橋接同軸電纜網絡的製作方法

2024-02-19 21:53:15

專利名稱：：橋接同軸電纜網絡的製作方法
技術領域：
：本發明涉及橋接同軸電纜網絡。
背景技術：
：同軸電纜傳輸線可用於在整個住宅內路由射頻(RF)信號。同軸電纜的特性決定了電纜所能支持的模擬或數位訊號高質量傳輸(例如，高信噪比)的最高頻率。許多住宅中已有的舊電纜可能支持上至約900MHz的信號高質量傳輸。其它類型的電纜(例如，用於衛星電視信號的電纜)可能支持上至約1700MHz的更高頻率。頻率限制還決定了數位訊號(例如，數字視頻或網際網路協議(IP)數據包)的最高數據率限制。電纜信號典型地通過單個源埠進入住宅，並且從那被分配到整個住宅。某些裝置，例如電視機或機頂盒，下行接收來自源埠的信息且不必與源埠回饋通信。其它裝置，例如電纜數據機還能從計算機或連接區域網上多臺計算機的乙太網路由器向源埠上行發送信息。
發明內容在第一方面中，本發明特徵在於一種設備，其包括配置成耦合去往和來自同軸電纜的信號的第一信號接口、配置成耦合去往和來自電力線的信號的第二信號接口、以及配置成在第一個信號接口和第二信號接口之間傳遞通信信號的信號耦合電路。本發明的這個方面的優選實施可整合如下的一個或多個第一信號接口和第二信號接口的每個都耦合包括兩個導體之間的電壓差的差分電壓信號。第一信號接口包括內孔同軸電纜連接器(femalecoaxialcableconnector)0第二信號接口包括電源插頭芯。信號耦合電路進一步被配置成衰減由第二信號接口從電力線接收的電力波形。信號耦合電路包括濾波電路，以在第一信號接口處將頻率在約50Hz到60Hz範圍內的電力波形的幅度相比於第二信號接口處的電力波形的幅度衰減至少因子IO。信號耦合電路包括瞬態抑制電路，以在第一信號接口處將幅度大於預定閾值的電力波形的幅度相比於第二信號接口處的電力波形的幅度衰減至少因子IO。信號耦合電路被配置成以低於10dB的衰減傳遞在約2MHz到28MHz範圍內的信號頻率分量。信號耦合電路被配置成保持通信信號的調製特性。保持通信信號的調製特性包括保留波形形狀。信號耦合電路包括具有包括通信信號頻譜內頻率的工作帶寬的變壓器。信號耦合電路進一步包括第一電容，與變壓器的第一終端和第二信號接口的第一終端進行電通信；以及第二電容，與變壓器的第二終端和第二信號接口的第二終端進行電通信。變壓器的第一和第二終端由變壓器的第一線圈連接。信號耦合電路進一步包括瞬態抑制電路元件，其與第二信號接口的第一和第二終端電通信。瞬態抑制電路元件包括可變電阻。變壓器的第三終端與第一信號接口的第一終端電通信，變壓器的第四終端與第一信號接口的第二終端電通信。變壓器的第三和第四終端由變壓器的第二線圈連接。變壓器包括第三線圈，其耦合變壓器和通信裝置之間的差分電壓信號。信號耦合電路包括第四線圈，其耦合變壓器和通信裝置之間的差分電壓信號。信號耦合電路包括開關電路，以選擇性地將變壓器從第一信號接口，或從第二信號接口，或從第一信號接口和第二信號接口兩者去耦。該設備進一步包括解調通過第一信號接口或第二信號接口之一接收的信號的信號處理電路，以及存儲用於通過第一信號接口或第二信號接口之一後續傳輸的解調的信號信息的緩衝器。在第二方面中，本發明特徵在於一種方法，其包括耦合第一信號接口和同軸電纜之間的信號，耦合第二信號接口和電力線之間的信號，以及在第一信號接口和第二信號接口之間傳遞通信信號。本發明的這個方面的優選實施可整合如下的一個或多個本方法進一步包括衰減由第二信號接口從電力線接收的電力波形。在第一信號接口和第二信號接口之間傳遞通信信號包括保持通信信號的調製特性。以下是本發明的眾多優點的一部分(其中某些只能在本發明的多個方面和實施的某些中實現)。橋接裝置，通過耦合同軸電纜網絡和電力線網絡，能夠提供保持並結合了電力線網絡和同軸電纜網絡二者的優點的橋接網絡。例如，橋接網絡提供同軸電纜網絡的結點之間的低損耗和低頻散的路徑，還提供典型住宅中用作橋接網絡的接口的電力線輸出口的高可用性。住宅內或其它網絡站點的同軸電纜上長路徑的存在提供了低損耗和低頻散的"幹線"，其允許對諸如流視頻的應用有益的高數據速率。這些同軸電纜路徑對直接連接到同軸電纜網絡的和通過橋接裝置連接到電力線網絡的裝置都可用。即使存在來自電力線網絡的增強噪聲，同軸電纜網絡的低損耗還允許保持較高的信噪比。無源橋接裝置能夠保持通信信號的調製特性，例如用於調製數據的波形形狀，從而不需要為了解調，緩衝和/或重調製而延遲信號。在具體描述、附圖以及權利要求中將發現本發明的其它特徵和優點。圖l是同軸電纜網絡的示意圖。圖2A是源電路元件的電路圖。圖2B是負載電路元件的電路圖。圖2C是通過傳輸線連接到接收設備的發射設備的電路圖。圖2D是混合分配器的電路圖。圖2E和2F是對混合分配器的狀態進行建模的等效電路的圖示。圖3A-3D是同軸電纜網絡仿真的傳輸響應圖。圖4是通信系統的示意圖。圖5A是模擬前端模塊的示意圖。圖5B是耦合模塊的電路圖。圖6是無源橋接器的電路圖。圖7是無源橋接器的圖像。圖8是混合耦合器的電路圖。圖9是住宅測試點的平面圖。圖10是用於執行傳輸響應測試測量的測試設施的示意圖。圖11A和11B是顯示測量結果的格柵。具體實施方式本發明有很多可能的實施方法，太多以致此處不能描述。下面描述當前優選的若干可能的實施例。然而，需要再三強調的是這些是對本發明實施例的描述，而不是對本發明的描述，本發明並不局限於本部分所描述的具體實施例，而是在權利要求中被以廣義術語來描述。系統綜述參見圖l，住宅內部的同軸電纜網絡100包括用於源電纜106的源埠104，該源電纜106承載來自住宅外部的源108的輸入信號。例如，源108可以是通過分配網絡提供信號的有線源，該信號從有線電視轉播中心的前端饋給到分配同軸電纜(例如，"幹線"或者"支線"電纜)。可替換地，源108可以是諸如接收來自廣播塔信號的地面天線，或接收來自衛星信號的碟形衛星天線的無線源。同軸電纜100將信號分配遍布整個住宅從源埠104，穿過網關設備102，通過同軸電纜lll(例如，RG6型同軸電纜)分配到達標準設備IIO(例如，有線電視或衛星電視機頂盒)和網絡設備112。同軸電纜網絡IOO包括分配器，其在多個輸出埠中分配輸入信號的功率。在這個示例性網絡100中，第一分配器113是4埠3向分配器，其在三個輸出埠中平均劃分輸入埠處的信號。可替換地，某些分配器向某些埠提供多於其它埠的功率。這些不平均分配器可被用於確保某些設備(例如，電纜數據機)具有足夠大的信號，或者向某些將要經歷進一步分割以饋給更多的下遊終端結點或"葉子"結點的埠提供更多功率。同軸電纜網絡100還包括3埠2向分配器114，其將輸入端的信號在兩個輸出埠平均劃分。同軸電纜網絡100包括橋接設備116，其將網絡100耦合到二級網絡120，以便使用室內已有的AC配線的電力通信網絡在與AC插座連接的結點之間交互信息。網關設備102使網絡設備112能相互通信，同時繼續持續將來自源埠104的輸入信號分配到標準設備110。在住宅內部的典型電纜分配網絡中，為了降低網絡上的幹擾，分配器113和114提供輸出埠之間的高隔離度，使得進入到分配器的一個輸出埠的信號被耦合到輸入埠，並在其它輸出埠(一個或多個)處被有效地消除。例如，"混合分配器"(或"魔術T"分配器)通常被設計成以輸入埠處給定的阻抗，提供輸出埠之間的高隔離度。如下面更詳細地解釋，高隔離度出現處的阻抗被設計成匹配給定類型同軸電纜的特徵阻抗。取決於元件的精度，實際中隔離度典型值為20到60dB。高衰減將降低信噪比(SNR)，其接著減少信道容量(數據速率)。網關設備102以這樣的阻抗來端接同軸電纜網絡的"根"埠122:該阻抗與被設計用於提供高隔離度的特性阻抗不匹配。如下面更詳細的描述，該不匹配"傳播"到樹狀網絡100以不匹配其它分配器的輸入埠，使得網絡中的任意結點與任意其它結點通信而免受由於高隔離度造成的SNR急劇下降。可替換地，根埠122可以從源埠104處被斷開連接，從而無須網關設備102就可以不匹配網絡100(儘管這種配置不能再將輸入信號分配到標準設備IIO)。標準設備1IO被配置成從源埠104處接收信號(以及可選地將信號發射到源埠104)而沒有相互幹擾。具體地，標準設備110以電纜111的特徵阻抗Z(例如，對於RG6同軸電纜，Zo-75Q)來端接同軸電纜111。即使分配器無法再提供高隔離度，這種阻抗匹配有效消除了可能會干擾另一個標準設備110的、來自一個標準設備110的輸入的信號的反射。同軸電纜網絡100耦合到網絡設備112,該網絡設備112被配置成將信號發射到耦合到網絡100的其他網絡設備112，並接收來自於耦合到網絡100的其他網絡設備112的信號。網絡設備112是在發射狀態和接收狀態(默認狀態)之間切換的半雙工設備。網絡設備112可以使用諸如帶衝突避免的載波偵聽多路訪問協議(CSMA/CA)的多種類型的介質訪問控制(MAC)協議中的任何一種來協調通過網絡100的通信。如下文更詳細地描述，網絡設備112可選地取決於設備是處於發射狀態或是接收狀態的阻抗來端接同軸電纜lll，以提高諸如信噪比(SNR)的信號特性。標準設備110和網絡設備112使用濾波器在不同頻帶上通信，以減少標準設備和網絡設備之間的任意潛在幹擾。例如，在一種情景中，標準設備接收50-800MHz範圍內的信號，且網絡設備在2-28MHz範圍內通信。每個網絡設備112包括35MHz低通濾波器(LPF)以與網絡100連接，且每個標準設備包括50MHz高通濾波器(HPF)以與網絡100連接。LPF和HPF的組合減少了由不匹配的網絡設備112處發射或反射的信號能量引起的潛在幹擾。可替換地，所有的耦合到分配器輸出埠的設備都可以是網絡設備112，這種情況下，沒有必要使用濾波器。阻抗匹配和不匹配可以通過檢測同軸電纜網絡100和耦合到該網絡中作為發射機或接收機的各種設備的簡化電路模型來理解阻抗匹配和不匹配的特性。參見圖2A，當設備將信號傳輸進同軸電纜網絡的埠，該設備可以被建模成"源"電路元件200，其包括提供源電壓信號Vs(t)的電壓源202，該電壓源202與代表設備的輸出阻抗的阻抗Z。w串聯。參見圖2B，當設備通過網絡100的同軸電纜接收信號時，該設備可被建模成"負載"電路元件204，其具有代表該設備的輸入阻抗的阻抗Zin。參見圖2C,通過被建模成具有長度1的傳輸線220的同軸電纜，以源電路元件200來表示的發射設備210連接到以負載電路元件204來表示的接收設備212。由接收設備接收的電壓信號VK(t)是源電壓信號Vs(t)的函數，但其也取決於阻抗Z。ut和Zin以及傳輸線220的特徵阻抗Z。一般來說，根據Z。ut或Zin與特徵阻抗Z。的差異程度，將有在傳輸線220的輸入埠222和輸出埠224之間傳輸的反射，引起接收到的電壓信號VR(t)的失真，包括選頻失真和時間失真，例如稱為"延遲擴展"的在一段時間內到達的多個延遲版本的信號。對於在輸出埠224處被不同於特徵阻抗Zo的"不匹配"負載阻抗所端接的傳輸線，在輸入埠222處見到的有效阻抗被傳輸線變換(例如，如史密斯圓圖所給出的)。例如，取決於長度l，RL的實阻抗(即，電阻)可以被變換成感性或容性阻抗或變換成Z、/RL的實阻抗(當l為四分之一波長時)。然而，對於任意長度l或信號頻率，不匹配阻抗仍然是不匹配的。可依據標準傳輸線理論來預測給定網絡的預期行為，其中網絡中的每段同軸電纜都可以被建模成傳輸線。典型地，耦合到網絡100的設備的輸入和輸出阻抗與同軸電纜的特徵阻抗相"匹配"(即，Z。ut二Zo且Zm-Zo)。在這種匹配情況下，反射被消除(或者實際上，由於組件的有限精度，至少被極大地降低了)，且接收到的電壓信號VR(t)與源電壓信號的關係是VR(t)=0.5Vs(t-1/V)，其中，v是傳輸線的傳播速度(通常約為同軸電纜上的光速的0.6-0.8倍)。實際上，對於匹配的傳輸線，接收到的電壓信號是源電壓信號在寬頻率範圍上的縮放和延遲版本，且免受不匹配傳輸線的頻率失真或延遲擴展。典型的分配器被設計成在分配器的輸出埠被匹配的負載阻抗所端接時，用匹配的阻抗端接耦合到其輸入端的同軸電纜。典型的分配器還被設計成為每個負載提供匹配的輸出阻抗。因此，分配器被設計成保持網絡的阻抗匹配特性。除了保持阻抗匹配，典型的分配器被設計成在其輸出埠之間提供高隔離度。參見圖2D，在輸出埠之間具有高隔離度的3埠2向分配器114的一個例子是被建模成具有單個輸入埠231和兩個輸出埠232和233的電路230的混合分配器。輸入埠231被耦合到2:1阻抗變換器234，其通過因子1/2變換耦合到輸入埠231的設備的輸出阻抗(例如，具有匝數比為^:1的變壓器產生2:1的阻抗比)。三個埠被連接到中心抽頭的自耦變壓器236，某些情況下其在上述埠中的一些之間耦合信號。分流電阻238連接到自耦變壓器236上，以建立使得輸出埠232和233能夠互相隔離的條件。由於電路230的對稱性，埠231處的輸入信號在埠232和233之間平均分配。然而，當信號被施加到輸出埠232上時，基於輸入埠231的阻抗，電路230在另一個輸出埠233處設定電壓。參見圖2E，由於自耦變壓器236的阻抗變換特性，耦合到輸出埠232的源240可見等效電路242。具體地，自耦變壓器236以因子1/4(因為匝數比為1/2)將分流電阻238的阻抗2Zo變換成值Zo/2。類似地，阻抗變換器234以因子l/2將輸入埠231處的阻抗Z!變換為值ZJ2。因此，源240可見等效電路244(圖2F)，並將源電壓Vs(t)施加到三個阻抗上輸出阻抗Z。ut，由分配器電路230的阻抗Zo/2，以及由輸入埠231的端接的Z"2。自耦變壓器236的特性確保自耦變壓器236上半段的電壓降Vx(t)與自耦變壓器下半段的電壓降相同。當輸入埠231處的阻抗Zi等於特徵阻抗Zo時，自耦變壓器236的上半段的電壓降Vx(t)等於從自耦變壓器236的中點到接地的電壓降。因此，在這種"匹配的輸入埠"的情況中，不管源電壓Vs(t)或源輸出阻抗Z。ut的值，自耦變壓器236下半段的電壓降Vx(t)設定輸出埠233對地的電壓。在這種情況下，所有被傳遞到輸出埠232的功率被耦合到輸入埠231(忽略內部分配器的損耗)。理想模型呈現出完全的隔離，然而，實際上，混合分配器受到洩漏電流和漏電感的影響，從而，取決於分配器組件的精度，在工作帶寬上可能有20到60dB的隔離度。當輸入埠231處的阻抗Z!不等於特徵阻抗Z時，自耦變壓器236上半段的電壓降Vx(t)不等於從自耦變壓器236的中點到接地的電壓降。因此，在這種"不匹配的輸入埠"的情況中，取決於阻抗Z^卩Zo的比率，自耦變壓器236下半段上的電壓降Vx(t)將輸出埠233處的電壓設為源電壓Vs(t)的某個比例。這樣，即使在理想情況下，隔離度下降，且信號可以穿過輸出埠232到輸出埠233而免受嚴重的衰減。圖3A-3D示出了基於理想混合分配器電路模型的同軸電纜網絡的仿真的傳輸響應。被仿真的網絡包括具有串聯輸出電阻的壓控電壓源，其通過50英尺長的75fi同軸電纜連接到分配器的輸入埠"埠l"，以向網絡提供可變阻抗驅動。兩個額外的具有分流電阻的壓控電壓源分別通過50英尺長的75Q同軸電纜連接到輸出埠"埠2"和"埠3"，以為網絡提供可變阻抗的輸出負載。圖3A-3D示出了用於源和負載的在不同端接情況下的、仿真的網絡埠之間的傳輸響應。圖3A和3B示出了所有三個埠的電纜端接阻抗都"匹配"75Q的電纜特徵阻抗時的傳輸響應。在圖3A的圖中，示出了輸入到輸出響應，從埠1到埠2的路徑的衰減分貝(dB)，作為0到30MHz帶寬上的頻率函數，是近乎平坦的。實際上，內部分配器功率損耗(例如，由於電阻功率消耗)是最小的，並且在本例中被建模成ldB。約4dB的標稱總衰減是由於這些內部分配器損耗，同軸電纜的介質損耗(其隨頻率而增加)以及由於在源的輸出電阻消耗一些功率的分壓器效應造成的損耗的集合。本仿真使用RG59型同軸電纜的特性來對同軸電纜建模。在圖3B的圖中，示出了作為頻率函數的輸出到輸出傳輸響應，輸入端電纜端接被設定為741]以仿真與不完美的阻抗匹配類似的條件，其導致非無窮的輸出埠隔離。在埠2和埠3處的電纜端接為75Q。結果傳輸響應圖示出了從埠2到埠3路徑的超過50dB的高度衰減。傳輸響應中的振蕩是由於50英尺的同軸電纜的阻抗變換特性隨著頻率變化而變化(根據標準傳輸線理論)造成的。圖3C示出了作為頻率函數的輸出到輸出傳輸響應，其埠l的電纜端接阻抗設定為250Q,埠2的設定為5Q，而埠3的設定為250S2。這種配置對應於簡單的兩葉子樹狀網絡，其中根結點是以不匹配的高阻抗端接，一個葉子結點以不匹配的低阻抗端接，而另一個葉子結點以不匹配的高阻抗端接。如下文更詳細描述的，在某些實施中，網絡設備112被配置使用低阻抗用於發射以及高阻抗用於接收。結果傳輸響應圖示出了從埠2到埠3的路徑的約0到10dB的降低的衰減。圖3D示出了當輸入埠1電纜端接阻抗在從5Q變化到250Q時，作為該阻抗的函數的輸出到輸出傳輸響應。圖3D中示出的響應的頻率被假定為15MHz。埠2和埠3的電纜端接阻抗與圖3C的圖相同。結果傳輸響應圖示出了從埠2到埠3的路徑的衰減的急劇上升(或等效地在傳輸響應中的下降)，其發生在輸入埠l處的電纜端接阻抗接近傳輸線的特徵阻抗75Q時，在該傳輸線上分配器被設計成在此處具有高輸出埠隔離度。信號調製一個或多個不匹配的同軸電纜網絡易於受到頻域上的增強的通帶波紋和時域上增強的延遲擴展的影響。兩者都是由信號在同軸電纜傳輸線的不匹配端的信號反射而造成的產物。某些高速數字通信信號調製技術不容許過多的通帶波紋或延遲擴展。為了在出現通帶波紋和延遲擴展時達到魯棒的通信性能，網絡設備112使用正交頻分復用(OFDM)，也就是離散多音頻(DMT)。OFDM是擴展頻譜信號調製技術，其中可用帶寬被細分成多個窄帶、低數據率信道或"載波"。為了獲得高頻譜效率，載波的頻譜是相互重疊且正交的。數據以符號的形式被發射，其具有預定的持續時間且包括若干數目的載波。在這些載波上發射的數據可在幅度和/或相位上、使用諸如二進位相移鍵控(BPSK)，正交相移鍵控(QPSK)或m比特正交調幅(m-QAM)的調製模式來調製。在OFDM傳輸中，數據以OFDM"符號"的形式傳輸。每個符號具有預定的時間持續時間或符號時間Ts。每個符號產生自相互正交並形成OFDM載波的N個正弦載波波形的疊合。每個載波具有峰值頻率&和相位^，其從符號的開始測得。對於這些相互正交的載波的每一個，在符號時間Ts內包括正弦波形的整數周期。相當於，每個載波頻率是頻率間隔^/=1/%的整數倍。載波波形的相位^和幅度Ai可以獨立選擇(根據適當的調製模式)而不會影響結果調製波形的正交性。載波佔用了被稱作OFDM帶寬的&和&之間的頻率範圍。參見圖4，通信系統400包括發射機402，其用於通過通信介質404將信號(例如，一系列OFDM符號)傳輸到接收機406。發射機402和接收機406可以被整合到耦合到同軸電纜網絡的網絡設備內(例如，作為收發機裝置的一部分)。通信介質404可以表示在同軸電纜網絡上一個設備到另一個設備的路徑，或者穿過諸如電力線網絡的另一種類型的網絡的路徑。由於AC配線是為低得多的頻率傳輸而設計的，因此它們在用於數據傳輸的較高頻率上呈現出不同的信道特性(例如，取決於使用的配線和實際布局)。如與具有不匹配的同軸電纜網絡100—起，由於多路延遲擴展，電力線網絡呈現出失真。如以下更詳細描述的，使用OFDM信號可以提高同軸電纜網絡、電力線網絡或包括同軸電纜和電力線部分的橋接網絡的通信可靠性。在發射機402，實現PHY層(物理層)的模塊從介質訪問控制(MAC)層接收到輸入比特流。該比特流被饋給到編碼模塊420以執行諸如擾碼、糾錯編碼和交織的處理。編碼的比特流被饋給到映射模塊422，其取決於當前符號所使用的星座圖(例如，BPSK，QPSK，8-QAM，16-QAM星座圖)，取出多組的數據比特(例如，1、2、3、4、6、8、或10比特)，並且將這些比特表示的數據值映射成相應的當前符號的載波波形的同相(I)或者正交相(Q)分量的幅度。這導致每個數據值被關聯到相應的複數C產Aiexp(JA)，其實部對應於具有峰值頻率為fi的載波的I分量，且虛部對應於峰值頻率為fi的載波的Q分量。可替換地，可以使用任何適當的將數據值關聯到調製載波波形的調製方案。映射模塊422還確定系統400使用OFDM帶寬內的載波頻率/i,…/N的哪個來傳輸信息。例如，可以避免某些正在經歷減弱的載波，並且沒有信息在這些載波上傳輸。取而代之，映射模塊422對該載波使用以來自偽噪聲(PN)序列的二進位值調製的相干BPSK。對於某些載波(例如，載波—10)，其對應於介質404上可能會輻射功率的受限頻帶(例如業餘無線電頻帶)，這些載波上沒有傳輸能量(例如，A1Q=0)。反離散傅立葉反變換(IDFT)模塊424執行N個複數的結果集(對於不被使用的載波，其中有些可能為0)到具有峰值頻率""/N的N個正交載波波形的調製，這些複數由映射模塊422確定。調製的載波被IDFT模塊424合併，以形成離散時間符號波形S(n)(對於採樣率fR)，其可以寫作formulaseeoriginaldocumentpage17等式(1)f=l其中，時間指數n從l到N，Ai是峰值頻率為^(i/N)A的載波的幅度，而爭i是其相位，並且j-W。在某些實施中，離散傅立葉變換對應於N是2的冪的快速傅立葉變換(FFT)。後期處理模塊426將一序列的連續(潛在地重合)符號組合到"符號集"，其作為連續塊在通信介質404上傳輸。後期處理模塊426對該符號集預設前同步碼，其可用於自動增益控制(AGC)和符號時序同步。為了減輕符號間和載波間的幹擾(例如，由於信號400和/或通信介質404的非理想性)，後期處理模塊426可以循環前綴擴展每個符號，該循環前綴是該符號最後一部分的副本。後期處理模塊426還能夠執行其他功能，例如將脈衝整形窗施加到符號集內的符號子集(例如，使用升餘弦窗或其他類型的脈衝整形窗)以及重疊符號子集。模擬前端(AFE)模塊428將包括該符號集的連續時間形式的(例如，低通濾波的)模擬信號耦合到通信介質404。連續時間形式的波形S(t)在通信介質404上傳輸的效果，可以用表示在通信介質上傳輸的脈衝響應的函數g("t)的巻積來表示。通信介質404可能會加入噪聲n(t)，其可能是隨機噪聲和/或由幹擾發射機發出的窄帶噪聲。在接收機406處，實現PHY層的模塊從通信介質404處接收到信號，並生成用於MAC層的比特流。AFE模塊430與自動增益控制(AGC)模塊432及時間同步模塊434—起工作，以向離散傅立葉變換(DFT)模塊436提供數據和時序信息。通過使用其前同步碼來同步以及放大接收到的符號集後，接收機406解調並解碼符號集中的符號。移除循環前綴後，接收機406將採樣的離散時間信號饋給到DFT模塊436以抽取代表編碼數據值的一序列的N個複數(通過執行N點DFT)。解調/解碼模塊438將複數映射到相應的比特序列，並對這些比特進行適當的解碼(包括解交織和解擾)。通信系統400的任意模塊，包括發射機402和接收機406中的模塊，可以用硬體、軟體或軟硬體結合來實現。網絡接口圖5A圖解了用作網絡設備112的網絡接口的示例性雙向AFE模塊500，其整合了發射機402和接收機406的功能。AFE模塊500使用耦合模塊502來從同軸電纜111接收信號到接收機AFE模塊430，並將信號從發射機AFE模塊428傳輸到同軸電纜111。這種方法是半雙工的方法，其中設備112在任意給定時間，要麼是處於傳輸模式，要麼是處於接收模式。圖5B示出了耦合模塊502的一種實施的電路。該電路包括寬帶環形變壓器504，瞬態保護二極體506A和506B，以及接受標準RG59或RG6同軸電纜的F系列75O內孔連接器508。來自變壓器504的終端形成雙向信號接口510，其包括來自發射機AFE模塊428的差分對發射終端PL—TXP和PLJTXN。這些發射終端可選地包括電阻值為RO的對稱電阻，以設定輸出阻抗以及結果信號水平。信號接口510還包括差分對接收終端PL一RXP和PL—RXN以連接到接收機AFE模塊430。網絡設備112的有效輸入阻抗通過將接收機AFE模塊430內的電阻設定為適當的值而選定。當將信號驅動到電纜的網絡設備112的輸出阻抗小於同軸電纜111的特徵阻抗吋，可以獲得提高的通信性能。某些寬帶線路驅動器是具有反饋的運算放大器電路，其可以獲得非常低的輸出阻抗(幾歐姆或更小)。在某些系統中，這些驅動器使用等於系統阻抗的串聯電阻來匹配系統特徵阻抗。通過串聯匹配電阻和系統負載阻抗來形成分壓器。對於匹配阻抗的情況，驅動器輸出電位的一半到達負載，引起6dB信號損耗。對於不需要阻抗匹配的通信技術(例如，OFDM)，驅動器的輸出阻抗可以降至幾歐姆。由於分壓器造成的損耗低於前面的情況，尤其在遇到低阻抗負載時。低阻抗驅動器獲得了更少的損耗，且在某些情況下，對於通過同軸電纜網絡100的多個路徑實現增益(相對於匹配阻抗驅動器的6dB損耗)。例如，在測試同軸電纜網絡中，對於75Q同軸電纜特徵阻抗，約5fl的輸出阻抗為2-28MHz頻率範圍內的信號提供了魯棒的性當通過電纜接收信號的網絡設備112的輸入阻抗大於同軸電纜111的特徵阻抗時，也可以實現性能提高。在某些優選實施中，取決於期望的耦合特性，網絡設備112的有效輸入阻抗被選定為至少大1.2，2，3或IO倍。例如，在測試同軸電纜網絡中，對於75fi同軸電纜特徵阻抗，約250Q的輸出阻抗為2-28MHz頻率範圍內的信號提供了魯棒的性能。網橋取決於網絡的特性，橋接設備116可以使用多種技術的任一種以在同軸電纜網絡100和二級網絡120之間耦合信號。例如，OFDM信號調製很適合不匹配的同軸電纜網絡IOO和電力線網絡兩者的非線性信道特性。橋接設備116可以在同軸電纜和電力線介質之間"無源地"耦合信號，而不必要改變信號調製特性。無源橋接設備能夠保持通信信號的調製特性，例如用於調製數據的波形的形狀，並且從而不需要為了解調，緩衝和/或重調製而延遲信號。可替換地，橋接設備116可以是"有源"設備，為了通過其他網絡的後續傳輸，其解調從網絡之一上接收到的信號，並且緩衝編碼的信息。有源橋接設備可以在網絡之間切換，一次訪問一個網絡。可替換地，有源網橋可以表示兩個邏輯網絡結點，一個在第一個網絡(例如，同軸電纜網絡)內工作，而另一個在第二個網絡(例如，電力線網絡)內工作。這種類型的有源橋接設備能夠潛在地同時與兩個網絡通信。設備內的邏輯結點兩者都能使用單個處理器和分離的物理接口而實現。在信號通過橋接設備116時，有源方式在信號中引入了延遲。可選地，橋接設備116可以是簡單的耦合設備，其將信號在兩個網絡之間傳遞(無源地或有源地)，或者它可以是被整合到全功能網絡設備112內，其用作作為發射的信號的源和目的地以及橋接器(無源或有源)。在二級網絡120是電力線通信網絡的實施中，橋接設備116包括用於過濾掉低頻(例如，50Hz或60Hz)電力波形的組件，以及用於抵抗電力線中的大瞬間電湧的組件。然而，通信信號波形還承載電力，通信信號的電平和相應的平均功率(例如，OFDM符號的幅度)比起具有120-240V範圍內的均方根電壓的典型電力波形小得多。圖6示出了用於橋接房屋內的同軸電纜和電力線網絡的無源橋接器600。無源橋接器600安全地在兩個網絡之間耦合通信信號(例如，在2-28MHz)，同時阻止電力信號(例如，在60Hz)從電力線網絡進入同軸電纜網絡。無源橋接器600包括寬帶耦合變壓器602，其在同軸電纜接口606(例如，F系列內孔同軸電纜連接器)和電力線接口608(例如，AC電源插頭芯)之間的任一方向耦合差模信號。在某些實施中，變壓器602具有1:l的匝數比。可替換地，變壓器可以具有不同的匝數比，以提高阻抗的有效變化。這種雙向信號耦合使得同軸電纜網絡和電力線網絡作為運行CSMA/CAMAC協議的同一個廣播域的一部分。當傳遞期望的差模信號能量時，變壓器602還可以起到阻止無意向性的共模能量(噪聲)的作用。變壓器602可以用在鐵環形磁芯上的雙線並繞而製成。在電力線和同軸電纜網絡之間使用三重絕緣聚四氟乙烯線來提供安全隔離(具有3kV擊穿電壓)。無源橋接器600包括高壓串聯電容604A和604B(例如0.01毫法電容)，其起到高通濾波器的作用以通過期望的高頻通信信號並阻止(或者例如以IO、100、或更高的因子顯著衰減)低頻電力波形通過變壓器進入同軸電纜網絡IOO。具有安全故障模式的電容604A和604B可被用於在元件故障時保持耦合器安全。當橋接器600被拔除時，分流電阻612A和612B(例如，200kfl電阻)消除留在電容上的任何殘餘電荷。高壓可變電阻610為在預期工作範圍內時的電壓維持高電阻，並切換到低電阻傳導狀態以對到達電力線上的大瞬態電壓進行鉗位，該大瞬態電壓可能超過電容604A和604B的擊穿電壓。可替換地，可以使用多種瞬態抑制電路元件中的任一種來阻止(或者顯著衰減)電壓瞬變，包括，例如，瞬態電壓抑制二極體。圖7示出了用於無源橋接器600的組件的示例性塑料外殼700，其具有作為電力線接口608的內置AC電源插頭芯702。在使用過程中，橋接器600插入房屋內的可用AC電源輸出口。AC電源插頭芯702是無極性的，可以以任一朝向插入。一定長度的同軸電纜(例如，3到12英尺)可用於連接橋接器600的F連接器704與同軸電纜網絡100的F連接器埠。圖8示出了混合耦合器800，其將網絡設備112耦合到同軸電纜網絡和電力線網絡之一或兩者，且可選擇地用作同軸電纜和電力線網絡之間的橋接器。混合耦合器800包括具有四個獨立線圈的寬帶耦合變壓器802。四個線圈的匝數比通常是一樣的。使用三重絕緣聚四氟乙烯線來提供電力線、同軸電纜和低壓雙向信號接口804之間的安全隔離(具有3kV擊穿電壓)。信號接口804包括連接到發射機AFE模塊428輸出的發射終端差分對TX—P和TX—N和連接到接收機AFE模塊430輸入的接收終端差分對RX—P和RX一N。這四條線是低壓安全隔離連接。混合耦合器800包括開關806A和806B以選擇僅電力線工作，僅同軸電纜工作，或者在電力線和同軸電纜介質兩者上的混合工作。如上所述，電力線介質連接包括電容604A和604B，電阻612A和612B，可變電阻610以及電力線接口608。如上所述，同軸電纜介質連接包括同軸電纜接口606。開關806A和806B是雙刀單擲開關，其連接或中斷耦合變壓器802和電力線及同軸電纜介質之間的差動連接。開關806A和806B可以在安裝時設定，或者可替換地可以通過外部開關接口來控制。當兩個開關806A和806B都閉合時，電力線和同軸電纜介質被橋接在一起(以無源橋接器600的方式)。例如，閉合兩個開關，允許網絡設備112可在電力線和同軸電纜網絡上同時通信。關閉在連結到兩個網絡的第一結點處的混合耦合網絡設備112的兩個開關，可將兩個網絡耦合在一起，使得電力線網絡上第二結點能夠通過作為橋接器的第一結點與同軸電纜網絡上的第三結點進行通信。作業實例圖9示出了住宅測試站點900的平面圖，其示出了設備連接到電力線網絡的AC電源輸出口(電源線埠PL-l到PL-7)，以及設備連接到同軸電纜網絡的同軸電纜埠(同軸電纜埠CX-8到CX-11)。同軸電纜網絡具有樹狀網絡的拓撲，其具有由RG6型同軸電纜111連接的兩個2向分配器。源埠CX-8被配置成與樹狀網絡的源(或"根")結點接合，並將信號分配到連接到代表樹狀網絡的葉子結點的同軸電纜埠CX-9至CX-11的設備。從埠CX-8到埠CX-10或埠CX-11的標稱接入損耗是7dB，而從埠CX-8到埠CX-9的標稱接入損耗是3.5dB。電力線網絡的AC配線(未示出)形成了共享通信介質，從而每個電源輸出口與所有其它電源輸出口共享雙向通信路徑。在所有埠對(PL-l到PL-7，和CX-8到CX-11)之間測量代表埠到埠傳輸響應的信號衰減。在兩個方向上都測量傳輸響應(例如，從埠CX-8到埠CX-9的傳輸，以及從埠CX-9到埠CX-8的傳輸)。因為很多路徑具有隨頻率變化(例如，呈現出峰值和零值)的衰減，所以計算並記錄平均衰減。圖10示出了用於執行傳輸響應測試測量的測試設施。第一測試結點1002被耦合到同軸電纜埠1004(測試站點卯0的4個埠之一)或者電源輸出口1006(測試站點卯0的7個輸出口之一)。第二測試結點1008被耦合到同軸電纜埠IOIO(測試站點900的4個埠之一)或者電源輸出口1006(測試站點卯0的7個輸出口之一)。一個測試結點處於發射模式，其它的處於接收模式。如果發射結點被耦合到同軸電纜埠，則發射結點的輸出阻抗被設為約5fi的低值。如果接收結點被耦合到同軸電纜埠，則接收結點的輸出阻抗被設為約250fi的高值。某些測量在同軸電纜和電力線網絡通過無源橋接器600耦合時執行，而某些測量在同軸電纜和電力線網絡去耦時執行(即，無源橋接器600斷開)。在這些測試測量中，當源埠104沒有參與到測量中時，它保持斷開(因此以不匹配的開路阻抗而端接)。圖11A和11B示出了表示路徑衰減測量的格柵，其中行對應於發射埠(PL-l到PL-7，以及CX-8到CX陽11)，列對應於接收埠(PL-1到PL-7，以及CX-8到CX-11)。行列的交叉處的陰影與路徑衰減成正比。根據標度IIOO，陰影方塊表示衰減程度。因為埠不會傳輸到它本身，對角線方塊(l到l，2到2，等)並不表示衰減測量。圖11A中的格柵示出了當無源橋接器600斷開，從而電力線網絡和同軸電纜網絡是去耦的時，所有埠和/或輸出口對之間的衰減值。左下方象限(行l-7，列l-7)表示電力線網絡連接性，並且右上方象限(行8-11，列S-ll)表示同軸電纜網絡連接性。電力線網絡的平均衰減約為40dB，變化範圍大。同軸電纜網絡的平均衰減(阻抗不匹配)小於10dB。網絡之間的衰減為60dB或更高(行l-7，歹!]8-11，以及行8-11，歹!jl-7)。圖11B中的格柵示出了當無源橋接器600連接電力線網絡和同軸電纜網絡時，所有埠和/或輸出口對之間的衰減值。電力線輸出口之間的平均衰減大致保持相同。同軸電纜埠之間的平均衰減也顯示出很少的變化。然而，電力線網絡和同軸電纜網絡之間的平均衰減被極大地提高(即，降低的衰減)。這些電力線到同軸電纜和同軸電纜到電力線路徑(行l-7，列S-ll，以及行8-11，列l-7)的平均衰減程度與電力線到電力線路徑(行l-7，列l-7)的平均衰減程度相近，在40dB的量級上。這些新的通信路徑提高了更多的便利和覆蓋。另外，還測量了相同路徑上的通信數據速率，並計算了各種網絡配置中一組路徑上的平均吞吐量，如表l所總結的。表ltableseeoriginaldocumentpage25針對存在和不存在無源橋接器600，測量了相應於同軸到同軸路徑(行8-11，列S-ll)的一組路徑的平均吞吐量。針對存在和不存在無源橋接器600，測量了相應於電力線到電力線路徑(行l-7，列l-7)的另一組路徑的平均吞吐量。針對存在無源橋接器600，測量了相應於電力線到同軸路徑(行l-7，歹U8-11，以及行8-11，歹iJl-7)的另一組路徑的平均吞吐量。針對無存在源橋接器600，測量了所有路徑(行l-ll，歹Ul-ll)的平均吞吐量。無源橋接器600的存在對已有的同軸到同軸和電力線到電力線路徑的平均吞吐量並沒有大的影響，但是極大地增加了可用於在測試站點900內通信的路徑的總數量。由所附權利要求定義的本發明範圍之內還包括不同於上述實施的許多其它實施。權利要求1.一種設備，包括第一信號接口，被配置成耦合去往和來自同軸電纜的信號；第二信號接口，被配置成耦合去往和來自電力線的信號；以及信號耦合電路，被配置成在所述第一信號接口和所述第二信號接口之間傳遞通信信號。1.權利要求l末尾處增加了"並被配置成在所述信號耦合電路和通信裝置之間耦合信號"；2.權利要求16和17中在"通信裝置"前加了"所述"；3.權利要求20中，"耦合第一信號接口..."改成了"耦合信號耦合電路的第一信號接口..."，"耦合第二信號接口..."改成了"耦合所述信號耦合電路的第二信號接口..."，並在權利要求的最後增加了"以及，耦合所述信號耦合電路和通信裝置之間的信號"1.一種設備，包括第一信號接口，被配置成耦合去往和來自同軸電纜的信號；第二信號接口，被配置成耦合去往和來自電力線的信號；以及信號耦合電路，被配置成在所述第一信號接口和所述第二信號接口之間傳遞通信信號，並被配置成在所述信號耦合電路和通信裝置之間耦合信號。2.如權利要求l所述的設備，其中所述第一信號接口和所述第二信號接口的每個都耦合包括兩個導體之間的電壓差的差分電壓信號。3.如權利要求2所述的設備，其中所述第一信號接口包括內孔同軸電纜連接器。4.如權利要求2所述的設備，其中所述第二信號接口包括電源插頭芯。5.如權利要求l所述的設備，其中所述信號耦合電路進一步被配置成衰減由所述第二信號接口從所述電力線接收的電力波形。6.如權利要求5所述的設備，其中所述信號耦合電路包括濾波電路，以在所述第一信號接口處將頻率在約50Hz到60Hz範圍內的電力波形的幅度相比於所述第二信號接口處的電力波形的幅度衰減至少因子10。7.如權利要求5所述的設備，其中所述信號耦合電路包括瞬態抑制電路，以在所述第一信號接口處將幅度大於預定閾值的電力波形的幅度相比於所述第二信號接口處的所述電力波形的幅度衰減至少因子10。8.如權利要求l所述的設備，其中所述信號耦合電路被配置成以低於10dB的衰減傳遞在約2MHz到28MHz範圍內的信號頻率分量。9.如權利要求l所述的設備，其中所述信號耦合電路被配置成保持所述通信信號的調製特性。10.如權利要求9所述的設備，其中保持所述通信信號的調製特性包括保持波形形狀。11.如權利要求9所述的設備，其中所述信號耦合電路包括變壓器，該變壓器具有包括所述通信信號的頻譜內的頻率的工作帶寬。12.如權利要求11所述的設備，其中所述信號耦合電路進一步包括第一電容，與所述變壓器的第一終端和所述第二信號接口的第一終端電通信；以及第二電容，與所述變壓器的第二終端和所述第二信號接口的第二終端電通信；其中所述變壓器的第一和第二終端由所述變壓器的第一線圈連接。13.如權利要求12所述的設備，其中所述信號耦合電路進一步包括與所述第二信號接口的第一和第二終端電通信的瞬態抑制電路元件。14.如權利要求13所述的設備，其中所述瞬態抑制電路元件包括可變電阻。15.如權利要求12所述的設備，其中所述變壓器的第三終端與所述第一信號接口的第一終端電通信，所述變壓器的第四終端與所述第一信號接口的第二終端電通信，並且其中所述變壓器的第三和第四終端由所述變壓器的第二線圈連接。16.如權利要求15所述的設備，其中所述變壓器包括耦合所述變壓器和所述通信裝置之間的差分電壓信號的第三線圈。17.如權利要求16所述的設備，其中所述信號耦合電路包括耦合所述變壓器和所述通信裝置之間的差分電壓信號的第四線圈。18.如權利要求16所述的設備，其中所述信號耦合電路包括開關電路，以選擇性地將所述變壓器從所述第一信號接口，或從所述第二信號接口，或從所述第一信號接口和所述第二信號接口兩者去耦。19.如權利要求l所述的設備，其進一步包括信號處理電路，以解調通過所述第一信號接口或所述第二信號接口之一接收的信號；以及緩衝器，存儲用於通過所述第一信號接口或所述第二信號接口之一後續傳輸的解調的信號信息。20.—種方法，包括耦合信號耦合電路的第一信號接口和同軸電纜之間的信號；耦合所述信號耦合電路的第二信號接口和電力線之間的信號；在所述第一信號接口和所述第二信號接口之間傳遞通信信號；以及耦合所述信號耦合電路和通信裝置之間的信號。21.如權利要求20所述的方法，進一步包括衰減由所述第二信號接口從所述電力線接收的電力波形。22.如權利要求20所述的方法，其中在所述第一信號接口和所述第二信號接口之間傳遞通信信號包括保持所述通信信號的調製特性。全文摘要一種裝置，包括被配置成耦合去往和來自同軸電纜的信號的第一信號接口、被配置成耦合去往和來自電力線的信號的第二信號接口、以及被配置成在第一信號接口和第二信號接口之間傳遞通信信號的信號耦合電路。文檔編號H01R9/05GK101283483SQ200680037641公開日2008年10月8日申請日期2006年8月10日優先權日2005年8月10日發明者格雷戈裡·艾倫·馬金申請人:因特隆公司