[发明专利]用于通过电力网的电导体传输数据的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过电力网的电导体传输数据的方法和装置。

背景技术

电力线通信（Powerline Communication, PLC）表示通过电导体传输数据。在此，将电导体、例如房屋和入口区域中的电流线路同时用于能量传输和数据传输。

PLC的应用场景包括以两位的兆比特范围内的数据速率将家用电器连接到因特网和家庭网络、以及诸如智能电力网（Smart Grid）的不同领域中的测量、控制和调节应用或者配电站中的传感器应用。

针对测量、控制和调节应用，一般而言小的数据速率就足够了。但是根据领域，可能对这样的应用的安全性和鲁棒性存在特殊要求。安全性和鲁棒性例如在传感器功能在网络电压发生故障时也必须被继续保证时对于供能而言是关键准则。此外，在许多领域中重要的是维护成本小，以便例如节省费用。

在此，存在一系列用于在电流线路上通信的竞争性标准，尤其是针对低压和中压线路的标准，这些标准使得能够以小数据速率和中等数据速率进行数据传输。示例是扩频频移键控（S-FSK）、差分码移键控（DCSK）、G3、PRIME和G. hnem。这些标准利用长波范围中的不同复杂调制方式——例如FSK、扩频谱或者正交频分复用（OFDM）——来工作。在欧洲，这些标准大多在148.5kHz以下的所谓的CENELEC带中工作并达到直至128kbit/s的数据速率，但是所使用的速率大多处于一位的千比特范围内。相应的系统在物理层面上是对称的，也就是说，它们一般对于每个通信发送点都具有一个单元中的发送机和接收机、即收发机。收发机通过将它们连接起来的信道彼此通信。这样的与现有技术对应的系统的能量需求通常为几十毫瓦。在低压线路上，至少只要施加有网络电压，就可以直接由该网络电压进行供给。而在信号常常在线路的屏蔽体上传送的中压线路上，需要外部的供给装置、例如从电池供给，但是所述外部的供给装置具有有限的寿命并且因此意味着提高的维护成本。

此外，与所述标准相对应的系统需要高技术复杂度的装置，所述装置例如必须在相应芯片组中实现。这样的芯片组需要复杂的配置以及自己的供电装置，使得这样的解决方案至少对于简单的传感器应用而言是不令人感兴趣的。

Richard McWilliam在“Electronic Identification Systems for Asset Management”中公开了关于通过能量线路进行直接负载调制的可能性的概况。

US2008/303344A1公开了一种能量线路通信系统。在该系统中，装置与多个电能量线路连接。主机装置与这些能量线路连接。

发明内容

本发明的任务是，提供用于通过电力网的电导体传输数据的经改善的方法和经改善的装置。

相应地提出一种用于通过电力网的电导体传输数据的方法。至少一个第一节点和至少一个第二节点通过借助于各一个阻抗透明的耦合设备的耦合耦合到电导体上。该方法包括步骤：由第一节点通过电导体发送载波信号；在第二节点处对所发送的载波信号进行整流以用于给第二节点供能；以及由第二节点借助于负载调制对所发送的载波信号进行调制以用于将应答数据传输给第一节点。

电力网可以由简化模型来表示，该模型由电导体、第一节点和第二节点的连接线路的纵向分量以及横向分量构成，所述横向分量作为集中器件对网络接入阻抗建模。

该耦合通过各一个耦合器或耦合设备来进行。在例如处于3至148.5kHz的所谓CENELEC带中的工作频率上，这样的耦合器必须是阻抗透明的，也就是说，在一侧上、例如在第二节点侧上的阻抗的改变必须以比例1:N/M对应于另一侧上、例如第一节点侧上的阻抗的相同改变。这例如通过使用串联谐振电路是可能的。

通过使用这样的耦合器，第一和第二节点通过与网络电压去耦合而被保护。此外，耦合器实现用于传输数据的负载调制。由于典型的低压和中压网络上的阻抗比例，需要阻抗变换，该阻抗变换可以通过这样的耦合器进行。

第一节点尤其是被构造成读取设备。第二节点例如被构造成应答机。这样的应答机包括用于调制载波信号以及例如通过幅度或相位调制将应答数据传输给读取设备的设备。应答机可以附加于应答数据将单义的标识（ID）编码到经调制的载波信号中。此外，应答机包括如下电路：该电路用于对由第一节点发送的载波信号进行整流以用于获得能量，使得应答机不需要外部供能。此外，应答机可以具有用于单义ID以及必要时用于另外的数据的存储器、以及用于生成调制序列的计算器。根据应答机的应用，这样的第二节点或应答机可以包括另外的部件、例如用于检测测量值的传感器。