[发明专利]在低压电网中传输数据的方法和设备

说明书

本发明涉及通过与一上位通信网络相连的低压电网进行双向通信的数据传输方法，以及实施所述方法的设备。

公用电力公司拥有广泛分布的将其与用户连接在一起的供电网络。长期以来，这种好处就不仅仅用于供电，例如，还用于音频遥控。在这种音频遥控用途中，数据在单向通信系统中传输，而利用这种单向通信系统的缺点是没有信息反馈。

但在最近，有人提出了方案，可以将公用电力公司的低压电网用于双向通信而不使用其它的载体或载波。对于单向通信，只能进行数据的收集，所述数据比如是电表、气表、水表等的读数，或者是温度、压强等的测量记录，或者是警报。而双向通信则可用于查询开关状态，控制复杂的技术设施。除了通常的数据传输之外，公用电力公司所拥有的、每一家庭都与之连接的低压电网可以用于最为平常的电话服务。按照这方面的一种已知方案，将其低压电网用于通信的供电方一方面必须提供用作数据过滤器的设备以保证数据只被被访者接收到。另一方面，网络站需要有设备将数据转置到连接网络站的铜缆、蜂窝或光纤网络上。迄今为止都认为，在一个网络站上，可以连接大约100到200户。根据欧洲Celenec EN 50065-1标准，对于在低于95kHz的专用频带上的双工方式数据通信，可获得的理论上可用的数据传输速率在70kbps以下。

在DE 195 04587中，有一种双向通信系统，用来在中心站和邻站(side station)之间，以及子站和终端用户设备之间进行数据传输。连接在低压电网上的节点控制器用作子站，大面积通信网络，比如蜂窝数据通信网络或者线路交换网络，尤其是光纤网络，用来在所述中心站和子站之间进行数据传输。与分布式网络变换器相连的节点控制器配有标准调制解调器，以提供低压电网和所述大面积通信网络之间的接口。同时，在所述节点控制器和终端用户设备之间的传输路径上，设置有具有中继器功能的调制解调器，用作中间站。在局域低压电网内部的数据传输则基于扩展频谱法。

低频网络数据传输所使用的频率，欧洲所允许的不高于148.5kHz。但是，一个缺点是，在该频率范围，数据的传输质量受到限制，这是因为大量的干扰信号和很高的噪声电平。另一个缺点是，相对于用户数量和每个用户的比特率而言，窄带传输频带是有限的。

因此本发明要解决的问题是提供这样的方法和这样的设备：使用不同于普通电网的低压电网，其不同之处在于，其数据传输速率高、传输质量得到提高、传输安全性达到ISDN水平，并能进行实时处理。

按照本发明，该问题是通过一种使用与一上位通信网络相连的低压电网进行双向通信的数据传输方法得到解决的，其中，低压电网中的数据传输的频率范围为30MHz以下的高频，利用数据信号的频带扩展，并使用低于线路和无线电骚扰特性的特定干扰或噪声电压限度的传输电平；其中，给所述频带扩展数据一个方向编码，以在所述低压电网中确定一个逻辑方向，所述低压电网使用一族伪随机数的不同序列，从而实现多用户操作；其中，在一取决于衰减的距离上设置相关器，用来在低压电网中识别和重新生成带有用户特定的扩展和区分方向的编码的数据的二进制序列，并向所述序列赋予新的方向编码以向前传输所述信号。

或者，所述序列生成以及附加的方向编码的过程可以通过从各种不同的序列族中受控选择若干序列而实现。对于每一用户信号的频带扩展，使用另一个序列族作为每一网络区域中的方向标识。

无线和有线频率干扰的限制，在高频范围例如10MHz，比在148.5kHz以下的频率范围要低得多。但是，在该频率范围，照样发生来自其它频率范围的谐波的窄带干扰，而且即使标准无线电发射机也与该频率范围的数据传输发生干扰。另一方面，不得超过规定的非常低的最高输出电平。而且，由于随着距离和频率的增加而增加的传输损耗的原因，低电平的信号输出可能降到噪声电平以下，从而使得非扩展信号再也不能被接收到。

由于在该频率范围的低输出电平和高衰减，被传输的信号会有50到70dB/100m的传输损耗而降到噪声电平以下，但是在埋设电缆的情况下，所述信号可以在低于噪声电平的情况下被接收，并相隔100m成功地重新生成。一种使用码分、时分或频分复用的方向编码将低频电网数据传输中不可能的物理隔离转化为逻辑隔离，从而使双工操作成为可能。码分复用(code multiplexing)还保证了多用户结构。由于使用了直接序列频带扩展——其中，同时传输一个伪随机数序列而不是单个信息符号——传输所需的带宽就要增加一个倍数，该倍数与所述伪随机数序列相应。这样，窄带干扰源和频率选择性的衰减特性就不会对所述传输系统有影响。