用輸電線路進行信號傳輸的方法和裝置的製作方法
2023-06-13 07:06:26 1
專利名稱：用輸電線路進行信號傳輸的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用輸電線路，特別是如權利要求1的前序部分所述的高壓或中壓線路進行信號傳輸的方法和裝置。
所謂的輸電線載波(PLC)系統是通過高壓、中壓或低壓線路進行數據傳輸的，這是公知技術。通常有一個數據信號，例如含有控制數據或語音的信號在一個載波上調製，然後將調製的載波信號耦合到輸電線的一項或多項上和/或耦合到輸電線的屏蔽層上。沿輸電線傳輸信號時，在各根輸電線之間會出現信號耦合，導致所有輸電線均參加信號傳輸。在接收端必須從輸電線中將信號耦合輸出和解調。
為提高數據傳輸速率，例如曾嘗試儘可能好地抑制或濾掉幹擾和/或使用更高的載波頻率，但是人們在這方面遇到了物理性質上的極限。
本發明的任務是，提供一種上述類型的方法和裝置，其具有較高的傳輸速率。
以上任務通過獨立權利要求的方案得到解決。根據該方案，從若干個內容不同的數據信號中產生若干個內容不同的發送信號，每個發送信號在發送端至少分別與輸電線中的一根耦合輸入。沿高壓或中壓線路傳輸的雖然是混合信號，但是出人意料的結果顯示，可以在接收端將信號重新分開，並且重新恢復原始的數據信號。
在一種特別簡單的方案中，所述發送信號在發送端作為待發送數據信號的線性組合產生，並且在接收端對接收信號進行線性組合，從而恢復數據信號。
從接收信號中測定數據信號的規則最好在一個校準階段中確定。在該階段之內產生發送端的預定形式的數據或發送信號，並且在接收端分析出相應的接收信號。所述校準信號例如按以下方式選擇，即其互相關函數為零，而其自相關函數基本上符合德爾塔函數。在該情況中，通過計算接收信號和預定信號形式之間的相關邏輯，可以測定傳輸線路的傳輸特性以及在必要情況下耦合裝置的傳輸特性。
在正常運行階段中重複進行校準過程，可以考慮大電流輸電線路的傳輸特性的改變，例如由於天氣影響造成的改變。
其他優選方案和用途見從屬權利要求所述，下面對照附圖對本發明加以說明。
圖1表示在發送端一個高壓線路具有用於產生和輸入耦合發送信號的電路元件的結構。
圖2表示在接收端如圖1所示的所述高壓線路具有用於輸出耦合和解調接收信號的電路元件的結構。
圖1和圖2表示本發明的一種結構，其高壓線路具有3根輸電線1、2和3。該輸電線中的每一根都通有高壓電，例如500千伏。圖中所示的方案也可用於具有其他輸電線數量和配置的高壓、中壓和低壓線路。
在發送端存在三個內容不同的初始數據信號X1、X2和X3。該信號例如來自三種不同的信號源，或者通過一個唯一的串連信號的串/並轉換產生。所述數據信號X1、X2和X3被輸入到一個組合電路4，在該電路中按下述方式進行邏輯運算。所產生的信號5、6、7經三個具有耦合電容C1、C2和C3的耦合器8、9和10輸入耦合給輸電線1、2和3，並且在其中產生具有複合振幅的發送信號V1、V2和V3。為此例如可使用公知的耦合電路。
在輸入耦合前，信號必須用一個載波頻率調製，例如數百kHz。所述調製或者在組合電路4之前發生或者在組合電路4和耦合器8、9和10之間發生。
在所述方案中，線路相對一側經所謂「線路陷波器」12、13和14屏蔽，所以信號V1、V2和V3隻能向另一端傳輸。因為在該傳輸中載波頻率的信號不能確定保持在3根輸電線上，所以會出現強烈的混合，從而在輸出端出現接收信號V』1、V』2和V』3，它們通常不同於發送信號V1、V2和V3的振幅及相位。
所述接收信號V』1、V』2、V』3經電容C4、C5、C6和耦合器20、21、22耦合輸出，並經三根導線23、24、25進入一個分離電路26和一個恢復電路27。在該電路中，接收信號以下述方式進行分離和處理，從而得到原始的數據信號X1、X2和X3。分離和恢復也可以在唯一一個步驟或組合的計算電路中同時進行。
所接收的信號在進行處理之前必須和載波頻率分離。該分離或者在分離電路26和恢復電路27之前或者在其之後進行。本發明所依據的原理是，經具有k根輸電線的線路通常可傳輸具有相同頻率的k個PLC信號。為此在發送端，發送信號V1、V2、V3作為初始數據信號X1、X2和X3的線性組合產生。以矩陣方式表達為V=C1·X，(1)其中V表示發送信號的向量(V1,V2,...,Vk),X表示初始數據信號的向量(X1,X2,...Xm),C1表示矩陣的交叉係數。
接收端的電壓信號V』=(V』1,V』2,...,V』k)表達為V』=H·V+N， (2)其中kxk型矩陣H是輸電線的一般變換矩陣，N是一個附加的噪聲。在分離電路26中，從接收信號V』中通過線性組合計算出輸出信號Y=(Y1,Y2,...Ym):Y=C2·V』。
(3)因此有Y=C2·H·C1·X+C2·N=A·X+g (4)其中A表示通道矩陣，g表示噪聲向量。等式(4)在恢復電路27中以近似方式分解成XX=L·Y (5)在第一次逼近中為抑制噪聲可設定L=A-1。具有最小平方差的更為穩定的方法也是公知的，例如參見G.Strang所著的《線性幾何及其應用》Hartcourt BraceJavonich,1988。當X是一個具有公知頻譜的複合向量信號時，也可以使用文納爾濾波器方法，例如參見B.D.O.Anderson和J.B.Moore所著的《優化濾波環》，Prentice-Hall,1979。
以上述方法得到的X值然後可送入正常的解調和檢測階段。
矩陣A的值和所使用的矩陣圖形C1和C2以及傳輸線路的幾何和電氣性質相關，也就是說，和變換矩陣H相關。一種可能的情況是，輸電線的特性表現為，A實際上是單數的，以致於造成信號的可靠分離是不可能的。這種情況在一定條件下可通過巧妙地選擇C1和C2加以避免，如後面所述。否則應當減小X的尺寸m。
交叉係數的矩陣C1在一個最簡單的方案中可選擇成在每行中只有一個值不等於零，也就是說，每個信號Xi剛好輸入耦合到輸電線1、2和3中的一根上。特別是在高壓或中壓線路是均勻的情況下，也可以給C1提供另一個選擇，即信號Xi至少有一部分準確地輸入耦合到輸電線的模型之一上。例如在k=3以及m=3的情況下選擇C1=M=-0.511101-0.510---(6)]]>其中M是模態矩陣，它表示一個均勻線路段的對角化變換矩陣H。如F.Eggimann,W.Senn和K.Morf在《高壓輸電線載頻傳輸特性》，Brown Boveri通訊8-77中所述，M基本上也可對角化若干其他配置的變換矩陣。
按照等式(6)選擇的X1和X2直接輸入耦合到兩個傳輸模塊中，它們相互獨立地繼續傳播。(在實際中C1列和公式(6)中的列成正比即可。)接收端選擇C2=M-1，所以通道矩陣A被對角化，而且X1和X2實際上已經分開。
在許多實際應用中，輸電線並不是均質的，所以必須尋找一個複合矩陣C1和C2，以便將通道矩陣A對角化。在這種情況中，C1如上所述最好選擇成在每一行和每一列均有一個元素不等於零。當然也可設想，通過對電纜的校準測量尋找到某種形式的C1和C2，它們可更好地變換成通道矩陣A。
為得到等式(4)或(5)的解，通道矩陣A必須是已知的。在多數實際PLC系統中，A從理論上不能確定，此外它還會隨天氣條件等原因變化。所以要進行校正測量，以便通過試驗方法確定A。為此發送端產生校正信號xi，該產生過程一方面發生在投入運行後，另一方面與正常運行成有規律的間隔，所以天氣等原因造成的通道矩陣A的變化可以得到補償。對接收端，校準信號Xi的形式是已知的，接收端從中確定A的係數。在二維的情況中，公式(4)例如變成Y1(t)=A11·x1(t)+A12·x2(t)+g1(t)(7)Y2(t)=A21·x1(t)+A22·x2(t)+g2(t)。
對x1(t)和x2(t)的選擇應當使其互相關函數基本為零，而且其自相關函數基本上符合德爾塔函數，也就是說，僅有一個自0的偏移不等於零。為此例如可以使用假設的噪聲信號。所以通過Y1和Y2與x1和x2之間的相關函數，直接確定A的係數。
在上述方案中，其初始條件是通道變換矩陣H在PLC信號的頻率範圍內與頻率無關。而通常情況下變換函數是與頻率相關的。在這種情況中，例如可將等式(7)一般化為Y1(t)=A11*x1(t)+A12*x2(t)+g1(t)(8)Y2(t)=A21*x1(t)+A22*x2(t)+g2(t)其中*表示具有脈衝應答Aij(t)的折積。
本發明也可以用於上述情況中，其中所必要的方法對專業人員而言是公知的。特別應當指出的是維納爾濾波法，例如參見B.D.O.Anderson和J.B.Moore所著的《優化濾波環》，Prentice-Hall,1979。
為傳輸數位化數據，信號Xi具有以下形式Xi=∑αikg(t-KT) (9)其中αik是i傳輸的90°相位差調幅數據符號，g(t)是脈衝形式，T是符號周期(參見J.G.Proakis所著的《數字通信》，McGraw-Hill,1983)。因為序列αk僅是信號X=X(t)的一個線性變換，因此本發明可使用公知方法直接延伸到以上情況中。在N.Amitay和J.Salz所著的《通過雙極化衰減無線信道進行數位化數據傳輸的線性均衡理論》中，見ATT貝爾實驗室技術通報，第63卷，2215-2259頁，描述了在另一種傳輸系統中的數學等值問題的解法。
權利要求
1.用輸電線路，特別是具有若干根輸電線的高壓或中壓線路進行信號傳輸的方法，其特徵是，從若干個內容不同的數據信號(X1、X2、X3)中產生若干個內容不同的發送信號(V1、V2、V3)，每個發送信號在發送端至少分別與輸電線(1、2、3)中的一根輸入耦合，在接收端從輸電線(1、2、3)的若干根中輸出耦合若干個接收信號(V』1、V』2、V』3)，為測定數據信號(X1、X2、X3)將接收信號通過計算相互連接在一起。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵是，所述發送信號(V1、V2、V3)是數據信號(X1、X2、X3)的線性組合。
3.如上述權利要求中任何一項所述的方法，其特徵是，在接收端數據信號作為所述接收信號(V』1、V』2、V』3)的線性組合測定。
4.如上述權利要求中任何一項所述的方法，其特徵是，至少有一個校準階段，在該階段之內產生發送端的預定形式的數據或發送信號，並且分析出相應的接收信號，而且從中導出一個用於從所述接收信號(V』)中測定數據信號的規則。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵是，所述預定形式(x)的數據或發送信號的形式是，其互相關函數基本為零，而且其自相關函數基本上符合德爾塔函數。
6.如權利要求4或5中任何一項所述的方法，其特徵是，在正常運行期間重複插入所述校準過程。
7.如上述權利要求中任何一項所述的方法，其特徵是，所述發送信號(V1、V2、V3)按如下方式從數據信號(X1、X2、X3)中組合而成，即數據信號中的至少一個準確激勵供電線路(1、2、3)的一種模式。
8.用具有若干根輸電線(1、2、3)的輸電線路進行信號傳輸的裝置，其特徵是，一個組合和輸入耦合電路(4、8、9、10)用於從若干個內容不同的數據信號(X1、X2、X3)中產生若干個內容不同的發送信號(V1、V2、V3)，並且用於將發送信號(V1、V2、V3)輸入耦合到若干根輸電線(1、2、3)，而且有一個輸出耦合和運算電路(20、21、22、26、27)用於從若干根輸電線(1、2、3)中輸出耦合接收信號(V』1、V』2、V』3)，並且用於從接收信號(V』1、V』2、V』3)中測定數據信號(X1、X2、X3)。
全文摘要
在一種高壓或低壓輸電線(1、2、3)中傳輸若干內容不同的信號(X1、X2、X3)。信號首先進行線性組合,然後經耦合器(8、9、10)輸入耦合到輸電線。在接收端,信號被輸出耦合和解調。輸出耦合使用的是匹配技術,它允許對三個信號的恢復與輸電線變化的傳輸特性無關。
文檔編號H04B3/56GK1233887SQ9910556
公開日1999年11月3日 申請日期1999年4月2日 優先權日1998年4月3日
發明者D·德宗 申請人:Abb研究有限公司