[发明专利]在多种线路上传输的高频网络通信设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电力系统通信设备，更具体来讲，涉及这样的设备：它们能经过电力线(交流或直流)和输电变压器、同轴电缆以及双绞线，在很长的距离上同时高速发送数字数据和高速接收数字数据。

背景技术

在电力系统通信领域中，“电力线载波”是公知的。电力线载波的主要元件是发送终端和接收终端，它们包括一个或多个线路陷波器、一个或多个耦合电容、以及调谐和耦合设备。在1983年出版的由John Wiley和Sons所著的《电气及计算机基础工程手册》第二册“通信控制装置和系统”部分的第617到627页中可找到关于普通电力线载波技术原理和典型组成的详细描述，上述的文献也结合到本文中作为参考。与现有电力线载波技术相关的一个突出问题是：它们需要一个或多个线路陷波器、一个或多个电容、一个或多个耦合变压器或载波频率混合电路、以及频率接线电缆。

所有的传统型耦合器都包括一个铁氧体磁芯变压器或铁心变压器，由于发送耦合器和接收耦合器间传递函数的特性是非线性的，所以该耦合变压器会造成信号失真。该信号失真是由于具有磁滞现象的磁芯材料造成的。对于配电电力线载波，由于信号的传播必须要经过至少三个这样的非线性装置—即配电变压器和两个电力线耦合器，所以失真尤为严重，其中的电力线耦合器采用了铁氧体磁芯变压器。由这些非线性装置造成的失真会导致包络迟延畸变，这将限制通信速度的提高。

现有设计中这种主要缺陷是由于在信号耦合器中采用了铁氧体磁芯或铁心变压器。由于磁芯是非线性的，原边绕组的感抗L1会变为未知数值。这就会导致对预期载波频率的失谐。同时，在预期载波频率时，原边绕组的阻抗也不再能与电力线特征阻抗相匹配。考虑到这样的事实，现有其它设计试图仅采用大耦合电容(接近于0.5微法)、以低输入阻抗的收发器将信号耦合到电力线上。但这会导致在载波频率时的耦合损耗高达20dB。

本申请人的待结美国专利申请第09/344,258(下文称为258号申请)中公开了一种新颖的既用于发送、也用于接收的相移线性耦合器，其可用在电力线、电话线、双绞线以及同轴电缆上。该相移线性耦合器首创地采用了空心或介质心变压器，其可用在电话线路通信、同轴电缆通信、局域网通信、以及经过输电变压器的电力线通信中。该相移线性耦合器还包括一个附联的耦合电容网，目的是为实现约为线路特征阻抗已知最低值的阻性匹配，并最大可能地稳定在线路上传输的信号。这样的谐振实际上形成一个在载波频率上的带通滤波器。258号申请中所公开的内容整体结合到本文中作为参考。

258号申请中的设计解决了现有设计中的许多问题，现有设计采用的是铁氧体或铁磁耦合器，而这样的耦合器会与电力线特征阻抗发生谐振，导致电力线等各种线路上所传输的通信出现频率阶陷、缩洼(suck out)和非线性媒介。但258申请中的相移线性耦合器不会使通信带宽出现阶陷，从而可在很宽的频率范围内实现线性通信。

但目前仍存在这样的需求：需要有一种电力线通信系统，其能利用更高的频率(例如为200兆赫到500吉赫)同时发送和接收数字数据，由此能以大带宽通过电力线(交流或直流)和输电变压器、同轴电缆或双绞线在很长的距离上同时高速发送数字数据和接收数字数据。

发明内容

简言之，在一个第一实施例中，本发明体现为一种通信设备，该设备用来通过一条或多条具有特征阻抗的电气线路传送电信号。该通信设备包括：

一个调制器，该调制器对所述电信号进行调制，而生成一个调制后的载波信号，该载波信号的频率是预先选定的，其大于或等于200MHz；

一个与调制器电路连接的发送器，其具有一定的输出阻抗，该发送器将已调制载波信号发送出去；以及

一个连接在电路和发送器之间的耦合器，该耦合器使发送装置的输出阻抗与线路的特征阻抗相匹配，并将调制后的载波信号基本没有相位畸变地传送到线路上。

在第二实施例中，本发明是一种通信设备，该设备用来在一条或多条具有特征阻抗的电气线路上传送电信号，该设备包括；

一个调制器，该调制器对所述电信号进行调制，而生成一个调制后的载波信号，该载波信号的频率为第一预选定频率，该频率大于或等于200MHz；

一个与调制器电路连接的发送器，其具有一定的输出阻抗，该发送器将调制载波信号发送出去；

一个接在所述电路和发送器之间的第一耦合器，该耦合器使发送装置的输出阻抗与线路的特征阻抗相匹配，并将调制后的载波信号基本没有相位畸变地传送到线路上；

一个具有一定输入阻抗的接收器，该接收器接收到调制载波信号；