(57)【要約】中間電圧電力線および低電圧電力線を介した、変圧器を直接通過する、ケーブルＴＶ、電話、インタネット、機密保護および他の制御アプリケーション向けの高周波多重化電線路通信のための装置が提供される。この装置は、電気線路に沿った複数の位置の各々に、送信機、受信機、モデム、マルチプレクサおよび複数の結合器を備えている。結合器は、空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器と直列に接続された容量性回路を有している。この容量性回路は、予め選択された周波数で変圧器と共振する。結合器は、雑音を除去し、予め選択された周波数で線路の特性インピーダンスと整合している。結合器は、線路を介した通信を線形化し、長距離に亘る高速データ通信および音声通信を可能にしている。複数の変調器および復調器を使用して、複数の変調搬送周波数が生成される。
2005516523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性インピーダンスを有する１つまたは複数の電線路を介して多重電気信号を伝達する通信装置であって、
電気信号を変調して、約２００ＭＨｚ以上の予め選択された周波数を個々に有する複数の変調搬送波信号を生成する複数の変調器と、
個々の変調器に動作接続され、個々に出力インピーダンスを有する、前記変調搬送波信号を送信する１つまたは複数の送信機と、
前記電線路と個々の送信機の間を接続し、前記送信機の出力インピーダンスを前記電線路の特性インピーダンスに整合させ、かつ、重大な位相歪みを生じることなく前記電線路に変調搬送波信号を伝達する結合器であって、
個々の結合器が、
非磁心を有する変圧器と、
前記予め選択されたの周波数で前記変圧器と共振する結合コンデンサとを備え、
前記変圧器は、
第１の導電プレートと、
前記非磁心によって前記第１の導電プレートと間隔を隔てた第２の導電プレートとを備え、
前記コンデンサが、前記第１の導電プレートと前記電線路の間に接続されるように構成され、前記第１の導電プレートおよび前記コンデンサのインピーダンスが、予め選択された帯域幅で前記電線路の特性インピーダンスと整合する結合器と、
前記電気信号を結合するための周波数分割マルチプレクサとを備えた通信装置。
【請求項２】
前記周波数分割マルチプレクサが直交周波数分割マルチプレクサである、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
特性インピーダンスを有する１つまたは複数の電線路を介して多重電気信号を伝達するための通信装置であって、
電気信号を変調して、約２００ＭＨｚ以上の予め選択された周波数を有する複数の変調搬送波信号を生成する複数の変調器と、
個々の変調器に動作接続された、個々に出力インピーダンスを有する、前記変調搬送波信号を送信するための１つまたは複数の送信機と、
前記電線路と個々の送信機の間を接続し、前記送信機の出力インピーダンスを前記電線路の特性インピーダンスに整合させ、かつ、重大な位相歪みを生じることなく前記電線路に変調搬送波信号を伝達する結合器であって、
個々の結合器が、
非磁心を有する変圧器と、
前記予め選択された周波数で前記変圧器と共振する結合コンデンサとを備え、
前記変圧器は、
第１の導電プレートと、
前記非磁心によって前記第１の導電プレートと間隔を隔てた第２の導電プレートとを備え、前記コンデンサが、前記第１の導電プレートと前記電線路の間に接続されるように構成され、前記第１の導電プレートおよび前記コンデンサのインピーダンスが、予め選択された帯域幅で前記電線路の特性インピーダンスと整合する結合器と、
前記電気信号を結合するためのマルチプレクサとを備えた通信装置。
【請求項４】
特性インピーダンスを有する１つまたは複数の電力線を介して、約１００Ｍｂｐｓ以上で電気信号を伝達するための通信装置であって、
電気信号を変調して、２００ＭＨｚに等しいか、またはそれより高い予め選択された周波数を有する複数の変調搬送波信号を生成する複数の変調器と、
前記変調器に動作接続され、出力インピーダンスを有する送信機であって、前記変調搬送波信号を送信する送信機と、
前記電線路と前記送信機の間に接続され、前記送信機の出力インピーダンスを前記電力線の特性インピーダンスに整合させ、かつ、重大な位相歪みを生じることなく前記電力線に前記変調搬送波信号を伝達する結合器であって、
前記結合器は、
非磁心を有する変圧器と、
前記予め選択された周波数で前記変圧器と共振する結合コンデンサとを備え、
前記変圧器は、
第１の導電プレートと、
前記非磁心によって前記第１の導電プレートと間隔を隔てた第２の導電プレートとを備えた結合器と、
前記第１の導電プレートと前記電力線の間に接続されるように構成されたコンデンサであって、前記第１の導電プレートと前記コンデンサのインピーダンスが、予め選択された帯域幅で前記電力線の特性インピーダンスと整合するコンデンサとを備えた通信装置。
【請求項５】
前記変調搬送波信号が約１Ｇｂｐｓ以上である、請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
配電変圧器を備えた、電気信号のための入力端子に特性インピーダンスを有する電力配電システムを介して電気信号を伝達するための方法であって、
複数の変調器を使用して電気信号を変調し、２００ＭＨｚに等しいか、またはそれより高い周波数を有する複数の変調搬送波信号を生成するステップと、
出力インピーダンスを有する送信機を介して前記変調搬送波信号を送信するステップと、
結合位置において、前記送信機の出力インピーダンスを前記システムの特性インピーダンスに整合させる結合器を使用して、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電力システムに結合するステップとを含み、
前記結合器が、非磁心を有する変圧器および結合コンデンサを備え、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電力システムに伝達し、
前記結合コンデンサが変調搬送周波数で前記変圧器と共振し、
前記変圧器は、
第１の導電プレートと、
前記非磁心によって前記第１の導電プレートと間隔を隔てた第２の導電プレートとを備え、
前記結合コンデンサが、前記第１の導電プレートと前記電力システムの間に接続され、前記第１の導電プレートおよび前記コンデンサが、予め選択された帯域幅で前記電力システムの特性インピーダンスと整合し、
前記電気信号が、約１００Ｍｂｐｓ以上の速度で送信されるデータを含む方法。
【請求項７】
前記電力システムが、低電圧電力線、中間電圧電力線、高電圧電力線またはそれらの任意の組合せを備えた、請求項６に記載の電気信号を伝達する方法。
【請求項８】
特性インピーダンスを有する１つまたは複数の電線路を介して電気信号を伝達するための方法であって、
複数の変調器を使用して電気信号を変調し、２００ＭＨｚに等しいか、またはそれより高い予め選択された周波数を有する複数の変調搬送波信号を生成するステップと、
出力インピーダンスを有する送信機を使用して前記変調搬送波信号を送信するステップと、
前記送信機の出力インピーダンスを前記電線路の特性インピーダンスに整合させる結合器を使用して、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電線路に結合するステップとを含み、
前記結合器は、
非磁心を有し、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電線路に伝達する変圧器と、
前記予め選択された周波数で前記変圧器と共振する結合コンデンサとを備え、
前記変圧器は、
第１の導電プレートと、
前記非磁心によって前記第１の導電プレートと間隔を隔てた第２の導電プレートとを備え、
前記結合コンデンサが、前記第１の導電プレートと前記電線路の間に接続され、前記導電プレートおよび前記コンデンサが、予め選択された帯域幅で前記電線路の特性インピーダンスと整合し、
前記変圧器の二次巻線が、前記電線路のインピーダンス変化に実質的に無関係に約４０オームないし５０オームの整合インピーダンスで前記送信機に動作接続され、かつ、前記変圧器の一次側が、約１オームから５００オームまでの範囲で前記電線路と整合したインピーダンスである方法。
【請求項９】
デジタル・ビデオ信号、デジタル音声信号またはデジタル・データ信号などの高速情報信号を、変圧器を備えた電力線配電システムを介して遠隔位置から所定の位置へ分配するためのシステムであって、
前記高速情報信号を約１０Ｍｂｐｓないし約１Ｇｂｐｓの転送速度で前記配電システムの中間電圧セクションに結合するステップと、
前記高速情報信号を配電変圧器を備えた前記システム内の電力線を介して所定の位置へ分配するステップと、
前記高速情報信号を前記所定の位置の近傍の前記配電システムの低電圧セクションからモデムに結合して、約１０Ｍｂｐｓないし１００Ｍｂｐｓの転送速度で前記所定の位置におけるローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）に挿入するステップとを含み、
前記結合器の各々が、非磁心を有し、重大な位相歪みを生じることなく前記高速情報信号を結合するための変圧器を備え、
前記変圧器は、
第１の導電プレートと、
前記非磁心によって前記第１の導電プレートと間隔を隔てた第２の導電プレートとを備え、
結合コンデンサが、前記第１の導電プレートと前記電力線の間に接続され、前記第１の導電プレートおよび前記コンデンサが、前記電力線の特性インピーダンスと整合するシステム。
【請求項１０】
電力配電システムを介して、約１００Ｍｂｐｓ以上で電気信号を伝達するための方法であって、
複数の変調器を使用して、複数の変調搬送波信号を生成するステップと、
出力インピーダンスを有する送信機を介して前記変調搬送波信号を送信するステップと、
結合位置において、前記送信機の出力インピーダンスを前記システムの特性インピーダンスに整合させる結合器を使用して、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電力システムに結合するステップとを含み、
前記結合器が、非磁心を有する変圧器および結合コンデンサを備え、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電力システムに伝達する方法。
【請求項１１】
前記変圧器は、
第１の導電プレートと、
非磁心によって前記第１の導電プレートと間隔を隔てた第２の導電プレートとを備え、
前記結合コンデンサが前記第１の導電プレートと電線路の間に接続され、前記導電プレートおよび前記コンデンサが、前記結合器が前記電線路に接続される位置で前記電線路の特性インピーダンスと整合する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
電力配電システムを介して、約１００Ｍｂｐｓ以上で電気信号を伝達するための方法であって、極めて高速のデータがデジタル信号処理された搬送波信号と共に配電電力線を介して、かつ、中間電圧電力線から低電圧電力線へ配電変圧器を直接通過して伝送され、かつ、逆行する、ケーブルＴＶ、電話、インタネット、機密保護および他の制御アプリケーションのためのネットワーク化システム全体のバックボーンに接続された電力線モデム／ネットワーク化システムにおいて、
複数の変調搬送波信号を生成し、それにより前記電力線を介して周波数分割多重化または直交周波数分割多重化を実行するステップと、
出力インピーダンスを有する送信機を介して前記変調搬送波信号を送信するステップと、
結合位置において、前記送信機の出力インピーダンスを前記システムの特性インピーダンスに整合させ、かつ、前記電力線の特性インピーダンスと整合する結合器を使用して、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電力システムに結合するステップとを含み、
前記結合器は、非磁心を有する変圧器および結合コンデンサを備え、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電力システムに伝達する方法。
【請求項１３】
電力線を介して、約１００Ｍｂｐｓ以上で電気信号を伝達するための方法であって、極めて高速のデータを、前記電力線を介して、ケーブルＴＶ、電話、インタネット、機密保護および他の制御アプリケーション向けにデジタル信号処理された搬送波信号と共にネットワーク化するよう構成された電力線モデム／ネットワーク化システムにおいて、
複数の変調搬送波信号を生成し、前記電力線を介して周波数分割多重化または直交周波数分割多重化を実行するステップと、
出力インピーダンスを有する送信機を介して前記変調搬送波信号を送信するステップと、
結合位置において、前記送信機の出力インピーダンスを前記システムの特性インピーダンスに整合させ、かつ、前記電力線の特性インピーダンスと整合する結合器を使用して、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電力システムに結合するステップとを含み、
前記結合器が、非磁心を有する変圧器および結合コンデンサを備え、重大な位相歪みを生じることなく前記変調搬送波信号を前記電力システムに伝達する方法。
【請求項１４】
多重化された信号がイーサネット・プロトコルを使用して伝達される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
多重化された信号がイーサネット・プロトコルを使用して伝達される、請求項３に記載の装置。
【請求項１６】
多重化された信号がイーサネット・ネットワーキング・プロトコルを使用して伝達される、請求項４に記載の装置。
【請求項１７】
前記電気信号がイーサネット・ネットワーキング・プロトコルを使用して前記電力配電システムを介して伝達される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記電気信号がイーサネット・ネットワーキング・プロトコルを使用して前記電力配電システムを介して伝達される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気信号がイーサネット・ネットワーキング・プロトコルを使用して前記電力線を介して伝達される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に改良型電力システム通信に関し、より詳細には、複数の多重化デジタル・データ信号を、高転送速度で、かつ、電力線およびＡＣ、ＤＣ同軸ケーブルおよび撚り対線を含む電力線変圧器を介して長距離に亘って同時に送信および受信をすることができる装置に関する。
【０００２】
なお、本出願は、現在の米国特許第６，３９６，３９２号であって、２０００年５月２３日出願の米国出願第０９／５７６，９８１号の一部継続出願である、２００２年２月１日出願の米国出願第１０／０６１，７９８号の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００３】
「電力線搬送」は、電力システム通信の分野では周知である。このような電力線搬送の主な構成要素は、１つまたは複数のライン（線路）トラップを含む送信および受信端子、１つまたは複数の結合コンデンサ、および、同調および結合器である。従来の電力線搬送についての説明および典型的な構成に関する詳細な情報は、Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｖｏｌｕｍｅ  ＩＩ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、１９８３年、６１７〜６２７頁）に見出すことができ、その内容は本明細書に組み込まれる。従来技術による電力線搬送が抱えている重大な問題は、それらが１つまたは複数の線路トラップ、１つまたは複数のコンデンサ、１つまたは複数の結合変換器すなわち搬送周波数ハイブリッド回路および周波数接続ケーブルを必要としていることである。
【０００４】
従来のすべての結合器には、フェライト・コア変圧器もしくは鉄芯変圧器が組み込まれており、送信結合器と受信結合器の間の伝達関数の非線形位相特性に起因する信号歪みをもたらしている。この信号歪みは、ヒステリシスを示す磁心材料が存在することによって生成される。配電電力線搬送に関しては、フェライト・コア変圧器を使用した少なくとも３つのこのような非線形デバイス、すなわち１つの配電変圧器と２つの電力線結合器を通して信号を伝搬しなければならないため、信号歪みがとりわけ顕著である。これらの非線形デバイスによる信号歪みは、通信速度を制限する包絡線遅延歪みをもたらしている。
【０００５】
従来の設計の主な欠点は、信号結合器中にフェライト・コア変圧器もしくは鉄芯変圧器を使用していることに起因していた。一次巻線のインダクタンスＬ１は、コアの非線形性によって何らかの未知の値に変更されるため、所望の搬送周波数に誤って同調してしまう。また、所望する搬送周波数における一次巻線のインピーダンスも、電力線の特性インピーダンスと整合していない。この事実を認識して、大型結合コンデンサ（約０．５ｕＦ）を使用することによって低トランシーバ入力インピーダンスを持つ電力線に単に信号を結合するだけの他の設計による試みも存在する。しかしこれは、搬送周波数に対して最大２０ｄＢもの著しい結合損失をもたらす。
【０００６】
米国特許第６，４０７，９８７号（Ａｂｒａｈａｍ）には、送信および受信の両方に用いられる新規な移相線形電力線結合器、電話回線結合器、撚り対線結合器および同軸線路結合器が開示されている。移相線形結合器は、電力線変圧器を介した電話回線通信、同軸通信、ＬＡＮ通信および電力線通信に使用することができる新規な空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器を備えている。移相線形結合器は、さらに、関連付けられた結合コンデンサ網を備えており、抵抗値を線路の特性インピーダンスの既知の最小値に概ね整合させ、線路への安定した信号伝送を最大限確保する。この共振（resonance）は、事実上、搬送周波数に関する帯域通過フィルタを形成している。米国特許第６，４０７，９８７号は、参照されてその全体が本明細書に組み込まれている。
【０００７】
米国特許第６，４０７，９８７号に記載されている設計により、従来の設計の多くの問題が解決された。従来は、電力線の特性インピーダンスと共振して、電力線などの様々な線路を介した通信に、ノッチ、サック・アウトおよび非線形媒体をもたらすフェライト結合器あるいは鉄結合器を使用していた。米国特許第６，４０７，９８７号の移相線形結合器は、通信帯域幅にノッチを有していないため、極めて広範囲に亘る周波数を介した線形通信を可能にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、より高い周波数（例えば２００ＭＨｚ〜５００ＧＨｚ）を使用して多重デジタル・データ信号を同時に送信し、かつ、受信することができ、それにより広い帯域幅を使用して高転送速度で、かつ、電力線およびＡＣ、ＤＣ同軸ケーブルおよび撚り対線を含む電力線変圧器を介して長距離に亘って通信することができる電力線通信システムが依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
簡潔に記述すると、第１の実施形態では、本発明は、特性インピーダンスを有する１つまたは複数の電線路を介して多重電気信号を伝達するための通信装置である。この通信装置は、電気信号を変調して、約２００ＭＨｚに等しいか、あるいはそれより高い予め選択された周波数を有する変調搬送波信号を生成する変調器と、変調器に電気接続された、出力インピーダンスを有する、変調搬送波信号を送信する送信機と、電線路と送信機の間に接続された、送信機手段の出力インピーダンスと電線路の特性インピーダンスを整合させ、かつ、実質的な位相歪みを生じることなく電線路に変調搬送波信号を伝達する結合器とを備えている。
【００１０】
第２の実施形態では、本発明は、特性インピーダンスを有する１つまたは複数の電線路を介して電気信号を伝達するための通信装置であって、電気信号を変調して、約２００ＭＨｚに等しいか、あるいはそれより高い予め選択された第１の周波数を有する変調搬送波信号を生成する変調器と、変調器に電気接続された、出力インピーダンスを有する、変調搬送波信号を送信する送信機と、電線路と送信機の間に接続された、送信機の出力インピーダンスと電線路の特性インピーダンスを整合させ、かつ、実質的な位相歪みを生じることなく電線路に変調搬送波信号を伝達する第１の結合器と、入力インピーダンスを有する、変調搬送波信号を受信する受信機と、受信機に電気接続された、変調搬送波信号を復調することにより、約２００ＭＨｚに等しいか、あるいはそれより高い予め選択された第２の周波数を有する復調搬送波信号を生成する復調器と、電線路と受信機の間に接続された、受信機の入力インピーダンスと電線路の特性インピーダンスを整合させ、かつ、著しい位相歪みを生じることなく受信機に変調搬送波信号を伝達するための第２の結合器とを備えている。
【００１１】
第３の実施形態では、本発明は、特性インピーダンスを有する１つまたは複数の電線路を介して電気信号を伝達するための通信装置であって、約２００ＭＨｚに等しいか、あるいはそれより高い予め選択された第１の周波数を有する第１の変調搬送波信号を生成し、かつ、および約２００ＭＨｚに等しいか、あるいはそれより高い予め選択された第２の周波数を有する第２の変調搬送波信号を復調する第１のモデムと、出力インピーダンスを有する、第１のモデムに接続された、第１の変調搬送波信号を送信する第１の送信機と、入力インピーダンスを有する、第１のモデムに接続された、第２の変調搬送波信号を受信する第１の受信機と、電線路と第１の送信機および第１の受信機の間に接続された、第１の送信機の出力インピーダンスおよび第１の受信機の入力インピーダンスと電線路の特性インピーダンスを整合させ、かつ、実質的な位相歪みを生じることなく第１および第２の変調搬送波信号を伝達する第１の結合器と、第２の変調搬送波信号を生成し、かつ、第１の変調搬送波信号を復調する第２のモデムと、出力インピーダンスを有する、第２のモデムに接続された、第２の変調搬送波信号を送信する第２の送信機と、入力インピーダンスを有する、第２のモデムに接続された、第１の変調搬送波信号を受信する第２の受信機と、電線路と第２の送信機および第２の受信機の間に接続された、第２の送信機の出力インピーダンスおよび第２の受信機の入力インピーダンスと電線路の特性インピーダンスを整合させ、かつ、実質的な位相歪みを生じることなく第１および第２の変調搬送波信号を伝達する第２の結合器とを備えている。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態についての以上の概要および以下の詳細説明は、添付の図面と共に読むことにより、より良く理解されよう。本発明を実例を挙げて説明するべく、添付の図面には、現時点における好ましい実施形態が示されているが、本発明は、図に示す厳密な構造および手段に何ら制限されないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明により、米国特許第６，４０７，９８７号の移相線形結合器に対する改善が提供される。空芯結合器あるいは誘電体コア結合器は、より広い帯域幅を有しており、かつ、より長い距離に亘って送信することができるため、より高い周波数（１〜５００ＧＨｚ）で空芯結合器あるいは誘電体コア結合器に使用することにより、より良好な結果が得られることが分かっている。より高い周波数信号により、あらゆる種類の電線の周囲に磁界が生成され、電力線の表面に沿って磁気波のように移動して変圧器を飛び越えるため、広い帯域幅で長距離に亘って、このような高周波信号の伝送を達成することができる。
【００１４】
同軸ケーブルのように制御された環境においては、１ＧＨｚ以上の高周波信号が消滅することなく伝達され得るのは、極めて短い距離に過ぎない。これは、同軸ケーブルの固定直列インダクタンスＬおよび並列キャパシタンスＣが大きく、そのために強力な低域通過フィルタが形成され、特定の距離においてあらゆる周波数の信号が除去されることによる。また、密にシールドされているため、同軸ケーブルが中央導体の周囲に生成することができる磁界は、極めて小さい。
【００１５】
単に一点と一点が接続されているのではなく、星形に構成されている電力線を用いると、異なる環境が提供される。電力線は、固定のＬ値およびＣ値を有していないため、同軸ケーブルより微弱な低域通過フィルタである。また、電力線はシールドされていないため、電力線導体によって、電線の周囲に同軸ケーブルの場合より大きい磁界が生成される。さらに、電力線の特性インピーダンスＺｏが時間および位置によって変化し、また、相互に接続されている電線の数も、電力配電ネットワーク内の様々なポイントで変化するため、デジタル信号からの電界／磁界の電力線下方への伝搬が除去されることはない。したがって、このような信号は同軸ケーブル内よりも遠くへ伝達され得る。また、本明細書において説明する本発明による電力線との整合が行われると、高周波信号は、信号の強度を大きく損失することなく、信号に対する大きな並列コンデンサと見なし得る電力線変圧器を飛躍することができる。
【００１６】
本発明による結合器の重要性は、整合デバイスを電力線の特性インピーダンスに維持することができることにある。米国特許第６，３９６，３９２号と同様、本発明による結合器は、空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器、および結合コンデンサＣｅｑを備えている。変圧器の一次巻線の如何なるインピーダンス変化も、変圧器の二次巻線に対する影響が小さく、また、逆に、変圧器の二次巻線の如何なるインピーダンス変化も、変圧器の一次巻線に対する影響が小さいため、コンデンサＣｅｑと共振する一次巻線のインピーダンスは、電力線から見たインピーダンスのみである。このような直列共振によって１オームに近い低インピーダンスが生成される。周波数が高くなると、電力線の特性インピーダンスとの最適整合するインピーダンスおよび必要な帯域幅の広さに応じてインピーダンスも約１００〜２００オームに増加する。
【００１７】
例えば、図１は、電力線に対する結合器の特性インピーダンスを示す。Ｆ１における電力線のインピーダンスが１００オームの場合、結合器から６ｄＢの整合は、４０オームから５０オーム（Ｆ４）になり、また、４０オームから２００オーム（Ｆ３）になる。これは、Ｆ３からＦ４までの広い帯域幅をカバーしている。対照的に、電力線の特性インピーダンスがわずかに１０オームの場合、６ｄＢの整合は、５オームから２０オームになり、その結果、帯域幅が狭くなる。結合器のインピーダンスを小さくすることにより、低特性インピーダンス（例えば１０オーム）電力線におけるより広い帯域幅の整合を得ることができる。
【００１８】
米国特許第６，３９６，３９２号において考察されているように、本発明による結合器の重要な利点は、達成される位相の線形性にある。電力線は、様々な周波数に対して、数フィート毎に局部インピーダンスを有している。電力線は、ＬおよびＣからなっているため、電力線に対する最適整合は、フェライト・コアおよび鉄芯が含まれていない誘導子（Ｌ）成分およびコンデンサ（Ｃ）成分を使用して達成される。さらに、非成端線路の各々の端部で反射が生じる。また、フェライト・コア結合器あるいは鉄芯結合器は、当該通信帯域幅の周囲に自己共振を有している。電力線の自己共振および反射は、可変帯域幅ノッチを生成している。対照的に、本発明による空芯結合器あるいは誘電体コア結合器の自己共振は、当該周波数帯域よりはるかに高い周波数で共振し、空芯結合器が電力線の局部特性インピーダンスと整合するため、反射によって当該周波数帯域におけるノッチが生成されることはない。
【００１９】
帯域幅の６ｄＢないし１０ｄＢの平坦性は、本発明による結合器を使用した電力線との整合によって達成される。この整合は、電力線の特性インピーダンスの範囲が、結合器の一次インピーダンスの半分と一次インピーダンスの２倍の間にある場合に達成される。例えば周波数帯域が１８〜３０ＭＨｚの場合、結合器の一次インピーダンスの範囲は、１オームから１００オームまでである。２２ＭＨｚにおける電力線のインピーダンスが５０オームであり、また、２０ＭＨｚにおける電力線のインピーダンスが１０オームであると仮定すると、２０ＭＨｚ近辺で、約２１ＭＨｚと３０ＭＨｚの間の周波数をカバーする２５オームから１００オームまでの整合が得られる。２０ＭＨｚにおける結合器の一次インピーダンスが約２０オームであると仮定すると、１８ＭＨｚから約２２ＭＨｚまでの整合が達成される。総合整合は、１０ｄＢの帯域幅の１８ＭＨｚから３０ＭＨｚまでであり、ノッチは存在しない。
【００２０】
電力線は、地中線の場合、５０オームないし１００オームの典型的なインピーダンスを有しており、また、架空線の場合、１００オームないし５００オームの典型的なインピーダンスを有しているが、遮断器および多数のフィーダを備えた地下変電所によって、その位置における特性インピーダンスが１オーム程度の電力線が生成される。結合器は、電力線の最も共通の局部インピーダンスに適応するように設計されている。例えば、電力線の特性インピーダンスが８０オームである場合、任意の位置において４０オームから１６０オームまでの本発明による空芯結合器により、６ｄＢの整合が達成される。電力線の局部インピーダンスは数フィート毎に変化するため、電力線を局部的に整合させなければならない。１２０Ｖの電力線の特性インピーダンスは、例えば８０オームであることが知られているため、８０オームによって、すべての１２０Ｖ位置における良好な整合が得られる。
【００２１】
二次インピーダンスは、電力線の特性インピーダンスが変化してもそれほど大きく変化しないため、５０オーム近辺における送信機整合および受信機整合を達成することができる。変圧器の一次側および二次側は、電力線のインピーダンス変化に無関係に整合する。変圧器の二次側は、送信機あるいは受信機によって整合する。変圧器の一次側のインピーダンス変化は二次側には反映されないため、送信機および受信機に対して、常に、電力線のインピーダンス変化に無関係に４５〜５０オームの整合が達成される。
【００２２】
より高い周波数（例えば２００ＭＨｚ〜５００ＧＨｚ）に対しては、空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器の構造は、米国特許第６，３９６，３９２号に記載されている構造とは異なっている。結合器は、マグネット・ワイヤで覆われた、直径が異なる２つの同軸ソレノイドあるいは空気コイルではなく、はるかに小型で、樹脂、接着剤、セラミックあるいは他の任意の硬質非導電材料（「チップ材」）など、任意の種類のプラスチックすなわち非導電材料が充填されたチップに似ている。結合器は、チップ材によって分離された極めて薄い導電プレートを備えていることが好ましい。このプレートは銅製であることが好ましいが、能動であれ受動であれ、銀、金あるいは他の任意の導電材料を使用して構築することも可能である。また、このプレートは、任意の形状（例えば正方形、長方形、円形等）にすることができるが、円形であることが好ましい。このような層状空芯変圧器のサイズは、使用する周波数によって様々である。例えば３０ＧＨｚ結合器の一次側の直径を１ミリメートル未満にし、層の厚さを約０．１ミリメートル未満にすることができ、それにより約０．３ｎＨのインダクタンスが得られる。同様に、薄い長方形の銅プレートのサイズを、長さ数ミリメートル、厚さ０．１ミリメートルにし、かつ、一次誘導子および二次誘導子を互いに約０．５ミリメートルの間隔を隔てて積み重ねることができる。したがって、このようなデバイスは、非常に小さいコンデンサに類似している。しかしながら、本発明には、コンデンサを共振させることによって電力線の特性インピーダンスとの整合を計るため、端と端をつないだ誘導子の値が使用されている。
【００２３】
別の方法として、金属層を付着させることによって、あるいはケイ素をドーピングすることによって、チップ中に直接プレートを形成することができる。アクティブ状態にある場合（例えばＤＣレベルの電圧がトランジスタをオンするとアクティブデバイスになる）、ドープされたケイ素は導電状態になる。したがって、ドープされたケイ素を使用して形成されると、プレートは、トランジスタあるいはダイオードなどの何らかのタイプのアクティブデバイスの形態を取ることになる。当然、本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく、他の設計の空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器を使用することができることは理解されよう。例えば、一片の同軸ケーブルを空芯変圧器として使用することができる。同軸ケーブルのシールドが変圧器の一次側であり、内部の電線が変圧器の二次側である。この同軸タイプの空芯変圧器は、５００ＭＨｚを超える極めて高い周波数の通信に使用することができる。同様に、２つの銅製あるいは鉄製のパイプ状シリンダ（あるいはアルミニウム箔もしくは銅箔）を互いの内側に配置することができる。シリンダあるいは箔の外側が空芯変圧器の一次側であり、シリンダあるいは箔の内側が二次側である。この設計は、１００ＭＨｚを超える周波数に対しても使用することができる。
【００２４】
また、最近では、ＤＣ−ＤＣ変換のためのスイッチング・レギュレータに使用されている技術と同様の技術を使用した、７．６ｋＶ程度の中間ＡＣ電圧を１２０ＶＡＣに変換するためのソリッド・ステート変圧器を生成するための研究がなされている。これらのソリッド・ステート変圧器に使用されている技術は、トランジスタ・ゲート駆動回路のゲート駆動制御と呼ばれている。この技術については良く知られており、ここではその詳細な説明は省略する。これらの変圧器は、いわゆる「ソリッド・ステート」技術を使用して設計されている。つまり、これらの変圧器は、従来の変圧器の重い銅コイルおよび鉄芯に代わって、主として、トランジスタおよび集積回路などの半導体コンポーネントに依存している。このようなソリッド・ステート変圧器は、本発明による結合器にも使用することができる。また、より単純な他の集積回路を使用して本発明による結合器に使用するための変圧器を生成することができることについても、当分野の技術者には理解されよう。能動トランジスタを使用した今日の集積回路は、正規の空芯変圧器として厳密に動作するために必要なインダクタンス値およびキャパシタンス値を持たせることができる空芯変圧器を模擬および／または生成することができる。
【００２５】
上で説明した結合器の構造は、米国特許第６，３９６，３９２号に開示されている構造とは異なっているが、結合器の機能は同じである。本発明による結合器のプレート（あるいはシリンダもしくは箔）は、空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器を生成するべく誘導結合および容量結合されているが、変圧器の一次側および二次側の結合は、周波数によって変化している。一次側および二次側は、１００ＭＨｚ未満の周波数では、磁気的および電気的にほぼ等しく結合され（すなわち容量結合および誘導結合され）、１００ＭＨｚより高い周波数では、より誘導的に結合（磁気的に）される。１００ＧＨｚ程度の周波数では、変圧器の一次側および二次側の結合は、主として誘導結合である。
【００２６】
米国特許第６，３９６，３９２号に詳細に記載されているように、米国特許第６，３９６，３９２号による通信装置は、多数のアプリケーションを有している。本発明による高周波結合器は、はるかに速いデータ伝送速度を可能にすることによって、米国特許第６，３９６，３９２号による通信装置の機能を拡張する。例えば、本発明は、電力線を介して伝送するべく、２００ＭＨｚ〜５０ＧＨｚ程度の高周波搬送波を使用することができる。本発明による空芯結合器技術あるいは誘電体コア結合器技術を使用することにより、電力線を介した少なくとも１Ｇｂｐｓまでの通信速度が達成される。
【００２７】
次に、全図を通して同一数表示によって同一または対応する部品が示されている図面を参照すると、図２に、本発明による電力線通信広域ネットワーク（ＷＡＮ）のブロック図が示されている。
【００２８】
イーサネット・ルータ１２は、Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ社のＮｕＷａｖｅレイヤ３の製品（ＮｕＷａｖｅ  ３  ｌａｙｅｒ  ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ）のようなＨＵＢすなわちスイッチ（図示せず）を使用して、インタネットあるいはイントラネットなどのネットワーク・バックボーンに接続されている。また、ルータ１２は、中間電圧電力線結合器１６に接続され電力線モデム１４に接続されている。中間電圧電力線結合器１６は、信号をモデム１４から変電所２０の１１ＫＶ電力線１８に結合している。
【００２９】
イーサネット・ルータ１２は、本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく、他のアプリケーションの他のデバイスに接続できることが、当業者には理解される。他のアプリケーションには、例えば、（１）他のサーバを備えた、バックボーンが他のネットワークに接続されたイーサネット広域ネットワーク、（２）バックボーンが、電話センタおよび電力線を介して複数の電話回線を確立できる時分割マルチプレクサに接続された電話サービス・アプリケーション、および（３）バックボーンが、電力線を介して複数のＴＶ局にデジタル送信することができるＴＶ同報通信局に接続されたテレビジョン・アプリケーションが含まれている。
【００３０】
イーサネット・ルータ１２は、標準のイーサネット・ルータである。電力線モデム１４は、中間電圧電力線結合器１６を介して、イーサネット信号を１１ＫＶ電力線１８上に変調し、かつ、復調している。電力線モデム１４の設計については、以下で詳細に考察する。中間電圧電力線結合器１６は、セラミック絶縁体中に置かれ、かつ、樹脂が詰められた、高さ約０．５メートル、直径約０．２メートルであることが好ましい。結合器には誘電体コア変圧器が使用されることが好ましい。結合器は、上で説明したように、高周波動作の場合、互いに容量的に積み重ねられた２枚の微小プレート片の形態を取ることができる。当然のことではあるが、中間電圧電力線結合器１６には、本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく、上で考察した他の任意の高周波変圧器設計を使用することもできる。
【００３１】
高周波信号（１００Ｍｂｐｓ以上のイーサネット信号であることが好ましい）は、磁気波によって電力線１８上を１つまたは複数の配電変圧器２２、２４を通って１１０〜２２０Ｖ低電圧電力線２６上に伝搬する。伝搬した信号は、低電圧結合器２８を介して、１つまたは複数の電力線モデム１４によってピックアップされる。低電圧結合器２８および電力線モデム１４は、建物３０に通じている電力計（図示せず）の前段の低電圧電力線２６上に置かれていることが好ましい。電力線モデム１４は、電力線１８に結合されている電力線モデム１４と同じである。低電圧結合器２８は、米国特許第６，３９６，３９２号に記載されているように設計することができ、中間電圧電力線結合器１６より小型である。低電圧結合器２８には、上で説明した高周波空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器が使用されている。
【００３２】
イーサネット・スイッチ（ＨＵＢ）３２は、電力線モデム１４に結合されている。イーサネット・スイッチ３２は、以下で説明する本発明による電力線通信ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）を使用して、イーサネット・データを電力線を介して建物３０内に分配している。
【００３３】
すべての電力線モデム１４は、送信および受信の両方に１．３５ＧＨｚの周波数を使用していることが好ましい。この搬送周波数は、配電変圧器２２、２４を介して、中間電圧電力線１８（７ＫＶないし３５ＫＶ）から建物３０までの低電圧電力線２６（１１０Ｖないし２４０Ｖ）へ伝達することができる。この搬送周波数を使用して、１００Ｍｂｐｓあるいは１０Ｍｂｐｓのイーサネット・データを伝送することができる。本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく、例えば２．７ＧＨｚあるいは３．５ＧＨｚなどの他の搬送周波数を使用することができることは、当分野の技術者には理解されよう。したがってこのシステムは、配電変圧器を介して、２００ＭＨｚ以上の搬送周波数で１００Ｍｂｐｓより速い速度で搬送周波数信号を伝達することができる。この搬送周波数は、低電圧（例えば１２０ボルト）電力線、中間電圧（例えば３〜３５ＫＶ）電力線あるいは高電圧（例えば６９〜７５０ＫＶ）電力線上で搬送することができる。
【００３４】
代替の実施形態では、３０ＧＨｚ以上の搬送周波数を使用して、１０Ｍｂｐｓ、１００Ｍｂｐｓ、１Ｇｂｐｓあるいはそれ以上のイーサネット・データを送信することができる。この大きさの搬送周波数を使用する場合、本発明による電力線通信広域ネットワーク（ＷＡＮ）は、建物３０の外部電力計での停止を必要とすることなく、変電所２０から建物３０までの広い範囲で伝達することができる。したがって、建物３０に通じている電力計（図示せず）の前段の低電圧電力線２６上に電力線モデム１４および低電圧結合器２８を配置する必要はなく、建物３０の内部に配置することができる。
【００３５】
この実施形態は、イーサネット・プロトコルを使用したデータの送信および受信が説明されているが、本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく、他の任意のデータ・プロトコルを本発明による電力線通信広域ネットワーク（ＷＡＮ）と共に使用することができることは、当分野の技術者には理解されよう。
【００３６】
次に図３を参照すると、電力線モデム１４の現時点における好ましい構成が示されている。物理イーサネット・インターフェース３８は、電力線モデム１４をイーサネット・カードあるいはＨＵＢもしくは中継器（図示せず）に接続しており、撚り対接続を始めとする適切な任意の接続を使用して構成することができる。インターフェース３８からＭｏｔｏｒｏｌａ  ＭＰＣ８５５ＴなどのＣＰＵ４０にイーサネット・データ（例えばマンチェスタ・コード化データ）が提供される。ＣＰＵ４０は、並列バス・インターフェース４２へのコード化データおよび並列バス・インターフェース４２からのコード化データを変換している。メモリ４４を使用して、並列バス・インターフェース４２上のデータがバッファされる。
【００３７】
フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）４６は、Ａｌｔｅｒａ  Ｓｔｒａｔｉｃｓ２５あるいはＸｉｌｉｎｘ  Ｖｉｒｔｅｘ  ＸＣＶ１００−ＦＧ２５６であることが好ましく、並列バス・インターフェース４２に接続され、電力線モデム１４を制御し、かつ、送信データおよび受信データをそれぞれ多重変調および復調している。ＥＰＲＯＭ４８は、ＦＰＧＡ４６およびＣＰＵ４０のプログラム命令を記憶している。ＦＰＧＡ４６は、結合器３４および電力線モデム１４からのデータを搬送する電力線４８に接続された送信／受信スイッチ３６を制御している。電力線４８への結合器３４のインターフェースおよび結合器３４の構造については、米国特許第６，３９６，３９２号に詳細に説明されているが、上で指摘したように、結合器３４には、本発明による高周波空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器を使用しなければならない。
【００３８】
ＦＰＧＡ４６への信号およびＦＰＧＡ４６からの信号をインターフェースするための回路が提供されている。送信の場合、信号は、ＦＰＧＡ４６を出てアナログ−デジタル（A／D）変換器５０を通過する。ミキサ５８および局部発振器５２によって搬送周波数へのアップ変換が実施される。増幅器５６およびフィルタ５４を使用して、得られた信号が結合器３４にインターフェースされる。同様に、受信の場合、信号は、フィルタ５４および増幅器５６を通過し、ミキサ５８および局部発振器５８によってダウン変換される。ＡＧＣ回路６２によって自動利得制御（ＡＧＣ）が実行され、次に、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６０によって信号がデジタル化され、ＦＰＧＡ４６へ送信される。図３に示す電力線モデムは半二重モデムであるため、送信および受信に使用される搬送周波数は同じである。ＦＰＧＡによって、回路を追加する必要なく、ＡＧＣおよびミキサ・アップ／ダウン変換を実施することができることは、当分野の技術者には認識されよう。
【００３９】
フィルタ５４には、ＳＡＷあるいはＬＣハードウェア・フィルタもしくは別法としてＦＰＧＡ４６中にプログラムすることができる高速フーリア変換（ＦＦＴ）フィルタを使用することができる。ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）には、ＳＡＷフィルタおよびＬＰＦ（低域通過フィルタ）５４を使用することができる。
【００４０】
ＦＰＧＡ４６をプログラムすることにより、所望する任意のタイプの変調を使用することができる。ＦＰＧＡ４６をプログラムすることにより、本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく、ＦＭ、ＦＳＫ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ、ＣＤＭＡ、ＡＤＳＬ、ＦＤＭ、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）、あるいは他の任意のタイプの変調を使用することができる。例えば、１つの変調搬送周波数を使用して、白色雑音の大きい３０ＭＨｚの帯域幅で送信する代わりに、１０００以上の変調搬送周波数を３０ＫＨｚで互いに等しく間隔を隔てたＯＦＤＭを使用することができる。帯域幅が３０ＫＨｚの白色雑音は、３０ＭＨｚの場合より約２０〜３０ｄＢ小さくなる。ＤＳＰあるいはＦＰＧＡ中にプログラムすることができるＦＦＴを使用して、３０ＫＨｚの変調搬送周波数チャネルの各々が分離される。次に、実際のスループット・レートを向上させるべく、首尾良く復調された搬送周波数の各々が１つに多重化される。ＯＦＤＭの利点は、雑音レベルが小さくなるため、より長い距離に亘る信号伝送を達成できることである。特定周波数のＲＦ干渉に関しては、若干のＯＦＤＭチャネルの復調がうまくいかないが、残りのチャネルは、依然として良好に機能する。
【００４１】
また、搬送周波数の１つを使用して信号対雑音比（ＳＮＲ）を決定することにより、より高水準の変調アルゴリズムおよび符号化を適応使用することができる。例えば、ＱＰＳＫ変調技法には約１０ｄＢのＳＮＲが必要であり、また、１２８ＱＡＭには約３５ｄＢのＳＮＲが必要である。復調器が３５ｄＢのＳＮＲを有している場合、変調器は、実際の速度を４倍速くすることができる１２８ＱＡＭを使用すべきであると言える。一方、ＳＮＲが、ＱＰＳＫ変調技法を必要とする１０ｄＢ未満である場合、適応符号化を使用して同じ情報を複数回に亘って反復し、ＳＮＲをまとめて追加することができ、それにより１０ｄＢのＳＮＲおよび正確な受信を達成することができる。この場合、当然のことではあるが、反復係数分の１だけ実際の速度が遅くなる。
【００４２】
また、本発明から逸脱することなく、特定のモデルのＦＰＧＡ４６あるいはＣＰＵ４０を変更することができることは理解される。実際、ＦＰＧＡ４６を米国特許第６，３９６、３９２号の中で考察されている他のタイプのＤＳＰプロセッサに置き換えることができる。
【００４３】
１つの変調搬送周波数の代わりに、複数の変調搬送周波数を使用することができる。これは、ＦＦＴフィルタを使用してプログラム可能ＦＰＧＡ４６に結合された複数の変調器および復調器を追加することによって達成され、それにより周波数分割多重化（ＦＭＤ）システムあるいは直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）システムのいずれかが生成される。これは、ＦＰＧＡデバイス４６をプログラムすることによって達成される。デバイス４６は、既に示したように多重化および逆多重化の両方の機能を有している。デバイス４６を複数の変調器に応答するようにプログラムすることは当然のことである。この場合の利点は、複数の変調信号の各々の雑音レベルが、狭い帯域幅で小さくなり、ＦＤＭ（周波数分割多重化）あるいはＯＦＤＭを使用することにより、電力線を介した送信速度がさらに速くなり、かつ、送信距離がさらに長くなることである。
【００４４】
図４は、全二重の電力線モデム１４の実装を示す。この電力線モデム１４の構造は、電力線モデム１４と電力線４８の間のインターフェースを除き、図３に示す半二重モデム１４の構造とほぼ同じである。図４に示すように、送信／受信スイッチ３６が除去され、その代わりに、第１の周波数Ｆ１で動作する第１の結合器３４が送信用として使用され、また、第２の周波数Ｆ２で動作する第２の結合器３４が受信用として使用されている。例えば、１．２ＧＨｚおよび１．６ＧＨｚの周波数を使用して、電力線４８を介して同時に送信し、かつ、受信することができる。電力線モデム１４の構造の違いに加えて、ＥＰＲＯＭ４８に記憶されているＦＰＧＡ４６のソフトウェア・プログラムを変更し、２つの異なる周波数での全二重動作を反映しなければならない。
【００４５】
図４に示す全二重システムをプログラムすることにより、図３に関連して説明したように、複数の変調器および復調器を使用することができる。
【００４６】
次に図５を参照すると、本発明による、電力線通信ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）に使用するための電力線通信装置１０のブロック図が示されている。図５に示す通信装置１０は、一対の電力線４８に結合されている。通常、通信装置１０は、変調器６４、復調器６６、イーサネット・インターフェース６８、結合器３４および電源７０を備えている。通信装置１０は、イーサネット・カード、ＨＵＢすなわちスイッチ（図示せず）に接続され、電力線４８を介して全二重でイーサネット・データを送信している。
【００４７】
動作に関しては、マスタ・ユニットに指定された第１の通信装置１０が電力線４８に結合され、第１の周波数Ｆ１で送信し、かつ、第２の周波数Ｆ２で受信する。スレーブ・ユニットに指定された第２の通信装置１０が同じく電力線４８に結合され、第２の周波数Ｆ２で送信し、かつ、第１の周波数Ｆ１で受信する。単なる実施例に過ぎないが、以下で説明する装置は、Ｆ１として２５０ＭＨｚを使用し、また、Ｆ２として３５０ＭＨｚを使用して、電力線を介して１０Ｍｂｐｓでイーサネット信号を提供している。本発明の精神あるいは範囲を逸脱することなく他の周波数を使用することができることは、当然のことながら当分野の技術者には理解されよう。例えば、ライセンスを必要としない通信周波数帯域である２．４４ＧＨｚおよび５．８ＧＨｚ帯域の周波数を使用して、電力線を介して１００Ｍｂｐｓでイーサネット信号を提供することができる。
【００４８】
図６は、マスタ・ユニットの変調器６４の詳細（例えば２５０ＭＨｚでの送信）を示す。変調器６４は、図に示すように接続された発振器７６、変調器７４、関連するコンデンサおよび誘導子を備えたＦＭ変調器であることが好ましい。また、変調器６４は、図に示すように、イーサネット・インターフェース６８の接続機構インターフェース（ＡＵＩ）ポートからインターフェースするためのＲＦ変圧器７２および関連する回路を備えている。イーサネット入力信号は、変圧器から発振器／変調器回路７４、７６を通り、次に、変調信号を出力するためのＬＣフィルタ回路を通って搬送される。コンデンサおよび誘導子の値は、搬送周波数に基づいて、つまりマスタ・ユニットの場合、２５０ＭＨｚに基づいて選択されている。
【００４９】
図７は、スレーブ・ユニットの変調器６４（例えば３５０ＭＨｚでの送信）を示す。スレーブ変調器６４は、ＬＣフィルタ回路の誘導子およびコンデンサの値を除き、マスタ変調器６４と同じである。スレーブ変調器６４の誘導子およびコンデンサの値は、３５０ＭＨｚの搬送周波数に基づいて選択されている。
【００５０】
図８は、マスタ・ユニットの復調器６６の詳細（例えば３５０ＭＨｚでの受信）を示す。ＦＭ変調入力信号は、最初に、２つのＲＦ増幅器７８および２つの増幅器７８の間の、変調入力信号から雑音と他の搬送周波数を分離するためのブリンチ・フィルタからなる図に示す関連回路を介して送信される。ブリンチ・フィルタのＬＣの値は、通信装置１０に使用される搬送周波数に基づいて選択されている。フィルタリングされた変調信号は、ＲＦ変圧器８０を介してＦＭ検波器回路８２に結合されている。ＦＭ検波器回路８２は、ＭＣ１３１５５Ｄであることが好ましい。ＦＭ検波器回路８２の出力は、高速増幅器８４およびフィルタ８６を通過し、変調入力信号から回復されたイーサネット・データの出力信号が生成される。
【００５１】
図９は、スレーブ・ユニットの復調器６６（例えば２５０ＭＨｚでの受信）を示す。スレーブ復調器６６は、変調入力信号に対して使用されるブリンチ・フィルタの誘導子およびコンデンサの値を除き、マスタ復調器６６と同じである。変調入力信号からフィルタ除去される搬送周波数が異なるため、スレーブ復調器６６の誘導子およびコンデンサの値は異なっている。
【００５２】
上で説明した復調器６６の実施形態は、ＭＣ１３１５５Ｄ  ＦＭ検波器回路が使用され、また、搬送周波数が２５０ＭＨｚおよび３５０ＭＨｚであるため、１０Ｍｂｐｓのイーサネット速度に限定されている。復調器６６の帯域幅は、２００ＭＨｚより高い周波数帯域で動作させることができるＦＭ検波器回路８２を使用し、かつ、１ＧＨｚより高い搬送周波数を使用することにより、１００Ｍｂｐｓのイーサネット速度まで速くすることができる。
【００５３】
図１０を参照すると、マスタ・ユニットおよびスレーブ・ユニットの両方のイーサネット・インターフェース６８の詳細が示されている。２つの代替インターフェースがイーサネット・インターフェース６８の中に具体化されている。先ず、ＡＵＩインターフェースがコネクタ８８を介してイーサネットＨＵＢすなわちスイッチに提供されている。コネクタ８８から変調器６４まで２本の線路９０が直接通っており、復調器６６の出力が、ＲＦ変圧器９２を使用してコネクタ８８に結合されている。別法としては、通信装置１０は、より対イーサネットＲＪ−４５コネクタ９４を使用して、イーサネットＨＵＢすなわちスイッチに接続することができる。ＲＪ−４５コネクタ９４を使用する場合、１０ベース−Ｔトランシーバあるいはイーサネットより対／ＡＵＩアダプタである集積回路９６、好ましくはＭＬ４６５８ＣＱ、および図に示す関連回路を使用して、ＲＪ−４５コネクタ９４とコネクタ８８のＡＵＩポートがインターフェースされる。
【００５４】
図１１を参照すると、マスタ通信装置１０に使用するための結合器３４が示されている。電力線４８へ送信する場合、最初に、変調器６４の出力がＲＦ増幅器９６および低域通過フィルタ９８を通過する。信号は、次に、空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器１００および結合コンデンサ（Ｃｅｑ）１０２を備えた本発明による高周波空芯結合器または誘電体コア結合器に送信される。変圧器１００および結合コンデンサ１０２は、信号を電力線４８に結合している。低域通過フィルタ９８のＬＣの値は、搬送周波数に基づいて選択されている。結合コンデンサ（Ｃｅｑ）１０２のコンデンサ値は、電力線４８とＲＦ増幅器９６の間に５０オームのインピーダンス整合を提供するように選択されている。
【００５５】
電力線４８から信号を受信する場合、最初に、空芯変圧器もしくは誘電体コア変圧器１０４および結合コンデンサ（Ｃｅｑ）１０６を備えた本発明による高周波空芯結合器または誘電体コア結合器によって、電力線４８からの入力信号が結合される。次に、ＲＦ増幅器１０８およびブリンチ・フィルタ１１０を介して入力信号が送信され、復調器６６に出力される。送信側と同様、ブリンチ・フィルタ１１０のＬＣの値は、搬送周波数に基づいて選択されている。結合コンデンサ（Ｃｅｑ）１０６のコンデンサ値は、電力線４８とＲＦ増幅器１０８の間に５０オームのインピーダンス整合を提供するように選択されている。
【００５６】
図１２は、スレーブ通信装置１０の結合器３４を示す。スレーブ結合器３４は、ブリンチ・フィルタ１１０および低域通過フィルタ９８の誘導子およびコンデンサの値、および結合コンデンサ（Ｃｅｑ）１０２、１０６のコンデンサ値を除き、マスタ結合器３４と同じである。電力線４８へ送信し、かつ、電力線４８から受信する信号の搬送周波数がマスタ通信装置１０とは逆であるため、スレーブ結合器３４のこれらの誘導子およびコンデンサの値は異なっている。
【００５７】
最後に、図１３は、通信装置１０と共に使用するための電源７０を示す。電力線４８からＡＣ電力が獲得され、ビード１１２を通過させることによって、電力変圧器１１４のインピーダンスと電力線４８のインピーダンスを分離している。このインピーダンスの分離は、電力線を介してより安定した帯域幅を提供し、かつ、より大きい信号レベルを提供するために実施されている。ＤＣ電力は、電力変圧器１１４および整流器１１６を使用して生成されている。最後に、電圧調整器１１８を使用して、通信装置１０に必要な様々なＤＣ電圧出力が生成されている。図１３に示すように、個別の電力変圧器１１４、整流器１１６および電圧調整器１１８を使用して、通信装置１０の送信側および受信側に電力が提供されている。この方法により、２５０ＭＨｚおよび３５０ＭＨｚの搬送周波数が互いに分離される。
【００５８】
本発明の広義の発明概念を逸脱することなく、上で説明した実施形態に変更を加えることができることは、当分野の技術者には理解されよう。したがって、本発明は、開示した特定の実施形態に何ら限定されないこと、また、上で説明した実施形態に対する改変は、特許請求の範囲に定義されている本発明の精神および範囲の範疇に包含されることが意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による結合器の電力線に対する特性インピーダンスを示すグラフである。
【図２】本発明による電力線通信広域ネットワークの略ブロック図である。
【図３】本発明による半二重電力線モデムの略図である。
【図４】本発明による全二重電力線モデムの略図である。
【図５】本発明による電力線通信装置の略ブロック図である。
【図６】図５に示す電力線通信装置に使用するための第１の周波数における変調器の略図である。
【図７】図５に示す電力線通信装置に使用するための第２の周波数における変調器の略図である。
【図８】図５に示す電力線通信装置に使用するための第１の周波数における復調器の略図である。
【図９】図５に示す電力線通信装置に使用するための第２の周波数における復調器の略図である。
【図１０】図５に示す電力線通信装置に使用するためのイーサネット・インターフェースの略図である。
【図１１】図５に示す電力線通信装置に使用するための、第１のセットの周波数における結合器の略図である。
【図１２】図５に示す電力線通信装置に使用するための、第２のセットの周波数における結合器の略図である。
【図１３】図５に示す電力線通信装置に使用するための電源の略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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