高可靠的電力線通信系統技術方案

電力線通信系統（２０）結合配電系統運行，通過房屋配電線路（２８）提供在被電耦合到房屋配電線路的或位于房屋配電線路附近的接收設備（２６，３２，４０，４６，６８，１１２）之間的高可靠的通信鏈路。電力線收發信機（２２，３０，３４）被設計成通過房屋配電線路發送和接收在通信鏈路上的輸送信息的調制載波信號。電力線收發信機運行在發射機模式作為有意的輻射器，以通過在一個頻帶和以足夠的功率電平發送調制載波信號而發送所述信號，所述功率電平足以通過電導形成與調制載波信號接收設備的通信鏈路。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及電力線通信系統，具體地，涉及這樣的系統，它通過房屋配電線路提供在被耦合到或位于靠近房屋配電線路的信號接收設備之間的高可靠的通信鏈路。
技術介紹
已成功地建立低成本消費者電力線通信設備許多年的兩個主要公司是X-10和Phonex(鳳凰)。X-10產品是對于通過電力線的、用于控制應用的低帶寬通信的、當前的工業標準。X-10技術被引入滿足低帶寬要求的、很寬范圍的產品，但X-10產品很不可靠。事實上，可靠度是不夠的，這樣，X-10技術不應當實施于生命安全裝置中，如煙霧檢測器，并且X-10技術通常被歸入發光控制應用。Phonex技術被引入電話分機和調制解調器分機裝置，它具有比起對于控制和報警通信所需要更高的帶寬。然而，當需要傳送安全或火警消息時，需要更高的可靠性。所以，對于在家庭和辦公室中通過配電線路的控制、報警、和短消息數據的通信，所需要的是高可靠性的、低帶寬電力線通信技術。專利技術概要本專利技術是用新穎的電力線收發信機實施的、高可靠的電力線通信系統。本專利技術可被結合到報警和控制系統，消息傳遞系統，和家庭服務器音樂系統。把RF電橋和雙向RF通信加到電力線通信上，使得電力線能夠作為天線使用。本專利技術呈現以下的、克服被使用于低帶寬的控制和報警應用的現有產品的問題的性質為了高得多的可靠度的好得多的信號噪聲比；在緊急報警條件下，信號可以跨越線路割斷處進行耦合；信號可以跨越相線進行耦合，這樣，不需要相位電橋；可提供很大數目的設備地址和消息類型；即使在AC電源完全丟失以后仍繼續通信；全雙向通信協議引入檢錯；以及對于高的可靠性的所有報警和控制信息的認可。由本專利技術提供的這些改進是通過下面概述的六個創新完成的。第一個創新需要使用2-40MHz之間頻帶的信號的發送，而不依賴于AC過零交叉進行通信。更高的頻帶(2-40MHz)的使用比起由X-10產品使用的波特率允許更快速的通信波特率以及允許更大量的設備地址和消息類型。不依賴于AC過零交叉，連同在生命安全和保密設備中的備用電池的使用，允許即使在AC電源完全損耗以后仍繼續通信。第二個創新是作為“有意的(intentional)輻射器”在聯邦通信委員會(FCC)第15部分下得到按規章的批準。在此之前，電力線通信設備從未這樣地被列出。然而，在生命安全設備的情形下，諸如煙霧檢測器或安全報警設備，重要的是即使配電線路中斷或有意被割斷時，能夠確保通信。把設備列為有意的輻射器，比起被列為非有意的輻射器的設備，允許高10-1000倍的發射功率。這個更高的功率，連同更高的頻率，也使得信號能夠容易地跨越相位和跨越中斷的或割斷的線路進行耦合。第三個創新需要在FCC規定下的以下任何頻帶的使用13.553-13.567MHz，26.96-27.28MHz，和40.66-40.70MHz，用于需要極高的可靠度的低帶寬的通信，諸如用于生命安全和安全報警和控制應用；以及用于高帶寬的通信的1.705-10MHz，其中帶寬是中心頻率的10％或更多，需要良好的可靠度。這些頻帶是FCC由于作為有意的輻射器的列出而允許進行較高功率發射的在2-40MHz區域中唯一的頻帶。(當然，術語低帶寬和高帶寬是相對的術語。頻帶的帶寬是由在頻帶的低的頻率與高的頻率之間的差值限制的。所以，13.553-13.567MHz頻帶被限制為14kHz，或中心頻率的1％左右。)第四個創新需要在兩條配電線路之間而不是在一條電力線與地之間的通信的耦合。在此之前，電力線通信設備顯然還沒有以這種配置被銷售。這減少大量帶有地的固有的問題，以及滿足FCC對有意的輻射器的進行發射的限制準則。第五個創新需要附加上RF信號電橋和雙向RF信號通信，通過使用配電線路作為天線，從配電線路發射信號。第六個創新需要RF信號電橋的使用，以實施在用電池運行的設備之間的雙向通信。通過參照附圖對本專利技術進行的以下詳細說明，將明白本專利技術的附加目的和優點。附圖簡述附圖說明圖1是按照本專利技術設計的低數據帶寬的電力線收發信機的優選實施例的電路示意圖。圖2是顯示用圖1的收發信機實施的、和由通信鏈路通過房屋配電線路互聯的、不同類型的低數據帶寬報警和控制產品的示意圖。圖3是顯示分布在住房中的多個煙霧檢測器和由電力線通信鏈路通過使用房屋配電線路進行的數據通信的示意圖。圖4是顯示在圖3所示類型的消防系統中用于多種結構或跨越變壓器通信的RF信號電橋的使用的示意圖。圖5是顯示安裝在同一個房屋中的恒溫器與安全系統之間的RF信號電橋的使用的示意圖。圖6是在主-從響應命令結構中實施的傳感/應答系統的示意圖。圖7是按照現有技術的、圖6所示的主單元和應答從屬裝置實行的處理步驟的流程圖。圖8是按照本專利技術的、圖6所示的主單元和應答從屬裝置實行的處理步驟的流程圖。圖9是被建立在多-房間設施中的數字投幣式自動點唱機的示意圖。優選實施例詳細描述收發信機電路圖1是低數據帶寬的電力線收發信機的優選實施例的電路示意圖，收發信機包括多個被設計成保持低成本而同時能夠進行高可靠的通信的特性。例如，收發信機使用一個被調諧到13.56MHz的頻率控制晶體，它產生AM調制發送信號。以下是在燈模塊(被稱為對話LC燈模塊)中實施的電路運行的全部說明。對話LC燈模塊包含六個基本電路，被組合成提供以下的功能邏輯和接收機電源，發射機電源，接收機，微處理器，燈功率控制，以及發射機。邏輯和接收機電源邏輯和接收機電源把5伏電源傳遞到邏輯、控制、接收機和發射機振蕩器-緩存器電路。120伏AC電源通過串聯的無極性電容C1，齊納二極管D16和D17的組合，被減小為10伏方波。脈動的AC被傳送通過二極管D2，然后被C4濾波，結果的負的DC電壓被加到由Q4，R15和D6形成的串聯調整器。這個調整器的輸出是電源的負端電壓，標記為V1-。微處理器、發射機邏輯和接收機電路被連接在COM(由串聯調整器提供的5伏的正端)與V1-之間。發射機電源發射機電源提供正的20伏給發射機輸出級。120伏AC電源通過串聯的無極性電容C41和齊納二極管D3的組合被減小為20伏方波。脈動的AC被傳送通過二極管D1，然后被C3濾波，結果的正的DC電壓提供由T1、L2和相關的電容形成的射頻輸出電路被加到Q1和Q6的集電極。發射機輸出晶體管運行在C類，這意味著它們不提取電流，除非驅動電流從發射機振蕩器-緩存器集成電路U1流到它們的基極。正常的發射機運行是持續約0.025秒的短的突發能量。這些短的突發使得C3上的電壓下降小于10％。因此，通過串聯電容C41和二極管D1只提供低的充電電流流入C3。這減小對于C41的尺寸要求和電路的靜態功率消耗。接收機接收機包括輸入頻率選擇性帶通濾波器，晶體管增益級Q2，后面跟隨由D13和D14形成的旁路二極管限幅器，集成電路限幅器/放大器U2，和晶體管放大器Q3。輸入帶通濾波器限制來自帶外信號的干擾的可能性，以及減小傳送通過接收機的周圍的噪聲量。RF放大器級給總的接收機加上增益。接收機結構是TRF(調諧射頻)電路。這對于具有這種總的容量的接收機提供最大的簡單性和最小的部件數。集成電路限幅器-放大器是為FM接收機使用設計的器件，具有90dB的限幅增益。限幅器-放大器的輸出之一是RSSI(接收信號強度指示器)信號。這個信號通常被使用來提供信號強度指示給接收機用戶，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
在包括房屋配電線路的配電系統中，電力線通信系統有效地與配電系統相聯系，以通過房屋配電線路提供在被電耦合到房屋配電線路的或位于房屋配電線路附近的調制載波信號接收設備之間的高可靠的通信鏈路，該電力線通信系統包括：電力線收發信機，被設計成通過 房屋配電線路發送和接收在通信鏈路上輸送信息的調制載波信號，電力線收發信機運行在發射機模式作為有意的輻射器，以便通過在一個頻帶和以足夠的功率電平發送調制載波信號而發送所述信號，所述功率電平足以通過電導形成與被電耦合到房屋配電線路的調制載波信號接收設備的通信鏈路，并且足以通過由跨越電力線配電線路各相耦合的電感應與電磁輻射中的至少一種而形成與位于房屋配電線路附近的調制載波信號接收設備的通信鏈路。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：AR曼斯菲爾德，DH馬曼，
申請(專利權)人：英特洛基克斯公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]