EP1454423A1 - Hochfrequente datenübertragung - Google Patents

Hochfrequente datenübertragung

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Publication number
EP1454423A1
EP1454423A1 EP01275046A EP01275046A EP1454423A1 EP 1454423 A1 EP1454423 A1 EP 1454423A1 EP 01275046 A EP01275046 A EP 01275046A EP 01275046 A EP01275046 A EP 01275046A EP 1454423 A1 EP1454423 A1 EP 1454423A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
data signal
power supply
input
supply network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01275046A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hanspeter Widmer
Kurt Müller
Markus Bittner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Current Communications International Holding GmbH
Original Assignee
Ascom Powerline Communications AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ascom Powerline Communications AG filed Critical Ascom Powerline Communications AG
Publication of EP1454423A1 publication Critical patent/EP1454423A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/56—Circuits for coupling, blocking, or by-passing of signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5404—Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines
    • H04B2203/5425—Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines improving S/N by matching impedance, noise reduction, gain control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
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    • H04B2203/5429—Applications for powerline communications
    • H04B2203/5445—Local network
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/5483—Systems for power line communications using coupling circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/5491—Systems for power line communications using filtering and bypassing

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for transmitting a high-frequency data signal via a power supply network between at least one user device connected to the power supply network and a communication device which is connected to the power supply network via at least one coupling device, the at least one coupling device for coupling in and out a high-frequency data signal is formed in or out of the power supply network.
  • the invention further relates to a corresponding method and a bypass device for such an arrangement.
  • the data is modulated onto a high-frequency signal, which is then coupled into one of the lines of the power network.
  • the data signal is coupled out of the power conductor and, if necessary, demodulated.
  • the range that is possible with such systems depends largely on the nature of the network over which the data is to be transmitted. For example, if the network has many branches and / or jumps in impedance, this results in high attenuation of the high-frequency data signal. In order to cover a certain distance, the data signal must have more power accordingly.
  • An example of a network area with high attenuation is the house connection of a low-voltage power supply network, where the current is distributed from one of the supply lines of a transformer station to the individual customer connections.
  • This area of the power grid usually includes not only a plurality of busbars for tapping the individual customer connections, but typically also overcurrent fuses and the electricity meters for the customer connections.
  • a high-frequency data signal coupled into the low-voltage power supply network is thus subjected to a large attenuation during the transmission from the supply line to one of the customer connections or vice versa.
  • the transformer station for example the area of the distribution of the step-down current.
  • the low voltage is typically routed to a busbar, from which a plurality of supply lines branch off.
  • Each supply line usually also has an overcurrent protection.
  • a powerline signal which is coupled into the network at the busbar, for example, In turn, transmission to the individual supply lines is greatly damped by the branches and the fuses.
  • a known way to solve these problems is to couple the signal to be transmitted with a corresponding amount of power into the network so that it also has enough power after the house connection or after the transformer station so that it can be correctly detected at the receiver.
  • this solution has several disadvantages. For example, the energy requirement for the transmission of the data increases in accordance with the power of the data signal. In addition, with increasing power, the electromagnetic radiation of the corresponding lines is increased, which can lead to undesired or even unauthorized radiation values. In addition, the transmitting and receiving devices involved must be designed for the higher signal powers, which automatically results in more expensive devices.
  • the object of the invention is to provide an arrangement of the type mentioned at the outset which makes it possible to avoid the disadvantages of the prior art and in particular enables high-frequency data transmission via low-voltage networks with reduced transmission power.
  • the arrangement for transmitting a high-frequency data signal via a power supply network between a user device which is connected to the power supply network and a communication device which is connected to the power supply network via a coupling device comprises a bypass device which serves network areas with increased attenuation to bypass for high frequency signals.
  • the coupling device is designed to couple a high-frequency data signal into and out of the power supply network and, viewed from the user device, is connected to the power network in front of the area of increased attenuation. This prevents the high-frequency data signal from the communication between the user and communication device must pass through this area of increased attenuation.
  • the term increased only means that the attenuation for high-frequency signals is higher than, for example, in the case of a direct wire connection.
  • the damping is increased, for example, if the corresponding network area has many branches or if it has additional impedances, such as are typical for overcurrent fuses or current measuring devices.
  • the user device is, for example, a powerline modem of a known type which, for example, connects a user's computer to the power supply network.
  • User data to be transmitted are modulated onto a high-frequency carrier signal by the modem and then coupled into the power supply network.
  • a received data signal is demodulated and the data forwarded to the user or his computer.
  • the arrangement can also be for multiple user devices, i. H. be designed for several users, who are typically each connected to a different branch of the power supply network.
  • a plurality of coupling devices are correspondingly provided, which are connected to the corresponding branches of the power network.
  • a bypass device is provided according to the invention, to which the communication device is connected on one side and the coupling device (s) is or are connected on the other side.
  • the bypass device establishes the connections between the communication device and the coupling device (s).
  • the bypass device is designed such that it distributes the power of a high-frequency data signal transmitted in the direction of the user device to the connected coupling devices.
  • the high-frequency data signal to be transmitted between the communication device and the user device (s) is not at the common root point of the Branches behind the area of increased attenuation, but, (seen from the user device) in front of this area in or out of the power line, the areas of high attenuation can be avoided.
  • This allows the data signal to be fed into the corresponding current conductor in both transmission directions with a reduced transmission power.
  • the corresponding devices can therefore be designed for lower nominal powers and thus manufactured more cheaply.
  • the bypass device in which the power of the data signal is divided in the direction of the user devices also results in a further reduction in the transmission power in the area of the network branches to which the user devices are connected.
  • the invention can be applied to any power network via which high-frequency data signals are to be transmitted and which has individual areas of increased attenuation.
  • any power network via which high-frequency data signals are to be transmitted and which has individual areas of increased attenuation.
  • use in power networks of any voltage level i. H. from small to low and medium voltage networks to high and low. High voltage network conceivable.
  • the invention is preferably applied to low voltage power supply networks.
  • These power supply networks typically take over the fine distribution of the electricity transformed to low voltage to the end customers. D h. they provide access to most potential customers for Powerline communication applications. As a result, most data traffic also runs over such networks.
  • such low-voltage power supply networks between the transformer and an end customer usually have several areas with increased attenuation. The invention is ideally suited to circumventing such areas.
  • Areas of increased damping where the invention is preferably used, are formed by the various distribution devices, such as are present in transformer stations or in house connections. With these distribution devices, the current is distributed from a supplying power line to at least one outgoing power line. But not only these branches have an increased attenuation for high-frequency signals Consequences, also overcurrent fuses and / or electricity meters, which are typically provided in the discharging power lines, contribute to this.
  • the corresponding coupling device between the user device and the distribution device i. H. seen from the user device in front of the distribution device, connected to the mains.
  • the invention can be used not only in distribution devices, but also in other areas of a low-voltage power supply network with increased attenuation.
  • Such power networks have branches not only in the area of the transformer station or the house connection, but in the entire area of the network.
  • these areas are often not as easily accessible from the outside as the distribution devices mentioned, which is why an application of the invention would be correspondingly cumbersome and complex.
  • the low-voltage network has an increased attenuation in the area of a house connection, where the current is distributed from a supply line to a plurality of customer lines.
  • the individual conductors of the supply line are routed to a busbar to which the individual customer lines are connected.
  • the user devices are then each connected to one of the customer lines.
  • each customer line typically has a fuse and an electricity meter in the area of the busbar.
  • the arrangement according to the invention is therefore preferably designed to bypass a house connection, the coupling device, viewed from a user device, being connected in front of the fuse or the electricity meter.
  • the invention can be applied to all Powerline systems.
  • a high-frequency data signal fed into the supply line at the transformer station is namely decoupled from the supply line in front of the busbar of the house connection, passed through the bypass device and finally coupled back into the desired customer line or the desired customer lines after the meter or after the fuse and forwarded to the respective recipient.
  • This can also be done in the opposite direction.
  • the attenuation in the bypass area is significantly lower than the attenuation when crossing the house connection.
  • the data signal must be coupled into the transformer station with significantly lower power, since it only has to be sufficient to reach the house connection and not to reach the customer behind the house connection.
  • the transmission power when forwarding the data signal via the bypass can also be significantly reduced compared to forwarding through the house connection, so that the receiver receives the same power.
  • the data signal arriving at the receiver naturally has a higher power with the same transmission power if the invention is applied.
  • the communication device is connected to the input and the coupling device (s) are connected to the outputs.
  • the bypass device In order to transmit a signal present at the input to one or more coupling devices, the bypass device also has means for selectively connecting the input to at least one output. This makes it possible to forward the signal at the input to one output, several or even all outputs.
  • the bypass device has means which serve to distribute the power of the input signal to the output signal or outputs.
  • This division of the power is advantageously carried out in such a way that the power is divided equally among the relevant outputs. I.e. if the data signal is to be forwarded to three apartments in a house which has, for example, eight apartments, the power of the data signal is distributed to the three corresponding outputs of the bypass device in such a way that each of the three partial signals has the same power.
  • This power distribution can be implemented, for example, with a cascade of power dividers, each with one input and two outputs. However, power dividers with one input and more than two outputs are also available, and these must be combined in such a way that the desired number of outputs is available.
  • power dividers are used which are designed such that their outputs are decoupled from one another. Instead of dividing the power equally into the desired outputs, it could also be done unevenly. However, the reception quality of the different customers could be different, which would be undesirable. However, it is conceivable that when dividing the power, the following network topology is taken into account and the power is specifically distributed unevenly among the various outputs in such a way that, for example, different attenuations due to uneven transmission paths would be compensated.
  • the outputs can also be optionally connected to the input.
  • the bypass device is preferably designed such that means for amplifying a signal are provided in the direction of the input. I.e. A data signal that is forwarded from one or more outputs to the input is amplified to a certain performance level by these means and is forwarded via the input to the communication device.
  • the data signal is amplified in the direction of the input so that a sufficient SNR (signal to noise ratio) for correct detection of the data signal can be achieved in the communication device, despite feeding the data signal with reduced power.
  • SNR signal to noise ratio
  • control means could be saved. In this case, however, different forward or backward paths, and thus a performance adjustment in the backward path, could not be realized at all or only with great effort.
  • One option is to provide a control input to which a control signal can be applied, which externally controls which connections are to be switched through. This external control can take place, for example, through the communication device, which knows when a Data signal from inputs to one or more outputs or vice versa.
  • control means are integrated in the bypass device. These control the switching of the connections, for example, as a function of one or more parameters, for example as a function of the signals present at the input and / or the outputs.
  • FIG. 1 shows a building using the low-voltage power supply network for powerline communication with a bypassing the house connection according to the invention
  • FIG. 2 shows a bypass device according to the invention with means for power sharing
  • Fig. 3 shows another embodiment of the bypass device without
  • Power splitter; 4 shows a further embodiment of the bypass device with a 1: 4
  • FIG. 5 shows a power divider for the bypass device from FIG. 2;
  • FIG. 6 shows a bypass device with internal means for controlling the connections between the inputs and the outputs
  • Fig. 7 is a bypass device with control input for external control of the
  • Fig. 8 shows a further bypass device with internal means for controlling the
  • Fig. 9 shows a transformer station with feed of Powerline signals
  • FIG. 10 shows a further variant for using the invention in a building according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a building 2 connected to a power grid 1, typically a low-voltage power grid, in which the current from the house connection 3 is distributed, for example, to a plurality of customer lines 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and to the individual apartments 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 to be led.
  • the current is conducted to a busbar 4, from which the individual customer lines 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 branch, each customer line 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 separately via an overcurrent fuse 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 and an electricity meter 7.1 , 7.2, 7.3, 7.4 is performed.
  • Apartments 5.1, 5.3 and 5.4 are also connected to power grid 1 for Powerline communication.
  • the high-frequency data signals are, for example, coupled into the power grid 1 at the transformer station (not shown in FIG. 1) and routed to the building 2 via the supply line 8 or house connection line 9.
  • the data signal is coupled out of the house connection line 9 with a communication device 10 in front of the house connection 3.
  • the data signal is then forwarded to the bypass device, hereinafter referred to as distributor box 11.
  • the data signal is divided in the distribution box 11 and, in the example shown, is routed to three coupling devices 12.1, 12.3, 12.4, which couple the data signal into the corresponding customer lines 4.1, 4.3, 4.4.
  • the data signal can then be picked up in the respective dwellings 5.1, 5.3, 5.4 with a corresponding user device 10.1, 10.2, 10.3 at any socket.
  • the data signal is inserted into the power supply system 1 with the aid of the user device 10.1, 10.2, 10.3 and is decoupled from the corresponding coupling device 12.1, 12.3, 12.4 in front of the respective counter 7.1, 7.3, 7.4. After that it will
  • the data signal is, for example, decoupled again from the power network 1 and into other devices via appropriate devices
  • Communication networks such as the public telephone network or the Internet fed.
  • the data signal decoupled from the house connection line 9 by the communication device 10 can also be demodulated and, if necessary, decoded. In this case, the data must be modulated again accordingly before forwarding to the distribution box 11 and, if necessary, encoded.
  • the distributor box 1 1 In the backward direction, ie from the customer towards the house connection line, the distributor box 1 1 either acts as a combiner, which simply sums up the signals at the outputs and places them on the input, or it works selectively and only switches the output through to the input , to which a correct data signal is present.
  • the network area around the house connection 3 has an increased attenuation for high-frequency signals due to the branches in the busbar 4 and the fuses and counters. With the arrangement shown in FIG. 1, this network area can be circumvented in a simple manner, so that the high-frequency data signal can be transmitted by the communication device 10 or by the coupling devices 12.1, 12.3 and 12.4 with a significantly lower power than if the data signal is via the house connection 3 would be performed.
  • the distributor box 1 1 is prepared for connecting the fourth apartment 5.2 and has a corresponding output. If the customer in apartment 5.2 decides to also use Powerline services, the connection can be made in a simple manner by connecting a coupling device to the distribution box 11 and to the customer line 4.2.
  • the distribution box 11 is shown in FIG. It comprises an input 13 and four outputs 14.1, 14.2, 14.3, 14.4. Furthermore, it comprises a plurality of power dividers 15 with which the power of a signal present at input 13 is divided equally between the four outputs 14.1, 14.2, 14.3, 14.4. This enables a further reduction in the high-frequency power transmitted in the in-house area to be achieved.
  • the power divider 15 is shown in FIG. 5. It has an input 15.1 and two outputs 15.2, 15.3 and routes a signal fed in at input 15.1 to both outputs 15.2, 15.3 further, the power of the signal being evenly divided between the two outputs 15.2, 15.3.
  • the two output signals are not coupled to one another.
  • it is a kind of Wilkinson power divider.
  • the signal attenuation in the forward direction is low, ie approximately in the order of 3 dB.
  • FIG. 3 shows another distributor box 1.1, likewise with an input 13 and four outputs 14.1, 14.2, 14.3, 14.4.
  • a signal present at input 13.1 is placed on a busbar 16 and tapped from there individually for each output 14.1, 14.2, 14.3, 14.4.
  • Figure 4 shows the distribution box 1 1.1 with an extension.
  • the signal is not placed on a busbar, but on the input of a 1: 4 power divider 17. This distributes the power of the input signal evenly across all four outputs 14.1, 14.2, 14.3, 14.4.
  • FIG. 6 shows a further variant of the distributor box 1 1.2.
  • This has two different signal paths between the input 13 and the power divider network.
  • the signal path leads from the input 13 via a switch 18 to the input of the first power divider 15.
  • the signal path leads from the input of the first power divider 15 via an amplifier 19 to the input of the distributor box 1 1.2.
  • the switch 18 is now controlled by a control device 20 such that the switch 18 closes the forward path when a signal in the forward direction, or that the switch 18 closes the reverse path when a signal is to be transmitted in the reverse direction.
  • the amplifier 19 is used so that the data signals can also be coupled into the customer lines 4.1, 4.3, 4.4 with a reduced power in the reverse direction, ie by the customer, so that the radiation values in the region of the customer lines do not exceed a predetermined limit.
  • the data signal is attenuated by the distributor box 1 1 and reaches the customer lines 4.1, 4.3 4.4 with a reduced output.
  • This reduced performance is sufficient for the Radiation values are in the desired ranges and the SNR (signal to noise ratio) at the customer is sufficient for the correct detection of the data signal. That is, the customer should also couple the data signal in the reverse direction with a power into the customer lines 4.1, 4.3 4.4, which corresponds approximately to the already reduced power.
  • the distributor box Since the distributor box also attenuates the data signal by a certain amount in the reverse direction, the SNR of the data signal arriving at the communication device 10 could fall below the minimum limit and therefore no longer be correctly detected.
  • the amplifier now slightly increases the power level of the data signal in the reverse direction, so that with the lowest possible transmission power on the customer lines 4.1, 4.3 4.4, a sufficient SNR can be achieved in the communication device 10.
  • the transmission direction is determined by the control device 20, which for this purpose is connected, for example, to the signal line between the input 13 and the switch 18. Based on the transmitted signals, the control device 20 determines the direction of the current signal transmission.
  • the control device 20 has, for example, a level detector (not shown) which, based on the signal level, determines the direction of transmission and controls the switch 18 in such a way that it closes the forward or the reverse path in accordance with the direction of transmission.
  • FIG. 7 also shows a distribution box 1 1.3 with the same signal paths in the forward and backward direction as the distribution box 1 1.2 from FIG. 6.
  • the switch 18 is controlled here externally and not by an internal control device.
  • the distribution box 1 1.3 has a control input 21 for connecting a corresponding control line 22.
  • the control signal for controlling the switch 18 is generated, for example, by the communication device 10. This is because, by default, it is responsible for the signal transmission to and from the customers and thus already knows in advance who is transmitting data and in which direction and can control the switch 18 accordingly.
  • the distributor box 1 1.4 shown in FIG. 8 is essentially the same as the distributor box 1 1.3 from FIG. 7. However, it has additional means for selective Connection of a single output 14.1, 14.2, 14.3, 14.4 to input 13. These means each comprise a switch 18.1, 18.2, 18.3, 18.4 between the power divider network and each output 14.1, 14.2, 14.3, 14.4 and control lines for opening or closing the switches 18.1, 18.2, 18.3, 18.4 depending on the signals to be transmitted , As shown, the control is carried out by a control device connected to the control input 21, for example by the communication device 10. In principle, however, an internal control would also be possible, for which purpose the distribution box 14 would have to have means for analyzing the data stream to be transmitted, for example.
  • FIG. 23 Another application of the distributor box according to the invention in the area of a transformer station 23 is shown in FIG.
  • the current coming from a medium-voltage line 24 is transformed from a transformer 25 to low voltage and distributed via a busbar 26 to a plurality of supply lines 27.1, 27.2, 27.3, 27.4, each supply line 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 with an overcurrent fuse 28.1 , 28.2, 28.3, 28.4 is secured.
  • a powerline signal which is supplied by a communication device 29, which is connected to the Internet, for example, is typically fed into the busbar 26.
  • This has the advantage that the signal on all supply lines 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 to the customer is transmitted.
  • the signals are damped relatively strongly by the branches at the busbar 26 and the overcurrent fuses 28.1, 28.2, 28.3, 28.4.
  • the data signal from the communication device 29 can be routed to a distribution box 1 1.5 according to the invention, divided and finally, after the overcurrent fuses 28.1, 28.2, 28.3, 28.4, by means of a coupling device 12.1, 12.3, 12.4, directly into each desired supply line , for example the supply lines 27.1, 27.3, 27.4 are coupled in.
  • FIG. 10 shows further possible uses of the invention. Building 2 from FIG. 1 is again shown. The only difference is that the communication tion device 10 is not connected to the house connection line 9, but to a communication network 30. That is, the data transmission between a user device 10.1, 10.2, 10.3 and the communication network 30 does not take place by means of powerline communication via the supply line 8 and transformer station, but via the direct connection of the communication device 10 to the communication network 30.
  • the communication device 10 can of course also be designed such that the customer lines 4.1, 4.3, 4.4 connected to the distributor box 1 1 together form a type of LAN (local area network). This is achieved in that the communication device 10 does not send the data received from a user device 10.1, 10.2, 10.3 in one of the apartments 5.1, 5.3 and 5.4 to the communication network 30, but to another user device 10.1, 10.2, 10.3 in one of the apartments 5.1, 5.3 and 5.4 transmitted.
  • LAN local area network
  • the invention allows data to be transmitted via power lines by means of high-frequency data signals, the transmission power of the data signals being reduced in such a way that the undesired radiation generated by the transmission of high-frequency signals, in particular in critical areas such as house connections in buildings , can be reduced.
  • This reduction in transmission power is achieved in various stages.
  • the transmission power can be reduced because network areas with high attenuation are avoided.
  • the distribution of the data signal in the distribution box in the direction of the customer, in particular by means of the power dividers results in a further reduction in the power fed into a customer line.
  • an amplifier ensures that the data signal has the required power level despite the low transmission power.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

Eine erfindungsgemässe Anordnung zur Übertragung eines hochfrequenten Datensignals über ein Stromversorgungsnetz (1), welches einen Bereich erhöhter Dämpfung für HF-Signale aufweist (3), wird das HF-Signal vor dem Bereich erhöhter Dämpfung mit einem Kommunikationsgerät (10) aus dem Stromnetz ausgekoppelt und auf den Eingang einer Umgehungsvorrichtung (11) geführt. In der Umgehungsvorrichtung wird das Signal leistungsmässig auf eine Mehrzahl von Ausgängen aufgeteilt, wobei jeder Ausgang via eine Koppelvorrichtung (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) einzeln auf einen Zweig des Stromnetzes (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) eingekoppelt wird. Der Bereich erhöhter Dämpfung ist beispielsweise ein Hausanschluss (3) mit einer Sammelschiene (4), wo die einzelnen Kundenleitungen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) eingeschlossen sind, wobei jede Kundenleitung über eine Sicherung (6.1, 6.2, 6.3, 6.4) und einen Stromzähler (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) geführt wird. In umgekehrter Übertragungsrichtung wird das hochfrequente Datensignal vor den Sicherungen ausgekoppelt, auf die Ausgänge der Umgehungsvorrichtung geführt, einzeln oder als Summensignal auf deren Eingang weitergeleitet und vom Kommunikationsgerät (10) hinter dem Hausanschluss wieder in das Stromnetz eingekoppelt.

Description

Hochfrequente Datenübertragung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung eines hochfrequenten Datensignals über ein Stromversorgungsnetz zwischen zumindest einem an das Stromversorgungsnetz angeschlossenen Benutzergerät und einem Kommunikationsgerät, welches über zumindest eine Koppelvorrichtung mit dem Stromversorgungsnetz verbunden ist, wobei die zumindest eine Koppelvorrichtung zum Ein- bzw. Auskoppeln eines hochfrequenten Datensignals in das bzw. aus dem Stromversorgungsnetz ausgebildet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren sowie eine Umgehungsvorrichtung für eine derartige Anordnung. Stand der Technik
Bei der breitbandigen Datenübertragung über Stromnetze (powerline communication) werden die Daten einem hochfrequenten Signal aufmoduliert, welches daraufhin in eine der Leitungen des Stromnetzes eingekoppelt wird. An einer anderen Stelle des Stromnetzes wird das Datensignal wieder aus dem Stromleiter ausgekoppelt und gegebenenfalls demoduliert. Die Reichweite, die mit derartigen Systemen möglich ist, hängt stark von der Beschaffenheit des Netzes ab, über welches die Daten übertragen werden sollen. Weist das Netz beispielsweise viele Verzweigungen und/oder Impedanzsprünge auf, hat dies eine hohe Dämpfung des hochfrequenten Datensignals zur Folge. Um eine bestimmte Strecke zu überwinden, muss das Datensignal dementsprechend mehr Leistung aufweisen.
Ein Beispiel für einen Netzbereich mit hoher Dämpfung ist etwa der Hausanschluss eines Niederspannungsstromversorgungsnetzes, wo der Strom von einer der Versorgungsleitungen einer Transformatorstation auf die einzelnen Kundenanschlüsse aufgeteilt wird. Dieser Bereich des Stromnetzes umfasst in der Regel nicht nur eine Mehrzahl von Sammelschienen zum Abgreifen der einzelnen Kundenanschlüsse, sondern typischerweise auch Überstromsicherungen sowie die Stromzähler für die Kundenanschlüsse.
Ein in das Niederspannungsstromversorgungsnetz eingekoppeltes, hochfrequentes Datensignal ist somit bei der Übertragung von der Versorgungsleitung zu einem der Kundenanschlüsse bzw. umgekehrt einer grossen Dämpfung unterworfen.
Ein weiteres Beispiel für einen Netzbereich mit hoher Dämpfung ist die Transformatorstation, beispielsweise der Bereich der Verteilung des heruntertransformierten Stromes. Dort wird die Niederspannung typischerweise auf eine Sammelschiene geführt, von welcher eine Mehrzahl von Versorgungsleitungen abzweigen. Jede Versorgungsleitung weist in der Regel ebenfalls eine Uberstromsicherung auf. Ein Powerline Signal, das beispielsweise bei der Sammelschiene in das Netz eingekoppelt wird, wird bei der Übertragung auf die einzelnen Versorgungsleitungen durch die Verzweigungen und die Sicherungen wiederum stark gedämpft.
Eine bekannte Möglichkeit zur Lösung dieser Probleme besteht darin, das zu übertragende Signal mit entsprechend viel Leistung in das Netz einzukoppeln, damit es auch nach dem Hausanschluss bzw. nach der Transformatorstation genügend Leistung aufweist, damit es beim Empfänger korrekt detektiert werden kann. Allerdings hat diese Lösung verschiedene Nachteile. So steigt beispielsweise der Energiebedarf für die Übertragung der Daten entsprechend der Leistung des Datensignals an. Zudem wird mit zunehmender Leistung auch die elektromagnetische Abstrahlung der entsprechenden Leitungen erhöht, was zu unerwünschten bzw. sogar unerlaubten Strahlungswerten führen kann. Darüber hinaus müssen die beteiligten Sende- bzw. Empfangsgeräte für die höheren Signalleistungen ausgelegt sein, was automatisch teurere Geräte zur Folge hat.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art anzugeben, welche es erlaubt, die Nachteile beim Stand der Technik zu vermeiden und insbesondere eine hochfrequente Datenübertragung über Niederspannungsnetze mit reduzierter Sendeleistung ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst die Anordnung zur Übertragung eines hochfrequenten Datensignals über ein Stromversorgungsnetz zwischen einem Benutzergerät, welches an das Stromversorgungsnetz angeschlossen ist und einem Kommunikationsgerät, welches über eine Koppelvorrichtung mit dem Stromversorgungsnetz verbunden ist, eine Umgehungsvorrichtung, welche dazu dient, Netzbereiche mit einer erhöhten Dämpfung für hochfrequente Signale zu umgehen. Die Koppelvorrichtung ist zum Ein- bzw. Auskoppeln eines hochfrequenten Datensignals in das bzw. aus dem Stromversorgungsnetz ausgebildet und wird, vom Benutzergerät aus gesehen, vor dem Bereich erhöhter Dämpfung an das Stromnetz angeschlossen. Damit wird verhindert, dass das hochfrequente Datensignal bei der Kommunikation zwischen Benutzer- und Kommunikationsgerät diesen Bereich erhöhter Dämpfung durchlaufen muss. Der Begriff erhöht heisst in diesem Zusammenhang lediglich, dass die Dämpfung für hochfrequente Signale höher ist als beispielsweise bei einer direkten Drahtverbindung. So ist die Dämpfung beispielsweise erhöht, wenn der entsprechende Netzbereich viele Abzweigungen aufweist oder wenn er zusätzliche Impedanzen aufweist, wie sie etwa für Überstromsicherungen oder Strommessgeräte typisch sind.
Bei dem Benutzergerät handelt es sich beispielsweise um ein Powerline Modem bekannter Art, welches beispielsweise den Computer eines Benutzers mit dem Stromversorgungsnetz verbindet. Zu übertragende Daten des Benutzers werden vom Modem einem hochfrequenten Trägersignal aufmoduliert und danach in das Stromversorgungsnetz eingekoppelt. In der anderen Übertragungsrichtung wird ein empfangenes Datensignal demoduliert und die Daten an den Benutzer bzw. dessen Computer weitergeleitet.
Die Anordnung kann auch für mehrere Benutzergeräte, d. h. für mehrere Benutzer ausgelegt sein, welche typischerweise jeweils an einem anderen Zweig des Stromversorgungsnetzes angeschlossen sind. In diesem Fall sind entsprechend auch mehrere Koppelvorrichtungen vorgesehen, welche an die entsprechenden Zweige des Stomnetzes angeschlossen sind.
Um die Kommunikation zwischen dem Kommunikationsgerät und dem oder den Benutzer- geraten zu ermöglichen, ist erfindungsgemäss eine Umgehungsvorrichtung vorgesehen, an welche auf einer Seite das Kommunikationsgerät und auf der anderen Seite die Koppelvor- richtung(en) angeschlossen ist bzw. sind. Die Umgehungsvorrichtung stellt hierbei die Verbindungen zwischen dem Kommunikationsgerät und der oder den Koppelvor- richtung(en) her. Zudem ist die Umgehungsvorrichtung derart ausgebildet, dass sie die Leistung eines in Richtung Benutzergerät übertragenen hochfrequenten Datensignals auf die angeschlossenen Koppelvorrichtungen aufteilt.
Indem das zwischen dem Kommunikationsgerät und dem oder den Benutzergeräten zu übertragende, hochfrequente Datensignal nicht an dem gemeinsamen Wurzelpunkt der Zweige hinter dem Bereich erhöhter Dämpfung, sondern, (vom Benutzergerät aus gesehen), vor diesem Bereich in die Stromleitung ein- bzw. daraus ausgekoppelt wird, können die Bereiche hoher Dämpfung umgangen werden. Dies erlaubt es, das Datensignal in beiden Übertragungsrichtungen mit einer reduzierten Sendeleistung in den ent- sprechenden Stromleiter einzuspeisen. Die entsprechenden Geräte können demzufolge für niedrigere Nennleistungen ausgebildet und damit günstiger hergestellt werden.
Die Umgehungsvorrichtung, in welcher die Leistung des Datensignals in Richtung der Benutzergeräte aufgeteilt wird hat zudem eine weitere Reduktion der Sendeleistung im Bereich der Netzzweige, an welche die Benutzergeräte angeschlossen sind, zur Folge.
Die Erfindung kann im Prinzip bei jedem Stromnetz angewendet werden, über welches hochfrequente Datensignale übertragen werden sollen und das einzelne Bereiche erhöhter Dämpfung aufweist. So ist beispielsweise ein Einsatz in Stromnetzen jeder Spannungsebene, d. h. vom Klein- über das Nieder- und das Mittelspannungsnetz bis hin zum Hochbzw. Höchstspannungsnetz denkbar.
Die Erfindung wird jedoch vorzugsweise bei Niederspannungsstromversorgungsnetzen angewendet. Diese Stromversorgungsnetze übernehmen typischerweise die Feinverteilung des auf Niederspannung transformierten Stromes zu den Endkunden. D h. sie ermöglichen den Zugang zu den meisten potentiellen Kunden für Powerline Kommunikationsanwendungen. Über derartige Netze läuft folglich auch am meisten Datenverkehr. Zudem weisen solche Niederspannungsstromversorgungsnetze zwischen dem Transformator und einem Endkunden zumeist mehrere Bereiche mit erhöhter Dämpfung auf. Zur Umgehung solcher Bereiche ist die Erfindung bestens geeignet.
Bereiche erhöhter Dämpfung, wo die Erfindung bevorzugt eingesetzt wird, bilden die diversen Verteilervorrichtungen wie sie beispielsweise in Tranformatorstationen oder bei Hausanschlüssen vorhanden sind. Mit diesen Verteilervorrichtungen wird der Strom von einer zuführenden Stromleitung auf zumindest eine abführende Stromleitung verteilt. Aber nicht nur diese Abzweigungen haben eine erhöhte Dämpfung für hochfrequente Signale zur Folge, auch Überstromsicherungen und/oder Stromzähler, welche typischerweise in den abführenden Stromleitungen vorgesehen sind, tragen dazu bei.
Damit ein Datensignal von oder zu einem Benutzergerät, welches an einer der abführenden Stromleitungen angeschlossen ist, die Verteilervorrichtung nicht durchlaufen muss, wird die entsprechende Koppelvorrichtung zwischen dem Benutzergerät und der Verteilervorrichtung, d. h. vom Benutzergerät aus gesehen vor der Verteilervorrichtung, an das Stromnetz angeschlossen.
Selbstverstänlich kann die Erfindung nicht nur bei Verteilervorrichtungen, sondern auch bei anderen Bereichen eines Niederspannungsstromversorgungsnetzes mit erhöhter Dämp- fung eingesetzt werden. So weisen derartige Stromnetze Verzweigungen nicht nur im Bereich der Transformatorstation oder des Hausanschlusses, sondern im gesamten Netzbereich auf. Allerdings sind diese Bereiche häufig nicht so einfach von aussen zugänglich wie die genannten Verteilervorrichtungen, weshalb eine Anwendung der Erfindung entsprechend umständlich und aufwändig wäre.
Wie bereits erwähnt, weist das Niederspannungsnetz im Bereich eines Hausanschlusses, wo der Strom von einer zuführenden Versorgungsleitung auf eine Mehrzahl von Kundenleitungen aufgeteilt wird, eine erhöhte Dämpfung auf. Zur Verteilung des Stromes werden die einzelnen Leiter der Versorgungsleitung auf eine Sammelschiene geführt, an welcher die einzelnen Kundenleitungeπ angeschlossen sind. Die Benutzergeräte sind dann jeweils an einer der Kundenleitungen angeschlossen. Typischerweise weist zudem jede Kundenleitung im Bereich der Sammelschiene eine Sicherung sowie einen Stromzähler auf. Zusammen mit den Abzweigungen bei der Sammelschiene ergeben sich relativ hohe Dämpfungen für hochfrequente Datensignale in der Grössenordnung von etwa 20 bis 40 dB. Die erfindungsgemasse Anordnung ist daher vorzugsweise zur Umgehung eines Haus- anschlusses ausgebildet, wobei die Koppelvorrichtung von einem Benutzergerät aus gesehen vor der Sicherung bzw. dem Stromzähler angeschlossen ist.
An dieser Stelle soll kurz darauf hingewiesen werden, dass es verschiedene Systeme für die Powerline Kommunikation gibt. Bei gewissen System wird das zum Kunden zu übertragende Signal beispielsweise im Bereich einer Transformatorstation in die Versorgungsleitung eingespiesen und direkt via Hausanschluss zum Kunden übertragen. Andere Systeme sind aufgeteilt in sogenannte Outdoor- bzw. Indoorbereiche, für welche unterschiedliche Trägerfrequenzen zur Übertragung der Datensignale verwendet werden. Der Übergang vom einen in den anderen Bereich erfolgt direkt vor dem Hausanschluss (von der Transformatorstation her gesehen), wobei die Signale ausgekoppelt, demoduliert, der anderen Trägerfrequenz aufmoduliert und gleich wieder in die Versorgungsleitung eingekoppelt werden.
Die Erfindung kann bei allen Powerline Systemen angewendet werden. Ein bei der Transformatorstation in die Versorgungsleitung eingespiesenes, hochfrequentes Datensignal wird nämlich vor der Sammelschiene des Hausanschlusses aus der Versorgungsleitung ausgekoppelt, über die Umgehungsvorrichtung geführt und schliesslich nach dem Zähler bzw. nach der Sicherung in die gewünschte Kundenleitung bzw. in die gewünschten Kundenleitungen wieder eingekoppelt und zum jeweiligen Empfänger weitergeleitet. Selbstverständlich kann dies auch in umgekehrter Richtung erfolgen. Die Dämpfung im Bereich der Umgehung ist deutlich geringer als die Dämpfung beim Durchqueren des Hausanschlusses.
Für das erste Beispiel eines Powerline Systems heisst das, dass das Datensignal mit deutlich geringerer Leistung bei der Tranformatorstation eingekoppelt werden muss, da es die Leistung nur zur Erreichung des Hausanschlusses und nicht zur Erreichung des Kunden hinter dem Hausanschluss ausreichen muss. Beim zweiten Beispiel eines Powerline Systems kann unter Anwendung der Erfindung die Sendeleistung beim Weiterleiten des Datensignals über die Umgehung gegenüber dem Weiterleiten über den Hausanschluss ebenfalls deutlich verringert werden, damit es mit derselben Leistung beim Empfänger ankommt. Umgekehrt weist das beim Empfänger ankommende Datensignal bei gleicher Sendeleistung natürlich eine höhere Leistung auf, wenn die Erfindung angewendet wird.
Eine Umgehungsvorrichtung gemäss der Erfindung für die eben beschriebene, erfindungsgemasse Anordnung umfasst einen Eingang sowie zumindest einen Ausgang, wobei die Anzahl der Ausgänge wenigstens der Anzahl Koppelvorrichtungen entspricht. Am Eingang wird das Kommunikationsgerät und an dem bzw. den Ausgängen wird bzw. werden entsprechend die Koppelvorrichtung(en) angeschlossen.
Zur Übertragung eines am Eingang anliegenden Signals zu einer oder mehreren Koppelvorrichtungen weist die Umgehungsvorrichtung zudem Mittel auf zur wahlweisen Durchschaltung des Eingangs auf zumindest einen Ausgang. Damit ist es möglich, das am Eingang anliegende Signal wahlweise auf einen Ausgang, mehrere oder gar alle Ausgänge weiterzuleiten.
Im Prinzip wären hierfür zwar auch feste Verbindungen zwischen dem Eingang und den Ausgängen möglich. Die wahlweise Durchschaltung hat gegenüber den fest geschalteten Verbindungen, wie nachfolgend erläutert wird, allerdings Vorteile bei der Weiterleitung von Signalen von den Ausgängen zum Eingang.
Bei einer bevorzugten Alternative zur Herstellung von direkten elektrischen Verbindungen weist die Umgehungsvorrichtung Mittel auf, welche zur Aufteilung der Leistung des Eingangssignals auf das oder die Ausgangssignale dienen. Diese Aufteilung der Leistung erfolgt mit Vorteil derart, dass die Leistung zu gleichen Teilen auf die betreffenden Ausgänge aufgeteilt wird. D. h. soll das Datensignal an drei Wohnungen in einem Haus weitergeleitet werden, welches beispielsweise acht Wohnungen aufweist, wird die Leistung des Datensignals derart auf die drei entsprechenden Ausgänge der Umgehungsvorrichtung verteilt, dass jedes der drei Teilsignale dieselbe Leistung aufweist. Die Realisierung dieser Leistungsaufteilung kann beispielsweise mit einer Kaskade von Leistungsteilern mit je einem Ein- und zwei Ausgängen erfolgen. Es sind aber auch Leistungsteiler mit einem Eingang und mehr als zwei Ausgängen erhältlich, wobei diese derart kombiniert werden müssen, dass die gewünschte Anzahl von Ausgängen bereitsteht.
Um eine gegenseitige Störung bzw. Beeinflussung der Signale an den Ausgängen zu vermeiden, werden Leistungsteiler verwendet, die derart ausgebildet sind, dass deren Ausgänge voneinander entkoppelt sind. Anstatt die Leistung zu gleichen Teilen auf die gewünschten Ausgänge aufzuteilen, könnte sie auch ungleichmässig erfolgen. Allerdings könnten hierbei die Empfangsqualitäten der verschiedenen Kunden unterschiedlich sein, was unerwünscht wäre. Es ist jedoch denkbar, dass bei der Aufteilung der Leistung auf die nachfolgende Netztopologie Rücksicht genommen und die Leistung gezielt derart ungleichmässig auf die verschiedenen Ausgänge aufgeteilt wird, dass beispielsweise unterschiedliche Dämpfungen infolge ungleichlanger Übertragungsstrecken ausgeglichen würden.
Entsprechend der schaltbaren Verbindung zwischen dem Eingang und einem oder mehreren Ausgängen sind auch die Ausgänge wahlweise mit dem Eingang verbindbar. Allerdings ist die Umgehungsvorrichtung bevorzugt derart ausgebildet, dass in Richtung Eingang Mittel zur Verstärkung eines Signals vorgesehen sind. D. h. ein Datensignal, das von einem Ausgang oder mehreren Ausgängen zum Eingang weitergeleitet wird, wird durch diese Mittel auf ein bestimmtes Leistungsniveau verstärkt und über den Eingang zum Kommunikationsgerät weitergeleitet.
Das Datensignal wird in Richtung Eingang verstärkt, damit beim Kommunikationsgerät trotz Einspeisung des Datensignals mit verminderter Leistung ein ausreichendes SNR (signal to noise ratio) zur korrekten Detektion des Datensignals erreicht werden kann.
Werden, wie weiter oben angedeutet, die Verbindungen zwischen dem Ein- und den Ausgängen fest geschaltet, könnten zwar die Steuerungsmittel eingespart werden. Allerdings könnten in diesem Fall unterschiedliche Vorwärts- bzw. Rückwärtspfade, und damit eine Leistungsanpassung im Rückwärtspfad, gar nicht oder nur mit hohem Aufwand realisiert werden.
Zur Steuerung der wahlweisen Durchschaltung zwischen dem Ein- und den Ausgängen gibt es zwei bevorzugte Möglichkeiten: Eine Möglichkeit besteht darin, dass ein Steuereingang vorgesehen ist, an den ein Steuersignal angelegt werden kann, welches extern steuert, welche Verbindungen durchgeschaltet werden sollen. Diese externe Steuerung kann beispielsweise durch das Kommunikationsgerät erfolgen, welches weiss, wann ein Datensignal vom Ein- auf einen oder mehrere Ausgänge oder umgekehrt weitergeleitet werden soll.
Bei der anderen Möglichkeit sind diese Steuerungsmittel in die Umgehungsvorrichtung integriert. Diese steuern die Durchschaltung der Verbindungen beispielsweise in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter, etwa in Abhängigkeit der am Eingang und/oder den Ausgängen anliegenden Signale.
Bei der Durchschaltung mehrerer Ausgänge auf den Eingang können Probleme entstehen, wenn beispielsweise die Signale nicht präzise synchronisiert sind. Es ist daher von Vorteil, wenn jeweils nur ein Ausgang mit dem Eingang verbunden wird. Dies stellt sicher, dass ausschliesslich das Datensignal von genau einer Koppelvorrichtung zum Kommunikationsgerät übertragen wird.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Ein Gebäude mit Nutzung des Niederspannungsstromversorgungsnetzes zur Powerline Kommunikation mit einer erfindungsgemässen Umgehung des Hausanschlusses;
Fig. 2 eine erfindungsgemasse Umgehungsvorrichtung mit Mitteln zur Leistungsteilung;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Umgehungsvorrichtung ohne
Leistungsteiler; Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Umgehungsvorrichtung mit einem 1:4
Leistungsteiler;
Fig. 5 einen Leistungsteiler für die Umgehungsvorrichtung aus Fig. 2;
Fig. 6 eine Umgehungsvorrichtung mit internen Mitteln zur Steuerung der Verbindungen zwischen dem Ein- und den Ausgängen;
Fig. 7 eine Umgehungsvorrichtung mit Steuereingang zur externen Steuerung der
Verbindungen;
Fig. 8 eine weitere Umgehungsvorrichtung mit internen Mitteln zur Steuerung der
Verbindungen zwischen dem Ein- und den Ausgängen;
Fig. 9 eine Transformatorstation mit Einspeisung von Powerline Signalen unter
Verwendung einer erfindungsgemässen Umgehungsvorrichtung sowie
Fig. 10 eine weitere Variante zur Anwendung der Erfindung in einem Gebäude gemäss Fig. 1.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein an ein Stromnetz 1, typischerweise ein Niederspannungsstromnetz, angeschlossenes Gebäude 2, in welchem der Strom vom Hausanschluss 3 beispielsweise auf eine Mehrzahl von Kundenleitungen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 verteilt und zu den einzelnen Wohnungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 geführt wird. Beim Hauseingang wird der Strom auf eine Sammelschiene 4 geführt, von welcher die einzelnen Kundenleitungen 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 abzweigen, wobei jede Kundenleitung 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 separat über eine Uberstromsicherung 6.1 , 6.2, 6.3, 6.4 und einen Stromzähler 7.1 , 7.2, 7.3, 7.4 geführt wird. Die Wohnungen 5.1, 5.3 und 5.4 sind zudem zur Powerline Kommunikation an das Stromnetz 1 angeschlossen. Die hochfrequenten Datensignale, deren Frequenz typischerweise grösser als 1 MHz ist, werden beispielsweise bei der (in Figur 1 nicht dargestellten) Transformatorstation in das Stromnetz 1 eingekoppelt und via Versorgungsleitung 8 bzw. Hausanschlussleitung 9 zum Gebäude 2 geführt. Das Datensignal wird mit einem Kommunikationsgerät 10 vor dem Hausanschluss 3 aus der Hausanschlussleitung 9 ausgekoppelt. Danach wird das Datensignal an die Umgehungsvorrichtung, nachfolgend Verteilerbox 1 1 genannt, weitergeleitet. In der Verteilerbox 1 1 wird das Datensignal aufgeteilt und im dargestellten Beispiel auf drei Koppelvorrichtungen 12.1, 12.3, 12.4 geführt, welche das Datensignal in die entsprechenden Kundenleitungen 4.1, 4.3, 4.4 einkoppeln. Das Datensignal kann darauf in den jeweiligen Wohnungen 5.1, 5.3, 5.4 mit einem entsprechenden Benutzergerät 10.1, 10.2, 10.3 an jeder beliebigen Steckdose abgegriffen werden.
In umgekehrter Richtung wird das Datensignal mit Hilfe des Benutzergerätes 10.1, 10.2, 10.3 in das Stromnetz 1 ein- und vor dem jeweiligen Zähler 7.1, 7.3, 7.4 von der entsprechenden Koppelvorrichtung 12.1, 12.3, 12.4 ausgekoppelt. Danach wird das
Datensignal in der Verteilerbox 1 1 auf deren Eingang geführt, an das Kommunikationsgerät
10 weitergeleitet und von diesem schliesslich in die Hausanschlussleitung 9 eingekoppelt.
Bei der Transformatorstation wird das Datensignal beispielsweise wieder aus dem Stromnetz 1 ausgekoppelt und über entsprechende Geräte in andere
Kommunikationsnetze wie etwa das öffentliche Telefonnetz oder das Internet eingespiesen.
Selbstverständlich kann das vom Kommunikationsgerät 10 aus der Hausanschlussleitung 9 ausgekoppelte Datensignal auch demoduliert und allenfalls dekodiert werden. In diesem Fall müssen die Daten vor der Weiterleitung an die Verteilerbox 1 1 entsprechend wieder moduliert und gegebenenfalls kodiert werden. Dies ist natürlich auch in umgekehrter Übertragungsrichtung möglich. In Rückwärtsrichtung, d. h. von den Kunden in Richtung der Hausanschlussleitung wirkt die Verteilerbox 1 1 entweder als Combiner, der die an den Ausgängen anliegenden Signale einfach summiert und auf den Eingang legt, oder sie arbeitet selektiv und schaltet jeweils nur gerade den Ausgang auf den Eingang durch, an welchem jeweils ein korrektes Datensignal anliegt.
Der Netzbereich rund um den Hausanschluss 3 weist aufgrund der Verzweigungen bei der Sammelschiene 4 sowie der Sicherungen und Zähler eine erhöhte Dämpfung für hochfrequente Signale auf. Mit der in Figur 1 dargestellten Anordnung lässt sich dieser Netzbereich auf einfache Art und Weise umgehen, sodass das hochfrequente Datensignal vom Kommunikationsgerät 10 bzw. von den Koppelvorrichtungen 12.1, 12.3 und 12.4 mit deutlich geringerer Leistung übermittelt werden kann, als wenn das Datensignal über den Hausanschluss 3 geführt würde.
Dadurch kann beispielsweise die unerwünschte elektromagnetische Abstrahlung gerade im kritischen Inhouse-Bereich deutlich vermindert werden. Darüberhinaus ist eine Senkung des Energiebedarfs möglich.
Die Verteilerbox 1 1 ist zum Anschliessen der vierten Wohnung 5.2 vorbereitet und weist einen entsprechenden Ausgang auf. Falls sich der Kunde in der Wohnung 5.2 entschliesst, ebenfalls Powerline Dienstleistungen in Anspruch zu nehmen, kann die Anbindung durch Anschliessen einer Koppelvorrichtung an die Verteilerbox 1 1 und an die Kundenleitung 4.2 auf einfache Art und Weise geschehen.
In Figur 2 ist die Verteilerbox 1 1 dargestellt. Sie umfasst einen Eingang 13 sowie vier Ausgänge 14.1, 14.2, 14.3, 14.4. Weiter umfasst sie eine Mehrzahl von Leistungsteilern 15 mit welchen die Leistung eines am Eingang 13 anliegenden Signals zu gleichen Teilen auf die vier Ausgänge 14.1, 14.2, 14.3, 14.4 aufgeteilt wird. Damit kann eine weitere Reduzierung der im Inhouse-Bereich übertragenen Hochfrequenz-Leistung erreicht werden.
Der Leistungsteiler 15 ist in Figur 5 gezeigt. Er hat einen Eingang 15.1 und zwei Ausgänge 15.2, 15.3 und leitet ein am Eingang 15.1 eingespiesenes Signal auf beide Ausgänge 15.2, 15.3 weiter, wobei die Leistung des Signals gleichmässig auf die beiden Ausgänge 15.2, 15.3 aufgeteilt wird. Zudem sind die beiden Ausgangssignale nicht miteinander gekoppelt. Es handelt sich beispielsweise um eine Art Wilkinson-Leistungsteiler. Die Signaldämpfung in Vorwärtsrichtung ist im Gegensatz zur Dämpfung der Signale beim Hausanschluss 3 gering, d. h. etwa in der Grössenordnung von 3 dB.
Figur 3 zeigt eine andere Verteilerbox 1 1.1 mit ebenfalls einem Eingang 13 und vier Ausgängen 14.1, 14.2, 14.3, 14.4. Ein am Eingang 13.1 anliegendes Signal wird auf eine Sammelschiene 16 gelegt und von dort für jeden Ausgang 14.1, 14.2, 14.3, 14.4 einzeln abgegriffen.
Figur 4 zeigt die Verteilerbox 1 1.1 mit einer Erweiterung. Das Signal wird bei dieser Variante nicht auf eine Sammelschiene, sondern auf den Eingang eines 1 :4 Leistungsteilers 17 gelegt. Dieser teilt die Leistung des Eingangssignals gleichmässig auf alle vier Ausgänge 14.1, 14.2, 14.3, 14.4 auf.
Figur 6 zeigt eine weitere Variante der Verteilerbox 1 1.2. Diese weist zwischen dem Eingang 13 und dem Leistungsteiler-Netz zwei verschiedene Signalpfade auf. In Vorwärtsrichtung führt der Signalpfad vom Eingang 13 über einen Schalter 18 auf den Eingang des ersten Leistungsteilers 15. In Rückwärtsrichtung führt der Signalpfad vom Eingang des ersten Leistungsteilers 15 über einen Verstärker 19 auf den Eingang der Verteilerbox 1 1.2. Der Schalter 18 wird nun von einer Steuervorrichtung 20 derart gesteuert, dass der Schalter 18 den Vorwärtspfad schliesst, wenn ein Signal in Vorwärtsrichtung, bzw. dass der Schalter 18 den Rückwärtspfad schliesst, wenn ein Signal in Rückwärtsrichtung übertragen werden soll.
Der Verstärker 19 dient dazu, dass die Datensignale auch in Rückwärtsrichtung, d. h. vom Kunden, mit einer reduzierten Leistung in die Kundenleitungen 4.1, 4.3 4.4 eingekoppelt werden können, damit die Abstrahlungswerte im Bereich der Kundenleitungen eine vorgegebene Schranke nicht überschreiten. In Vorwärtsrichtung wird das Datensignal durch die Verteilerbox 1 1 gedämpft und gelangt bereits mit einer verminderten Leistung auf die Kundenleitungen 4.1, 4.3 4.4. Diese verminderte Leistung reicht aus, damit die Strahlungswerte in den gewünschten Bereichen liegen und das SNR (signalt to noise ratio) beim Kunden zur korrekten Detektion des Datensignals ausreicht. D. h. das Datensignal soll vom Kunden auch in Rückwärtsrichtung mit einer Leistung in die Kundenleitungen 4.1, 4.3 4.4 eingekoppelt werden, welche in etwa der bereits verminderten Leistung entspricht.
Da die Verteilerbox das Datensignal auch in Rückwärtsrichtung um ein bestimmtes Mass dämpft, könnte das SNR des beim Kommunikationsgerät 10 ankommenden Datensignals unter die Minimalgrenze fallen und damit nicht mehr korrekt detektiert werden. Der Verstärker hebt nun das Leistungsniveau des Datensignals in Rückwärtsrichtung etwas an, sodass bei möglichst geringer Sendeleistung auf den Kundenleitungen 4.1, 4.3 4.4 ein genügendes SNR beim Kommunikationsgerät 10 erreicht werden kann.
Die Bestimmung der Übertragungsrichtung erfolgt durch die Steuervorrichtung 20, welche hierfür beispielsweise an die Signalleitung zwischen dem Eingang 13 und dem Schalter 18 angeschlossen ist. Aufgrund der übertragenen Signale schliesst die Steuervorrichtung 20 auf die Richtung der aktuellen Signalübertragung. Die Steuervorrichtung 20 weist hierfür beispielsweise einen (nicht dargestellten) Level Detector auf, der aufgrund des Signallevels auf die Übertragungsrichtung schliesst und den Schalter 18 derart steuert, dass dieser entsprechend der Übertragungsrichtung den Vorwärts- oder den Rückwärstpfad schliesst.
Figur 7 zeigt ebenfalls eine Verteilerbox 1 1.3 mit denselben Signalpfaden in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung wie die Verteilerbox 1 1.2 aus Fig. 6. Die Steuerung des Schalters 18 erfolgt hier jedoch von extern und nicht von einer internen Steuervorrichtung. Zum Anschliessen einer entsprechenden Steuerleitung 22 verfügt die Verteilerbox 1 1.3 über einen Steuereingang 21. Das Steuersignal zur Steuerung des Schalters 18 wird beispielsweise vom Kommunikationsgerät 10 generiert. Dieses ist nämlich standardmässig für die Signalübertragung zu bzw. von den Kunden verantwortlich und weiss somit bereits im Voraus, wer wann Daten in welcher Richtung übertragen wird und kann den Schalter 18 dementsprechend ansteuern.
Die in Figur 8 dargestellte Verteilerbox 1 1.4 ist im Wesentlichen gleich ausgeführt wie die Verteilerbox 1 1.3 aus Fig. 7. Sie weist jedoch zusätzliche Mittel zur selektiven Durch- Schaltung eines einzigen Ausgangs 14.1 , 14.2, 14.3, 14.4 auf den Eingang 13 auf. Diese Mittel umfassen je einen Schalter 18.1, 18.2, 18.3, 18.4 zwischen dem Leistungsteiler- Netz und jedem Ausgang 14.1, 14.2, 14.3, 14.4 sowie Steuerleitungen zum Öffnen bzw. Schliessen der Schalter 18.1, 18.2, 18.3, 18.4 in Abhängigkeit der zu übertragenden Signale. Die Steuerung erfolgt wie dargestellt durch ein am Steuereingang 21 angeschlossenes Steuergerät, beispielsweise durch das Kommunikationsgerät 10. Prinzipiell wäre aber auch eine interne Steuerung möglich, wobei die Verteilerbox 14 hierfür beispielsweise über Mittel zur Analyse des zu übertragenden Datenstromes verfügen müsste.
Eine andere Anwendung der erfindungsgemässen Verteilerbox im Bereich einer Transformatorstation 23 ist in Figur 9 gezeigt. In der Transformatorstation 23 wird der von einer Mittelspannungsleitung 24 kommende Strom von einem Transformator 25 auf Niederspannung tranformiert und über eine Sammelschiene 26 auf mehrere Versorgungsleitungen 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 verteilt, wobei jede Versorgungsleitung 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 mit einer Uberstromsicherung 28.1 , 28.2, 28.3, 28.4 abgesichert ist.
Die Einspeisung eines Powerline Signals, das von einem Kommunikationsgerät 29 geliefert wird, der beispielsweise an das Internet angeschlossen ist, erfolgt typischerweise in die Sammelschiene 26. Dies hat den Vorteil, dass das Signal auf sämtlichen Versorgungsleitungen 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 zu den Kunden übertragen wird. Es hat allerdings auch den Nachteil, dass die Signale durch die Abzweigungen bei der Sammelschiene 26 und die Überstromsicherungen 28.1, 28.2, 28.3, 28.4 relativ stark gedämpft werden.
Um nun diesen Bereich hoher Dämpfung zu umgehen, kann das Datensignal vom Kommunikationsgerät 29 auf eine erfindungsgemasse Verteilerbox 1 1.5 geführt, aufgeteilt und schliesslich nach den Überstromsicherungen 28.1, 28.2, 28.3, 28.4 mittels je einer Koppelvorrichtung 12.1, 12.3, 12.4 direkt in jede gewünschte Versorgungsleitung, beispielsweise die Versorgungsleitungen 27.1, 27.3, 27.4 eingekoppelt werden.
Figur 10 zeigt weitere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung. Dargestellt ist wiederum das Gebäude 2 aus Fig. 1. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Kommunika- tionsgerät 10 nicht an die Hausanschlussleitung 9, sondern an ein Kommunikationsnetz 30 angeschlossen ist. D. h. die Datenübertragung zwischen einem Benutzergerät 10.1, 10.2, 10.3 und dem Kommunikationsnetz 30 erfolgt nicht mittels Powerline Kommunikation via Versorgungsleitung 8 und Transformatorstation, sondern via die direkte Verbindung des Kommunikationsgerätes 10 mit dem Kommunikationsnetz 30.
Das Kommunikationsgerät 10 kann natürlich auch so ausgelegt sein, dass die an der Verteilerbox 1 1 angeschlossenen Kundenleitungen 4.1, 4.3, 4.4 zusammen eine Art LAN (local area network) bilden. Dies wird erreicht, indem das Kommunikationsgerät 10 die von einem Benutzergerät 10.1, 10.2, 10.3 in einer der Wohnungen 5.1, 5.3 und 5.4 empfangenen Daten nicht an das Kommunikationsnetz 30, sondern an ein anderes Benutzergerät 10.1, 10.2, 10.3 in einer der Wohnungen 5.1 , 5.3 und 5.4 übermittelt.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass es die Erfindung erlaubt, Daten mittels hochfrequenter Datensignale über Stromleitungen zu übertragen, wobei die Sendeleistung der Datensignale derart reduziert werden kann, dass die durch die Übertragung hochfrequenter Signale erzeugte, unerwünschte Abstrahlung, insbesondere in kritischen Bereichen wie bei Hausanschlüssen von Gebäuden, vermindert werden kann. Diese Verminderung der Sendeleistung wird in verschiedenen Stufen erreicht. Zunächst kann die Sendeleistung reduziert werden, da Netzbereiche hoher Dämpfung umgangen werden. Weiter folgt durch die Aufteilung des Datensignals in der Verteilerbox in Richtung Kunden, insbesondere mittels der Leistungsteiler, eine weitere Reduktion der auf eine Kundenleitung eingespiesenen Leistung. In umgekehrter Richtung sorgt ein Verstärker dafür, dass das Datensignal trotz niedriger Sendeleistung das benötigte Leistungsniveau aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Übertragung eines hochfrequenten Datensignals über ein Stromversorgungsnetz zwischen zumindest einem an das Stromversorgungsnetz angeschlossenen Benutzergerät und einem Kommunikationsgerät, welches über zumindest eine Koppelvorrichtung mit dem Stromversorgungsnetz verbunden ist, wobei die zumindest eine Koppelvorrichtung zum Ein- bzw. Auskoppeln eines hochfrequenten Datensignals in das bzw. aus dem Stromversorgungsnetz ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Koppelvorrichtung, von dem zumindest einen Benutzergerät aus gesehen, vor einem Bereich des Stromversorgungsnetzes mit erhöhter Dämpfung an das Stromversorgungsnetz angeschlossen ist und dass zwischen dem Kommunikationsgerät und der zumindest einen Koppelvorrichtung eine Umgehungsvorrichtung vorgesehen ist, welche in Richtung des zumindest einen Benutzergerätes zur Aufteilung einer Leistung des hochfrequenten Datensignals auf die zumindest eine Koppelvorrichtung dient.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Umgehung einer Verteilervorrichtung eines Niederspannungsstromversorgungsnetzes ausgebildet ist, welche Mittel (4) zur Verteilung eines Stromes von einer zuführenden Stromleitung (9) auf eine Mehrzahl von abführenden Stromleitungen (4.1, 4.3, 4.4) sowie für jede abführende Stromleitung insbesondere eine Uberstromsicherung (6.1, 6.2, 6.3, 6.4) und/oder einen Stromzähler (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) aufweist, wobei das zumindest eine
Benutzergerät an eine abführende Stromleitung angeschlossen ist und die zumindest eine Koppelvorrichtung, von dem zumindest einen Benutzergerät aus gesehen, vor der Verteilervorrichtung an die abführende Stromleitung angeschlossen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Umgehung eines Hausanschlusses (3) ausgebildet ist, welcher Mittel (4) zur Verteilung eines
Stromes von einer Hausanschlussleitung (9) auf eine Mehrzahl von Kundenleitungen
(4.1, 4.3, 4.4) aufweist, das zumindest eine Benutzergerät an eine Kundenleitung angeschlossen ist und die zumindest eine Koppelvorrichtung, vom Benutzergerät aus gesehen, vor dem Hausanschluss an diese Kundenleitung angeschlossen ist.
4. Umgehungsvorrichtung für eine Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsvorrichtung einen Eingang (13) zum Anschliessen des Kommuni- kationsgerätes, zumindest einen Ausgang (14.1, 14.2, 14.3, 14.4) zum Anschliessen der zumindest einen Koppelvorrichtung sowie Mittel zur wahlweisen (18) Durchschaltung des Eingangs auf zumindest einen Ausgang aufweist.
5. Umgehungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (15) aufweist zur Aufteilung einer Leistung des am Eingang anliegenden, hochfrequenten Datensignals auf zumindest einen Ausgang, wobei die Umgehungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass, falls mehrere Ausgänge vorhanden sind, diese voneinander entkoppelt sind und die Leistung insbesondere zu gleichen Teilen aufteilbar ist.
6. Umgehungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (18, 18.1, 18.2, 18.3, 18.4) aufweist zur wahlweisen Durchschaltung zumindest eines Ausgangs auf den Eingang, wobei in Richtung Eingang Mittel ( 19) zur Verstärkung des von dem zumindest einen Ausgang zum Eingang zu übertragenden, hochfrequenten Datensignals vorhanden sind.
7. Umgehungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Steuereingang (21) aufweist zur externen Steuerung der wahlweisen Durchschaltung des Eingangs auf den zumindest einen Ausgang sowie des zumindest einen Ausgangs auf den Eingang.
8. Umgehungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (20) aufweist zur Steuerung der wahlweisen Durchschaltung des Eingangs auf den zumindest einen Ausgang sowie des zumindest einen Ausgangs auf den Eingang.
9. Verfahren zur Übertragung eines hochfrequenten Datensignals über ein Stromversorgungsnetz zwischen zumindest einem an das Stromversorgungsnetz angeschlossenen Benutzergerät und einem Kommunikationsgerät, wobei das hochfrequente Datensignal in Richtung des zumindest einen Benutzergerätes mit zumindest einer Koppelvorrichtung in das Stromversorgungsnetz eingekoppelt und über das Stromversorgungsnetz übertragen bzw. in Richtung des Kommunikationsgerätes über das Stromversorgungsnetz übertragen und mit der zumindest einen Koppelvorrichtung aus dem Stromversorgungsnetz ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfrequente Datensignal, von dem zumindest einen Benutzergerät aus gesehen, vor einem Bereich des Stromversorgungsnetzes mit erhöhter Dämpfung in das bzw. aus dem Stromversorgungsnetz ein- bzw. ausgekoppelt wird, dass in Richtung des zumindest einen Benutzergerätes eine Leistung des hochfrequenten Datensignals in einer Umgehungsvorrichtung auf die zumindest eine Koppelvorrichtung aufgeteilt wird und dass in Richtung des Kommunikationsgerätes wenigstens eines der von der zumindest einen Koppelvorrichtung ausgekoppelten Datensignale von der
Umgehungsvorrichtung zum Kommunikationsgerät übertragen wird.
10Nerfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung des zumindest einen Benutzergerätes die Leistung des hochfrequenten Datensignals in der Umgehungsvorrichtung zu gleichen Teilen auf die zumindest eine Koppelvorrichtung aufgeteilt wird.
1 1.Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung des Kommunikationsgerätes das von genau einer der zumindest einen Koppelvorrichtung aus dem Stromversorgungsnetz ausgekoppelte, hochfrequente Datensignal zum Kommunikationsgerät übertragen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfrequente Datensignal in der Umgehungsvorrichtung verstärkt wird, bevor es zum Kommunikationsgerät übertragen wird.
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