EP2392077A2 - Modem zur übertragung von daten über ein stromversorgungsnetzwerk - Google Patents

Modem zur übertragung von daten über ein stromversorgungsnetzwerk

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Publication number
EP2392077A2
EP2392077A2 EP10711822A EP10711822A EP2392077A2 EP 2392077 A2 EP2392077 A2 EP 2392077A2 EP 10711822 A EP10711822 A EP 10711822A EP 10711822 A EP10711822 A EP 10711822A EP 2392077 A2 EP2392077 A2 EP 2392077A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power supply
modem
phases
phase
processing unit
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.)
Ceased
Application number
EP10711822A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juergen Flicker
Markus Rindchen
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.)
Power Plus Communications AG
Original Assignee
Power Plus 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 Power Plus Communications AG filed Critical Power Plus Communications AG
Publication of EP2392077A2 publication Critical patent/EP2392077A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/542—Systems for transmission via power distribution lines the information being in digital form
    • 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
    • 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
    • H04B2203/5466—Systems for power line communications using three phases conductors
    • 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
    • H04B2203/5483—Systems for power line communications using coupling circuits

Definitions

  • the invention relates to a modem for transmitting data via a power supply network, wherein the power supply network has at least two phases and a neutral conductor and wherein the modem has a power supply for powering the modem and a signal processing unit.
  • modems When transmitting data over power networks usually modems are used, which are plugged by an end user into a standard power outlet.
  • the signals modulated by the modem to the phase of the socket are transmitted via the power supply network and can be received by a modem at almost any socket within the building. If the sockets of the transmitter and the receiver are at a different phase, coupling capacitors are used, which couple the phases to one another for PLC signals.
  • the coupling can be made in the electricity meter or it can be used in the crosstalk within the lines of the power supply network.
  • the modems used In Europe's most widespread three-phase network with 230 V line voltages, the modems used must be designed for a voltage of 400 V. This requires a corresponding dimensioning of the components, which on the one hand increases the size of the modem, on the other hand, the cost of the modem increases sharply.
  • the present invention is therefore the object of a modem of the type mentioned in such a way and further, that safe operation of the modem can be ensured on a multi-phase power supply network with a cost-effective design of the modem in compliance with legal requirements.
  • the above object is solved by the features of claim 1.
  • the modem in question is characterized in that the power supply is single-phase and that the signal processing unit is coupled to send and receive data to at least two of the phases.
  • the problem of voltage resistance and the dimensioning of the modem can be decoupled.
  • the signal processing unit with which the data to be transmitted is modulated onto the power supply network or the signals received from the power supply network are demodulated, is coupled to at least two of the phases of the power supply network.
  • the necessary power supply for the modem power supply is operated only single-phase.
  • the modem known in the prior art only the components necessary for the coupling of the signal processing unit to the power supply network have a dielectric strength for connection to the outer conductor voltage, while the power supply and the other components of the modem can be designed for the phase voltages and below.
  • a single-phase modem can be converted by simple replacement of fewer components for multi-phase operation, without the need for costly redesign and, in particular, greater dimensioning of the modem.
  • the thus formed modem can be operated safely on a multi-phase power supply network and complies with the legal provisions.
  • the modem according to the invention has a connection which provides a connection to at least two phases and a neutral conductor of the power supply network. This requirement is easy to meet for all multi-phase power supply networks.
  • the connection could additionally provide a connection to another phase of the power supply network.
  • an optional protective conductor could be available at the terminal connected to a ground.
  • the single-phase power supply of the modem could be connected to one of the phases of the power supply network and the neutral that are available through the modem's connector.
  • the power supply does not have to be designed for the significantly higher outer conductor voltage.
  • Which of the available at the connection phases for operating the power supply is used, is irrelevant to the function of the modem according to the invention. Essential is only the operation at one phase with respect to the neutral conductor.
  • a protective device could be provided immediately after connection. In particular, this could ensure overvoltage protection, so that an overvoltage occurring in the power supply network would be exceeded. voltage does not destroy the modem. Circuits that provide surge protection are well known in the art.
  • the coupling of the signal processing unit of the modem via a coupling capacitor via a coupling capacitor.
  • a coupling capacitor is arranged between the phases of the power supply network to which the signal processing unit is coupled.
  • the coupling capacitors are dimensioned such that the AC voltage of the power supply network with mostly 50 Hz or 60 Hz is separated by the coupling capacitors of the signal processing unit.
  • the coupling capacitors make a connection that they pass almost unaffected. Since the coupling capacitors are directly connected to the phases of the power supply network, they must have a dielectric strength, which is prescribed for a connection to external line voltages. For example, in Germany, depending on the place of use and the associated test criteria, a dielectric strength of up to 10 kV must be achieved.
  • a transformer To achieve a galvanic isolation of the signal processing unit of the power supply network could be arranged between the coupling capacitors and the signal processing unit, a transformer.
  • the transformer would have a connection to each of the phases used for communication. If two phases of the power supply network were used for communication, the transformer would be connected to the coupling capacitors, which are used for coupling to these two phases. The voltage thus tapped at two coupling capacitors would be transmitted through the transformer in the direction of signal processing unit.
  • a branch of the transformer could be provided between each of the phases.
  • the transformer could be connected as a delta connection to the phases, the voltage between two outer conductors resting on each leg of the triangle and each leg forming part of the transformer.
  • Each of these parts would have a se- provided kundärs ⁇ ite to which the voltage applied on the primary side is transformed.
  • Corresponding embodiments apply to the sending of the data, in which signals are generated by the signal processing unit and are transmitted in the direction of the power supply network.
  • a translation of the transformer in the ratio 1: 1 makes sense.
  • other gear ratios can be used, for example, if the signal processing unit can not output sufficiently high voltages.
  • the signal processing unit comprises a signal conditioning circuit and a coding / decoding circuit.
  • the signal conditioning circuit prepares the received and to be sent signals appropriately and is generally constructed as an analog circuit.
  • hybrid circuits could also be used which provide, for example, a programmable gain or an adaptation of filter boundaries.
  • the coding / decoding circuit performs a digital processing of the data and encodes the data to be transmitted or decodes the received data.
  • the encoding / decoding circuit performs or at least prepares for modulation and demodulation.
  • Such a circuit could be in the form of an integrated circuit and formed by a powerline chip.
  • the signal conditioning circuit could perform filtering of signals received from the power network. This filtering generally involves bandpass filtering of the signals received from the power network. Low-frequency signals that are not used for transmission over the power network could be hidden. Thus, if necessary, the coupling capacitors passing AC voltage of the power supply network could be hidden. Furthermore, high-frequency interference, which originate for example from a broadcast channel, can be hidden. Signals to be transmitted via the power supply network could be suitably amplified by the signal conditioning circuit. In this way, the voltage levels necessary for transmission on the power network would be achievable.
  • Coding of the data to be sent via the power supply network could be carried out on the part of the coding / decoding circuit.
  • the data received from a terminal are suitably prepared and a modulation of the data prepared or carried out.
  • Various coding and modulation methods known from practice can be used for this purpose.
  • the coding circuit would generate an analog signal which is coupled into the signal conditioning circuit and sent to the power supply network.
  • a digital analog converter could be available to the coding circuit.
  • a decoding of the data received from the power network could be performed by the encoding / decoding circuit.
  • the properly conditioned analog signals could first be sampled at the input of the encoder / decoder circuit and converted to digital signals. These could then be subjected to decoding and converted into data formats suitable for the terminal.
  • a terminal could be connected to the coding / decoding circuit.
  • This terminal could on the one hand be arranged in the same housing as the modem itself.
  • the modem and the terminal would be implemented as one device.
  • the terminal could also be connected to the modem via a suitable interface.
  • a suitable network such as Ethernet or WLAN (Wireless Local Area Network), as conceivable as other connections such as USB (Universal Serial Bus) or wireless connections are suitable.
  • the coding / decoding circuit would be followed by a suitable interface circuit which converts the data into a form that can be understood by the terminal.
  • this is designed to modulate data on two phases.
  • a modulation of the data phase against phase, ie the modulated signal would be switched between two phases.
  • the signal processing unit is designed to modulate data on three phases. Two of the three phases could be used in the sense of a two-phase modulation, i. on two phases, a phase-to-phase modulation would occur.
  • the third phase could be formed by a modulation to a phase with respect to the neutral conductor. This would create two independent communication channels.
  • a single-phase modulation could be performed on all three phases, whereby three channels are available.
  • the modulation on three phases could be designed such that the three phases are used in the sense of a three-phase network.
  • the modulated voltages between two outer conductors would in this case be designed such that a three-phase current vector can be defined from the modulated voltages, which represents the modulated data.
  • a modulation to three phases could also take place in that not several communication channels are spanned, but the same signal is modulated on all three phases. This could be done on the one hand, a phase-to-phase modulation in two of the phases along with a phase-to-neutral modulation phase in the third phase, and a phase-to-neutral phase modulation phase in all three phases.
  • the above statements regarding a modulation of data to two or three phases apply accordingly to a demodulation of signals from the power supply network.
  • the signals coupled in from the power supply network into the signal processing unit are suitably sampled, filtered and decoded.
  • the demodulation takes place - according to the modulation - of two or three phases.
  • the power supply network could be formed by a three-phase three-phase network. Such three-phase three-phase networks are widely used worldwide.
  • the power supply could be used to power a terminal connected to the modem. This would be particularly suitable if the terminal is integrated in the same housing as the modem itself.
  • the communication interface itself could also be used for the power supply, as is common, for example, with USB-connected terminals or with "Power over Ethernet".
  • terminals various devices known from practice could be used.
  • a commercially available computer would be conceivable as the terminal, which receives access to the Internet via the modem according to the invention.
  • Telephones, audio components or video systems could also act as terminals that can communicate with other devices inside or outside a building.
  • the end device could also be an electricity meter which detects the energy converted within a building or parts of a building and makes this data available to an energy supplier via the power supply network.
  • the terminal namely the electricity meter, and the modem would be integrated in the same housing. The power supply of the modem would then be used to power the electronics of the electricity meter.
  • FIG. 1 shows a modem according to the invention with a single-phase power supply and a multi-phase coupled signal processing unit.
  • the sole FIGURE shows an embodiment of a modem according to the invention.
  • the modem 1 has a power supply unit 2, with which a signal processing unit 3 and optionally, a connected to the modem, not shown terminal, is powered.
  • the signal processing unit 3 serves to demodulate the signals received from the power supply network and provide them to a terminal and in the reverse direction to prepare the data to be sent via the power supply network for transmission over the power supply network.
  • the modem 1 is connected via a connecting line 4 to a power supply network.
  • the power supply network has at least two phases L1 and L2 and optionally a third phase L3 (shown in dashed lines). Between the phases L1 and L2, an outer conductor voltage U 12 is applied .
  • a neutral conductor N is present, which can simultaneously - in a PEN network - take over the function of a protective conductor. In a combined function as a neutral conductor and protective conductor, the name PEN is common. However, it should be understood that the term N shown in the figure may also mean a PEN conductor. If the protective conductor and the neutral conductor are designed separately, then - as shown in the figure - a further conductor in the connection line 4 may be provided.
  • the protective conductor PE is connected to the housing of the modem, if this is made of metal. In a plastic housing, the protective conductor PE remains generally unused.
  • an overvoltage protection 5 is provided, which protects the components of the modem against overvoltages from the power supply network.
  • the overvoltage protection 5, the power supply 2 and the signal processing unit 3 is arranged downstream.
  • the power supply 2 is connected to the phase L1 and the neutral conductor N of the power supply network.
  • the line voltage U 1 of usually 230 V is applied to the power supply unit.
  • the power supply transforms the voltage U 1 into at least one lower voltage, which usually comprises a DC voltage.
  • several voltages can be generated by the power supply 2.
  • the power supply unit 2 via a supply line 6 (shown in phantom) can be used with a terminal not shown.
  • the two phases L1 and L2 of the power supply network are connected via coupling capacitors C 1 and C 2 to a transformer 7.
  • the coupling capacitors are used to keep low-frequency voltages - in particular the AC voltage of the power supply network - from the transmitter while high-frequency signals reach the transmitter.
  • At the transformer is the high-pass filtered by the coupling capacitors C 1 and C 2 , tapped at two phases voltage Ui 2 'at.
  • the transformer 7 ensures galvanic isolation between the power supply network and the signal processing unit 3.
  • the transmitter 7 carries out a transmission in the ratio 1: 1.
  • the signal processing unit 3 comprises a signal conditioning circuit 8 and an encoding / decoding circuit 9.
  • the signals received by the transmitter 7 are conditioned for later decoding. This processing consists essentially of a bandpass filtering of the received signal.
  • the data received from the coding / encoding circuit 9 are converted by the signal conditioning circuit 8 into signals which are suitable for transmission via the power supply network. This consists essentially in an amplification of the signals.
  • the encoding / decoding circuit 9 At the input or output of the encoding / decoding circuit 9 to the signal conditioning circuit 8 is a unit 10, which performs an analog / digital or digital analog conversion.
  • the analog signals received by the signal conditioning circuit 8 are converted into digital signals for the coding / decoding circuit 9 or the digital data to be transmitted coded by the coding coding circuit 9 is converted into analog signals for the signal conditioning circuit 8.
  • the encoding / decoding circuit 9 provides an interface between the powerline network and the terminal connected via a data line 11.
  • the digital data received by the terminal are processed into suitably modulated signals for transmission via the power supply network or the signals received by the power supply network are processed into digital data for the terminal.

Abstract

Ein Modem zur Übertragung von Daten über ein Stromversorgungsnetzwerk, wobei das Stromversorgungsnetzwerk mindestens zwei Phasen (L1, L2, L3) und einen Neutralleiter aufweist und wobei das Modem (1) ein Netzteil (2) zur Energieversorgung des Modems (1) und eine Signalverarbeitungseinheit (3) aufweist, ist im Hinblick auf einen sicheren Betrieb des Modems an einem mehrphasigen Stromversorgungsnetzwerk bei einem möglichst kostengünstigen Aufbau des Modems dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (2) einphasig ausgeführt ist und dass die Signalverarbeitungseinheit (3) zum Senden und Empfangen von Daten an mindestens zwei der Phasen (L1, L2, L3) angekoppelt ist.

Description

MODEM ZUR ÜBERTRAGUNG VON DATEN ÜBER EIN STROMVERSORGUNGSNETZWERK
Die Erfindung betrifft ein Modem zur Übertragung von Daten über ein Stromversorgungsnetzwerk, wobei das Stromversorgungsnetzwerk mindestens zwei Phasen und einen Neutralleiter aufweist und wobei das Modem ein Netzteil zur Energieversorgung des Modems und eine Signalverarbeitungseinheit aufweist.
Die Übertragung von Daten über Stromversorgungsnetzwerke hat insbesondere im Bereich der breitbandigen Kommunikation in den vergangenen Jahren den Status von Forschungs- und Pilotinstallationen verlassen. Bei dem unter der Bezeichnung Powerline-Communication (PLC) bekannt gewordenen Verfahren werden Daten in höherfrequenten Bereichen auf gewöhnliche Stromversorgungsleitungen moduliert. Hierzu lassen sich Leitungen innerhalb eines Gebäudes ebenso verwenden wie Leitungen von Transformatorstationen zum Endkunden. Auf diese Weise ist die Problematik der „letzten Meile" zum Kunden auf einfache Art und Weise lösbar geworden. Zur Modulation der Daten hat sich OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) als besonders geeignet erwiesen, da es als eines der wenigen Verfahren die gesetzlichen Grenzwerte gut einhalten und zudem flexibel auf Störungen reagiert werden kann.
Bei der Übertragung von Daten über Stromversorgungsnetzwerke werden üblicherweise Modems eingesetzt, die von einem Endverbraucher in eine übliche Steckdose gesteckt werden. Die von dem Modem auf die Phase der Steckdose modulierten Signale werden über das Stromversorgungsnetzwerk übertragen und können durch ein Modem an nahezu jeder beliebigen Steckdose innerhalb des Gebäudes wieder empfangen werden. Befinden sich die Steckdose des Senders und des Empfängers an einer unterschiedlichen Phase, werden Koppelkondensatoren eingesetzt, die die Phasen untereinander für PLC-Signale koppeln. Alternativ kann die Kopplung im Stromzähler erfolgen oder es kann das Übersprechen innerhalb der Leitungen des Stromversorgungsnetzwerks genutzt werden.
Neben der Übertragung von Daten auf einer Phase in Bezug auf einen Neutralleiter ist die Übertragung in mehrphasigen Stromversorgungsnetzwerken bekannt. Hierbei werden die Daten zwischen zwei Phasen aufmoduliert. Dieser Einsatz wird vor allem von Energieversorgem benötigt, kann aber auch bei einer Automatisierung und Fernsteuerung von Drehstrommaschinen vorteilhaft eingesetzt werden.
Bei einem mehrphasigen Betrieb eines Modems stellt sich das Problem, dass die Bauteile innerhalb des Modems auf die Außenleiterspannungen, d.h. die Spannungen zwischen zwei Phasen ausgelegt sein müssen. Bei dem in Europa am weitesten verbreiteten Drehstromnetzwerk mit Strangspannungen von 230 V müssen die verwendeten Modems auf eine Spannung von 400 V ausgelegt sein. Dies bedingt eine entsprechende Dimensionierung der Bauteile, wodurch zum einen die Baugröße des Modems zunimmt, zum anderen steigen die Kosten des Modems stark an.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Modem der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein sicherer Betrieb des Modems an einem mehrphasigen Stromversorgungsnetzwerk bei einem möglichst kostengünstigen Aufbau des Modems unter Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der in Rede stehende Modem dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil einphasig ausgeführt ist und dass die Signalverarbeitungseinheit zum Senden und Empfangen von Daten an mindestens zwei der Phasen angekoppelt ist.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass auf verblüffend einfache Art und Weise die Problematik der Spannungsfestigkeit und die Dimensionierung des Modems entkoppelt werden können. Hierfür ist es ausreichend, lediglich eine geringe Anzahl von Bauteilen für die höhere Außenleiterspannung auszulegen, während die meisten Elemente auf die niedrigere Strangspannung und darunter ausgelegt werden können. Hierzu wird die Signalverarbeitungseinheit, mit der die zu übertragenden Daten auf das Stromversorgungsnetzwerk moduliert bzw. die aus dem Stromversorgungsnetzwerk empfangenen Signale demoduliert werden, an mindestens zwei der Phasen des Stromversorgungsnetzwerk angekoppelt. Erfindungsgemäß wird jedoch das zur Stromversorgung des Modems notwendige Netzteil lediglich einphasig betrieben. Dadurch müssen - im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Modems - lediglich die für die Ankopplung der Signalverarbeitungseinheit an das Stromversorgungsnetzwerk notwendigen Bauteile eine Spannungsfestigkeit für den Anschluss an die Außenleiterspannung aufweisen, während das Netzteil und die weiteren Komponenten des Modems auf die Strangspannungen und darunter ausgelegt werden können. Dadurch kann ein Einphasenmodem durch einfachen Austausch weniger Bauteile für einen mehrphasigen Betrieb umgerüstet werden, ohne dass eine aufwendige Umgestaltung und insbesondere eine größere Dimensionierung des Modems notwendig wird. Dennoch kann das derart ausgebildete Modem sicher an einem mehrphasigen Stromversorgungsnetzwerk betrieben werden und hält die gesetzlichen Bestimmungen ein.
Das erfindungsgemäße Modem weist einen Anschluss auf, der eine Verbindung an mindestens zwei Phasen und einen Neutralleiter des Stromversorgungsnetzwerks zur Verfügung stellt. Diese Forderung ist bei allen Mehrphasen-Stromversorgungsnetzwerken einfach zu erfüllen. Der Anschluss könnte zusätzlich eine Verbindung zu einer weiteren Phase des Stromversorgungsnetzwerks bieten. Zudem könnte ein gegebenenfalls vorhandener Schutzleiter an dem Anschluss verfügbar sein, der mit einer Erdung verbunden ist. Abhängig von der Netzform gibt es Stromversorgungsnetzwerke, die eine Neutralleiter- und eine Schutzleiterfunktion in einem Leiter, dem sogenannten PEN, kombinieren. In diesem Fall wäre kein zusätzlicher Schutzleiter in dem Anschluss vorgesehen.
Das einphasig betriebene Netzteil des Modems könnte mit einer der Phasen des Stromversorgungsnetzwerks und dem Neutralleiter verbunden sein, die über den Anschluss des Modems zur Verfügung stehen. Dadurch liegt lediglich die Strangspannung an dem Netzteil an und das Netzteil muss nicht auf die deutlich höhere Außenleiterspannung ausgelegt sein. Welche der am Anschluss zur Verfügung stehenden Phasen zum Betreiben des Netzteils verwendet wird, ist für die Funktion des erfindungsgemäßen Modems unerheblich. Wesentlich ist nur der Betrieb an einer Phase in Bezug auf den Neutralleiter.
Zum Schutz des Modems könnte unmittelbar nach dem Anschluss eine Schutzvorrichtung vorgesehen sein. Diese könnte insbesondere einen Überspannungsschutz gewährleisten, so dass eine im Stromversorgungsnetzwerk auftretende Über- spannung das Modem nicht zerstört. Schaltungen, die einen Überspannungsschutz bieten, sind aus der Praxis hinlänglich bekannt.
Vorteilhafter Weise erfolgt die Ankopplung der Signalverarbeitungseinheit des Modems über jeweils einen Koppelkondensator. Hierzu ist zwischen den Phasen des Stromversorgungsnetzwerks, an die die Signalverarbeitungseinheit angekoppelt ist, jeweils ein Koppelkondensator angeordnet. Die Koppelkondensatoren sind derart dimensioniert, dass die Wechselspannung des Stromversorgungsnetzwerks mit meist 50 Hz oder 60 Hz durch die Koppelkondensatoren von der Signalverarbeitungseinheit abgetrennt ist. Für ausreichend hohe Frequenzen, also für Frequenzen, die für PLC genutzt werden, stellen die Koppelkondensatoren hingegen eine Verbindung her, die diese nahezu unbeeinflusst passieren. Da die Koppelkondensatoren unmittelbar mit den Phasen des Stromversorgungsnetzwerkes verbunden sind, müssen diese eine Spannungsfestigkeit aufweisen, die bei einem Anschluss an Außenleiterspannungen vorgeschrieben ist. So muss beispielsweise in Deutschland je nach Einsatzort und den zugehörigen Prüfkriterien eine Spannungsfestigkeit von bis zu 10 kV erzielt werden.
Zum Erzielen einer galvanischen Trennung der Signalverarbeitungseinheit von dem Stromversorgungsnetzwerk könnte zwischen den Koppel kondensatoren und der Signalverarbeitungseinheit ein Übertrager angeordnet sein. Der Übertrager hätte dabei einen Anschluss an jede der zur Kommunikation genutzten Phasen. Würden zwei Phasen des Stromversorgungsnetzwerks zur Kommunikation genutzt, so wäre der Übertrager mit den Koppelkondensatoren verbunden, die zur Ankopplung an diese beiden Phasen genutzt werden. Die derart an zwei Koppelkondensatoren abgegriffene Spannung würde durch den Übertrager in Richtung Signalverarbeitungseinheit übertragen werden.
Werden mehrere Phasen des Stromversorgungsnetzwerks für die Übertragung von Daten genutzt, so könnte zwischen jeder der Phasen ein Zweig des Übertragers vorgesehen sein. Bei einer dreiphasigen Ankopplung könnte beispielweise der Übertrager als Dreieckschaltung mit dem Phasen verbunden sein, wobei an jedem Schenkel des Dreiecks die Spannung zwischen zwei Außenleiter anliegen und jeder Schenkel einen Teil des Übertragers bilden. Zu jedem dieser Teile wäre eine Se- kundärsβite vorgesehen, zu der die primärseitig anliegende Spannung transformiert wird.
Entsprechende Ausführungen gelten bei dem Versenden der Daten, bei dem Signale durch die Signalverarbeitungseinheit generiert werden und in Richtung Stromversorgungsnetzwerk übertragen werden.
Generell ist eine Übersetzung des Übertragers im Verhältnis 1 :1 sinnvoll. Allerdings können auch andere Übersetzungsverhältnisse genutzt werden, falls beispielsweise durch die Signaiverarbeitungseinheit nicht ausreichend große Spannungen ausgegeben werden können.
Vorzugsweise umfasst die Signalverarbeitungseinheit eine Signalaufbereitungsschaltung und eine Kodier-/Dekodierschaltung. Die Signalaufbereitungsschaltung bereitet die empfangenen und zu versendenden Signale geeignet auf und ist im Allgemeinen als analoge Schaltung aufgebaut. Es ließen sich jedoch auch Hybridschaltungen einsetzen, die beispielsweise eine programmierbare Verstärkung oder eine Adaption von Filtergrenzen zur Verfügung stellen. Die Kodier-/Dekodierschal- tung führt eine digitale Aufbereitung der Daten durch und kodiert die zu versendenden Daten bzw. dekodiert die empfangenen Daten. Zusätzlich führt die Kodier-/ Dekodierschaltung eine Modulation und eine Demodulation durch oder bereitet diese zumindest weitestgehend vor. Eine derartige Schaltung könnte als integrierte Schaltung vorliegen und durch einen Powerline-Chip gebildet sein.
Die Signalaufbereitungsschaltung könnte eine Filterung von aus dem Stromversorgungsnetzwerk empfangenen Signalen durchführen. Diese Filterung besteht im Allgemeinen in einer Bandpassfilterung der aus dem Stromversorgungsnetzwerk empfangenen Signale. Niederfrequente Signale, die für die Übertragung über das Stromversorgungsnetzwerk nicht genutzt werden, könnten ausgeblendet sein. So könnte die gegebenenfalls die Koppelkondensatoren passierende Wechselspannung des Stromversorgungsnetzwerks ausgeblendet werden. Ferner können hochfrequente Störungen, die beispielsweise aus einem Rundfunkkanal stammen, ausgeblendet werden. Signale, die über das Stromversorg ungsnetzwerk zu übertragen sind, könnten durch die Signalaufbereitungsschaltung geeignet verstärkt werden. Auf dieses Weise wären die für die Übertragung auf dem Stromversorgungsnetzwerk notwendigen Spannungspegel erreichbar.
Seitens der KodierVDekodierschaltung könnte eine Kodierung der über das Stromversorgungsnetzwerk zu versendenden Daten durchgeführt werden. Hierzu werden die von einem Endgerät empfangenen Daten geeignet aufbereitet und eine Modulation der Daten vorbereitet oder durchgeführt. Hierzu können verschiedene aus der Praxis bekannte Kodier- und Modulationsverfahren Verwendung finden. Denkbar wäre beispielsweise das weit verbreitete OFDM. Die Kodierschaltung würde ein analoges Signal erzeugen, das in die Signalaufbereitungsschaltung eingekopppelt und in das Stromversorgungsnetzwerk versendet wird. Hierzu könnte der Kodierschaltung ein DigitalVAnalogwandler zur Verfügung stehen.
Entsprechend ließe sich durch die Kodier-/Dekodierschaltung eine Dekodierung der aus dem Stromversorgungsnetzwerk empfangenen Daten durchführen. Die geeignet aufbereiteten analogen Signale könnten zunächst am Eingang der Kodier-/ Dekodierschaltung abgetastet und in digitale Signale konvertiert werden. Diese ließen sich dann einer Dekodierung zuführen und in für das Endgerät geeignete Datenformate umwandeln.
Mit der Kodier-/Dekodierschaltung könnte ein Endgerät verbunden sein. Dieses Endgerät könnte zum einen in dem gleichen Gehäuse wie das Modem selbst angeordnet sein. Somit wären Modem und Endgerät als ein Gerät ausgeführt. Allerdings könnte das Endgerät auch über eine geeignete Schnittstelle mit dem Modem verbunden sein. Hierzu wäre ein geeignetes Netzwerk, wie beispielsweise Ethernet oder WLAN (Wireless Local Area Network), ebenso denkbar wie andere Verbindungen wie USB (Universal Serial Bus) oder Funkverbindungen geeignet. Je nach Ausgestaltung der Verbindung zum Endgerät würde der KodierVDekodier- schaltung eine geeignete Interfaceschaltung folgen, die die Daten in eine für das Endgerät verständliche Form umsetzt.
Hinsichtlich einer Ausgestaltung der Signalverarbeitungseinheit ist diese zur Modulation von Daten auf zwei Phasen ausgebildet. Dabei wird eine Modulation der Da- ten Phase gegen Phase durchgeführt, d.h. das modulierte Signal würde zwischen zwei Phasen aufgeschaltet.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Signalverarbeitungseinheit zur Modulation von Daten auf drei Phasen ausgebildet. Dabei ließen sich zwei der drei Phasen im Sinne einer zweiphasigen Modulation nutzen, d.h. auf zwei Phasen würde eine Modulation Phase gegen Phase erfolgen. Die dritte Phase könnte durch eine Modulation auf eine Phase bezogen auf den Neutralleiter ausgebildet sein. Damit würden zwei unabhängige Kommunikationskanäle aufgespannt werden. Alternativ könnte auf allen drei Phasen jeweils eine einphasige Modulation durchgeführt werden, wodurch drei Kanäle zur Verfügung stehen. Darüber hinaus könnte die Modulation auf drei Phasen derart ausgebildet sein, dass die drei Phasen im Sinne eines Drehstromnetzes genutzt werden. Die auf modulierten Spannungen zwischen zwei Außenleitern wären hierbei so ausgestaltet, dass sich aus den modulierten Spannungen ein Drehstromzeiger definieren lässt, der die modulierten Daten repräsentiert.
Eine Modulation auf drei Phasen könnte aber auch dadurch erfolgen, dass nicht mehrere Kommunikationskanäle aufgespannt werden, sondern auf alle drei Phasen dasselbe Signal moduliert wird. Dabei könnte zum einen eine Modulation Phase gegen Phase bei zwei der Phasen zusammen mit einer Modulation Phase gegen Neutralleiter bei der dritten Phase, zum anderen eine Modulation Phase gegen Neutralleiter bei allen drei Phasen erfolgen.
Obige Ausführungen hinsichtlich einer Modulation von Daten auf zwei oder drei Phasen gelten für eine Demodulation von Signalen aus dem Stromversorgungsnetzwerk entsprechend. Hierzu werden die aus dem Stromversorgungsnetzwerk in die Signalverarbeitungseinheit eingekoppelten Signale geeignet abgetastet, gefiltert und dekodiert. Die Demodulation erfolgt - entsprechend der Modulation - von zwei oder drei Phasen.
Das Stromversorgungsnetzwerk könnte durch ein dreiphasiges Drehstromnetzwerk gebildet sein. Derartige dreiphasige Drehstromnetzwerke finden weltweit starke Verbreitung. Zusätzlich zu der Stromversorgung des Modems könnte das Netzteil dazu verwendet werden, um ein mit dem Modem verbundenes Endgerät mit Energie zu versorgen. Dies würde sich insbesondere dann anbieten, wenn das Endgerät in das gleiche Gehäuse integriert ist wie das Modem selbst. Dabei könnte auch die Kommunikationsschnittstelle selbst zur Stromversorgung genutzt werden, wie es beispielsweise bei über USB verbundenen Endgeräten oder bei „Power over Ethernet" üblich ist.
Als Endgeräte könnten die verschiedensten aus der Praxis bekannten Geräte zum Einsatz kommen. So wäre als Endgerät ein handelsüblicher Computer denkbar, der über das erfindungsgemäße Modem Zugriff auf das Internet erhält. Telefone, Audiokomponenten oder Videosysteme könnten ebenso als Endgeräte fungieren, die mit anderen Geräten innerhalb oder außerhalb eines Gebäudes Daten austauschen können. Als Endgerät könnte jedoch auch ein Stromzähler dienen, der die innerhalb eines Gebäudes oder Teilen eines Gebäudes umgesetzte Energie erfasst und diese Daten über das Stromversorgungsnetzwerk einem Energieversorger zur Verfügung stellt. In diesem Fall wären das Endgerät, nämlich der Stromzähler, und das Modem in demselben Gehäuse integriert. Das Netzteil des Modems würde dann auch zur Versorgung der Elektronik des Stromzählers genutzt werden.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige
Fig. ein erfindungsgemäßes Modem mit einem einphasig betriebenen Netzteil und einer mehrphasig angekoppelten Signalverarbeitungseinheit.
Die einzige Fig. zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Modems. Das Modem 1 weist ein Netzteil 2 auf, mit dem eine Signalverarbeitungseinheit 3 und gegebenenfalls ein mit dem Modem verbundenes, nicht eingezeichnetes Endgerät, mit Energie versorgt wird. Die Signalverarbeitungseinheit 3 dient dazu, die aus dem Stromversorgungsnetzwerk empfangenen Signale zu demodulieren und einem Endgerät zur Verfügung zu stellen und in umgekehrter Richtung die über das Stromversorgungsnetzwerk zu versendenden Daten für die Versendung über das Stromversorgungsnetzwerk aufzubereiten.
Das Modem 1 ist über eine Anschlussleitung 4 mit einem Stromversorgungsnetzwerk verbunden. Das Stromversorgungsnetzwerk weist mindestens zwei Phasen L1 und L2 und optional eine dritte Phase L3 (gestrichelt eingezeichnet) auf. Zwischen den Phasen L1 und L2 liegt eine Außenleiterspannung U12 an. Zusätzlich ist ein Neutralleiter N vorhanden, der gleichzeitig - in einem PEN-Netzwerk - die Funktion eines Schutzleiters übernehmen kann. Bei einer kombinierten Funktion als Neutralleiter und Schutzleiter ist zwar die Bezeichnung PEN gebräuchlich. Es ist jedoch zu verstehen, dass mit der in der Fig. widergegebenen Bezeichnung N auch ein PEN- Leiter gemeint sein kann. Ist der Schutzleiter und der Neutralleiter separat ausgeführt, so kann - wie in der Fig. eingezeichnet - ein weiterer Leiter in der Anschlussleitung 4 vorgesehen sein. Der Schutzleiter PE wird mit dem Gehäuse des Modems verbunden, sofern dieses aus Metall ausgeführt ist. Bei einem Kunststoffgehäuse bleibt der Schutzleiter PE im Allgemeinen ungenutzt.
Unmittelbar am Eingang des Modems 1 , d.h. am Anschlusspunkt der Anschlussleitung 4 ist ein Überspannungsschutz 5 vorgesehen, der die Komponenten des Modems gegen Überspannungen aus dem Stromversorgungsnetzwerk schützt. Dem Überspannungsschutz 5 ist das Netzteil 2 und die Signalverarbeitungseinheit 3 nachgeordnet. Das Netzteil 2 ist mit der Phase L1 und dem Neutralleiter N des Stromversorgungsnetzwerks verbunden. Damit liegt an dem Netzteil die Strangspannung U1 von üblicherweise 230 V an. Das Netzteil transformiert die Spannung U1 in mindestens eine niedrigere Spannung, die üblicherweise eine Gleichspannung umfasst. Je nach zu versorgender Elektronik können auch mehrere Spannungen durch das Netzteil 2 erzeugt werden. Optional kann das Netzteil 2 über eine Versorgungsleitung 6 (gestrichelt dargestellt) mit einem nicht eingezeichneten Endgerät genutzt werden. Die beiden Phasen L1 und L2 des Stromversorgungsnetzwerkes sind über Koppelkondensatoren C1 und C2 mit einem Übertrager 7 verbunden. Die Koppelkondensatoren dienen dazu, niederfrequente Spannungen - insbesondere die Wechselspannung des Stromversorgungsnetzwerks - von dem Übertrager fernzuhalten, während hochfrequente Signale an den Übertrager gelangen. An dem Übertrager liegt die durch die Koppelkondensatoren C1 und C2 hochpassgefilterte, an zwei Phasen abgegriffene Spannung Ui2' an. Mit einer optional genutzten dritten Phase L3, die über einen weiteren Koppelkondensator C3 (jeweils gestrichelt eingezeichnet) mit dem Übertrager verbunden ist, ließe sich ein dreiphasiger Betrieb des Modems erreichen. Der Übertrager 7 gewährleistet eine galvanische Trennung zwischen dem Stromversorgungsnetzwerk und der Signalverarbeitungseinheit 3. Der Übertrager 7 führt eine Übertragung im Verhältnis 1 :1 durch.
Die Signalverarbeitungseinheit 3 umfasst eine Signalaufbereitungsschaltung 8 und eine Kodier-/Dekodierschaltung 9. In der Signalaufbereitungsschaltung 8 werden die von dem Übertrager 7 empfangenen Signale für die spätere Dekodierung aufbereitet. Diese Aufbereitung besteht im Wesentlichen aus einer Bandpassfilterung des empfangenen Signals. In umgekehrter Richtung werden die von der KodierVDe- kodierschaltung 9 empfangenen Daten durch die Signalaufbereitungsschaltung 8 in Signale umgesetzt, die zur Übertragung über das Stromversorgungsnetzwerk geeignet sind. Dies besteht im Wesentlichen in einer Verstärkung der Signale.
Am Eingang bzw. Ausgang der KodierVDekodierschaltung 9 zu der Signalaufbereitungsschaltung 8 befindet sich eine Einheit 10, die eine Analog-/Digital- bzw. DigitalVAnalog-Wandlung durchführt. Hierbei werden die von der Signalaufbereitungsschaltung 8 empfangenen analogen Signale in digitale Signale für die Kodier-/ Dekodierschaltung 9 umwandelt bzw. die zu versendenden von der KodierVDeko- dierschaltung 9 kodierten digitalen Daten in analoge Signale für die Signalaufbereitungsschaltung 8 umsetzt. Die Kodier-/Dekodierschaltung 9 stellt ein Interface zwischen dem Powerline-Netzwerk und dem über eine Datenleitung 11 verbundenen Endgerät zur Verfügung. Es werden die von dem Endgerät empfangenen digitalen Daten in geeignet modulierte Signale für die Übertragung über das Stromversorgungsnetzwerk aufbereitet bzw. die von dem Stromversorgungsnetzwerk empfangenen Signale in digitale Daten für das Endgerät aufbereitet. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste
1 Modem
2 Netzteil
3 Signalverarbeitungseinheit
4 Anschlussleitung an das Stromversorgungsnetzwerk
5 Überspannungsschutz
6 Versorgungsleitung (zur Energieversorgung eines Endgeräts)
7 Übertrager
8 Signalaufbereitungsschaltung
9 Kodier-/Dekodierschaltung
10 Einheit zur A/D- und D/A-Wandlung
11 Datenleitung zur Verbindung des Endgeräts mit dem Modem
L1/L2/L3 Phasen des Stromversorgungsnetzwerks
N Neutralleiter
PE Schutzleiter
C1ZC2ZC3 Koppelkondensatoren
U1 Strangspannung zwischen L1 und N
U12 Außenleiterspannung zwischen L1 und L2
U12' über Koppelkondensatoren hochpassgefilterte U12

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Modem zur Übertragung von Daten über ein Stromversorgungsnetzwerk, wobei das Stromversorgungsnetzwerk mindestens zwei Phasen (L1 , L2, L3) und einen Neutralleiter aufweist und wobei das Modem (1) ein Netzteil (2) zur Energieversorgung des Modems (1) und eine Signalverarbeitungseinheit (3) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Netzteil (2) einphasig ausgeführt ist und dass die Signalverarbeitungseinheit (3) zum Senden und Empfangen von Daten an mindestens zwei der Phasen (L1 , L2, L3) angekoppelt ist.
2. Modem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (2) mit einer der Phasen (L1 , L2, L3) und dem Neutralleiter (N) verbunden ist.
3. Modem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überspannungsschutz (5) vorgesehen ist, der das Modem (1) gegen Überspannungen aus dem Stromversorgungsnetzwerk schützt.
4. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung der Signalverarbeitungseinheit (3) an die Phasen (L1 , L2, L3) über jeweils einen Koppelkondensator (C1, C2, C3) erfolgt.
5. Modem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Koppelkondensatoren (C1, C2, C3) und der Signalverarbeitungseinheit (3) ein Übertrager (7) angeordnet ist.
6. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (3) eine Signalaufbereitungsschaltung (8) und eine KodierVDekodierschaltung (9) aufweist.
7. Modem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalaufbereitungsschaltung (8) eine Filterung von aus dem Stromversorgungsnetzwerk empfangenen Signalen und eine Verstärkung von über das Stromversorgungsnetzwerk zu versendenden Signalen vornimmt.
8. Modem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodier-/ Dekodierschaltung (9) eine Kodierung von über das Stromversorgungsnetzwerk zu versendenden Daten und eine Dekodierung von empfangenen aus dem Stromversorgungsnetzwerk empfangenen Signalen durchführt.
9. Modem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die KodierVDekodierschaltung (9) mit einem Endgerät verbunden ist.
10. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (3) zur Modulation von Daten auf zwei Phasen (L1 , L2, L3) ausgebildet ist, wobei eine Modulation Phase gegen Phase erfolgt.
11. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (3) zur Modulation von Daten auf drei Phasen (L1 , L2, L3) ausgebildet ist, wobei die Modulation auf drei Phasen (L1 , L2, L3) durch eine Modulation auf zwei Phasen (L1 , L2, L3) und eine parallel hierzu erfolgende Modulation auf eine Phase (L1 , L2, L3) bezogen auf den Neutralleiter (N) ausgebildet ist.
12. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (3) zur Modulation vorn Daten auf drei Phasen (L1 , L2, L3) ausgebildet ist, wobei die Modulation jeweils auf eine der Phasen (L1 , L2, L3) in Bezug auf den Neutralleiter (N) erfolgt.
13. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (3) zur Modulation von Daten auf drei Phasen (L1 , L2, L3) ausgebildet ist, wobei die auf die drei Phasen (L1 , L2, L3) modulierten Spannungen einen Drehstromzeiger definieren, der die modulierten Daten repräsentiert.
14. Modem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Signalverarbeitungseinheit (3) entsprechend der Modulation von Daten eine Demodulation von Daten von zwei oder drei Phasen (L1 , L2, L3) erfolgt.
15. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsnetzwerk ein dreiphasiges Drehstromnetzwerk umfasst.
16. Modem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (2) zusätzlich der Energieversorgung eines mit dem Modem verbundenen Endgeräts dient.
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