JP2005536145A - 電力線搬送通信を顧客の構内に備えるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

電力線搬送（ＰＬＣ）信号を使用することによってデータ通信を、建物のデータ入力ポイントから離れた配電システムのほぼ電気的中心位置に対して与えるための建物内の３相電力配電網を変更するための方法及び装置。受動カプラ２０が中心に位置するサービスパネル３０に取り付けられる。受動カプラ２０は、建物内の離れた入力ポイントから電力線搬送（ＰＬＣ信号）を受信し、その信号を、サービスパネル３０から３相電力配電網のそれぞれの位相上に入力すべく調整する。

Description

本出願は、２００２年８月１６日付けの米国特許出願Ｎｏ．１０／２１９，８１１に基づく優先権主張を伴っており、本出願においてこの文献を参考文献として組み入れる。

コンピュータ及びその他の電子情報機器の相互接続を可能とすることは、今日、人々が生活し、仕事をするに際しての共通の要請である。ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を構築するのに必要とされる電気的な接続は、通常、専用のデータ電送配線を各建物内及びこれらの建物の間に設けることによって達成される。ワイヤレスな方法（すなわち、無線による方法）がまた、この要請を満たすために発展せしめられてきた。

最近では、電力線網のインフラを使って、同時にデータを高速で伝送するための技術が実現されている。この電力線搬送通信（ＰＬＣ）の技術は、典型的には、電力線上において発生せしめられた５０ＭＨｚ以下の周波数の変調無線周波数（ＲＦ）の信号を使ってデータを伝送する。

ＰＬＣの技術によって、幾つかの重要な実用的な利益がもたされている。すなわち、特に現存する建物中において、電気的な配線が必要に応じてなされ、して、データが直接的にほんのわずか付加的なコストをかけるだけで導入され得る。同様に、電気コンセントは現代の建物中においてはどこにでも存在しており、データが同時にすべてのコンセントにおて利用可能となるような場合には、重要な操作上の便利性が実現される。

ＰＬＣ技術の別の利点は、それによって達成される効果が、無線による方法の場合と比べて著しく、特に、ほとんど無線信号を透過させない重厚な材料から作られた商業用ビルディングの場合、両者の効果の差異は著しい。ＰＬＣ技術が無線による方法より勝っている別の利点は、本質的に、よりセキュアな環境がもたらされるというとである。というのは、この方式によれば、ネットワークを形成するために物理的な接続が必要とされるからである。

本発明は、ＰＬＣ技術をローカルエリアネットワークに導入し、そして、使用の際に生じる幾つかの重要な問題に取り組もうとしたものである。

最新のＲＡＮは、“ハブ及びスポーク”トポロジーに基づいて構築されており、中心となるサーバ装置が多数のユーザを支援し、また、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）及び／又はインターネットへのゲートウェイを提供する。ＰＬＣネットワークに対する最大の効用は、その物理的な構成がＲＡＮの論理的トポロジーを反映するとき、すなわち、ＰＬＣゲートウェイがスペース内の電気的な中心に配置されるときに得られ、この場合、すべてのコンセントが最適状態で使用可能なＰＬＣ信号の供給を受ける。この電気的な中心となるポイントは、しばしば、サービスクロゼット又はサービス基盤内のほとんど人の手が入らない電気的なパネルから構成され、それ以外のデータ処理装置と決して同じ場所に配置されていない。本発明は、この最適なポイントにおいてＰＬＣ信号を遠隔的に入力するための簡単な手段を提供するものである。

本発明の別の重要な課題、特に、商業用ビルディングでの実施に際しての課題は、３相電力配線が共通に使用され、建物内のＰＬＣネットワークの適当な信号到達範囲が、３つの位相すべてがＰＬＣ信号によって励起されたときにのみ達成されるようにすることにある。本発明は、電力線の３つの位相のすべての同時的な励起のための単一のＰＬＣ信号を与える。

本発明のさらに別の課題は、信号に対する自然なバリア（又はそれらを完全に遮蔽するもの）を備えた環境中にＰＬＣネットワークを設置する場合に生じる。一般的な状況として、建物が改築され、そして、建物のすべての区画がもはや共通の電力源を必要としなくなった場合が想定される。別の一般的な状況としては、しばしば、分配効率および電気的な隔離性を向上させるために、電力が中心となるポイントから供給され、その後、トランスを経てスペース内のすべての区画に分配されるような場合が想定される。本発明はまた、単一のＰＬＣ信号を、適当な信号到達範囲を得るのに必要とされる任意の個数の離れたポイントに入力するための簡単かつフレキシブルな手段を提供する。

本発明によるシステムは、電力線搬送信号を、離れた位置に配置されたカプリング装置に対して供給することによって、通信信号を建物の３相電力網に結合させる。この場合、カプリング装置は、３つの位相のそれぞれが、離れた信号源からＰＬＣ信号の供給を受け得るように構成される。本発明の別の特徴によれば、信号は建物のそれぞれの区画に対して独立なカプリング装置を与えることによって、ＰＬＣ信号に関して異なる電気的な隔離性を備えた建物の２つ又はそれ以上の異なる区画に供給され得る。

本発明のさらに別の技術的課題及び新規な構成及び長所が、以下に続く発明の詳細な説明から明らかとなるであろう。

本発明の実施例は、ＰＬＣ技術によってもたらされるデータの伝送を改善することを目的としたものである。ここに説明される搬送電流カプラは、建物の電力供給配線への物理的接続を可能とするための手段を提供する一方、その改良点の多くのＰＬＣ信号を入力する適当なポイントを識別するということから生じている。

１つの共通の課題は、中央に配置された単一の装置（しばしば“ゲートウェイ”と呼ばれる）からのＰＬＣ信号を建物の電力配線に導入することによって建物のすべてのコンセントがそれにプラグで接続された第２の装置（しばしば、“ターミナル”と呼ばれる）に対する適当な信号を受信し、適当に機能するようにさせることにある。ＰＬＣ信号の任意の配線に沿った減衰は、予測するのが難しく、著しく変動する。したがって、すべてのコンセントに等しい信号レベルを供給することは一般に不可能である。より達成可能な目的は、建物及びそのすべてのコンセントを一緒にして正常に動作するシステムとすること、すなわち、個々のコンセントはいずれもＰＬＣ信号から完全に遮断され、そして、信号の振幅が、信号入力ポイントからの距離につれて、合理的に予測し得る挙動で減衰するようにすることである。

図１は、建物の配電システムの簡略化されたブロック図であり、上述の議論を説明するために用いられる。電力幹線からの電力は、ターミナルボックス３２を介して降圧トランス３１を経て設備内に導入される。そして、メータ３３によって使用量の検針のために測定される。電力は、その後、サービスパネル３０に送られ、そこで分割された後、パネルボード３４を介して多数のコンセント３５に向けられる。しかしながら、上で数えられたポイントのすべてにおいて、ゲートウェイＰＬＣ信号を導入することは、確実に実行可能であり、最適のポイントはおそらくサービスパネル３０となる。なぜなら、サービスパネル３０はすべてのコンセント３５に対して対称的に電力を供給し得るからである。（もし、そこに入力されたならば、）トランス３１からサービスパネル３０に向かって配線に沿って減衰するＰＬＣ信号は完全に浪費される。なぜなら、そこには如何なるターミナル装置も接続されていないからである。同様に、ゲートウェイ信号をコンセント３５の１つに入力することは実現可能であるが、最適なものではない。なぜなら、コンセント３５は、おそらくその他のすべてのコンセントに関して対称的に分布していないからである。

受動カプラの使用を最大限に実現する最適化されたシステムは、搬送電流カプラ２０をサービスパネル３０に接続し、ゲートウェイ４０からのＰＬＣ信号をそのポイントにおいて建物内に入力し、そして、任意の共通の利用可能な手段を用いて多数のコンセントにおいてデータスループット性能を測定することである。図２はその接続を行うための詳細な構成を示している。

図２を参照して、サービスパネル３０は上で議論されたものと同じ構成を有している。米国電気規定において規定された許容される電気的な安全性の要件は、カットオフスイッチ２２及びヒューズ／回路遮断器２１が備えられているというとを要求する。微小なＰＬＣ信号電流のみが、この経路に沿って生じると予想されるにもかかわらず、カットオフスイッチ２２は、設置／メンテナンスの間に電力線電圧からサービス作業員を保護するために必要とされ、ヒューズ／回路遮断器は、搬送電流カプラ２０の破滅的な故障が生じた場合に建物全体を保護するために必要とされる。ターミナルブロック２３は配線のための便利なアタッチメントポイントを提供する。

考慮されるべき付加的な次元は、商業用ビルディングにおける３相電力の共通の使用である。この場合、サービスパネル３０は３本のホットワイヤ（しばしば、“Ｌ１”、“Ｌ２”及び“Ｌ３”と呼ばれる）と中性ワイヤと設置ワイヤを有している。当初の建物内配線計画の目的は、３つの位相のすべてを横切る負荷をバランスさせ、それによってほぼ１／３のコンセント３５の下流がＬ１、Ｌ２及びＬ３のそれぞれに最終的に接続されるようにすることである。それ故、ＰＬＣ信号をすべてのコンセントに対して与えるために信号は分割されて、３つの位相のすべてに対して同時に供給されなければならない。図３はこの接続を説明したものである。

図３は搬送電流カプラ２０の内部の詳細な構成を示したものである。ケートウェイからのシングルエンドのＰＬＣ信号は、同軸ケーブル１７を通じて導入され、その後、バラントランス１４及びコンデンサ１２を経て各電流位相に結合される。コンデンサ１３は゛選択的なものであり、必要な場合に使用される。金属酸化物抵抗器（ＭＯＶ）１１がゲートウェイ４０のパーツに損害を与えるおそれのある過渡電力を抑制するために使用される。ゲートウェイのパーツに対する付加的な保護が、過渡電圧抑制回路１６によってもたらされる。第２のヒューズ１５（一般に、非常に低いアンベア数で機能する）が、ＭＯＶ１１のショートによって故障に対する保護を行うために使用される。コンデンサ１２、ヒューズ１５及びＭＯＶ１１を含む回路は、簡単に複製され、３つの位相のすべてに対して電力を供給する。

もし、設置が上述のように完了し、許容し得るデータスループットの結果が得られたなら、さらに作業をする必要はなくなる。他方、（再び、図１を参照して）次のことがわかる。すなわち、幾つかのコンセント３５は適当なＰＬＣ信号を有していない。この例の目的のために、１つの特定のパネルボード３４から電力供給を受ける多くのコンセント３５が適切なデータスループット性能をもたらさせないと仮定しよう。観察手段及び／又は分析手段を用いることによって、これがなぜ生じるのかを究明し、その状況を改善するとができる。しかしながら、壁の裏側に備えられた現存する配線の詳細及び／又はその建物の過去の改築の履歴は、容易に明らかにはならない。図４（“マルチポイントＰＬＣ信号入力”）は、本発明によって与えられた別の実施例によるこの問題の解決法を示している。

図４は、信号到達範囲の問題を改善するためにサービスパネル３０に加えて、あるポイントにおいて同時に入力された信号を示したものである。同軸スプリッタ５０は、ブロードバンド信号を２つ又はそれ以上の位置において使用するための分割するためにケーブルテレビシステムにおいて使用される共通に利用可能な安価な装置である。これらの装置は、同様に、ＰＬＣ信号を分割するためにも使用され得る。この実施例において、同軸ケーブル１７に沿ったゲートウェイ４０のＰＬＣ信号出力は分割され、そして、個々の同軸ケーブル１８及び１９を経て２つの搬送電流カプラ２０に向けられる。搬送電流カプラの一方は、すでに述べたようにサービスパネル３０に備えられ、他方は、不適当な性能を備えたコンセント３５を有する特定のパネルボード３４に備えられる。それによって、当初のＰＬＣ信号がこの特定のパネルボードに到達することを妨げるという物理的な問題が回避される。さらに、ＰＬＣ信号電力は依然として建物内にとどまっているので、唯一生ずる損失は、同軸スプリッタ５０内において生ずる微々たる減衰のみである。このプロセスの効果はそれ故、適切な信号到達範囲をもたらし、そしてそこで、それが消失する前にスペースの残りの領域内において信号振幅をわずかに減衰させるということにある。この技術の多くの変形例は、後にそれらが発見されたときに特定のＰＬＣ信号到達範囲の問題に取り組むために利用され得る。

以上に説明した開示は、単に発明を説明するためのものであって、発明の構成を限定することを意図するものではない。本発明の構成の範囲内においてこれらの開示された実施例の変形例を当業者は容易に案出することができる。本発明は、添付の請求の範囲に記載された構成の範囲内にあるすべてのものを含んでいることはいうまでもない。

電力がどのようにして建物内に供給され、分配されるのかを説明する簡略化されたブロック図である。 図１の一部を拡大した図であり、本発明によるカプラがどこにどのようにして配置されるのかを説明した図である。 本発明によるカプラの概略的な構成を示した図である。 ＰＬＣ信号の到達範囲を改善するための構成の詳細を示した図であり、通信データに関して隔離された部分を備えた建物に適用される本発明の実施例を示したものである。

Claims (17)

1. 少なくとも１つのサービスパネルを備えた建物の３相電力線網に通信信号を結合するためのシステムにおいて、
   電力線搬送信号を与える搬送電流装置と、
   少なくとも１つの前記サービスパネルに接続され、前記電力線搬送信号を前記建物の３相配電網のそれぞれの位相に結合するための受動カプリング装置と、を有していることを特徴とするシステム。
2. 前記少なくとも１つのサービスパネルは、前記建物内において電気的に中心となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記受動カプリング装置は、少なくとも２７７ボルトの電圧備えた高電圧配電システムに結合されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 配電網をデータ通信を行い得るように変更するためのシステムにおいて、
   第１の位置に配置されて電力搬送信号を出力するデータ通信源と、
   前記配電網における前記第１の位置から離れたサービス位置に直接接続されて前記電力線搬送信号を受信し、前記データを前記電力線網上に分布させる受動カプラと、を有していることを特徴とするシステム。
5. 前記配電網は、３相配電網からなっていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記配電網は、少なくとも２つのサービス位置を有しており、前記受動カプラに直接接続された前記サービス位置が前記配電網において、電気配線の長さに関して最も中心に位置するサービス位置からなっていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
7. 前記受動カプラは、前記配電システムの３相のそれぞれの位相に対して１つの信号を出力するようになっていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
8. 前記サービス位置は、前記配電システムにおいて電気的に最も中心に位置するサービス位置からなっていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
9. 前記高電圧配電システムに結合されていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
10. 配電網に対してデータ通信を提供するための第１の配電網部分、及び少なくとも１つの第２の配電網部分に対して通信信号を与えるためのシステムにおいて、
    電力線搬送信号を出力するデータ通信信号源と、
    第１の受動カプラ及び少なくとも１つの第２の受動カプラとを有しており、
    前記受動カプラは、それぞれ、前記第１の配電網部分及び前記少なくとも１つの第２の配電網部分のそれぞれのサービス位置に直接接続され、前記第１及び第２の配電網部分はそれぞれ、データ通信に関して互いに電気的に分離され、前記第１及び少なくとも１つの第２の受動カプラはそれぞれ、前記データ通信信号源から出力された電力線搬送信号を与えるようになっていることを特徴とするシステム。
11. 前記配電網は、３相電力を供給し、前記受動カプラは、それぞれ、３つの位相のそれぞれに対して１つの信号を出力するようになっていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記受動カプラは、それぞれ、少なくとも２７７ボルトの電圧を備えた高電圧配電システムに結合されていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
13. 通信データを建物の配電システムに導入するための方法において、
    第１の位置において電力線搬送信号を生成するステップと、
    前記電力線搬送信号を、前記配電システムにおける前記第１の位置から離れたサービス位置に受動的に結合するステップと、を有していることを特徴とする方法。
14. 前記配電システムは、３相電力配電システムからなっていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記電力線搬送信号をサービス位置に受動的に結合するステップは、前記電力線搬送信号を前記配電システムの３つの位相のそれぞれに受動的に結合するステップを含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記電力線搬送信号をサービス位置に受動的に結合するステップは、前記電力線搬送信号を前記配電システムにおける電気的に最も中心に位置するサービス位置に受動的に結合するステップを含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記電力線搬送信号を前記配電システムのサービス位置に受動的に結合するステップは、前記電力線搬送信号を、少なくとも２７７ボルトの電圧を備えた高電圧配電システムに結合するステップを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。

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