抑制洩漏電磁場的傳輸方法和傳輸裝置的製作方法
2023-09-23 06:37:10
專利名稱：抑制洩漏電磁場的傳輸方法和傳輸裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及抑制洩漏電磁場的方法及抑制洩漏電磁場的傳輸方法和裝置，尤其涉及一種抑制洩漏電磁場的方法及抑制洩漏電磁場的傳輸方法和裝置，這些方法和裝置應用於電源線通信數據機以採用電源線進行高速數據通信，並通過抑制信號傳輸中電源線輻射的洩漏電磁場(電磁波)減少幹擾其它接收機的不希望的無線電波。
背景技術：
圖1示出電源線通信(PLC)系統的結構示意圖。如圖1所示，電源線包括配置在配電站9-1和杆式變壓器(pole transformer)9-3之間的6.6KV高壓配電線，配置在杆式變壓器9-3和房屋9-6之間的100/200V低壓配電線9-4和引入線9-5。
根據PLC系統，光信號通過與配電站9-1的接入點9-11和杆式變壓器9-3內的數據機之間的高壓配電線9-3並聯的光纖傳輸，通信信號通過在杆式變壓器9-3與插入房屋9-6引出插口的數據機之間低壓配電線9-4、引入線9-5以及室內線9-7進行傳輸。
大量家用電器連接於低壓配電線9-4、引入線9-5以及室內線9-7。從家用電器的開關電源和逆變器電路發出隨機噪聲，這樣，傳輸質量被這種大的噪聲降低。從而，PLC採用了被認為具有很大噪聲抗擾度的調製方法，如頻率調製、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)及擴展頻譜。或者，將不使用包含高噪聲電平的載波帶進行通信的技術(如多載波調製或正交頻分復用(OFDM))用於PLC。
根據上述PLC系統，這種大的洩漏電磁場在信號傳輸中從電源線發出，很有可能使其他通信或廣播媒體大受此洩漏電磁場的影響。甚至有可能使短波廣播接收機中的噪聲非常大而幾乎聽不見廣播內容。
為降低這種洩漏電磁場波，有必要降低PLC系統的傳輸電平。然而，如果傳輸電平降低，PLC系統的通信質量因家用電器的開關電源和逆變器電路發出的噪聲而大大退化。
另外，在整個電源線上還有分支點，這樣又產生多徑。其結果，某頻率的傳輸信號又從一個分支點反射回發射機而相位相反。圖2示出電源線等效電路的示意圖，其中反射波是由多徑產生的。圖2中，杆式變壓器的數據機的傳輸部分10-1及配置於室內的數據機的接收部分10-2由包含大量分支點的電源線10-3連接。
來自分支點的N個(整數n＞1)反射波返回到電源線10-3的傳輸部分10-1側，在各自延遲時間Δt1直至Δtn經過之後合併。在某頻率的傳輸信號中，產生反射波與傳輸波相互重疊而形成電壓零的點，即阻抗為零的點。在這一點，流過大信號電流，也就產生大的洩漏電磁場波。
還有，在PLC系統中，低壓配電線是一電感器，接於低壓配電線的引入線和室內線對於杆式變壓器是電容器。連接室內線的每一臺家用電器都有連接在AC100V線之間的防噪聲電容器，以便提供大電容負荷。
因此，從杆式變壓器角度看，電源線是一R、L和C的串聯諧振電路，其中包括杆式變壓器的數據機的輸出阻抗。圖3A是從杆式變壓器看示出的電源線等效電路的示意圖。圖3B是示出流過電源線的信號電流的頻率特性示意圖。
圖3A中，R表示杆式變壓器的數據機的輸出阻抗，L表示低壓配電線的電感，C表示引入線和室內線的電容。R、L和C形成串聯諧振電路。因此，在諧振頻率f0＝1/{2π√(LC)}，電路阻抗最小，這樣這一頻率的信號使得大電流流過，如圖3B所示，從而產生大洩漏電磁場波。
再者，電源線變成分布常數電路(distributed constant circuit)，這樣由分支線形成不同諧振頻率的多個串聯諧振電路。圖4A和4B是示出阻抗和流動電流如何分別隨頻率改變而變化，從而在傳輸信號頻帶中產生多個諧振點的示意圖。如圖4A和4B所示，在某些諧振點，阻抗最小而電流最大，並產生大的洩漏電磁場波。
再者，電源線的分支線起著天線的作用。在諧振頻率，比如30MHz的情況下，電波傳輸速度為3×108[米/秒]，故波長為10米。因此，如圖5所示，在每5米的半波長線長處產生一個使電流或電壓最大的節點。
在諧振頻率整數倍的頻率時也能獲得諧振。大洩漏電磁場在每一頻率的每個半波長點產生。鑑於家用電器有電容負載，大洩漏電磁場在每一高於或約等於100KHz頻率的每個半波長點產生。
發明內容
本發明的一般目的是提供抑制洩漏電磁場的方法及抑制洩漏電磁場的傳輸方法和裝置，由此消除上述缺點。
本發明具體的目的是提供抑制洩漏電磁場的方法及抑制洩漏電磁場的傳輸方法和裝置，在採用產生反射波的通信線，如電源線、電話線或同軸傳輸線的信號傳輸中，防止因反射波幹擾或符號間幹擾造成的大電流導致大電磁場的產生。
本發明的上述目的通過抑制在產生反射波的通信線或電源線上的洩漏電磁場的方法達到，該方法包括下列步驟(a)從傳輸端傳輸第一個脈衝；(b)經過一定時間段之後從傳輸端傳輸第二個脈衝，在此時間段期間，第一脈衝的反射波在返回傳輸端之前消失，由此使洩漏電磁場減至最小。
根據上述方法，脈衝被間隔地傳輸以防止反射波幹擾和符號間幹擾，從而防止由此幹擾產生的大洩漏電磁場。
本發明的上述目的還通過一種抑制在產生反射波的通信線或電源線上的洩漏電磁場的方法達到，該方法包括下列步驟(a)傳輸第一個脈衝；(b)在步驟(a)中傳輸的第一個脈衝之後緊接著傳輸第二個脈衝，其相位跟第一個脈衝相差180°，由此傳輸一個信號。
根據上述方法，傳輸第一個脈衝之後，緊接著傳輸相位跟第一個脈衝相差180°的第二個脈衝來進行信號傳輸，這樣第一和第二脈衝的反射波具有相反極性而相互抵消，從而抑制了洩漏電磁場。
本發明的上述目的還可通過一種抑止在採用電源線傳輸信號的電源線通信中的洩漏電磁場的傳輸方法達到，其中，第一和第二脈衝信號從傳輸裝置以電源線脈衝響應波形的時間間隔進行發送，這樣防止第二脈衝信號與第一脈衝信號的反射波在傳輸裝置輸出端的電源線上合併，第二脈衝信號對應於第一脈衝信號之後待發送的數據。
根據上述傳輸方法，第一和第二脈衝信號以電源線脈衝響應波形的時間間隔進行發送，這樣避免反射波幹擾和符號間幹擾，從而防止由此幹擾產生的大洩漏電磁場。
本發明的上述目的還可通過一種抑止在採用電源線傳輸信號的電源線通信中的洩漏電磁場的傳輸方法達到，其中，信號從傳輸裝置通過一個濾波器傳送至電源線，該濾波器的傳遞函數是電源線傳遞函數的逆函數，這樣防止傳送的信號及其反射波在傳輸裝置輸出端的電源線上合併。
根據上述傳輸方法，反射波具有相反極性而相互抵消，從而抑制洩漏電磁場。
本發明的上述目的還可通過一種抑止在採用電源線傳輸信號的電源線通信中的洩漏電磁場的傳輸裝置達到，所述傳輸裝置包括以電源線脈衝響應波形的時間間隔產生和發送第一和第二脈衝信號的信號發生部分，這樣防止第二脈衝信號與第一脈衝信號的反射波在傳輸裝置輸出端的電源線上合併，第二脈衝信號對應於第一脈衝信號之後待發送的數據。
根據上述傳輸裝置，第一和第二脈衝信號以電源線脈衝響應波形的時間間隔進行發送，這樣避免反射波幹擾和符號間幹擾，從而防止由此幹擾產生的大洩漏電磁場。
本發明的上述目的還可進一步通過一種抑止在採用電源線傳輸信號的電源線通信中的洩漏電磁場的傳輸裝置達到，所述傳輸裝置包括一個濾波器，氣傳遞函數是電源線傳遞函數的逆函數，這樣防止傳送的信號及其反射波在傳輸裝置輸出端的電源線上合併，其中，信號通過所述濾波器從傳輸裝置傳送至電源線。
根據上述傳輸裝置，反射波具有相反極性而相互抵消，從而抑制洩漏電磁場。
當結合附圖詳細閱讀下述內容便會更加明了本發明的其他目的、特性及優點，其中圖1是示出電源線通信(PLC)系統的結構示意圖；圖2示出用於PLC系統的電源線的等效電路示意圖，其中電源線反射波因多徑產生；圖3A示出從PLC系統的杆式變壓器看的電源線等效電路，圖3B示出流過電源線的信號電流的頻率特性示意圖；圖4A和4B示出在電源線上的傳輸信號頻帶如何產生多個諧振點的示意圖；圖5示出電源線上電流或電壓最大的節點是如何產生的示意圖；圖6A至6D示出根據本發明的以脈衝響應間隔進行信號傳輸的示意圖；圖7示出根據本發明的信號間零點插入示意圖；圖8示出描述根據本發明相互間相位相差180°的脈衝傳輸的信號時序圖；圖9示出根據本發明的第一實施例的數據機結構的方框圖；圖10A至10C是描述根據第一實施例信號傳輸中信號點產生的示意圖；
圖11是描述根據本發明第二實施例抵消反射波的示意圖；圖12示出根據本發明的第二實施例的數據機結構的方框圖；圖13是描述正交頻分復用(OFDM)的示意圖。
具體實施例方式
下面將參閱附圖描述本發明的實施例。
參閱圖6A至6D說明根據本發明抑制洩漏電磁場的傳輸裝置。由於有分支線，電源線的等效電路如圖6A所示。依次通過電源線傳輸的信號與其從分支點反射和返回的反相反射波合併，因此在某些點電流最大。這種電源線的脈衝響應波形的最大寬度(時間間隔)大約為2微秒。
在此，對應於傳輸數據的脈衝以圖6C所示的2微秒間隔在圖6B所示的1.7至30MHz的傳輸頻帶中傳輸。這防止了反相反射波的幹擾，如圖6D所示。這樣，防止了傳輸的脈衝在幹擾波上疊加，因此無論如何不會產生電壓零。即，防止了電源線上流過大電流，從而可抑制洩漏電磁場。
再者，如圖7所示，根據Nyquist定理，在提供給電源線比如30Mbaud(兆波特)的寬帶寬中，以每一間隔對應於電源線脈衝響應波形寬度的間隔(約為2微秒)傳輸脈衝，因此避免了脈衝響應在傳輸的脈衝上疊加，在每兩個脈衝之間的Nyquist間隔位置(比如間隔約為33毫微秒)插入零點。從而抑制了反射波的幹擾和符號間的幹擾，也就避免了幹擾引起的大電流。這樣就減小了洩漏電磁場。
通過在傳輸第一個脈衝之後，緊接著傳輸相位跟第一個脈衝相差180°的第二個脈衝來進行信號傳輸，可以減小反射波，從而抑制洩漏電磁場。圖8示出描述洩漏電磁場如何被抑制的信號時序圖。
圖8中，當第一脈衝被傳輸，如(a)所表示，第一脈衝的反射波返回，如(b)所示。然後，在第一脈衝傳輸之後緊接著傳輸其相位跟第一個脈衝相差180°的第二個脈衝，如圖8中的(c)所表示，第二脈衝的反射波返回，其波形與第一脈衝的反射波相反，如圖8中的(d)所表示。
電源線上，如圖8中的(e)所表示，第一和第二脈衝的反射波(其波形正好相反)相互抵消，這樣可減小反射波引起的洩漏電磁場。圖8中，(f)表示按下述方式依次傳輸脈衝時的波形，即緊接著前一個脈衝傳輸的脈衝的相位跟前一個相差180°。這種情況下，波形極性在每兩個接連的脈衝之間切換，因此每兩個接連的脈衝的波形也相互抵消。從而可減小洩漏電磁場。
圖9示出根據本發明的第一實施例的杆式變壓器的數據機結構的方框圖。數據機以對應於脈衝響應間隔的間隔傳輸脈衝。數據機包括傳輸部分40和接收部分41。在圖9的數據機傳輸部分40中，擾頻器(SCR·S/P)4-5對傳輸信號(SD)擾頻，把串行信號轉換為並行信號，將轉換的信號傳輸到矢量和電路(G/N·sum)4-6。
矢量和電路4-6輸入的並行信號將(格雷二進位碼數據(G))轉換成自然二進位碼(N)。進一步，在進行對應於在接收機端作相位檢測的矢量差分電路(差分·N/G)4-7的矢量和計算之後，矢量和電路4-6將信號發送至信號點產生部分4-1。
信號點產生部分4-1將傳輸數據分成調製單元，每一調製單元具有給定位數，產生對應於針對每一調製單元的位數的信號點之一。比如說，將數據分成兩位調製單元的情況下，信號點產生部分4-1產生針對每個調製單元的22＝4個信號點之一，如圖10A所示。
如圖10B所示，信號點以脈衝形式按間隔時間產生，每一脈衝有實部與虛部，每一間隔時間足夠長以使脈衝反射波消失(比如2微秒)。零點插入部分4-2在傳輸信號和下一個信號之間插入零點信號之後，第一個滾降濾波器(ROF1)4-8將傳輸頻帶限制在PLC容許的頻帶並進行波形整形。由此，傳輸信號如圖10C所示輸出。
調製電路(MOD)4-9調製傳輸信號。然後，傳輸信號在數模轉換電路(D/A)4-10中由數位訊號轉換成模擬信號。此後，低通濾波器(LPF)從傳輸信號中抽取一個包括PLC載波頻帶的低頻帶信號，將抽取的信號傳送至傳輸線TX線。從傳輸線TX線傳輸的信號通過接收線RX線由一個相對的數據機接收。在相對的數據機接收部分41，帶通濾波器(BPF)4-12從接收的信號中抽取特定頻帶的分量，而且模數轉換電路(AD)4-13又將抽取的信號分量轉回數位訊號。
解調電路(DEM)4-14將該數位化模擬信號解調成基帶信號。第二滾降濾波器(ROF2)4-15對信號進行波形整形，然後將該信號輸出至壓控晶體振蕩器型鎖相環電路4-16(PLL·VCXO)。
PLL電路4-16從該信號抽取每一零點的相位，將此提供給A/D轉換電路4-13作為抽樣定時信號，並將此提供給接收部分41的接收時鐘(RX-CLK)分配部分4-3作為接收時鐘信號。
在零點去除部分4-4將零點從接收部分41的第二滾降濾波器4-15的輸出信號中去除後，自動增益控制器(AGC)4-17對零點去除部分4-4的輸出信號進行增益控制。然後，自動載波相位控制器(CAPC)4-18對AGC 4-17的輸出信號進行相位匹配。此後，確定電路(DEC)4-19對CAPC 4-18的輸出信號進行信號確定，並將確定的結果輸出至矢量差分電路4-7。
矢量差分電路4-7進行矢量差計算，是矢量和電路4-6進行的矢量和計算的相反運算，矢量和電路發送自然二進位碼信號。此後，矢量差分電路4-7將信號轉換回格雷二進位碼，並將轉換的信號送至解擾器(P/S·DSCR)4-20。解擾器4-20進行解擾，即將該並行格雷二進位碼信號轉換成串行信號並將該串行信號作為接收信號(RD)輸出。
再者，傳輸部分40的傳輸時鐘(TX-CLK)分配電路4-21將傳輸時鐘信號分配給零點插入部分4-2、D/A轉換電路4-10及其他傳輸電路部分。接收時鐘分配部分4-3從PLC電路4-16抽出接收時鐘，並將接收時鐘信號分配給零點去除部分4-4和其他接收電路部分。
接收時鐘分配部分4-3僅僅是傳送從PLC電路4-16抽出並表示零點相位的抽樣定時信號。該信號只是一個符號定時信號。
接下來，描述本發明的第二實施例。圖11示出第二實施例的示意圖，其中反射波被多徑平衡抵消。
根據本實施例，在杆式變壓器內的數據機中，傳輸信號通過多徑平衡部分6-1傳送至電源線的通信線6-2。如前參閱圖2所述，n個反射波從許多分支點反射返回，在相應的時延經過後於通信線6-2合併。因此，通信線6-2的傳遞函數為1/(1+K1×Z-1+K2×Z-2+...+Kn×Z-n)為抵消反射波，在數據機中提供多徑平衡部分6-1，該部分由一個濾波器構成，該濾波器的傳遞函數是通信線6-2的傳遞函數的逆函數。即，用作多徑平衡部分6-1的濾波器是有限脈衝響應(FIR)濾波器，其傳遞函數為1+C1×Z-1+C2×Z-2+...+Cn×Z-n多徑平衡部分6-1包括n個延遲元件6-11，對應於相應反射波的估算的最大延遲時間；n個乘法器6-12，用相應的係數乘以延遲元件6-11的輸出，係數校正部分6-13，用最小均方(LMS)計算每一係數並校正係數；誤差計算部分6-14，比較輸入傳輸信號和輸出傳輸信號並將兩信號間的誤差輸出到係數校正部分6-13作為誤差信號；以及合併和相加部分6-15，將由延遲元件6-11的輸出乘以相應係數而得的信號合併和相加。
係數校正部分6-13n計算和校正係數C1至Cn，使得誤差計算部分6-14輸出的誤差信號減至最小。由此，係數K1至Kn分別等於係數C1至Cn，這樣合併多徑平衡部分6-1和電源線通信線路6-2的整個傳輸系統的傳遞函數成為一。因此，就不存在阻抗為零的諧振點，從而防止了強洩漏電磁場波的發生。
圖12是示出根據本發明第二實施例的杆式變壓器中數據機結構的示意框圖。數據機以對應於脈衝響應間隔的間隔輸出脈衝，抵消傳輸的脈衝的反射波。圖12的結構不同於圖9，多徑平衡部分6-1和快速傅立葉逆變換部分(IFFT)7-1及進行OFDM的防護時間添加部分7-2，被加進傳輸部分40，在接收部分41中提供對OFDM多路復用信號進行多路分解的快速傅立葉變換部分7-3。
如圖11所示，多徑平衡部分6-1比較了通過接收線路接收的信號和輸出傳輸信號，基於兩信號間的誤差信號計算了FIR濾波器的係數，因此，FIR濾波器的傳遞函數是多徑電源線的傳遞函數的逆函數，這樣就消除了多徑效應。
根據OFDM，一個其中如圖13所示的在最小頻率間隔的多個正交載頻的數字調製波被同步多路復用的傳輸信號被連續傳送。因為OFDM中採用多載波調製信號，OFDM中的符號周期間可以比在用單載波傳輸情況下的長。而且，通過用防護時間添加部分7-2在傳輸信號之間沿時間軸添加防護間隔，即使是多徑情況下也能減少符號間幹擾。從而，傳輸特性退化可以得到減小，虛反射(ghosting)現象得到抑制。
添加防護間隔使符號長度被拉長了防護間隔的量，該量是基於多徑波的估算時延而不改變子信道的頻率間隔所確定的。圖12的接收部分41忽略了防護時間添加部分7-2的符號數據(該符號數據可能受多徑引起的符號間幹擾的影響)，並用剩餘符號數據解調OFDM數據。
如上所述，根據本發明，傳輸信號的信號點在間隔時間產生，每一間隔對應於電源線的通信線路的脈衝響應的波形寬度，傳輸信號的脈衝根據Nyquist定理傳送，在脈衝之間插入零點。這樣，通過在脈衝間隔傳輸信號以避免反射波幹擾和符號間幹擾，就可防止由這種幹擾引起的大洩漏電磁場的產生。
另外，通過在第一脈衝傳輸後緊接著傳輸第二脈衝來傳送信號，第二脈衝的相位跟第一脈衝相差180°，第一和第二脈衝的反射波的極性相反而相互抵消，從而抑制了洩漏電磁場。
而且，通過在傳輸裝置的輸出端提供其特性跟電源線通信線路的傳輸特性相反的多徑平衡部分，並通過多徑平衡部分傳送傳輸信號，反射波被抵消，這樣就可防止由反射波引起的幹擾。
本發明不限於特別公開的實施例，在不背離本發明範圍的前提下可作變化與改進。
本申請基於2002年1月24日提出的日本優先權申請No.2002-015098，其中全部內容以參考形式包含在內。
權利要求
1.一種抑制採用電源線傳輸信號的電源線通信中的洩漏電磁場的傳輸方法，其中電源線包括低壓配電線和引入線，其中第一和第二脈衝信號從傳輸裝置以電源線脈衝響應波形的時間間隔進行發送，以便防止第二脈衝信號與第一脈衝信號的反射波在傳輸裝置輸出端的電源線上合併，第二脈衝信號對應於第一脈衝信號之後待發送的數據。
2.根據權利要求1的傳輸方法，其特徵在於所述時間間隔基本上為2微秒。
3.根據權利要求1的傳輸方法，其特徵在於所述第一和第二脈衝信號在Nyquist間隔位置產生；零點信號被插入第一和第二脈衝信號之間的Nyquist間隔位置並發送。
4.一種抑制採用電源線傳輸信號的電源線通信中的洩漏電磁場的傳輸裝置，其中電源線包括低壓配電線和引入線，所述傳輸裝置包括一信號產生部分，產生並以電源線的脈衝響應波形的時間間隔發送第一和第二脈衝信號來防止第二脈衝信號與第一脈衝信號的反射波在傳輸裝置輸出端的電源線上合併，所述第二脈衝信號對應於第一脈衝信號之後待發送的數據。
5.根據權利要求4的傳輸裝置，其特徵在於所述時間間隔基本上為2微秒。
6.根據權利要求4的傳輸裝置，其特徵在於所述信號產生裝置在Nyquist位置產生第一和第二脈衝信號；在第一和第二脈衝信號之間的Nyquist間隔位置插入零點信號並發送零點信號。
全文摘要
一種抑制採用電源線傳輸信號的電源線通信中的洩漏電磁場的傳輸方法，其中電源線包括低壓配電線和引入線，其中第一和第二脈衝信號從傳輸裝置以電源線脈衝響應波形的時間間隔進行發送，以便防止第二脈衝信號與第一脈衝信號的反射波在傳輸裝置輸出端的電源線上合併，第二脈衝信號對應於第一脈衝信號之後待發送的數據。
文檔編號H04B15/02GK1822517SQ200510112820
公開日2006年8月23日 申請日期2002年6月3日 優先權日2002年1月24日
發明者加來尚, 村田博康 申請人:富士通株式會社