммутатора (не показан), такого как устройство линии продуктов 3 1ауег, поставляемых компанией №!шогк РепрйегаТк МАУаге. Маршрутизатор 12 также подключен к модему 14 линии электропередач, который, в свою очередь, подключен к устройству связи 16 линии электропередач со средним напряжением, который соединяет сигналы от модема 14 с линией 18 электропередач с напряжением 11 кВ на подстанции 20.

Для специалистов в данной области техники будет понятно, что маршрутизатор 12 ЕЛегие! может быть подключен к другим устройствам, в других вариантах применения, без отхода от сущности или объема настоящего изобретения. Например, другие варианты применения включают (1) глобальные сети ЕЛегие! с другими серверами, где магистральная линия подключена к другой сети; (2) вариант применения для телефонных сетей, где магистральная линия подключена к телефонному центру и мультиплексору с временным разделением каналов, который позволяет формировать множество телефонных каналов, проходящих по линии электропередач; и (3) для телевидения, где магистральная линия подключена к телевизионной станции, передающей по линии электропередач несколько телевизионных передач в цифровой форме.

Маршрутизатор 12 ЕЛете! представляет собой стандартный маршрутизатор ЕЛегпеГ Модем 14 линии электропередач через устройство связи 16 линии со средним напряжением модулирует и демодулирует сигналы ЕЛегие! и передает их линию 18 электропередач с напряжением 11 кВ. Конструкция модема 14 линии электропередач более подробно описана ниже. Устройство связи 16 линии электропередач со средним напряжением имеет размеры приблизительно 0,5 м в высоту и 0,2 м в диаметре, установлена на керамический изолятор и залита полимерной смолой. В качестве устройства связи предпочтительно используют трансформатор с диэлектрическим сердечником, который, как описано выше, может быть выполнен в форме двух небольших кусочков пластин, установленных друг над другом так, что между ними образуется емкостная связь для работы на высокой частоте. Конечно, любые другие варианты конструкции высокочастотного трансформатора, описанные выше, также можно использовать в качестве устройства связи 16 линии электропередач со средним напряжением без отхода от объема или сущности настоящего изобретения.

Предпочтительно, высокочастотный сигнал ЕШегие!, передаваемый со скоростью 100 Мбит/с или выше, распространяется по линиям 18 электропередач и проходит через один или более распределительных трансформаторов 22, 24 в виде магнитных волн, а также по линиям 26 электропередач с низким напряжением 110-220В. Этот сигнал улавливается одним или более модемами 14 линии электропередач через устройства связи 28 низкого напряжения. Устройства связи 28 низкого напряжения и модемы 14 линии электропередач предпочтительно установлены на линиях 26 электропередач низкого напряжения перед электрическими счетчиками (не показаны), после которых линия передачи проходит в здание 30. Модемы 14 линии электропередач идентичны модемам 14 линии электропередач, подключенным к линиям 18 электропередач. Низковольтные устройства связи 28 могут иметь конструкцию, описанную в

- 6 006284 американском патенте № 6,396,392, и имеют меньшие размеры, чем устройство связи 16 линии электропередач со средним напряжением. В устройствах связи 28 низкого напряжения используют высокочастотные трансформаторы с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником, как описано выше.

Коммутаторы Е111сгпс1 (сетевые концентраторы - НИВ) 32 подключены к модемам 14 линии электропередач. Коммутаторы 32 Е111сгпс1 распределяют данные Е111сгпс1 по линиям электропередач в здание 30 с использованием локальной сети (ЛС), проходящей по линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением, как описано ниже.

Во всех модемах 14 линии электропередач предпочтительно используется частота 1,35 ГГц как для передачи, так и для приема. Такая несущая частота позволяет передавать сигнал через распределительные трансформаторы 22, 24 из линии 18 электропередач среднего напряжения (7-35 кВ) в линии 26 электропередач низкого напряжения (110-240 В), проходящие в здание 30. При использовании такой несущей частоты могут быть переданы данные Е111сгпс1 со скоростью от 100 до 10 Мбит/с. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что другие несущие частоты, такие как 2,7 или 3,5 ГГц, можно использовать без отхода от объема или сущности настоящего изобретения. Таким образом, система позволяет передавать сигналы несущей частоты через распределительные трансформаторы со скоростью больше 100 Мбит/с на несущих частотах 200 МГц или выше. Несущая частота может быть передана по линиям электропередач низкого напряжения (например, 120 В), среднего напряжения (например, 3-35 кВ) или высокого напряжения (например, 69-750 кВ).

В альтернативном варианте выполнения несущую частоту 30 ГГц или выше можно использовать для передачи данных Е111сгпс1 со скоростью 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с или больше. Когда используют такую несущую частоту, глобальная сеть (№ΑΝ) для передачи данных по линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением позволяет передавать данные во всех направлениях от подстанции 20 в здание 30, без необходимости прерывания канала передачи на счетчиках, установленных за пределами здания 30. Поэтому модемы 14 для линии электропередач и низковольтные устройства связи 28 не нужно размещать на линиях 26 электропередач с низким напряжением перед счетчиками (не показаны), от которых линия передач проходит в здание 30. В отличие от этого, модемы 14 для линии электропередач и низковольтные устройства связи 28 могут быть установлены внутри здания 30.

Для специалистов в данной области техники будет также понятно, что, хотя данные варианты выполнения описаны с использованием протокола ЕФсгпсЕ для приема и передачи данных можно использовать любые другие протоколы передачи данных в глобальной сети (№ΑΝ) передачи данных по линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением, без отхода от объема и сущности настоящего изобретения.

На фиг. 3 показана предпочтительная конфигурация модема 14 для линии электропередач. Физический интерфейс 38 ЕФсгпс! соединяет модем 14 линии электропередач с картой Е111сгпс1. или концентратором НИВ, или повторителем (не показан) и может содержать любое соответствующее соединение, включая соединение на витой паре. Данные ЕФсгпс! (например, данные кодирования с использованием манчестерского кода) поступают от интерфейса 38 в ЦПУ 40, такое как Мо!ого1а МРС855Т, которое преобразует закодированные данные и формирует интерфейс 42 параллельной шины. Запоминающее устройство 44 используется в качестве буфера данных интерфейса 42 параллельной шины.

Программируемая пользователем вентильная матрица (ППВМ, ЕРСА) 46, предпочтительно типа А1!ега 81табс5 25 или Χίΐίηχ Уй1ех ХСУ100-ЕС256, соединена с интерфейсом 42 параллельной шины и обеспечивает управление модемом 14 линии электропередач, а также выполняет множественную модуляцию и демодуляцию передаваемых и принимаемых данных, соответственно. В стираемом програмируемом ПЗУ (СНИЗУ, ЕРКОМ) 48 записаны программные инструкции для ННВМ 46 и ЦПУ 40. ННВМ 46 управляет переключателем 36 передачи/приема, который подключен к устройству связи 34 и к линиям 48 электропередач, по которым обеспечивается передача данных от модема 14 линии электропередач. Интерфейс устройства связи 34 в линии 48 электропередач, а также структура устройства связи 34 более подробно описаны в американском патенте № 6,396,392. Однако, как отмечено выше, в качестве устройства связи 34 следует использовать высокочастотный трансформатор с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником в соответствии с настоящим изобретением.

Схема предназначена для передачи сигналов интерфейса на ППВМ 46 и приема от нее. Для передачи сигнал с выхода ППВМ 46 проходит через цифроаналоговый (Ц/А, Ό/Α) преобразователь 50. Преобразование с повышением частоты до несущей частоты выполняется с использованием смесителя 58 и гетеродина 52. Усилитель 56 и фильтры 54 используют для передачи полученного сигнала на устройство связи 34. Аналогично, при приеме сигнал проходит через фильтры 54 и усилители 56 и поступает на смеситель 58 и гетеродин 52. Автоматическая регулировка усиления (АРУ, АСС) выполняется с помощью схемы 62 АРУ, и затем сигнал преобразуется в цифровую форму с использованием аналогово-цифрового (А/Ц) преобразователя 60 для передачи в ППВМ 46. Модем линии электропередач по фиг. 3 представляет собой полудуплексный модем, так что для передачи и для приема используют одну и ту же несущую частоту. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что АРУ и преобразование частоты вверх/вниз смесителя может быть выполнено с помощью ППВМ, без необходимости использования дополнительных схем.

- 7 006284

Фильтры 54 могут представлять собой фильтры на поверхностной акустической волне (ПАВ, 8А\У) или аппаратные БС фильтры или, в качестве альтернативы, фильтры, работающие по принципу быстрого преобразования Фурье (БПФ, ΡΡΤ), которые могут быть запрограммированы в ППВМ 46. ПФ (полосовой фильтр, ВРБ) может быть выполнен, как фильтры типа ПАВ, так же как и ФНЧ (фильтры низкой частоты, БРР) 54.

ППВМ 46 может быть запрограммирована для использования любого требуемого типа модуляции. ППВМ 46 может быть запрограммирована для использования частотной модуляции (БМ), частотной манипуляции (Б8К), двоичной фазовой манипуляции (ВР8К), фазовой манипуляции с четвертичными фазовыми сигналами (ЦР8К). квадратурной амплитудной модуляции типа 160ЛМ. 32ОЛМ. 64ОЛМ. 128ОЛМ. модуляции для множественного доступа с кодовым разделением каналов (СОМА), модуляции асимметричной цифровой абонентской линии (АЭ8Б). частотного уплотнения (ΡΌΜ), ортогонального мультиплексирования с делением по частоте (ΘΡΌΜ) или любого другого типа модуляции, без отхода от объема или сущности настоящего изобретения. Например, вместо использования одной модулированной несущей частоты для передачи с полосой пропускания 30 МГц, так, что при этом получается высокий уровень белого шума, можно использовать модуляцию типа ΘΡΌΜ с 1000 модулированных несущих частот или с равномерным разносом между указанными частотами по 30 кГц. Белый шум при полосе пропускания 30 кГц составил бы приблизительно на 20-30 дБ меньше, чем при полосе пропускания 30 МГц. Для разделения каждого канала модулированной несущей частоты шириной 30 кГц используют фильтры БПФ, которые могут быть запрограммированы в цифровом процессоре обработки сигналов (Ό8Ρ) или ППВМ. Каждая успешно демодулированная несущая частота затем может быть мультиплицирована для повышения действительной скорости передачи. Преимущество ΘΡΌΜ состоит в том, что благодаря получению более низкого уровня шумов может быть обеспечена передача сигнала на большие расстояния. В случае конкретного интерфейса радиочастоты, только некоторые из каналов ΘΡΌΜ не смогут пройти демодуляцию, в то время как работа остальных будет обеспечена.

Кроме того, можно использовать более высокий адаптивный алгоритм модуляции и кодирования путем определения отношения сигнал/шум (С/Ш, 8ΝΚ) с использованием одной из несущих частот. Например, для технологии ЦР8К требуется обеспечить С/Ш приблизительно 10 дБ и для 128ΟΑΜ требуется обеспечить С/Ш на уровне приблизительно 35 дБ. Если демодулятор имеет значение С/Ш 35 дБ, тогда он может подать команду модулятору использовать модуляцию 128 0ΑΜ. которая позволяет повысить действительную скорость передачи в 4 раза. С другой стороны, если С/Ш составляет меньше 10 дБ, что требует использовать технологию ЦР8К. можно использовать адаптивное кодирование для многократного повтора некоторой информации и сложения С/Ш для получения уровня С/Ш 10 дБ и обеспечения правильного приема. Конечно, в этом случае действительная скорость уменьшается пропорционально коэффициенту повторения.

Следует также понимать, что конкретную модель ППВМ 46 или ЦПУ 40 можно изменять без отхода от настоящего изобретения. Фактически, ППВМ 46 может быть заменена другими типами процессоров обработки сигналов Ό8Ρ, как описано в американском патенте № 6,396,392.

Вместо одной модулированной несущей частоты, можно использовать множество модулированных несущих частот. Такой подход выполняется путем добавления множества модуляторов и демодуляторов, соединенных в программируемый ППВМ 46 с использованием фильтров БПФ, в результате чего создается либо система с мультиплексированием с делением частот (частотное уплотнение ΡΌΜ), или система с ортогональным мультиплексированием с делением частот (ΘΡΌΜ). Это выполняется путем программирования ППВМ устройства 46. Показанное устройство 46 обеспечивает как возможность мультиплексирования, так и демультиплексирования. Совершенно понятно, что устройство 46 может быть легко запрограммировано, так, что оно обеспечивает работу множества модуляторов. Преимущество состоит в том, что в узкой полосе пропускания снижается уровень шумов для каждого из нескольких модулированных сигналов и использование ΡΜΌ (частотного уплотнения) или ΘΡΌΜ (ортогонального мультиплексирования с делением частот) позволяет дополнительно повысить скорость передачи и увеличить расстояние передачи данных по линии электропередач.

На фиг. 4 показан дуплексный вариант выполнения модема 14 для линии электропередач. Структура модема 14 практически идентична структуре полудуплексного модема 14, показанной на фиг. 3, за исключением интерфейса между модемом 14 и линиями 48 электропередач. Как показано на фиг. 4, переключатель 36 передачи/приема был удален. Вместо этого, одно устройство связи 34, работающее на первой частоте Ρ1, используют для передачи и второе устройство связи 34, работающее на второй частоте Ρ2, используют для приема. Например, можно использовать частоты 1,2 и 1,6 ГГц для одновременной передачи и приема по линиям 48 электропередач. В дополнение к конструктивным различиям модема 14, программа, записанная в ΕΡΚΌΜ 48 для ППВМ 46, также должна быть изменена для отражения полной дуплексной работы на двух разных частотах.

Дуплексная система, показанная на фиг. 4, может быть запрограммирована для использования множества модуляторов и демодуляторов, как описано со ссылкой на фиг. 3.

На фиг. 5 показана блок-схема устройства 10 передачи данных по линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением, предназначенного для использования в локальной сети (ЛС) с переда

- 8 006284 чей данных по линии электропередач. Устройство 10 передачи данных, показанное на чертеже, подключено к паре линий 48 электропередач. Устройство 10 передачи данных, в общем, содержит модулятор 64, демодулятор 66, интерфейс 68 Е111сгпс1. устройство связи 34 и источник 70 питания. Устройство 10 передачи данных подключается к карте ЕШегпеЕ концентратору (НИВ) или переключателю (не показан) и передает данные ЕШете! по линиям 48 электропередач в дуплексном режиме.

При работе первое устройство 10 передачи данных, обозначенное как ведущий блок, подключено к линиям 48 электропередач и передает сигнал на первой частоте Е1 и принимает сигнал на второй частоте Е2. Второе устройство 10 передачи данных, обозначенное как ведомый блок, также подключено к линиям 48 электропередач и передает сигнал на второй частоте Е2 и принимает сигнал на первой частоте Е1. Только в качестве примера в устройствах, описанных ниже, используют частоту 250 МГц в качестве частоты Е1 и 350 МГц в качестве частоты Е2, для передачи сигнала Е111егпе1 со скоростью 10 Мбит/с по линиям электропередач. Для специалистов в данной области техники, конечно, будет понятно, что другие частоты можно было бы использовать без отхода от объема и сущности настоящего изобретения. Например, частоты в диапазонах 2,44 и 5,8 ГГц, которые представляют собой частотные диапазоны, не требующие лицензирования для передачи данных, можно было бы использовать для передачи сигнала Е111егпе1 со скоростью 100 Мбит/с по линиям электропередач.

Подробная конструкция модулятора 64 ведущего блока (например, для передачи на частоте 250 МГц) показана на фиг. 6. Модулятор 64 предпочтительно представляет собой частотный модулятор, содержащий генератор 76, модулятор 74 и конденсаторы и индуктивности, подключенные, как показано на схеме. Модулятор 64 также содержит радиочастотный трансформатор КЕ 72 и соответствующие цепи, которые показаны на чертеже, используемые в качестве интерфейса, от порта интерфейса подключаемых сетевых устройств (ИПУ, Αυΐ), интерфейса 68 ЕФегпеГ Входной сигнал Е1йегпе1 передается от трансформатора через схемы 74, 76 генератора/модулятора и затем через цепи ЬС фильтра для вывода модулированного сигнала. Значения емкостей и индуктивностей выбирают на основе несущей частоты, которая в случае ведущего блока составляет 250 МГц.

На фиг. 7 показан модулятор 64 для ведомого блока (например, работающего на частоте передачи 350 МГц). Модулятор 64 ведомого блока идентичен модулятору 64 ведущего блока, за исключением значений индуктивностей и емкостей схемы ЬС фильтра. Значения индуктивностей и емкостей в модуляторе 64 ведомого блока выбирают на основе несущей частоты 350 МГц.

Подробная схема демодулятора 66 ведущего блока (например, рассчитанного на прием на частоте 350 МГц) показана на фиг. 8. Частотно модулированный входной сигнал вначале проходит через два радиочастотных усилителя 78 и соответствующие цепи, которые показаны между усилителями 78, содержащие В1шсй (Блинч) фильтры, используемые для отделения шумов и других несущих частот от модулируемого входного сигнала. Значения ЬС В1шсй фильтров выбирают на основе несущих частот, используемых в устройствах 10 передачи данных. Отфильтрованный модулированный сигнал затем поступает в схему 82 детектора частотно-модулированных сигналов через радиочастотный трансформатор 80. Схема 82 детектора частотно-модулированных сигналов предпочтительно выполнена на основе микросхемы МС13155Э. Сигнал с выхода схемы 82 детектора частотно-модулированных сигналов затем проходит через быстродействующие усилители 84 и фильтры 86 для генерирования выходного сигнала восстановленных данных Е1йете1 модулированного входного сигнала.

На фиг. 9 показан демодулятор 66 для ведомого блока (например, принимающего сигнал на частоте 250 МГц). Демодулятор 66 ведомого блока идентичен демодулятору 66 ведущего блока, за исключением значения индуктивностей и емкостей в В1тсй фильтрах, используемых для модулирования входного сигнала. Значения индуктивностей и емкостей в демодуляторе 66 ведомого блока отличаются из-за использования другой несущей частоты, которую отфильтровывают из модулированного входного сигнала.

Вариант выполнения демодулятора 66, описанный выше, ограничивается скоростью передачи данных сети Е111егпе1 10 Мбит/с из-за использования схемы детектора частотно-модулированных сигналов МС13155Э и несущих частот 250 и 350 МГц. Полоса пропускания демодулятора 66 может быть увеличена до скорости передачи данных сети Е1йегпе1 100 Мбит/с путем использования схемы 82 детектора частотно-модулированных сигналов, позволяющей работать в полосе частот, превышающей 200 МГц, а также путем использования несущей частоты выше 1 ГГц.

На фиг. 10 подробно показан интерфейс 68 Е111егпе1 как для ведущего блока, так и для ведомого блока. Два альтернативных интерфейса выполнены в интерфейсе 68 Е1йегпе1. Первый интерфейс подключаемых сетевых устройств ИПУ предназначен для концентратора (НиВ) или коммутатора ЕШегпеЕ подключаемого через соединитель 88. Две линии 90 проходят от соединителя 88 непосредственно к модулятору 64, и выходной сигнал демодулятора 66 подключен к соединителю 88 с использованием радиочастотного трансформатора 92. В качестве альтернативы, устройство 10 передачи данных может быть подключено к концентратору (НиВ) или коммутатору Е111егпе1 с использованием соединителя 94 Е1йете1 КТ-45 на витой паре. Когда используют соединитель 94 КТ-45, интегральная схема 96, которая представляет собой приемопередатчик 10Ва§е-Т (спецификация 1ЕЕЕ 802.31 для сетей Е1йете1 с использованием неэкранированного кабеля на основе витых пар) или витую пару Е1йегпе1/витую пару ИПУ, для обеспе

- 9 006284 чения интерфейса между соединителем 94 КТ-45 с портом ИПУ ЛИ1 соединителя 88 предпочтительно используют микросхему МБ4658СО и соответствующие цепи, которые показаны на чертеже.

На фиг. 11 показано устройство связи 34, предназначенное для использования в ведущем блоке устройства 10 передачи данных. Для передачи по линиям 48 электропередач выходной сигнал модулятора 64 вначале проходит через радиочастотный усилитель 96 и фильтр 98 низкой частоты. Сигнал затем поступает в высокочастотное устройство связи с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником в соответствии с настоящим изобретением, содержащее трансформатор 100 с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником и разделительный конденсатор (Сед) 102. С помощью трансформатора 100 и разделительного конденсатора 102 сигнал подключают к линиям 48 электропередач. Значения ЬС в фильтре 98 низкой частоты выбирают на основе несущей частоты. Значения емкости разделительного конденсатора (Сед) 102 выбирают так, что обеспечивается согласование полного сопротивления на уровне 50 Ом между линиями 48 электропередач и радиочастотным усилителем 96.

Для приема сигналов из линий 48 электропередач высокочастотное устройство связи с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником в соответствии с настоящим изобретением, содержащее трансформатор 104 с воздушным сердечником или диэлектрическим сердечником и разделительный конденсатор (Сед) 106, вначале снимает входной сигнал из линий 48 электропередач. Входной сигнал затем поступает через радиочастотный усилитель 108 и Βΐίποίι фильтр 110 на выход, на демодулятор 66. На стороне передачи значения ЬС Βΐίποίι фильтра 110 выбирают на основе несущей частоты. Значения емкости разделительного конденсатора (Сед) 106, выбирают так, что обеспечивается согласование полного сопротивления на уровне 50 Ом между линиями 48 электропередач и радиочастотным усилителем 108.

На фиг. 12 показано устройство связи 34 для ведомого блока устройства 10 передачи данных. Устройство связи 34 ведомого блока идентично устройству связи 34 ведущего блока, за исключением значений индуктивностей и емкостей, используемых в Βΐίποίι фильтре 110, а также низкочастотном фильтре 98, а также значений емкостей, используемых в качестве разделительных конденсаторов (Сед) 102, 106. Значения этих индуктивностей и емкостей в устройстве связи 34 ведомого блока отличаются из-за другого значения несущих частот, используемых для передачи и приема сигналов по линиям 48 электропередач, которые противоположны по сравнению с ведущим блоком устройства 10 передачи данных.

Наконец, на фиг. 13 показан источник 70 питания, предназначенный для использования с устройством 10 передачи данных. Переменное напряжение питания отбирают из линий 48 электропередач и пропускают через изолирующие шайбы 112 для изоляции полного внутреннего сопротивления трансформаторов 114 питания от полного внутреннего сопротивления линий 48 электропередач. Это выполнено для обеспечения более стабильной полосы пропускания по линиям электропередач и повышения уровня сигнала. Энергию питания постоянного тока получают с использованием трансформаторов 114 и выпрямителей 116. Наконец, выход постоянного тока с различными напряжениями, необходимый для устройства 10 передачи данных, получают с использованием стабилизаторов 118 напряжения. Как показано на фиг. 13, отдельные трансформаторы 114 питания, выпрямители 116 и стабилизаторы 118 напряжения используют для получения напряжения питания для стороны передачи и стороны приема устройства 10 передачи данных. Таким образом, несущие частоты 250 и 350 МГц изолируют друг от друга.

Для специалистов в данной области техники будет понятно, что в отношении описанных выше вариантов выполнения могут быть выполнены изменения без отхода от широкой концепции настоящего изобретения. Поэтому следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается описанными выше конкретными вариантами выполнения, но предназначено для охвата модификаций в пределах объема и сущности настоящего изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.

Claims (19)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство передачи данных, предназначенное для передачи мультиплексированных электрических сигналов по одной или больше электрическим линиям, имеющим характеристическое полное сопротивление, содержащее множество модуляторов, предназначенных для модуляции электрических сигналов, для получения множества несущих модулированных сигналов, каждый из которых имеет заданную частоту на уровне приблизительно 200 МГц или выше;

   один или больше передатчиков, каждый из которых имеет выходное полное сопротивление, функционально подключенных к каждому модулятору для передачи несущих модулированных сигналов;

   устройство связи, предназначенное для связи электрической линии с каждым из передатчиков, причем указанное устройство связи согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением электрической линии и передает несущие модулированные сигналы в электрическую линию без существенных фазовых искажений;

   каждое устройство связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник; и разделительный конденсатор, который включен в резонансную цепь с трансформатором на заданной частоте;

   - 10 006284 указанный трансформатор содержит первую электропроводную пластину; и вторую электропроводную пластину, расположенную на некотором расстоянии от первой электропроводной пластины, с использованием немагнитного сердечника;

   конденсатор, предназначенный для включения между первой электропроводной пластиной и электрической линией, в котором полное сопротивление первой электропроводной пластины и конденсатора согласованы с характеристическим полным сопротивлением электрической линии в заданной полосе пропускания; и мультиплексор с частотным разделением каналов, предназначенный для комбинирования электрических сигналов.
2. 2. Устройство по п.1, в котором указанный мультиплексор с частотным разделением каналов представляет собой мультиплексор с ортогональным разделением частоты.
3. 3. Устройство по п.1, в котором мультиплексированные сигналы передают с использованием сетевого протокола ЕШегие!.
4. 4. Устройство передачи данных, предназначенное для передачи мультиплексированных электрических сигналов по одной или больше электрическим линиям, имеющим характеристическое полное сопротивление, содержащее множество модуляторов, предназначенных для модуляции электрических сигналов, для получения множества несущих модулированных сигналов, имеющих заданную частоту на уровне приблизительно 200 МГц или выше;

   один или больше передатчиков, каждый из которых имеет выходное полное сопротивление, функционально подключенных к каждому модулятору для передачи несущих модулированных сигналов;

   устройство связи, предназначенное для связи электрической линии с каждым из передатчиков, причем указанное устройство связи согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением электрической линии и передает несущие модулированные сигналы в электрическую линию без существенных фазовых искажений;

   каждое устройство связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник; и разделительный конденсатор, который включен в резонансную цепь с трансформатором на заданной частоте;

   указанный трансформатор содержит первую электропроводную пластину; и вторую электропроводную пластину, расположенную на некотором расстоянии от первой электропроводной пластины с использованием немагнитного сердечника;

   конденсатор, предназначенный для включения между первой электропроводной пластиной и электрической линией, в котором полное сопротивление первой электропроводной пластины и конденсатора согласованы с характеристическим полным сопротивлением электрической линии при заданной полосе пропускания; и мультиплексор для комбинирования электрических сигналов.
5. 5. Устройство по п.4, в котором мультиплексированные сигналы передают с использованием сетевого протокола ЕШегие!.
6. 6. Устройство передачи данных, предназначенное для передачи электрических сигналов со скоростью приблизительно 100 Мбит/с или больше, по одной или больше электрическим линиям, имеющим характеристическое полное сопротивление, содержащее множество модуляторов, предназначенных для модуляции электрических сигналов для получения множества несущих модулированных сигналов, имеющих заданную частоту, равную или выше 200 МГц;

   передатчик, функционально подключенный к модулятору и имеющий выходное полное сопротивление, причем указанный передатчик передает несущие модулированные сигналы;

   устройство связи, подключенное между электрической линией и передатчиком, причем указанное устройство связи согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением электрической линии и передает несущие модулированные сигналы в электрическую линию без существенных фазовых искажений;

   указанное устройство связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник; и разделительный конденсатор, который включен в резонансную цепь с трансформатором на заданной частоте;

   указанный трансформатор содержит первую электропроводную пластину; и вторую электропроводную пластину, расположенную на некотором расстоянии от первой электропроводной пластины, с использованием немагнитного сердечника;

   конденсатор, предназначенный для включения между первой электропроводной пластиной и электрической линией, причем полное сопротивление первой электропроводной пластины и конденсатора

   - 11 006284 согласовано с характеристическим полным сопротивлением электрической линии в заданной полосе пропускания.
7. 7. Устройство по п.6, в котором модулированные несущие сигналы передают со скоростью приблизительно 1 Гбит/с или выше.
8. 8. Устройство по п.6, в котором мультиплексированные сигналы передают с использованием сетевого протокола ЕШегпе!.
9. 9. Способ передачи электрических сигналов по электрической распределительной системе, включающей распределительные трансформаторы, причем распределительная система имеет характеристическое полное сопротивление на входных выводах для электрических сигналов, заключающийся в том, что используют множество модуляторов, предназначенных для модуляции электрических сигналов для получения множества несущих модулированных сигналов, имеющих частоту, равную или больше 200 МГц;

   передают несущие модулированные сигналы с использованием передатчика, имеющего полное выходное сопротивление;

   связывают несущие модулированные сигналы с электрической системой без существенных фазовых искажений с использованием устройства связи, которое согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением системы в месте подключения;

   указанное устройство связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник, и разделительный конденсатор, причем указанное устройство связи передает несущие модулированные сигналы в электрическую систему без существенных фазовых искажений; и указанный разделительный конденсатор включен в резонансную цепь с трансформатором на несущих модулированных частотах;

   указанный трансформатор содержит первую электропроводную пластину; и вторую электропроводную пластину, расположенную на некотором расстоянии от первой электропроводной пластины, с использованием немагнитного сердечника;

   указанный разделительный конденсатор включен между первой электропроводной пластиной и электрической системой, в котором первая электропроводная пластина и конденсатор согласованы с характеристическим полным сопротивлением электрической системы в заданной полосе пропускания; и в котором электрический сигнал обеспечивает передачу данных со скоростью приблизительно 100 Мбит/с или выше.
10. 10. Способ по п.9, в котором электрическая система включает электрические линии низкого напряжения, среднего напряжения и высокого напряжения или какую-либо их комбинацию.
11. 11. Способ передачи электрических сигналов по одной или больше электрическим линиям, имеющим характеристическое полное сопротивление, заключающийся в том, что используют множество модуляторов, предназначенных для модуляции электрических сигналов для получения множества несущих модулированных сигналов, имеющих заданную частоту, равную или больше 200 МГц;

    передают несущие модулированные сигналы с использованием передатчика, имеющего выходное полное сопротивление;

    связывают несущие модулированные сигналы с электрической линией без существенных фазовых искажений, с использованием устройства связи, которое согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением электрической линии;

    указанное устройство связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник, причем указанный трансформатор передает несущие модулированные сигналы в электрическую линию без существенных фазовых искажений; и разделительный конденсатор, который включен в резонансную цепь с трансформатором на заданной частоте;

    указанный трансформатор содержит первую электропроводную пластину;

    вторую электропроводную пластину, расположенную на некотором расстоянии от первой электропроводной пластины, с использованием немагнитного сердечника; и указанный разделительный конденсатор включен между первой электропроводной пластиной и электрической линией, в котором электропроводная пластина и конденсатор согласованы с характеристическим полным сопротивлением электрической линии при заданной полосе пропускания;

    в котором вторичная обмотка указанного трансформатора функционально подключена к передатчику при полном сопротивлении согласования на уровне приблизительно 40-50 Ом, по существу, без изменения полного сопротивления электрической линии, и первичная обмотка трансформатора согласована по полному сопротивлению с электрической линией в диапазоне приблизительно 1-500 Ом.
12. 12. Система для распределения высокоскоростных информационных сигналов, таких как цифровые видеосигналы, цифровые голосовые сигналы или сигналы передачи цифровых данных по электрической распределительной системе, включающей трансформаторы, из удаленного местоположения в заданное местоположение, выполненная с возможностью

    - 12 006284 связи высокоскоростных информационных сигналов, передаваемых со скоростью от приблизительно 10 Мбит/с до приблизительно 1 Гбит/с, с секцией среднего напряжения распределительной системы;

    распределения высокоскоростных информационных сигналов по электрическим линиям в системе, включающей распределительные трансформаторы, в заданное местоположение;

    связи высокоскоростных информационных сигналов из распределительной системы низкого напряжения, рядом с заданным местоположением, с модемом для передачи в локальную сеть (ЛС) в заданном местоположении со скоростью от приблизительно 10 до 100 Мбит/с;

    каждое из указанных устройств связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник, для подключения высокоскоростных информационных сигналов без существенных фазовых искажений;

    указанный трансформатор содержит первую электропроводную пластину;

    вторую электропроводную пластину, расположенную на некотором расстоянии от первой электропроводной пластины, с использованием немагнитного сердечника; и разделительный конденсатор, подключенный между первой электропроводной пластиной и электрической линией, в котором первая электропроводная пластина и конденсатор согласованы с характеристическим полным сопротивлением электрической линии.
13. 13. Способ передачи электрических сигналов по электрической распределительной системе со скоростью приблизительно 100 Мбит/с или выше, заключающийся в том, что используют множество модуляторов для получения множества несущих модулированных сигналов;

    передают несущие модулированные сигналы с использованием передатчика, имеющего выходное полное сопротивление;

    связывают несущие модулированные сигналы с электрической системой без существенных фазовых искажений с использованием устройства связи, которое согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением системы в месте подключения;

    указанное устройство связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник, и разделительный конденсатор, причем указанное устройство связи передает несущие модулированные сигналы в электрическую систему без существенных фазовых искажений.
14. 14. Способ по п.13, в котором трансформатор содержит первую электропроводную пластину;

    вторую электропроводную пластину, расположенную на некотором расстоянии от первой электропроводной пластины, с использованием немагнитного сердечника; и указанный разделительный конденсатор включен между первой электропроводной пластиной и электрической линией, в котором электропроводная пластина и конденсатор согласованы с характеристическим полным сопротивлением электрической линии в местоположении подключения устройства связи к электрической линии.
15. 15. Способ по п.13, в котором электрические сигналы передают по электрической распределительной системе с использованием сетевого протокола ЕФсгпсР
16. 16. Способ передачи электрических сигналов по электрической распределительной системе со скоростью приблизительно 100 Мбит/с или выше, заключающийся в том, что в системе сетевой модем/электрическая линия, подключенной к магистральной линии всей системы сети кабельного телевидения, телефона, Интернет, системы безопасности и других систем управления, осуществляющей высокоскоростную передачу данных, с использованием несущих сигналов с цифровой обработкой по электрической линии непосредственно через распределительные трансформаторы от электрической линии среднего-низкого напряжения и обратно;

    получают множество несущих модулированных сигналов, создавая, таким образом, мультиплексирование с частотным разделением или мультиплексирование с ортогональным частотным разделением по электрической линии;

    передают несущие модулированные сигналы через передатчик, имеющий выходное полное сопротивление;

    связывают несущие модулированные сигналы с электрической системой без существенных фазовых искажений, с использованием устройства связи, которое согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическими полным сопротивлением системы в месте подключения и согласует характеристическое полное сопротивление электрической линии;

    указанное устройство связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник, и разделительный конденсатор, причем указанное устройство связи передает несущие модулированные сигналы в электрическую систему без существенных фазовых искажений.
17. 17. Способ по п.16, в котором электрические сигналы передают по электрической распределительной системе с использованием сетевого протокола ЕФсгпсР
18. 18. Способ передачи электрических сигналов по электрической линии со скоростью приблизительно 100 Мбит/с или выше, заключающийся в том, что в системе сетевой модем/электрическая линия, выполненной с возможностью высокоскоростной передачи данных по сети с использованием электрической линии, с обработанными цифровыми несущими сигналами, для кабельного телевидения, телефона, Интернет, системы безопасности и других систем управления;

    - 13 006284 получают множество несущих модулированных сигналов, создавая мультиплексирование с частотным разделением или мультиплексирование с ортогональны частотным разделением по электрической линии;

    передают несущие модулированные сигналы через передатчик, имеющий выходное полное сопротивление;

    связывают несущие модулированные сигналы с электрической системой без существенных фазовых искажений с использованием устройства связи, которое согласует выходное полное сопротивление передатчика с характеристическим полным сопротивлением системы в месте подключения и согласует характеристическое полное сопротивление электрической линии;

    указанное устройство связи содержит трансформатор, имеющий немагнитный сердечник, и разделительный конденсатор, причем указанное устройство связи передает несущие модулированные сигналы в электрическую систему без существенных фазовых искажений.
19. 19. Способ по п.18, в котором электрические сигналы передают по электрической линии с использованием сетевого протокола ЕШегле!.