(57)【要約】送信機および受信機を備えた完全二重モデム用の結合回路が提供される。この結合回路は、（ａ）送信機に結合された１次巻線と、２次巻線とを有する第１の変成器と、（ｂ）通信ラインに結合された１次巻線と、２次巻線とを有する第２の変成器と、および（ｃ）第１の変成器の１次巻線の端子と第２の変成器の１次巻線の端子との間の抵抗とを備えている。第１および第２の変成器の２次巻線は逆の位相で直列に接続され、受信機に到達する送信機からの信号のレベルを最小にするようにその受信機に結合されている。
2005524321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機および受信機を備えた完全二重モデム用の結合回路において、
前記送信機に結合された１次巻線と、２次巻線とを有する第１の変成器と、
通信ラインに結合された１次巻線と、２次巻線とを有する第２の変成器と、
前記第１の変成器の前記１次巻線の端子と前記第２の変成器の前記１次巻線の端子との間の抵抗とを備えており、
前記第１および第２の変成器の前記２次巻線は逆位相で直列に接続され、前記受信機に到達する前記送信機からの信号のレベルを最小にするように前記受信機に結合されている結合回路。
【請求項２】
前記結合回路は、
（ｉ）前記送信機からの第１の信号を前記通信ラインに結合し、
（ｉｉ）前記通信ラインからの第２の信号を前記受信機に結合する請求項１記載の結合回路。
【請求項３】
前記第１の変成器は１：１の２次巻回数対１次巻回数比を有し、前記第２の変成器は２次巻回数対１次巻回数比が２：１である請求項１記載の結合回路。
【請求項４】
前記第２の変成器の巻回数比は、前記第１の変成器の巻回数比の２倍である請求項１記載の結合回路。
【請求項５】
さらに、前記第２の変成器の前記１次巻線と前記通信ラインとの間に接続された減衰パッドを備えている請求項１記載の結合回路。
【請求項６】
前記減衰パッドは、前記モデムのインピーダンスと前記通信ラインのインピーダンスとの間の不整合の状態下で前記送信機と前記受信機との間のフィードスルーの消去を改良する請求項５記載の結合回路。
【請求項７】
送信機および受信機を備えた完全二重モデム用の結合回路において、
前記送信機の第１の出力端子と第２の出力端子を横切って接続された１次巻線と、および２次巻線とを有し、２次巻回数対１次巻回数比が１：１である第１の変成器と、
第１の抵抗が前記第１の出力端子と通信ラインの第１の導体とに直列に接続され、第２の抵抗が前記第２の出力端子と前記通信ラインの第２の導体とに直列に接続され、前記抵抗の抵抗値の和が前記モデムのインピーダンスを定めている抵抗対と、
前記通信ラインの前記第１および第２の導体を横切って並列に接続された１次巻線と、２次巻線とを有し、整合された負荷状態の下での前記送信機の前記出力端子と前記通信ラインの前記導体との間の電圧の比に対応した２次巻回数対１次巻回数比とを有する第２の変成器とを具備し、
前記第１および第２の変成器の前記２次巻線は逆位相で直列に接続され、
（ｉ）前記送信機から送信された信号をキャンセルし、
（ｉｉ）前記通信ラインから前記受信機への信号通路を提供している結合回路。
【請求項８】
さらに、前記第２の変成器の前記１次巻線と前記通信ラインとの間に接続された減衰パッドを備えている請求項７記載の結合回路。
【請求項９】
前記減衰パッドは、前記モデムのインピーダンスと前記通信ラインのインピーダンスとの間の不整合の状態下で前記送信機と前記受信機との間のフィードスルーを消去し改良する請求項８記載の結合回路。
【請求項１０】
送信機および受信機を備えた完全二重モデムを結合する方法において、
第１の変成器の１次巻線を送信機に接続し、
第２の変成器の１次巻線を通信ラインに接続し、
前記第１の変成器の前記１次巻線の端子と前記第２の変成器の前記１次巻線の端子との間に抵抗を接続し、
前記第１の変成器の２次巻線を前記第２の変成器の２次巻線と逆の位相で直列に接続し、
前記受信機に到達する前記送信機からの信号のレベルを最小にするように前記第１および第２の変成器の前記２次巻線を前記受信機に結合するステップを含んでいる方法。
【請求項１１】
前記結合回路は、
（ｉ）前記送信機からの第１の信号を前記通信ラインに結合し、
（ｉｉ）前記通信ラインからの第２の信号を前記受信機に結合する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の変成器は１：１の２次巻回数対１次巻回数の比を有し、前記第２の変成器は２次巻回数対１次巻回数の比が２：１である請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の変成器の巻回数の比は、前記第１の変成器の巻回数の比の２倍である請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の変成器の前記１次巻線と前記通信ラインとの間に減衰パッドを接続するステップをさらに含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記減衰パッドは、前記モデムのインピーダンスと前記通信ラインのインピーダンスとの間の不整合の状態下で前記送信機と前記受信機との間のフィードスルーの消去を改良する請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
送信機および受信機を備えた完全二重モデムを結合する方法において、
前記送信機の第１の出力端子と第２の出力端子を横切って第１の変成器の１次巻線を接続し、前記第１の変成器は２次巻線を有し、その２次巻回数対１次巻回数の比が１：１であり、
抵抗対を接続し、前記抵抗対の第１の抵抗が前記第１の出力端子と通信ラインの第１の導体とに直列に接続され、第２の抵抗が前記第２の出力端子と前記通信ラインの第２の導体とに直列に接続され、
第２の変成器の１次巻線を、前記通信ラインの前記第１および第２の導体を横切って並列に接続し、前記第２の変成器は２次巻線と、および整合された負荷状態下での前記送信機の前記出力端子と前記通信ラインの前記導体との間の電圧の比に対応した２次巻回数対１次巻回数の比とを有しており、
第１および第２の変成器の２次巻線を逆位相で直列に接続し、
（ｉ）前記送信機から送信された信号をキャンセルし、
（ｉｉ）前記通信ラインから前記受信機への信号通路を提供するステップを含んでいる方法。
【請求項１７】
前記第２の変成器の前記１次巻線と前記通信ラインとの間に減衰パッドを接続するステップをさらに含んでいる請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記減衰パッドは、前記モデムのインピーダンスと前記通信ラインのインピーダンスとの間の不整合の状態下で前記送信機と前記受信機との間のフィードスルーの消去を改良する請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電力配電システムへの通信信号の結合に関し、とくに、広範囲にわたり変化する駆動点インピーダンスを有する電力線およびその他の電気的ラインによる完全二重化通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ通信は電力線を介して接続されたモデム間において行われることができるが、しかしこのような電力線の広範囲にわたって変化する駆動点インピーダンスが考慮されなければならない。典型的に、電力線モデムは、異なった周波数帯域にわたって同時に動作する必要のある高周波送信機および高周波受信機を備えていてもよい。スペクトル拡散モデムの場合、送信および受信周波数帯域は比較的広い。残念ながら、その送信機の出力段で典型的に使用されるもののような高周波電力増幅器は完全に線形ではない。それらの非線形性は、その伝送帯域外の広い周波数範囲にわたって相互混変調（ＩＭ）積を生じさせる。これらのＩＭ積のいくつかは受信機の周波数帯域範囲内にあり、遠隔地の第２のモデムから入ってきた信号を妨害する。
【０００３】
送信機の電力はそのモデムの出力端子に接続された電力線だけに到達するべきであり、送信機の出力は受信機の入力端子に達しないことが理想的である。しかしながら、電力線モデムでは、ある１対の電力線端子が送信機出力および受信機入力の両者のために機能する。完全二重通信中、送信機および受信機の両者が同時に活動状態であるときに、“ハイプリッド結合器”と呼ばれる３ポートネットワークは送信機および受信機の両者をその電力線に接続する。理想的には、電力線ポートから受信機に入来する信号の接続と、送信機と電力線端子との間の接続とは無損失であり、送信機と受信機とは完全に分離されているべきである。
【０００４】
このようなネットワークは、ある１対のワイヤによって同様に送受信する必要のあるアナログ電話について説明されている。完全二重化用のハイブリッド結合器は、高度な送信機・受信機分離を実現することができるが、しかしその分離の程度はモデムインピーダンスと負荷インピーダンスとの間のインピーダンス整合の正確さに依存している。アナログ電話網の場合には、このような正確なインピーダンス整合は問題ないが、しかし電力線ネットワークでは、電力線端子で見られる負荷インピーダンスは重要な周波数帯域に対して広範囲にわたって変化し、送信機と受信機との間のハイブリッド結合器による分離は著しく低下する可能性がある。
【０００５】
受信機における信号対雑音比の著しい低下は、スプリアス送信機出力の実質的な量が受信機の入力周波数帯域の範囲内であって、電力線インピーダンス不整合のためにそのスプリアスエネルギの一部が受信機の入力端子に到達したときに生じる可能性がある。それはデータエラーを発生させるか、あるいは許容可能なエラーレートを維持するためにデータレートの低下を強制する可能性が高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１は、モデムの低電力送信機106によって駆動される送信機出力段100の出力端子103に接続された一般的なハイブリッド結合器110を示している。ハイブリッド結合器110はまた、モデム上の負荷として動作し、集中インピーダンスＺL115で表されるインピーダンスを有している通信ラインに接続されている。ハイブリッド結合器110はさらに、受信機125の受信機入力端子120に接続されている。完全二重モデムのために、送信機出力段100は典型的にプッシュ・プルであり、その差動出力端子103を横切る偶数高調波エネルギの多くを消去される。理想的には、ハイブリッド結合器110の公称設計インピーダンスがインピーダンスＺL115に等しいとき、送信機出力端子103と受信機入力端子120との間にフィードスルーは存在しない。しかし、たとえば、電力線インピーダンスが複素数変数である現実世界の場合のように、ハイブリッド結合器110の公称設計インピーダンスが実質的にインピーダンスＺL115とは異なっているとき、出力端子103と入力端子120との間の減衰は非常に低いレベルに降下する可能性が高く、著しい量の望ましくないＩＭ積が受信機125に到達する可能性が高い。
【０００７】
たとえば、１２．５オームの抵抗性のＺLのインピーダンス115に対して、受信機125中に漏洩した送信された信号のレベルは、全送信機出力より６ｄＢ弱いだけである。複素数インピーダンスであって純粋には抵抗性でないＺL115のさらに典型的な場合において、漏洩はさらに悪化する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、完全二重化モデムに対するハイブリッド結合回路および対応した方法を含んでいる。第１の変成器は１：１の２次巻回数対１次巻回数比を有する１次および２次巻線を備えている。第１の変成器の１次巻線は、モデム送信機の出力を横切って接続される。１対の送信機出力抵抗が各送信機出力端子と対応する通信ライン端子との間に直列に接続される。第２の変成器は、整合された負荷状況下において送信機出力端子の間の電圧と出力抵抗の負荷側の端間の電圧との比に対応した２次巻回数対１次巻回数比を有する１次および２次巻線を備えている。第２の変成器の１次巻線は、通信ラインを横切って並列に接続される。変成器の２次巻線は逆の位相で直列に接続され、（ｉ）送信機から送信された信号を消去し、（ｉｉ）通信ラインから受信機への信号通路を提供する。
【０００９】
別の実施形態においては、ラインインピーダンス不整合の状況下においてフィードスルー消去性能を改良するために、ラインインピーダンスと第２の変成器の１次巻線との間に減衰パッドが接続されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、以下の詳細な説明および添付図面を参照とすることによって容易に認識されるであろう。  
図２は、本発明の１実施形態による完全二重化用のハイブリッド結合器270を示している。モデム送信機出力段として使用されてもよい典型的な固体状態の高周波ライン駆動装置100は、ゼロに近い出力インピーダンスを有していることが多い。インピーダンス整合および電流制限は外部抵抗205によって行われる。設計を示すために、たとえば、５０オームのような特定の電力線公称インピーダンスが使用される。公称５０オームを表すＺL115で表されている電力線負荷に対して、端子対220の間の送信機電圧は、駆動装置端子対103においてその１／２となる。
【００１１】
端子220間の電圧が２倍にされて端子103間の電圧から減算されることができる場合、結果的に得られる電圧は送信機電圧を完全に消去する。図２は、変成器255の巻回数比が変成器250の巻回数比の２倍であり、受信機端子120を介して受信機125の入力に接続される差出力を供給するように変成器250および255の２次巻線が直列に接続された変成器250および255を追加することによりこれが行われることを示している。
【００１２】
受信機端子120における送信機信号の消去とは対照的に、回路は変成器255を介して受取られたライン信号を送る。変成器250は、その１次巻線がライン駆動装置100である送信機出力段の非常に低い出力インピーダンスによって短絡されるので電圧を提供せず、また、この短絡は変成器250の２次巻線を横切るほぼゼロのインピーダンスとして反映される。当業者は、端子対103および220の間の期待される電圧比を補償するために変成器250および255の変成器比率を一般化することができ、また受信機125への最適インピーダンス整合を容易にするようにそれらの絶対比率を変更することもできる。したがって、１：１および２：１はまた３：１および６：１であっても同様に消去を行うことが可能である。変成器255の右側の巻線の両端間の電圧は、整合された負荷インピーダンスに対してライン駆動装置100を横切る電圧の半分である。それ故、変成器255がこの半分の電圧をブーストし、一方変成器250が全電圧を３倍にブーストした場合、受信機125に到達した減算された電圧はゼロである。
【００１３】
整合されたインピーダンス状態に対して、公称モデムインピーダンスと等しくなるようにその和が選択された抵抗205は、入ってきた信号に対して５０％すなわち６ｄＢの負荷となっている。変成器255の変成器動作は、モデムの公称インピーダンスの２倍の高さのインピーダンスレベルであるにもかかわらず、受取られた元の信号の振幅を復元する。しかしながら、変成器250および255の２次巻線は逆の位相で直列に接続され、（ｉ）送信機ライン駆動装置100から送信された信号をキャンセルし、（ｉｉ）通信ライン（すなわち、端子220）から受信機125への信号の通路を提供する。
【００１４】
図３は、モデムハイブリッド270によって見られるインピーダンスＺL Modem365を安定させる方法を使用して広範囲にわたって変化する電力線インピーダンスＺL115の効果を改良する回路の概略図である。図３の回路は、モデムの公称インピーダンスに等しい特性インピーダンスを有するＨネットワーク減衰器として設計された抵抗減衰器パッド360のインピーダンス安定化特性を使用している。抵抗減衰器パッド360がモデムライン端子323と電力線端子320との間に設置された場合、ハイブリッド270によって見られる端子インピーダンスＺL Modem365中の変化は大幅に減少し、送信機ライン駆動装置100と受信機125との間の漏洩を最小化するハイブリッド270の能力が大幅に増強される。
【００１５】
抵抗減衰器パッド360のような抵抗減衰器は、抵抗減衰器パッド360において使用される抵抗値と負荷インピーダンスＺL155の両者に依存するＺL Modem365のような端子インピーダンスを有している。説明のために両極端の場合を使用すると、短絡されたインピーダンスＺL155はＺL Modem365を減少させるが、それをゼロに減少させず、一方遮断された負荷インピーダンスＺL155はＺL Modem365を増加させるが、それを無限大にはしない。同様に、もう少し穏やかなＺL155の変化については、ＺL Modem365はＺL155よりも穏やかに変化する。これには端子323から見られるインピーダンスＺL Modem365を、電力線負荷インピーダンスＺL155の変化に対して安定させる効果がある。この利点は、信号レベルを犠牲にして得られ、信号レベルの低下は損失と呼ばれる。
【００１６】
抵抗減衰器パッド360の安定化効果は、パッド減衰の増加とともに増加するが、しかし、電力線に到達する負荷ＺL155で表される送信機電力レベルと、受信機125で受取られる信号の両者の減少という犠牲を伴う。負荷ＺL155中に送信されたモデム出力電力レベルは、ＩＭ歪のレベルを増加させないように注意しながら、ライン駆動装置100からの出力段電力を増加させて減衰器損失を補償することによりその以前のレベルに復元されることができる。
【００１７】
受信機の信号対ＩＭ漏洩雑音比に対する効果はもっと複雑である。一方において、信号レベルは抵抗減衰パッド360によって減衰される。しかしながら、ラインインピーダンスが公称モデムインピーダンスと大きく異なることが頻繁である場合には、ハイブリッド270により見られるインピーダンス整合の改良に対する抵抗減衰パッド360の効果の結果、送信機ＩＭ積フィードスルーが減少し、受信機の信号対ＩＭ雑音比が改良される。
【００１８】
図２および３に示されている回路に関して一連のシミュレーションが行われ、その結果が以下の表１乃至３に示されている。たとえば、抵抗減衰パッド360による１０ｄＢの減衰は、表１乃至３に示されているように、公称インピーダンスとは異なった電力線インピーダンスに対して、送信機から受信機への信号漏洩を以下のように改良する。
【表１】
2005524321.tif 000003
【表２】
2005524321.tif 000004
【表３】
2005524321.tif 000005
【００１９】
たとえば、表１の１行目において、１２．５オーム、すなわち、公称モデムインピーダンスの１／４の電力線負荷抵抗により、図２のハイブリッド回路270は受信機の入力端子で送信機信号を５．９ｄＢだけ減衰し、一方図３に示されている１０ｄＢの抵抗減衰器パッド360の追加により、その数値は２６ｄＢに改良され、２０．１ｄＢの改良が達成されることが認められる。表２には、受取られた平均電力が−３３．１−（−１９．１）すなわち１４ｄＢ改善されることが示されている。表１に示された送信機から受信機へのフィードスルーに対する表２中における受取られた電力の損失の割合は、−３３．１−（−１３．７）すなわち１９．６ｄＢから−１９．１−（−３１．１）すなわち１２ｄＢに改善されており、つまり、１９．６−１２＝７．６ｄＢ改善された。表３には、送信された平均電力が５．２−（−４．６）＝９．８ｄＢだけ低下していることが示されているが、しかし、これはライン駆動装置200の出力を１Ｗに増加することによって補償されることができる。
【００２０】
典型的な高度に線形の送信機駆動装置100は、ＩＭ積をその搬送波から４５ｄＢ低下させる。さらに２６ｄＢ分離することにより受信機端子におけるＩＭ積は送信機から７１ｄＢ低下させられ、そのライン上の他の場所においてモデムから受取られた信号の大きさのオーダーは、強い減衰を受けている。ＩＭ漏洩減衰が示されている５．９ｄＢ（表１の１行目を参照）だけである場合、ＩＭ積はその受信された信号より−５．９−４５＋７１すなわち２０．１ｄＢ強い。
【００２１】
以上、本発明の種々の例示的な実施形態を開示してきたが、当業者は、本発明の利点のいくつかを実現する種々の修正および変更が本発明の技術的範囲を逸脱することなく行われることが可能であることを認識すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術による完全二重化用の一般的なハイブリッド結合器の概略図。
【図２】本発明の１実施形態による完全二重化用のハイブリッド結合器の概略図。
【図３】完全二重化用のハイブリッド結合器の別の実施形態の概略図。
【図１】
2005524321.tif 000006
【図２】
2005524321.tif 000007
【図３】
2005524321.tif 000008
【国際調査報告】
2005524321.tif 000009
2005524321.tif 000010