KR20020037750A - 복수 선로를 통한 고주파 망 통신 장치 - Google Patents

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Abstract

고주파 전기선 통신장치는 전기선(18)을 따라 2 이상의 장소들 각각에서 송신기, 수신기, 모뎀(14), 및 커플러(16)를 포함한다. 커플러들(16)은 공기 코어 또는 유전체 코어 변압기와 직렬로 연결된 용량성 회로들을 구비한다. 이 용량성 회로들이 미리 선택된 주파수에서 변압기와 공진한다. 커플러가 노이즈를 없애고, 미리 선택된 주파수에서 전기선의 특성 임피던스에 정합되며, 이로써 선로상의 통신을 선형화하고 장거리에 걸쳐 고속 데이터 및 음성 통신을 가능하게 한다.

Description

복수 선로를 통한 고주파 망 통신 장치{HIGH FREQUENCY NETWORK COMMUNICATIONS OVER VARIOUS LINES}
"전력선 반송(Power-line Carriers)"이란 전력계통 통신분야에 잘 알려져 있다. 이러한 전력선 반송의 주된 요소들은 하나 이상의 라인 트랩(line trap), 하나 이상의 커플링 커패시터, 동조 및 커플링 장치를 포함하는 송신 및 수신 터미날들이다. 통상적인 전력선 반송의 설명과 대표적인 구성에 관한 상세한 정보는Fundamental Handbook of Electrial and Computer Engineering Volume Ⅱ; Communication Control Devices and System,John Wiley & Sons, 1983, pp617-627에 있으며, 그 내용이 본 명세서에 참고로 병합된다. 종래기술의 전력선 반송과 관련된 중요한 문제는 하나 이상의 라인 트랩, 하나 이상의 커패시터, 하나 이상의 커플링 변압기 또는 반송 주파수 하이브리드 회로와 주파수 연결 케이블에 관한 요건이다.
모든 종래 커플러들은 송신 커플러와 수신 커플러 사이 전달함수의 비선형 위상 특성에 기인하여 신호 왜곡을 야기하는 페라이트심 또는 철심 변압기를 구비하고 있다. 이런 왜곡은 히스테리시스를 나타내는 마그네틱 코어 재료의 존재에 의해서 발생된다. 배전 전력선 반송에 있어서, 이런 왜곡은 페라이트심 변압기를 사용하는 적어도 3개의 비선형 소자들 즉 배전 변압기와 두 전력선 커플러들을 통해 신호들이 전파되어야 하기 때문에 특히 심하다. 이러한 비선형소자들에 의해 야기된 왜곡은 통신 속도를 제한하는 지연왜곡(delay distortion)을 포함한다.
과거 디자인의 주요 단점은 신호 커플러에 페라이트심이나 철심 변압기를 사용하는 데서 비롯된다. 1차 권선 인덕턴스 L1은 코어의 비선형성때문에 어떤 미지값만큼 변경된다. 이로써 원하는 반송 주파수의 동조를 못하게된다. 또한, 원하는 반송 주파수에서 1차 권선의 임피던스는 더이상 전력선 특성 임피던스와 일치하지 않는다. 이런 사실을 인식하고, 다른 디자인은 큰 커플링 커패시터(대략 0.5㎌)를 사용하여 신호를 낮은 트랜시버 입력 임피던스를 가진 전력선에 결합시킨다.이로써 반송 주파수에서 20㏈ 까지의 상당한 커플링 손실이 야기된다.
동시계류중인 미국특허출원 제 09/344,258호(이하, '258출원이라한다)는 송신과 수신 양용의 신규한 위상이동 선형 전력선, 전화선, 트위스트 페어선 및 동축선 커플러를 개시한다. 이 위상이동 선형 커플러(phase shift linear coupler)는 전력선 변압기를 통한 전화선, 동축선, LAN 및 전력선 통신을 위해 사용될 수 있는 신규한 공기 코어(air-core)또는 유전체 코어 변압기(dielectric core transformer)를 포함한다. 이 위상이동 선형커플러는 회선 특성 임피던스의 알려진 최저값과 대략 일치하는 저항성 정합(resistive matching)을 달성하고 이 회선위로 안정적인 신호전송을 극대화하기 위하여 관련 커플링 커패시터 회로망을 포함한다. 이러한 공진은 반송 주파수에서 대역통과필터를 효과적으로 생성한다. '258 출원의 개시내용은 전체적으로 이 명세서에 병합된다.
'258 출원의 디자인은 종래 디자인의 많은 문제들을 해결하였는데, 종래 디자인들은 전력선 특성 임피던스로 공진하는 페라이트 또는 철 커플러를 사용하였고, 이로써 전력선과 같은 다양한 회선들간의 통신을 위한 노치(notches), 석아웃(suck outs) 및 비선형 미디어가 생겨났다. '258 출원의 위상이동 선형 커플러가 통신 대역폭에서 노치를 갖지 않으며, 이로써 매우 넓은 범위의 주파수들간에 선형 통신을 허용한다.
그러나, 더 높은 주파수(예컨대, 200㎒∼500㎓)를 사용하여 디지털 데이터 신호들을 동시에 송수신 할 수 있어, AC, DC, 동축케이블, 및 트위스트 페어라인을 포함한 전력선과 전력선 변압기를 통해 장거리에 걸쳐 넓은 대역폭을 사용한 고속 통신을 허용할 수 있는 전력선 통신시스템이 여전히 필요하다.
발명의 개요
본 발명의 제1 실시예에서 본 발명은 특성 임피던스를 가지는 하나 또는 하나 이상의 전기 신호를 통신하는 통신 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 통신 장치는, 전기전 신호를 변조하여 200MHz 보다 크거나 같은 예정된 주파수를 가지는 변조된 반송파 신호를 생성하는 변조기; 변조기에 전기적으로 접속되고 출력 임피던스를 가지며 변조된 반송파 신호를 전송하는 전송기; 및 전기적 선로 및 전송기 사이에 접속되고, 전송기의 출력 임피던스를 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 변조된 반송파 신호를 상기 전기적 선로로 통신시키는 커플러를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치는 전기전 신호를 변조하여 200MHz 보다 크거나 같은 예정된 주파수를 가지는 변조된 반송파 신호를 생성하는 변조기; 변조기에 전기적으로 접속되고 출력 임피던스를 가지며 변조된 반송파 신호를 전송하는 전송기; 전기적 선로 및 전송기 사이에 접속되고, 전송기의 출력 임피던스를 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 변조된 반송파 신호를 전기적 선로로 통신시키는 제1 커플러; 입력 임피던스를 가지고, 변조된 반송파 신호를 수신하는 수신기; 수신기에 전기적으로 접속되어, 변조된 반송파 신호를 복조하여 200Mhz 보다 크거나 같은 제2의 예정된 주파수를 가지는 복조된 반송파 신호를 생성하는 복조기; 전기적 선로 및 상기 수신기 사이에 접속되고, 수신기의 입력 임피던스를 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 변조된 반송파 신호를 수신기로 통신시키는 제2 커플러를 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 통신 장치는 200MHz보다 크거나 같은 예정된 제1 주파수를 가지는 변조된 제1 반송파 신호를 생성하고 200MHz보다 크거나 같은 예정된 제2 주파수를 가지는 변조된 제2 반송파 신호를 생성하는 제1 모뎀; 출력 임피던스를 가지며 제1 모뎀에 접속되어 변조된 제1 반송파 신호를 전송하는 제1 전송기; 출력 임피던스를 가지고 제1 모뎀에 접속되어 변조된 제2 반송파 신호를수신하는 제1 수신기; 전기적 선로와 제1 전송기 및 상기 제1 수신기 사이에 접속되고, 제1 전송기의 출력 임피던스와 제1 수신기의 입력 임피던스를 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 변조된 제1 및 제2 반송파 신호를 통신시키는 제1 커플러; 변조된 제2 반송파 신호를 생성하고 변조된 제1 반송파 신호를 복조하는 제2 모뎀; 출력 임피던스를 가지고 상기 제2 모뎀에 접속되어 변조된 제2 반송파 신호를 전송하는 제2 전송기; 입력 임피던스를 가지고 제2 모뎀에 접속되어 변조된 제1 전송파 신호를 수신하는 제2 수신기; 및 전기적 선로와 제2 전송기 및 제2 수신기 사이에 접속되고, 제2 전송기의 출력 임피던스와 제2 수신기의 입력 임피던스를 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 변조된 제1 및 제2 반송파 신호를 통신시키는 제2 커플러를 포함한다.
본 발명은 일반적으로 전력계통 통신에 관한 것이고, 더 자세히 말하자면 AC, DC, 동축케이블, 및 트위스트 페어선(twisted pair lines)들을 포함한 전력선 및 전력선 변압기를 통해 고속으로 장거리에 걸쳐 디지털 데이터 신호들을 동시에 송수신할 수 있는 장치에 관한 것이다.
첨부 도면을 참조하여 전술한 발명의 개요뿐만 아니라 후술하는 양호한 실시예의 상세한 설명을 읽으면 더 잘 이해가 될것이다. 발명을 예시할 목적으로 현재 양호한 실시예들이 도면에 도시되어 있다. 그러나, 이 발명은 도시된 정밀한 배열과 설비들에 한정되는 것이 아니다. 도면에서 유사한 번호는 유사한 요소들을 지시하는데 사용된다.
도 1은 이 발명 커플러의 전력선에 대한 특성 임피던스를 나타내는 그래프;
도 2는 이 발명에 따른 전력선 통신 광역망의 대략적인 블록선도;
도 3은 이 발명에 따른 반이중(half-duplex) 전력선 모뎀의 개략도;
도 4는 이 발명에 따른 전이중(full-duplex) 전력선 모뎀의 개략도;
도 5는 이 발명에 다른 전력선 통신 장치의 개략적인 블록선도;
도 6은 도 5의 전력선 통신 장치에 사용할 제1 주파수에서 변조기의 개략도;
도 7은 도 5의 전력선 통신장치에 사용할 제2 주파수에서 변조기의 개략도;
도 8은 도 5의 전력선 통신장치에 사용할 제1 주파수에서 복조기의 개략도;
도 9는 도 5의 전력선통신장치에 사용할 제2 주파수에서 복조기의 개략도;
도 10은 도 5의 전력선통신장치에 사용할 이더넷(Ethernet) 인터페이스의 개략도;
도 11은 제1조의 주파수에서 도 5의 전력선 통신장치에 사용할 커플러의 개략도;
도 12는 제2조의 주파수에서 도 5의 전력선 통신장치에 사용할 커플러의 개략도,
도 13은 도 5의 전력선 통신장치에 사용할 전원의 개략도이다.
본 발명은 '258 출원의 위상이동 선형커플러에 대한 개량을 제시한다. 공기 코어 또는 유전체 코어 커플러에 높은 주파수(1-500GHz)를 사용하면 대역폭이 더 넓고 도달거리가 더 크기 때문에 더 좋은 결과를 만들어낸다고 알려져 있다. 더 높은 주파수 신호들은 모든 타입의 와이어 둘레에 자기장을 생성하고 자기파와 같이 전력선의 표면을 따라 이동하며 변압기들을 점프한다. 그러므로 그러한 고주파 신호들의 전송이 넓은 대역폭과 장거리에서 달성될 수 있다.
동축케이블과 같은 제어 방식 환경에서 1㎓ 이상의 고주파 신호는 사라지기전에 단거리만을 이동한다. 이는 동축 케이블이 높은 고정 직렬 인덕턴스 L과 병렬 커패시턴스 C를 갖기 때문이고, 이들이 강한 저역통과 필터를 형성하여 어떤 거리에서 모든 주파수의 신호들을 소거할 수 있다. 또한, 동축케이블은 단단히 차폐되어 있으므로 중간 도체 주위에 작은 자기장만을 생성할 수 있다.
단순히 한 지점에서 다른 지점으로 가지않고 오히려 성상구조로 되어 있는 전력선들에 의해 상이한 환경이 제시된다. 전력선은 고정된 L 및 C 값을 갖지 않으며, 그러므로 전력선은 동축케이블 보다 더 약한 저역통과 필터이다. 전력선은 또한 차폐되지 않고, 그러므로 전력선 도체는 동축케이블 내에서 보다 와이어 주위에서 더 큰 자기장을 생성한다. 부가적으로 전력선의 특성 임피던스 Zo는 시간과 장소에 따라 변하고, 서로 접속된 와이어들의 수도 배전망 내의 여러 지점들에서 변한다. 따라서, 전력선을 따라 디지털 신호들의 전기/자기장들이 전력선을 따라 전파되는 것은 없어지지 않을 것이고, 이 신호들은 동축케이블에서 보다 더 멀리 전파될 수 있다. 고주파 신호들은 여기에 설명된 본 발명에 따른 전력선에 대한 정합(matching)이 사용되면 신호 강도의 큰 손실없이 대형 병렬 커패시터처럼 보이는 전력선 변압기를 점프할 수도 있다.
이 발명의 커플러의 중요성은 전력선 특성임피던스에 대한 정합장치로 유지될 수 있다는 것이다. '258 출원에서와 같이, 이 발명의 커플러는 공기 코어 또는 유전체 코어 변압기와 커플링 커패시터 Ceq로 구성된다. 변압기의 1차 권선측 임피던스 변화가 변압기의 2차 권선측에 별로 영향을 미치지 않으며 그 역도 마찬가지다. 그러므로, 전력선이 바라보는 유일한 임피던스는 커패시터 Ceq로 공진된 1차 권선이다. 이러한 직렬 공진은 1옴에 근접하는 낮은 임피던스를 발생한다. 주파수가 증가함에 따라, 어느 임피던스가 전력선 특성임피던스에 가장 잘 정합하는가, 그리고 얼마나 큰 대역폭이 필요한가에 따라 그 임피던스도 대략 100-200옴 까지 증가한다.
예컨대, 도 1은 전력선에 대한 커플러 특성 임피던스를 보여준다. 전력선 임피던스가 F1 에서 100옴이면, 커플러에서 6㏈ 정합은 50옴(F4)- 200옴(F3)이고, 이는 넓은 대역폭 F3-F4를 포함한다. 반대로, 전력선 특성 임피던스가 단지 10옴이면 6㏈ 정합은 5-20옴이며 대여폭은 더 작아진다. 커플러 임피던스를 낮추면, 낮은 특성 임피던스(예컨대, 10옴) 전력선에 더 넓은 대역폭 정합이 생길 수 있다.
'258 출원에서 논의한 대로, 이 발명의 커플러에 의해 얻어지는 중요한 이점은 위상 선형성(phase linearity)이다. 전력선들은 상이한 주파수들에서 몇 피트간격마다 국부 임피던스를 갖는다. 전력선에 대한 최선의 정합은 전력선이 L 과 C로 구성되어 있기 때문에 페라이트심과 철심을 포함하지 않는 인덕터(L)와 커패시터(C)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 더우기, 각각의 종단되지 않는 회선의 끝에서 반사(reflections)가 일어난다. 페라이트심 또는 철심 커플러들도 해당 통신 대역폭 주위에서 자기 공진(self-resonance)을 갖는다. 전력선에서 자기공진과 반사는 가변 대역폭 노치(variable bandwidth notches)를 생성한다. 역으로, 이 발명 자기 공진의 공기 코어 또는 유전체 코어 커플러는 관심 주파수 대역보다 더 높은 주파수에 있고, 공기 코어 커플러는 전력선의 국부 특성임피던스를 정합시킨다. 그러므로 관심 주파수대역에서 반사는 노치를 생성하지 않는다.
전력선에 정합하는 이 발명의 커플러를 사용함으로써 대폭을 6-10㏈정도 평탄하게 한다. 이런 정합은 전력선 특성임피던스가 커플러 1차 임피던스의 0.5∼2배 사이의 범위에 있을 때 달성될 수 있다. 예컨대, 커플러의 1차 임피던스는 주파수 대역 18-30㎒에 대해 1∼100옴 범위에 있다. 전력선 임피던스가 22㎒에서 50옴 이고 20㎒에서 10옴이면, 20㎒ 부근에서 25∼100옴의 정합이 생기고 이는 대략 21∼30㎒사이의 주파수를 포괄한다. 20㎒에서 커플러 1차 임피던스가 약 20옴이면 18-22㎒ 에서 정합이 일어난다. 전체 정합은 10㏈ 대역폭의 18-30㎒ 이고, 노치가 없다.
전력선은 지중선에 대해 50-100옴, 지상선에 대해 100-500옴의 전형적인 임피던스를 갖는다. 그러나, 많은 급전선과 차단기 및 지중 변전소들은 그 장소에서 1옴 정도의 전력선 특성임피던스를 생성한다. 이 커플러는 전력선의 가장 공통적인 국부임피던스를 수용하도록 설계된다. 예컨대, 전력선 특성임피던스가 80옴이면, 임의 장소에서 40-160옴인 6㏈ 정합이 이 발명의 공기 코어 커플러에 의해 달성될 수 있다. 전력선의 국부 임피던스가 몇 피트마다 변하므로 전력선은 국부적으로 정합되어야 한다. 120V 전력선 특성임피던스가 예컨대 80옴이라고 알려져 있으므로, 임의 장소에서 80옴이 양호한 정합일 것이다.
전력선 특성임피던스의 변화에 의해 2차 임피던스가 별로 변하지 않기 때문에 송신기 및 수신기 정합이 50옴 부근에서 얻어질 수 있다. 전력선상의 임피던스 변화에 관계없이 변압기 양측이 정합된다. 변압기의 2차측이 송신기 또는 수신기에 의해 정합된다. 변압기 1차측의 임피던스 변화가 2차측에 반영되지 않는다.그러므로, 전력선 내 임피던스 변화에 관계없이 송신기 및 수신기에 대해 항상 45-50옴 정합이 달성된다.
더 높은 주파수(예컨대, 200㎒-500㎓)에 대해 공기 코어 또는 유전체 코어 변압기의 구조는 '258 출원의 구조와 다르다. 커플러는 더이상 자석 와이어로 감긴 서로 다른 직경의 2개 동축선 솔레노이드(solenoids) 또는 에어-코일(air-coils)이 아니며, 그 보다 훨씬 작은 수지, 접착재, 세라믹 또는 다른 딱딱한 비도전재("칩 물질(chip material)")와 같은 어떤 타입의 플라스틱 또는 비도전재로 채워진 칩(chip)과 유사하며. 이 커플러는 양호하게는 칩 물질로 분리된 매우 얇은 도전판들로 구성된다. 이 판들은 양호하게는 구리로 되어 있지만, 능동이건 수동이건 은, 금, 또는 기타 도전물질로 제조될 수 있다. 판은 임의의 형상(예컨대, 정방형, 장방형, 둥근형 등)이지만, 양호하게는 원형이다. 이러한 층상 공기 코어 변압기의 사이즈는 사용주파수에 의존한다. 예컨대, 30㎓ 커플러 1차 직경이 1mm미만이고 층 두께가 약 0.1mm 미만이면, 약 0.3nH의 인덕턴스가 된다. 유사하게, 얇은 장방형 구리판 사이즈는 길이 약 2,3mm, 두께 0.1mm 이고, 1차 인덕터와 2차 인덕터는 상하로 서로 약 0.5mm 이격되어 있다. 결국, 이와 같은 소자는 매우 작은 커패시터로 보일것이다. 그러나 이 발명은 전력선 특성임피던스를 정합시키는 커패시터를 공진시키기 위해 엔드투엔드 인덕터 값들(end to end inductor values)을 사용한다.
대안으로서, 금속층의 침착이나 실리콘 도핑을 통해 판들이 칩에 직접 형성될 수 있다. 도핑된 실리콘은 액티브 상태일 때 도전된다. 즉 DC 레벨의 전압이트랜지스터를 턴온시켜 능동소자로 만든다. 그래서, 도핑된 실리콘으로 형성된 판들은 트랜지스터나 다이오드등과 같은 어떤 타입의 능동소자 형태를 취할 수 있다. 물론, 본 발명의 정신이나 범주내에서 다른 디자인의 공기 코어 또는 유전체 코어 변압기가 사용될 수 있다고 생각된다. 예컨대, 하나의 동축 케이블이 공기 코어 변압기로 사용될 수있다. 동축 케이불의 피복은 변압기의 1차측이고, 내측 와이어는 변압기의 2차측이다. 이러한 동축 타입의 공기 코어 변압기는 500㎒이상의 초고주파 통신에 사용될 수 있다. 마찬가지로, 2개의 동 또는 철 파이프(또는 알루미늄 또는 동 호일)가 서로의 안쪽에 배치될 수 있다. 외측 파이프 또는 호일(foil)은 공기 코어 변압기의 1차측이고, 내측 파이프 또는 호일은 2차측이다. 이런 디자인은 100㎒ 이상에도 사용될 수 있다.
더우기, DC 대 DC 변환용 조정기(regulators)를 스위칭하는데 사용된 것과 유사한 기술을 사용하여 7.6KV 크기의 중간전압 AC를 120VAC로 변환하기 위해 고상 변압기(solid-state transformers)를 창출하는데 최근 작업이 이루어졌다. 이 고상 변압기에 사용된 기술은 "트랜지스터 게이트 구동회로의 게이트 구동 제어"라 는 것으로 공지되어 있어, 여기에서 상세히 설명할 필요가 없다. 이 변압기들은 소위 "고상(solid-state)"기술로 설계되어 있다. 즉 이들은 종래 변압기의 무거운 구리 코일과 철심대신에 트랜지스터 및 집적회로와 같은 반도체 부품들에 주로 의존한다. 이러한 고상 변압기는 이 발명의 커플러들에 사용될 수도 있다. 당업자라면 이 발명의 커플러에 사용할 변압기를 생성하는데 다른 더 간단한 집적회로가 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 능동 트랜지스터를 사용하는 오늘날의집적회로는 정규 공기 코어 변압기로서 정확하게 작동하는데 필요한 인덕턴스와 커패시턴스 값을 가질 수 있는 공기 코어 변압기를 모사하거나 창출할 수 있다.
전술한 커플러의 구조는 '258 출원에 개시된 것과 다르지만 그 커플러의 기능은 동일하다. 이 발명의 커플러의 판(또는 파이프나 호일)은 유도 및 용량 결합되어 공기 코어 또는 유전체 코어 변압기를 생성한다. 그러나, 변압기의 1차측과 2차측의 결합(coupling)은 주파수에 따라 변한다. 1차측과 2차측은 100㎒ 미만의 주파수에서는 자기적으로 그리고 전기적으로 동등하게 결합되어(즉, 용량 및 유도결합됨), 100㎒이상의 주파수에서는 더욱 유도결합(자기결합)된다. 100㎓ 정도의 주파수에서는 변압기의 1차측과 2차측이 대부분 유도결합된다.
'258 출원에서 상술한 대로, '258 출원의 통신장치는 수많은 응용을 갖는다. 이 발명의 고주파 커플러는 훨씬 더 높은 데이터 전송율을 허용함으로써 이런 기능성을 신장시킨다. 예컨대 이 발명은 전력선을 통한 전송을 위하여 200㎒-50㎓ 크기의 고주파 반송파를 사용할 수 있다. 이 발명의 공기 코어 또는 유전체 코어 커플러 기술을 사용하면 적어도 1Gbps 까지의 통신속도가 전력선에 확보될 수 있다.
도면을 참조하면, 유사한 번호는 유사하거나 일치하는 부품을 나타내는데, 도2에는 이 발명에 따른 전력선 통신 광역망(WAN)의 블록도가 도시되어 있다.
이더넷 라우터(12)는 제품중 망 주변장치의 NuWave 3층 선로과 같이 HUB 또는 스위치(도시안됨)를 사용하는 인트라넷 또는 인터넷 등의 회로망 백본에 연결된다. 라우터(12)는 또한 전력선 모뎀(14)에도 연결되고, 이 모뎀(14)이 중간전압 전력선 커플러(16)에 연결되고, 커플러(16)가 모뎀(14)에서 나온 신호들을변전소(20)에서 11KV 전력선(18)에 결합시킨다.
당업자라면 알 수 있듯이, 이더넷 라우터(12)는 이 발명의 정신이나 범주내에서에서 다른 응용의 다른 장치에 연결될 수 있을 것이다. 예컨대, 다른 응용은 (1) 백본이 다른 회로망에 연결되어 있는 다른 서버를 구비한 이더넷 광역망과, (2) 전력선을 통해 다중 전화선을 형성하는 시분할 멀티플렉서와 전화국에 백본이 연결되어 있는 전화서비스 응용과, (3) 전력선을 통해 몇개의 TV 스테이션들을 디지털 송신하는 TV 방송국에 백본이 연결되어 있는 텔레비전 응용을 포함한다.
이더넷 라우터(12)는 표준 이더넷 라우터이다. 중간전압 전력선 커플러(16)를 통해 전력선 모뎀(14)은 이더넷 신호들을 11KV 전력선(18) 상에서 변조하고 복조한다. 전력선 모뎀(14)의 디자인이 후술된다. 중간전압 전력선 커플러(16)는 바람직하게는 높이 0.5m, 직경 0.2m이고, 세라믹 절연기안에 배치되고 수지로 밀봉된다. 유전체 코어 변압기는 바람직하게 커플러용으로 사용되며, 전술한 대로 고주파 조작을 위해 서로 용량적으로 겹쳐진 2개의 작은 판조각 형태로 되어 있다. 물론, 이 발명의 정신이나 범주내에서 전술한 다른 고주파 변압기 디자인들이 중간전압 전력선 커플러(16)에 사용될 수 도 있다.
고주파 신호, 바람직하게는 100Mbps 이더넷 신호가 전력선(18)를 지나 자기파로서 하나이상의 배전 변압기(22, 24)를 통과하여 110-220V 저전압 전력선(26)에 전파된다. 이 신호가 저전압 커플러(28)를 통해 하나 이상의 전력선 모뎀(14)에 의해 픽업된다. 저전압 커플러(28)와 전력선 모뎀(14)은 건물(30)로 들어가는 계량기(도시안됨) 앞에서 저전압 전력선(26)에 바람직하게 배치된다. 전력선모뎀(14)은 전력선(18)에 결합된 전력선 모뎀(14)과 동일하다. 저전압 커플러(28)는 '258 출원에 설명된 대로 설계될 수 있고, 중간전압 전력선 커플러(16)보다 더 작다. 저전압 커플러(28)는 전술한 대로 고주파 공기 코어 또는 유전체 코어 변압기를 사용한다.
이더넷 스위치(HUB) (32)는 전력선 모뎀(14)에 결합된다. 이더넷 스위치(32)는 전술한 대로 이 발명에 따라 전력선 통신 근거리 통신망(LAN)을 이용하여 전력선을 통해 건물(30)안에 이더넷 데이터를 분배한다.
전력선 모뎀(14)은 바람직하게 모두 다 송신과 수신 양방에 1.35 GHZ 주파수를 사용한다. 이 반송 주파수는 배전변압기(22,24)를 거쳐 중간전압 전력선(18) (7~35KV), 저전압 전력선(26) (110~240V), 건물(30)로 통신한다. 100Mbps 또는 10Mbps 이더넷 데이터가 이 반송 주파수를 이용하여 송신될 수 있다. 당업자라면 알수 있듯이 2.7㎓ 또는 3.5㎓ 등 다른 반송 주파수가 이 발명의 정신이나 범주내에서 사용될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 30㎓ 이상의 반송 주파수가 10Mbps, 100Mbps 또는 1Gbps의 이더넷 데이터를 전송하는데 사용될 수 있다. 이 정도의 반송 주파수가 사용될 때, 이 발명의 전력선 통신 광역망(WAN)은 건물(30)바깥에 있는 계량기에서 멈추지 않고서 멀리 변전소(20)에서 건물(30)로 통신할 수 있다. 그러므로, 전력선 모뎀(14)과 저전압 커플러(28)는 건물(30)로 들어가는 계량기(도시안됨)앞에서 저전압 전력선(26)에 배치될 필요가 없다. 오히려, 전력선 모뎀(14)과 저전압 커플러(28)는 건물(30) 안쪽에 배치될 수 있다.
당업자라면 이해할 수 있듯이, 현재의 실시예들이 데이터를 송신하고 수신하는 데 이더넷 프로토콜을 사용하는 것으로 설명되지만, 이 발명의 범주내에서 이 발명의 전력선 통신 광역망(WAN)과 함께 다른 데이터 프로토콜이 사용될수도 있다.
도 3을 참조하면, 전력선 모뎀(14)에 대한 양호한 구성이 도시되어 있다. 물리적인 이더넷 인터페이스(38)는 전력선 모뎀(14)을 이더넷 카드, HUB 또는 중계기(도시안됨)에 연결하고, 트위스트 페어선 접속부(twisted pair connection)를 포함한 임의의 적절한 접속부를 포함할 수 있다. 이더넷 데이터(예컨대, 맨체스터 부호화 데이터)가 인터페이스(38)로 부터 Motorola MPC 855T 와 같은 CPU(40)에 제공되고, CPU는 이 부호화 데이터를 병렬 버스 인터페이스(42)로 전환한다. 메모리(44)는 병렬 버스 인터페이스(42)상에 데이터를 버퍼링하는 데 사용된다.
필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA) (46), 양호하게는 Xilinx Virtex XCV 100-FG256 은 병렬버스 인터페이스(42)에 연결되어, 송수신되는 데이터의 변조와 복조를 수행할 뿐만 아니라 전력선 모뎀(14)을 제어한다. EPROM(48)은 FPGA(46)와 CPU(40)에 대한 프로그램 명령을 저장한다. FPGA(46)는 송신/수신 스위치(36)를 제어하고, 이 스위치가 커플러(34)와 전력선(48)에 연결되고, 이 전력선을 통해 전력선 모뎀(14)의 데이터가 반송된다. 커플러(34)의 구조뿐만 아니라 전력선(48)에 대한 커플러(34)의 인터페이스는 '258출원에 상세히 설명된다. 그러나 전술한 대로, 이 발명의 고주파 공기 코어 또는 유전체 코어 변압기가 커플러(34)에 사용되어야 한다.
FPGA(46)에 신호들을 인터페이스하는 회로가 설치된다. 전송을 위해 신호가FPGA(46)를 떠나 A/D 변환기(50)를 통과한다. 반송 주파수로의 상승 변환이 믹서(58)와 국부발진기(52)에 의해 수행된다. 증폭기(56)와 필터(54)가 최종신호를 커플러(34)와 인터페이스하는데 사용된다. 마찬가지로, 수신을 위해 신호가 필터(54)와 증폭기(56)를 통과해서 믹서(58)와 국부 발진기(58)에 의해 하강 변환된다. 자동이득제어(AGC)가 AGC 회로(62)에 의해 수행되고, FPGA(46)로 전송하기 위해 신호가 A/D 변환기(60)에 의해 디지털화된다. 도3의 전력선 모뎀은 반이중 모뎀(half-duplex modem)이고, 그래서 송신과 수신에 사용되는 반송 주파수는 동일한 것이다. 당업자라면 알수 있듯이, AGC 및 믹서 업/다운 변환은 다른 회로를 부가할 필요없이 FPGA에 의해 수행될 수 있다.
FPGA(46)는 원하는 임의 타입의 변조를 사용하도록 프로그램될 수 있다. 바람직하게 FM 변조가 사용되지만, 이 발명의 범주내에서 FSK, QPSK, 16QAM, CDMA, ADSL, 또는 어떤 다른 타입의 변조를 사용하도록 FPGA(46)가 프로그램될 수 있다. 이 발명의 범주내에서 특정모델의 FPGA(46)나 CPU(40)가 변경될 수 있을 것이다. 사실상, FPGA(46)는 '258출원에 논의된 다른 타입의 DSP 프로세서로 대체될 수도 있다.
도 4는 전력선 모뎀(14)의 전 이중 실장(Full-duplex implementation)을 보여준다. 모뎀(14)의 구조는 모뎀(14)과 전력선(48)사이에 있는 인터페이스를 제외하면 도 3에 도시된 반이중 모뎀(14)과 거의 동일하다. 도 4에 도시한 대로, 송신/수신 스위치(36)가 제거되었다. 대신에, 제1 주파수 F1에서 작동하는 하나의 커플러(34)가 전송에 사용되고, 제2 주파수 F2에서 작동하는 제2 커플러(34)가 수신에 사용된다. 예컨대 1.2 와 1.6 GHZ 주파수가 전력선(48)을 통해 동시에 송수신하는 데 사용될 수 있다. 모뎀(14)의 구조적 차이외에 FPGA(46)의 EPROM(48)에 저장된 소프트웨어 프로그램은 2개의 다른 주파수에서 전이중 작동을 반영하도록 변경될 필요가 있을 것이다.
도 5를 참조하면, 전력선 통신 랜(LAN)에 사용하기 위한 본 발명에 따른 전력선 통신 장치(10)의 블록도가 도시되어 있다. 도시된 통신 장치는 한 쌍의 전력선(48)에 결합되어 있다. 이 통신 장치(10)는 일반적으로 변조기(64), 복조기(66), 이더넷 인터페이스(68), 커플러(34) 및 전원(70)을 포함한다. 통신 장치(10)은 이더넷 카드, HUB 또는 스위치(도시되지 않음)에 접속되어 이더넷 데이터를 전이중 상태로 전력선(48) 상에서 전송한다.
작동시에, 마스터 유닛으로 지칭된 지정된 제1 통신 장치(10)는 전력선(48)에 접속되어 제1 주파수 F1으로 전송하고, 제2 주파수 F2로 수신한다. 슬레이브 유닛으로 지칭된 제2 통신 장치(10)는 또한 전력선(48)에 접속되어 제2 주파수 F2로 송신하고 제1 주파수 F1으로 수신한다. 예시의 목적으로, 이하에 설명되는 장치는 10Mbps로 이더넷 신호를 전력선 상에 제공하기 위하여 F1으로 250MHz를 사용하고 F2로 350MHz를 사용한다. 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 원리 및 범위를 벗어나지 아니하고 다른 주파수를 사용할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 자유 사용이 가능한 주파수 밴드인 2.44㎓ 및 5.8㎓ 밴드 내의 주파수들을 전력선 상에100Mbps 이더넷 신호를 제공하기 위해서 사용할 수 있다.
도 6에는 (예를 들어 250MHz로 전송하는) 마스터 유닛을 위한 변조기(64)의상세한 구조가 도시되어 있다. 변조기(64)는 양호하게는 발진기(76), 변조기(74) 및 도시된 바와 같이 연결된 커패시터 및 인턱터를 포함하는 FM 변조기이다. 변조기(64)는 또한 이더넷 인터페이스(68)의 부착장치 인터페이스(AUI; Attachment Unit Interface)와 인터페이스 하기 위하여 RF 변압기(72)와 도시된 바와 같은 관련 회로를 포함한다. 이더넷 입력 신호는 발진기/변조기 회로(74, 76) 및 변조된 신호의 출력을 위한 LC 필터 회로를 통하여 변압기로부터 전달된다. 커패시터와 인더턱의 값은 반송파 주파수에 기초하여 선택되며, 마스터 유닛의 경우 250MHz가 사용된다.
도 7은 (예를 들어, 350 MHz로 전송하는) 슬레이브 유닛에 사용되는 변조기(64)를 도시한다. 슬레이브 변조기(64)는 LC 필터 회로의 인덕터와 커패시터의 값을 제외하고는 마스터 변조기(64)와 동일하다. 슬레이브 변조기(64) 내의 인덕터와 커패시터의 값들은 350MHz 반송파 주파수에 기초하여 선택된다.
도 8은 (예를 들어, 350MHz로 수신하는) 마스터 유닛에 사용되는 복조기(66)의 상세한 구조를 도시한다. FM 변조된 입력 신호는 우선 변조된 입력 신호로부터 노이즈 및 기타 반송파 주파수를 분리하기 위하여 블린치(Blinch) 필터를 포함하는 증폭기들(78) 간에서 도시된 바와 같이 두 개의 RF 증폭기(78) 및 연관된 회로를 통하여 보내진다. 블린치 필터 내의 LC 값들은 통신 장치(10)에 사용되는 반송파 주파수에 기초하여 선택된다. 필터링되고 변조된 신호는 RF 변환기(80)을 통과하여 FM 검출기 회로(82)로 결합된다. FM 검출기 회로는 양호하게는 MC13155D이다. FM 검출기 회로(82)의 출력은 고속 증폭기(84) 및 필터(86)를 통과하여 변조된 입력 신호로부터 복구된 이더넷 데이터의 출력 신호를 생성한다.
도 9은 (예를 들어, 250 MHz로 수신하는) 슬레이브 유닛에 사용되는 복조기(66)를 도시한다. 슬레이브 변조기(66)는 변조된 입력 신호에 대하여 사용되는 블린치 필터 내의 인덕터와 커패시터의 값을 제외하고는 마스터 복조기(66)와 동일하다. 슬레이브 복조기(66) 내의 인덕터와 커패시터의 값들은 변조된 입력 신호로부터 필터링되는 상이한 반송파 주파수 때문에 상이하게 된다.
위에서 설명한 복조기(66)의 실시예는 MC13155D FM 검출기 회로 및 250MHz와 350MHz의 반송파 주파수를 사용하기 때문에 10Mbps의 이더넷 스피드로 제한되었다. 200MHz보다 큰 주파수 밴드에서 작동할 수 있는 FM 검출기 회로(82) 및 1GHz 보다 큰 반송파 주파수를 사용하면 복조기(66)의 밴드폭이 100MHz의 이더넷 스피드로 증가될 수 있다.
도 10을 참조하면, 마스터와 슬레이브 유닛에 사용되는 이더넷 인터페이스(68)의 상세한 구조가 도시되어 있다. 이더넷 인터페이스(68) 내에 두가지의 선택될 수 있는 인터페이스가 구현되어 있다. 우선 AUI 인터페이스가 커넥터(88)을 통하여 이더넷 HUB 또는 스위치에 제공된다. 두 개의 라인(90)은 커넥터(88)로부터 직접 변조기(64)로 연장되고, 복조기(66)의 출력은 RF 변압기(92)를 사용하여 커넥터(88)에 결합된다. 선택적으로, 통신 장치(10)는 트위스트페어 이더넷 RJ-45 커넥터(94)를 사용하여 이더넷 HUB 또는 스위치에 접속된다. RJ-45 커넥터(94)가 사용되는 경우, 10 베이스-T 트랜시버 또는 이더넷 트위스트페어/AUI 어댑터 양호하게는 ML4658CQ인 집적 회로(96) 및 도시된 바와 같은연관 회로들이 RJ-45 커넥터(94)를 커넥터(88)의 AUI 포트와 인터페이스하기 위하여 사용된다.
도 11을 참조하면, 마스터 통신 장치(10)에 사용되는 커플러(34)가 도시되어 있다. 전력선(48)로의 전송을 위하여, 변조기(64)의 출력이 우선 RF 증폭기(96) 및 로우 패스 필터(98)를 통과한다. 그리고 이 신호는 공기 코어 또는 유전체 심을 포함하는 변압기(100) 및 결합 커패시터(Ceq)(102)를 포함하는 본 발명에 따른 고 주파수 공기 코어 또는 유전체 코어 커플러로 보내진다. 변압기(100) 및 결합 커패시터(102)는 이 신호를 전력선(48)으로 결합시킨다. 로우 패스 필터(98)의 LC 값들은 반송파 주파수에 기초하여 선택된다. 결합 커패시터(Ceq)(102)의 커패시터 값은 전력선(48) 및 RF 증폭기(96) 간에 50 옴 임피던스 정합을 제공하도록 선택된다.
전력선(48)으로부터 신호를 수신하기 위하여, 공기 코어 또는 유전체 코어를 포함하는 변압기(104) 및 결합 커패시터(Ceq)(106)를 포함하는 본 발명에 따른 고주파수 공기 코어 또는 유전체 코어 커플러는 우선 전력선(48)으로 부터의 입력 신호를 결합시킨다. 이 입력신호는 RF 증폭기(108) 및 블린치 필터(110)를 통과하여 보내져 복조기(66)로 출력된다. 전송측과 같이 블린치 필터(110) 내의 LC 값들은 반송파 주파수에 기초하여 선택된다. 결합 커패시터(Ceq)(106)의 커패시터 값은 전력선(48) 및 RF 증폭기(108) 간에 50 옴 임피던스 정합을 제공하도록 선택된다.
도 12는 슬레이브 통신 장치(10)에 사용되는 커플러(34)를 도시한다. 슬레이브 커플러(34)는 결합 커패시터(Ceq)(102, 106)의 커패시터 값들과 블린치필터(110) 및 로우 패스 필터(98) 내의 인덕터와 커패시터의 값들을 제외하고는 마스터 커플러(34)와 동일하다. 슬레이브 커플러(34) 내의 이러한 인덕터와 커패시터의 값들은 상이한데, 이는 전력선(48)으로부터의 전송 및 수신을 위한 반송파 주파수들이 마스터 통신 장치(10)로부터 역전되기 때문이다.
마지막으로 도 13을 참조하면, 통신 장치에 사용되는 전원(70)이 도시되어 있다. 교류 전력이 전력선(48)으로부터 취해지고, 비드(112)를 통과하여 전력 변압기(114)의 임피던스를 전력선(48)의 임피던스로부터 고립시킨다. 이는 전력선 상에 보다 안정적인 밴드폭과 보다 큰 신호 레벨을 제공하기 위하여 실행된다. 직류 전력은 전력 변압기(114) 및 정류기(116)를 사용하여 제공된다. 마지막으로, 통신 장치(10)에서 요구되는 상이한 전압을 가진 직류 출력이 전압 조절기(118)을 사용하여 발생된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 통신 장치의 출력 측 및 수신 측 전력을 공급하기 위하여 별도의 전력 변압기(114), 정류기(116) 및 전압 조절기가 사용된다. 이러한 방식으로 250MHz와 350MHz의 반송파 주파수들이 서로 고립된다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들은 본 발명의 원리 및 개념의 범위 내에서 본 발명의 실시예가 변경될 수 있음을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 명세서에 기재된 특정 실시예에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 원리 및 범주에 속하는 모든 변경을 포함하는 것을 이해하여야 한다. 특히, 본 명세서에서는 본 발명에 따른 신규 커플러의 용도의 특정 예들이 설명되었으나, 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 커플러가 본 발명의 원리 및 범위 내에서 어떠한 다른 형태의 전력선 통신에도 사용될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 커플러 기술은 예를 들어 전화선, 동축선, 트위스트 페어선, 임의의 구리 도선, 트럭 및 버스의 전기 장비 및/또는 교류/직류 전력선 등과 같은 임의의 선로를 사용하는 통신에도 사용될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 실시예에서 전송 프로토콜로서 이더넷 프로토콜이 설명되었으나 기타 프로토콜이 본 발명의 통신 장치와 함께 사용될 수 있다.

Claims (40)

  1. 특성 임피던스를 가지는 하나 이상의 전기적 선로를 통하여 전기적 신호를 통신하는 통신 장치에 있어서,
    상기 전기적 신호를 변조하여 200MHz 보다 크거나 같은 예정된 주파수를 가지는 변조된 반송파 신호를 생성하는 변조기;
    상기 변조기에 전기적으로 접속되고 출력 임피던스를 가지며 상기 변조된 반송파 신호를 전송하는 전송기;
    상기 전기적 선로 및 상기 전송기 사이에 접속되고, 상기 전송기의 출력 임피던스를 상기 전기적 선로의 상기 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전기적 선로로 통신시키는 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 선로가 고전압 전력선, 중전압 전력선, 저전압 전력선, 동축 케이블, 트위스트 페어선, 전화선으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 커플러가 비자기 코어를 가지고 상기 변조된 반송파 신호를 실질적 위상 왜곡 없이 상기 전기적 선로로 통신시키는 변압기 및 예정된 주파수에서 상기 변압기와 공진하는 결합 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는통신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 변압기가 공기 코어 변압기인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 변압기가,
    제1 직경을 가지는 제1 코일;
    상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 가지고 상기 제1 코일 내에서 동축적으로 연장되어 상기 제1 코일과의 사이에 공기 간극을 형성하는 제2 코일; 및
    상기 제1 코일 및 상기 전기적 선로 사이에 접속되는 커패시터를 포함하고,
    상기 제1 코일 및 상기 커패시터가 예정된 밴드폭에서 상기 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 변압기가 유전체 코어 변압기인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 변압기의 코어가 수지 재료로 충전된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 변압기가 고상(solid-state) 변압기인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 변압기가,
    제1 도전판;
    상기 제1 도전판 아래에 상기 제1 도전판과 이격되어 위치하는 제2 도전판;
    상기 일차 코일 및 상기 전기적 선로 사이에 접속되는 커패시터를 포함하고,
    상기 일차 코일 및 상기 커패시터가 예정된 밴드폭에서 상기 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판이 칩 물질에 의하여 분리된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판이 원형인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 도전판과 상기 제2 도전판이 칩 상에 금속 박막을 증착하여 상기 칩 상에 직접 형성된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 도전판 및 상기 제2 도전판이 도핑된 실리콘 상에 형성된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  14. 제 4 항에 있어서, 상기 변압기가,
    제1 직경을 가지는 제1 금속 파이프;
    상기 제1 파이프보다 작은 제2 직경을 가지고 상기 제1 파이프 내에서 동축적으로 연장되어 상기 제1 파이프와의 사이에 공기 간극을 형성하는 제2 금속 파이프; 및
    상기 제1파이프 및 상기 전기적 선로 사이에 접속되는 커패시터를 포함하고,
    상기 제1 파이프 및 상기 커패시터가 예정된 밴드폭에서 상기 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 신호가 이더넷 신호인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전기 신호가 10Mbps 이더넷 신호, 100Mbps 이더넷 신호 및 1Gbps 이더넷 신호로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 예정된 주파수가 1Ghz 보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 전기 신호가 이더넷 허브/스위치에 의하여 네트웍 백본에 연결된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 네트웍 백본이 인터넷, 이더넷 광역 통신망(WAN), 이더넷 근거리 통신망(LAN), 전화 또는 통신 센터, 및 TV 방송국으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  20. 특성 임피던스를 가지는 하나 이상의 전기적 선로를 통하여 전기적 신호를 통신하는 통신 장치에 있어서,
    상기 전기적 신호를 변조하여 200MHz 보다 크거나 같은 예정된 주파수를 가지는 변조된 반송파 신호를 생성하는 변조기;
    상기 변조기에 전기적으로 접속되고 출력 임피던스를 가지며 상기 변조된 반송파 신호를 전송하는 전송기;
    상기 전기적 선로 및 상기 전송기 사이에 접속되고, 상기 전송기의 출력 임피던스를 상기 전기적 선로의 상기 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전기적 선로로 통신시키는 제1 커플러;
    입력 임피던스를 가지고, 상기 변조된 반송파 신호를 수신하는 수신기;
    상기 수신기에 전기적으로 접속되어, 상기 변조된 반송파 신호를 복조하여 200Mhz 보다 크거나 같은 제2의 예정된 주파수를 가지는 복조된 반송파 신호를 생성하는 복조기;
    상기 전기적 선로 및 상기 수신기 사이에 접속되고, 상기 수신기의 입력 임피던스를 상기 전기적 선로의 상기 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 수신기로 통신시키는 제2 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 커플러가 비자기 코어를 가지고 상기 변조된 반송파 신호를 실질적 위상 왜곡 없이 상기 전기적 선로로 통신시키는 제1 변압기 및 상기 예정된 주파수에서 상기 변압기와 공진하는 결합 커패시터를 포함하고,
    상기 제2 커플러가 비자기 코어를 가지고 상기 변조된 반송파 신호를 실질적 위상 왜곡 없이 상기 수신기로 통신시키는 제1 변압기 및 상기 예정된 주파수에서 상기 변압기와 공진하는 결합 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기가 공기 코어 변압기인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기가 유전체 코어 변압기인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기가 고상 변압기인것을 특징으로 하는 통신 장치.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 제1 예정된 주파수 및 상기 제2 예정된 주파수가 1GHz보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 전기 신호가 이더넷 신호인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 전기 신호가 10Mbps 이더넷 신호, 100Mbps 이더넷 신호 및 1Gbps 이더넷 신호로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 전기 신호가 이더넷 허브/스위치에 의하여 네트웍 백본에 연결된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 네트웍 백본이 인터넷, 이더넷 광역 통신망(WAN), 이더넷 근거리 통신망(LAN), 전화 또는 통신 센터, 및 TV 방송국으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  30. 특성 임피던스를 가지는 하나 이상의 전기적 선로를 통하여 전기적 신호를통신하는 통신 장치에 있어서,
    200MHz보다 크거나 같은 예정된 제1 주파수를 가지는 변조된 제1 반송파 신호를 생성하고 200MHz보다 크거나 같은 예정된 제2 주파수를 가지는 변조된 제2 반송파 신호를 생성하는 제1 모뎀;
    출력 임피던스를 가지며 상기 제1 모뎀에 접속되어 상기 변조된 제1 반송파 신호를 전송하는 제1 전송기;
    출력 임피던스를 가지고 상기 제1 모뎀에 접속되어 상기 변조된 제2 반송파 신호를 수신하는 제1 수신기;
    상기 전기적 선로와 상기 제1 전송기 및 상기 제1 수신기 사이에 접속되고, 상기 제1 전송기의 출력 임피던스와 상기 제1 수신기의 입력 임피던스를 상기 전기적 선로의 상기 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 상기 변조된 제1 및 제2 반송파 신호를 통신시키는 제1 커플러;
    상기 변조된 제2 반송파 신호를 생성하고 상기 변조된 제1 반송파 신호를 복조하는 제2 모뎀;
    출력 임피던스를 가지고 상기 제2 모뎀에 접속되어 상기 변조된 제2 반송파 신호를 전송하는 제2 전송기;
    입력 임피던스를 가지고 상기 제2 모뎀에 접속되어 상기 변조된 제1 전송파 신호를 수신하는 제2 수신기; 및
    상기 전기적 선로와 상기 제2 전송기 및 상기 제2 수신기 사이에 접속되고, 상기 제2 전송기의 출력 임피던스와 상기 제2 수신기의 입력 임피던스를 상기 전기적 선로의 상기 특성 임피던스에 정합시키고, 실질적 위상 왜곡 없이 상기 변조된 제1 및 제2 반송파 신호를 통신시키는 제2 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플러가 각각 2개의 LC 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  32. 제 31 항에 있어서, 각각의 상기 LC 회로가 상기 전기적 선호로 직렬로 접속된 최소한 하나의 커패시터와 비자기 코어를 가지는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 변압기가 공기 코어 변압기인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 변압기가 유전체 코어 변압기인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  35. 제 30 항에 있어서, 상기 예정된 제1 주파수 및 상기 예정된 제2 주파수가 1GHz보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  36. 제 30 항에 있어서, 상기 전기 신호가 이더넷 신호인 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 전기 신호가 10Mbps 이더넷 신호, 100Mbps 이더넷 신호 및 1Gbps 이더넷 신호로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  38. 제 36 항에 있어서, 상기 전기 신호가 이더넷 허브/스위치에 의하여 네트웍 백본에 연결된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 네트웍 백본이 인터넷, 이더넷 광역 통신망(WAN), 이더넷 근거리 통신망(LAN), 전화 또는 통신 센터, 및 TV 방송국으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  40. 특성 임피던스를 가지는 하나 이상의 전기적 선로를 통하여 전기적 신호를 통신하는 통신 장치에 사용되는 커플러에 있어서,
    일차 측(primary side)을 가지는 고상 변압기; 및
    상기 일차 측 및 상기 전기적 선로 사이에 접속되는 커패시터를 포함하고,
    상기 일차 측 및 상기 커패시터가 예정된 밴드폭에서 상기 전기적 선로의 특성 임피던스에 정합된 것을 특징으로 하는 커플러.
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