(57)【要約】【解決手段】  電力ラインモデムのためのカップリングおよびインターフェース回路が開示される。電力ラインモデムは、回路を用いて低電圧（ＬＶ）ラインまたは中間電圧（ＭＶ）ラインに結合することができ、当該回路は、ＬＶ／ＭＶ変圧器および／またはＭＶカプラにより引き起こされる信号減衰および損失を補償するように設計される。ある実施例では、個別のカップリング変圧器（８０３、８０５）が、送信および受信のためにモデムによって使用され得る。他の実施例では、キャパシタンスが、モデムがより低いラインインピーダンスに送信する前に、送信ラインでスイッチされる。【選択図】    図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ライン通信ネットワークの通信のためのインターフェースであって、
モデム（８０１）から電力ライン通信ネットワークの中間電圧ラインに送信された信号を結合するように適合され、第１の巻数比を有する送信変圧器（８０３）と、
電力ライン通信ネットワークの中間電圧からモデム（８０１）へ受け取られた信号を結合するように適合され、第１の巻数比よりも大きい第２の巻数比を有する受信変圧器（８０５）と、
を含むインターフェース。
【請求項２】
送信変圧器（８０３）のための第１の巻数比が、１：１．５であり、受信変圧器（８０５）のための第２の巻数比が、１．５：１である、請求項１に記載のインターフェース。
【請求項３】
送信変圧器（８０３）のための第１の巻数比が、モデム（８０１）から送信された信号を増幅するように選択され、受信変圧器（８０５）のための第２の巻数比が、電力ライン通信ネットワークから受け取られた信号を増幅するように選択される、請求項１に記載のインターフェース。
【請求項４】
電力ライン通信ネットワークでの通信のためのインターフェースであって、
モデム（１００１）を電力ライン（１００３）に結合する変圧器回路（１００２）と、
変圧器回路（１００２）を電力ライン（１００３）に結合する第１のカップリングキャパシタ（ＣＬ）と、
スイッチ（１００８）を介して第１のカップリングキャパシタ（ＣＬ）に並列に結合される第２のカップリングキャパシタ（ＣＴＸ）であって、スイッチ（１００８）が、モデム（１００１）による受信中に開位置にあり、スイッチ（１００８）が、モデム（１００１）による送信中に閉位置にある、インターフェース。
【請求項５】
第２のキャパシタ（ＣＴＸ）の値が、スイッチ（１００８）が閉じているとき、インターフェースの無効電力を増加させるように選択される、請求項４に記載のインターフェース。
【請求項６】
電力ライン（１００３）が、低電圧電力ライン（１００３）である、請求項４に記載のインターフェース。
【請求項７】
電力ライン（１００３）が、中間電圧電力ライン（１００３）である、請求項４に記載のインターフェース。
【請求項８】
電力ライン通信ネットワーク（９０２）のためのインターフェースであって、
電力ライン通信ネットワーク（９０２）に送信されるべきデータ信号を提供するラインドライバ回路（９０３）と、
ラインドライバ回路（９０３）の出力に結合された受動フィルター（９０４）と、
受動フィルター（９０４）の出力に結合された変圧器（９０５）と、
変圧器（９０５）の出力と中間電圧の電力ライン（９０２）との間に結合されたハイパスフィルター（９０６）と、
を含む、インターフェース。
【請求項９】
ハイパスフィルター（９０６）および受動フィルター（９０４）が、ラインドライバ回路（９０３）に到達する前に、中間電圧電力ライン（９０２）の電力搬送周波数で信号を減衰する、請求項８に記載のインターフェース。
【請求項１０】
電力搬送周波数が、５０ヘルツまたは６０ヘルツである、請求項９に記載のインターフェース。
【請求項１１】
変圧器（９０５）が、ラインドライバ回路（９０３）からの送信されるデータ信号を増幅し、かつ、電力搬送周波数で中間電圧電力ライン（９０２）からの受信された信号を減衰する巻数比を有する、請求項８に記載のインターフェース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施例は、概して、電力ライン通信（ＰＬＣ）に向けられ、特により具体的には、低電圧から中間電圧への伝送方法に向けられる。
【背景技術】
【０００２】
電力ライン通信（ＰＬＣ）は、先端メータリングインフラストラクチャ（ＡＭＩ）のための有用な媒体である。ＰＬＣは、既に設置されたラインを介する通信信号の送信を可能にし、それ故、新しい通信ラインが追加される必要がない。ヨーロッパおよび中国では、多くの家が１つの低電圧（ＬＶ）／中間電圧（ＭＶ）分配変圧器のもとで接続されている。このような国々では、ＡＭＩは、低電圧ラインを介して実施されている。このことは、単一のベースノードが、ＬＶ側に存在することを可能にし、かつ多くの家に用いられることを意味する。この場合、ベースノードからの通信信号は、サービスノードに到達するためにＬＶ／ＭＶ分配変圧器を通過する必要がない。
【０００３】
しかしながら、米国では、ＬＶ／ＭＶ分配変圧器の低電圧側に接続されている家は僅かしかない。その結果、ベースノードが米国システムの低電圧側に位置されるとする場合、大きなエリアまたは多数の家をカバーするために多くのベースノードが必要とされるであろう。コスト効果的であり、かつより少ないベースノードでできるだけ多くの家をサービスするために、米国の電力グリッドでは、ベースノードは、ＬＶ／ＭＶ分配変圧器の中間電圧側に存在すべきである。このことは、通信信号がＬＶ／ＭＶ分配変圧器を通過しなければならなくなることを意味する。ＬＶ／ＭＶ分配変圧器は、それらが５０／６０Ｈｚ電力信号を通過させるように設計されるので、典型的にローパスフィルターとして機能する。
【発明の概要】
【０００４】
ある実施例では、電力ライン通信ネットワークの通信のためのモデムインターフェースが、個別のトランスミッタ変圧器およびレシーバ変圧器を含む。トランスミッション変圧器は、中間電圧カプラを介して電力ライン通信ネットワーク上のモデムから中間電圧ラインへ信号を結合するように適合される。トランスミッション変圧器は、第１の巻数比を有する。レシーバ変圧器は、中間電圧カプラを介して中間電圧ラインからモデムへ受け取られた信号を結合するように適合される。レシーバ変圧器は、第１の巻数比よりも大きい第２の巻数比を有する。トランスミッション変圧器のための第１の巻数比は、モデムから送信される信号を増幅するように選択されることができ、レシーバ変圧器のための第２の巻数比は、電力ライン通信ネットワークから受け取られた信号を増幅するように選択されることができる。ある構成では、トランスミッション変圧器のための第１の巻数比は、１：１．５であり、レシーバ変圧器の第２の巻数比は、１．５：１である。
【０００５】
別の実施例では、電力ライン通信ネットワークでの通信のためのインターフェースが、モデムを電力ラインに結合する変圧器回路を含む。第１のカップリングキャパシタが、変圧器回路を電力ラインに結合する。第２のカップリングキャパシタが、スイッチを介して第１のカップリングキャパシタに並列に結合され得る。スイッチは、モデムによる受信の間、開位置に置かれる。そして、スイッチは、モデムによる送信の間、閉位置に置かれる。第２のキャパシタの値は、スイッチが閉じたときに、インターフェースの無効電力を増加させるように選択される。電力ラインは、低電圧または中間電圧の電力ラインとし得る。
【０００６】
さらなる実施例では、電力ライン通信ネットワークのためのインターフェースが、電力ライン通信ネットワークに送信されるべきデータ信号を提供するラインドライバ回路を含む。受動フィルターがラインドライバ回路の出力に結合され、変圧器が受動フィルターの出力に結合される。ハイパスフィルターが変圧器の出力と中間電圧の電力ラインとの間に結合される。ハイパスフィルターおよび受動フィルターは、信号がラインドライバ回路に到達可能となる前に、中間電圧の電力ラインの電力搬送周波数で信号を減衰させる。電力搬送周波数は、５０ヘルツまたは６０ヘルツとし得る。変圧器は、ラインドライバ回路からの送信されるデータ信号を増幅し、かつ電力搬送周波数での中間電圧の電力ラインからの受け取った信号を減衰する巻数比を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、包括的な言葉で説明され、添付する図面への参照が成される。
【０００８】
【図１】図１は、ＬＶ／ＭＶ通信のための典型的な通信システムを例示する。
【０００９】
【図２】図２は、典型的な商用ＬＶ／ＭＶ分配変圧器についての周波数応答を例示する。
【００１０】
【図３】図３は、ＭＶライン側からＭＶモデムを見る典型的なＭＶカプラの周波数応答を例示する。
【００１１】
【図４】図４は、ＬＶ／ＭＶ分配変圧器とＭＶカプラとの組み合わせの影響を例示する。
【００１２】
【図５】図５は、ＭＶ側からＬＶ側への商用ＬＶ／ＭＶ変圧器の周波数応答の例示である。
【００１３】
【図６】図６は、ＭＶモデム側のラインからＭＶライン側を見るＭＶカプラの周波数応答の例示である。
【００１４】
【図７】図７は、ＬＶ／ＭＶ分配変圧器とＭＶカプラとの組み合わせの影響を例示する。
【００１５】
【図８】図８は、異なる送信および受信のインターフェースを有するモデムを備えた通信回路の例示である。
【００１６】
【図９】図９は、モデムがＭＶ送信ラインに結合されたカップリング回路の別の実施例の例示である。
【００１７】
【図１０】図１０は、ＬＶモデムのためのカップリング回路の例示である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、以後、添付する図面を参照してより詳細に説明される。しかしながら、本発明は、種々の形態に具現化されることができ、本明細書において述べる実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、本開示が充分かつ完全であるために提供され、当業者に対して本発明の範囲を充分に伝えるものである。当業者は、本発明の多様な実施例を使用することができる。
【００１９】
以下の開示は、先ず商用ＬＶ／ＭＶ分配変圧器の特性を示し、それから、通信信号が、ＬＶからＭＶへまたはＭＶからＬＶへ、どのようにしてＬＶ／ＭＶ分配変圧器を通過するのかを改善する方法を説明する。
ＬＶ／ＭＶ通信リンクの特性
【００２０】
図１は、ＬＶ／ＭＶ通信のための典型的な通信セットアップの例示である。ＬＶ／ＭＶ分配変圧器１０２のＬＶ側のＬＶモデム１０１は、ＬＶ／ＭＶ変圧器１０２を介して信号を送信し、また受け取る。ＭＶモデム１０３は、相応して、ＬＶモデム１０１からの信号を受け取り、ＬＶモデム１０１に他の信号を送信する。ＬＶ送信ラインは、ラインインピーダンスＲＬＶを有し、ＭＶ送信ラインは、ラインインピーダンスＲＭＶを有する。図１に例示するネットワークの例では、ＲＬＶ＝２オーム、ＲＭＶ＝６００オームと仮定される。図１はまた、ＭＶカプラ１０４を示し、これは、ＭＶモデム１０３をＭＶ送信ラインに接続する。ＭＶモデムをＭＶ送信ライン上のより高い電圧から保護するため、５０／６０Ｈｚの高電圧信号がＭＶモデム１０３から遮断されなければならず、一方で、通信信号をＭＶモデム１０３からまたはそこへ通過させる。ＭＶカプラ１０４は、低周波数信号を拒否するバンドパス／ハイパスフィルターとして機能する。
ＬＶからＭＶへの特性
【００２１】
図２は、典型的な商用ＬＶ／ＭＶ分配変圧器の周波数応答を例示し、このようなＬＶ／ＭＶ分配変圧器は、テキサス州グリーンヴィル、グリーンヴィルトランスフォーマーカンパニーから入手することができる。曲線は、ＬＶ側からＭＶ側に通過する信号についての周波数応答を例示する。実施例では、ＬＶ／ＭＶ変圧器は、１：３０の変圧器巻数比を有する。その結果、ＬＶ側の２４０Ｖは、ＭＶ側で７２００Ｖになる。図２の曲線は、５０オーム（２０２）、６００オーム（２０３）のＭＶラインインピーダンスの無限２０１（すなわち、開回路）を表す。図２のプロットされた曲線に示されるように、ＬＶ／ＭＶ分配変圧器は、ローパスフィルターとして機能する。６００オームのラインインピーダンスでは、ＰＲＩＭＥバンド（４０〜９０ｋＨｚ）の周波数は、約１０ないし１５ｄＢの減衰を有する。
【００２２】
図３は、ＭＶライン側からＭＶモデムを見る典型的なＭＶカプラの周波数応答を例示する。図３の曲線は、無限（すなわち、開）（３０１）、および５０オーム（３０２）であるカプラのモデム側のインピーダンスを表している。ＰＲＩＭＥバンドでは、減衰は、約１０ｄＢである。
【００２３】
図４は、ＬＶ／ＭＶ分配変圧器およびＭＶカプラの組み合わされた影響（４０１）を例示する。結果は、ＰＲＩＭＥバンドにおいて約２５ｄＢの減衰である。
ＭＶからＬＶへの特性
【００２４】
図５は、ＭＶ側からＬＶ側への商用ＬＶ／ＭＶ変圧器の周波数応答を例示する。ＬＶ／ＭＶ変圧器の巻数比は、１：３０である。ＬＶ側のラインインピーダンスでは、曲線は、無限（５０１）、５０オーム（５０２）、および２オーム（５０３）インピーダンスを例示する。ＬＶ／ＭＶ分配変圧器は、ローパスフィルターとして機能する。２オームの典型的なＬＶラインのインピーダンスで、ＰＲＩＭＥバンドで約５０〜６０ｄＢの減衰がある。
【００２５】
図６は、ＭＶモデム側のラインからＭＶライン側を見るＭＶカプラの周波数応答を例示する。図６の曲線は、無限（６０１）および４００オーム（６０２）のＭＶライン側のインピーダンスを表す。ＰＲＩＭＥバンドでは、ＭＶカプラは、約１０ｄＢの利得を有する。
【００２６】
図７は、ＬＶ／ＭＶ分配変圧器とＭＶカプラの組み合わされた影響（７０１）を例示する。結果は、ＰＲＩＭＥバンドにおいて約４０〜５０ｄＢの減衰である。
【００２７】
上記したように、ＰＲＩＭＥバンドで動作する典型的なＬＶ／ＭＶ分配変圧器および典型的なＭＶカプラでは、ＭＶからＬＶへの４５ｄＢの減衰、ＬＶからＭＶへの２５ｄＢの減衰がある。この場合、ＭＶからＬＶへのリンク、およびＬＶからＭＶへのリンクは、バランスされない。ＬＶモデム１０１とＭＶモデム１０３（図１）間のリンク品質を改善するための１つの方法は、信号レベルをブーストすることである。以下のセクションは、双方向におけるリンク改善のための幾つかの示唆を提案する。
ＭＶからＬＶへのリンクの改善
【００２８】
ある実施例では、各モデムの送信および受信側で異なる絶縁変圧器が使用されてもよい。例えば、ＭＶからＬＶへの通信パス上で、約４５ｄＢの減衰がある。あるＰＲＩＭＥ  ＭＶモデムの実施例では、１．５：１の絶縁変圧器比がＭＶモデムの送信および受信の双方の側において使用される。２Ｖｒｍｓがモデム側のＭＶカプラに注入される場合、電圧レベルは、ＭＶカプラとＬＶライン上のＬＶ／ＭＶ変圧器によって引き起こされた減衰の後、わずか５ｍＶｒｍｓとなるであろう。その代わりに、１：１．５の絶縁変圧器比がＭＶモデムの送信側に使用される場合、ラインに注入された信号は、ＭＶカプラの前で４．５Ｖｒｍｓであり、ＬＶモデムで受け取られた信号電圧は、４５ｄＢの減衰後に、１２．５ｍＶｒｍｓになるであろう。
【００２９】
レシーバの感度の観点から、この電圧レベル（１２．５ｍＶｒｍｓ）は、デコードするためにモデムに充分な信号強度を提供する。ＭＶモデムの送信パスでの送信比を減少させることは、２つの事実によって可能であることに留意されたい。第１に、伝導された放射テストは、適用されないか、あるいは、カプラを介してＭＶラインに注入される信号のために緩和され得る。第２に、ＭＶラインのインピーダンスは、典型的にＭＶラインよりも多くの負荷がかかるＬＶラインのインピーダンスよりも高くなることが予想される。従って、たとえ、変圧器比が減少されたとしても、ＭＶモデムでラインドライバによってみられるインピーダンス（変圧器比の面積に直接的に比例する）は、信号品質に悪影響を与えないように依然として充分大きいであろう。
【００３０】
上記アプローチの変形は、ＭＶモデムの送信および受信側のために異なるカップリング回路を使用することである。ある実施例では、送信パスは、受信パスよりも少ない巻数比を有する絶縁変圧器を使用することができる。双方の絶縁変圧器は、ＭＶカプラに接続される。この技術の利点は、レシーバの感度を減少させることなく増加された送信信号レベルが得られることである。
【００３１】
図８は、モデム８０１がモデム８０２と通信する通信回路８００を例示する。モデム８０１、８０２は、送信および受信側に異なる結合比を有する変圧器を使用する。モデムから見ると、送信側の絶縁／カップリング変圧器８０３、８０４は、１．５：１の巻数比を有し、受信側の絶縁／カップリング変圧器８０５、８０６は、１：１．５の巻数比を有する。その結果、信号は、各変圧器でブーストを受け、ＭＶカプラおよびＬＶ／ＭＶ変圧器（図示しない）の減衰損失に対抗する。
【００３２】
別の実施例では、供給電圧は、より電圧信号を発生させるために増加させることができる。例えば、現在のモデムは、１５Ｖ信号を使用する。代わりに２４Ｖ信号が使用される場合、４ｄＢ多い信号レベルが変圧器に提供されるであろう。この場合、１．５：１変圧器を有する３．２Ｖｒｍｓ信号（１：１．５変圧器で７．２Ｖｒｍｓ）があり、減衰後、送信器での１．５：１変圧器で２０ｍＶ信号がある（１：１．５変圧器で４５ｍＶ）。
【００３３】
代替の実施例では、信号バンドで低インピーダンスを有するカップリング回路が使用され得る。これは、カップリング回路からのソースインピーダンスにより引き起こされる損失を減少させるであろう。
【００３４】
図９は、モデム９０１がＭＶ伝送ライン９０２に結合された別の実施例を例示する。図９のカップリング回路９００は、ＭＶ側で１０ｋＨｚより下の信号のために設計される。モデム９０１からの信号は、ラインドライバ９０３を介して送信される。それから、信号は、ＭＶライン９０２への注入前に、受動フィルター９０４、カップリング変圧器９０５、およびハイパスフィルター（ＨＰＦ）９０６を通過する。変圧器９０５は、例えば、１：２の巻数比を有することができる。ある実施例では、ＨＰＦ９０６は、６ｋＨｚのコーナーを有する２極フィルターである。別の実施例では、ＨＰＦ９０６は、単一極のフィルターとし得るが、これは、ラインドライバ側に見られる大きな電圧のため、さらにその側に見られる小さいラインインピーダンスのため、難しいかもしれない。ＭＶ側のインピーダンスは、限りなく低く１０オームに達することができることに留意されたい。
【００３５】
カップリング回路９００は、モデム９０１からの信号がＭＶライン９０２を通過することを可能にし、その一方で、ＭＶライン９０２の高電圧の５０／６０Ｈｚ信号を、到達するモデム９０１からブロックする。図９に示す例にあるように、ＭＶラインの５０／６０Ｈｚの１２ｋＶｒｍｓの信号は、ＨＰＦ９０６により３Ｖｒｍｓまで減衰される。変圧器９０５は信号を１．５Ｖｅｒｍまでさらに減衰する。受動フィルター９０４は、モデムラインドライバーで信号を０．５Ｖｅｒｍまで減少させ、これは、ラインドライバ回路９０３またはモデム９０１への損傷を抑制する。
ＬＶからＭＶへのリンク改善
【００３６】
ＬＶモデム（１０１）からＭＶモデム（１０３）へ送信される信号のために、送信は、ＬＶモデム１０１でより大きな信号を発生させるために、例えば、供給電圧を増加させることにより改善され得る。例えば、１５Ｖの信号が２オームのラインインピーダンスで使用される場合、発生される信号電圧は１Ｖｒｍｓであり、２０ｄＢの減衰後、電圧は、１０ｍＶｒｍｓとなるであろう。代わりに、２４Ｖの供給電圧が使用される場合、発生される信号電圧は１．６Ｖｒｍｓであり、２０ｄＢの減衰後、信号電圧は１６ｍＶｒｍｓとなるであろう。
【００３７】
ＬＶ側のラインインピーダンスは小さいので、トランスミッタに低い巻数比の変圧器を使用することは可能でないかもしれない。例えば、１：１．５の変圧器が使用されかつラインインピーダンスが２オームである場合、ソース側の信号レベルは、２／（１．５）２＝０．８９オームである。この場合、充分な電圧がＬＶラインを介して注入されないかもしれない。
【００３８】
しかしながら、トランスミッタのための異なるカップリング回路を用いることは、他の利点を有する。多くの場合、カップリング回路により消費される無効電力と小さな負荷インピーダンスのためにカップリング回路の送信信号損失量との間にトレードオフがある。高く一定の無効電力を避けるため、送信のために、送信中にのみより高い無効電力を犠牲にして信号損失を減少するように調節された変圧器など、異なるカップリングを使用いることができる。このような技術は、低電圧および中間電圧のラインの双方の通信に適用されるが、無効電力の規格がＬＶラインにおいてより厳しいため、低電圧側においてより有益であることが期待される。図１０は、ＬＶモデムのためのカップリング回路を例示する。モデム１００１は、変圧器１００２およびカップリングキャパシタＣＬを介してＬＶライン１００３に結合される。送信側で、モデム１００１は、ラインドライバ１００４およびカップリング回路１００５を含み、カップリング回路は、フィルタリングおよび保護を提供する。受信側で、モデム１００１は、レシーバ１００６を含む。モデム１００１はさらにスイッチドキャパシタ回路１００７に結合される。モデム１００１が送信しようとするとき、それは、スイッチ１００８を閉じるように命令し、これにより、ＬＶラインと並列に送信キャパシタＣＴＸを結合する。カップリングキャパシタＣＬの値は、無効電力に直接的に比例するが、カップリング回路の帯域内インピーダンスに反比例し、それ故、送信中に信号損失を引き起こす。送信中並列のキャパシタＣＴＸを結合することにより、無効電力が増加する。レシーバ１００６は、大きなルックインインピーダンスを有し、それ故、より低い無効電力を有するより小さいカップリング回路ＣＬでさえ、大きな信号損失にならないし、あるいはレシーバの感度の減少にならない。並列のキャパシタＣＴＸは、送信のために回路にスイッチされるだけである。送信時間は、受信／リスン時間（すなわち、ローデューティサイクル）よりも少なくなり、かつＬＶラインがまれに負荷されることが期待される。
【００３９】
他の実施例では、信号レベルで低インピーダンスを持つ異なるカップリング回路がＬＭモデムのために使用され得る。
【００４０】
代替的に、図９のカップリング回路は、レシーバを受動フィルター９０４の出力に接続することにより、ＭＶ側で使用することができる。
【００４１】
本発明の多くの変形や他の実施例は、上記の説明および関連する図面で提示された技術の利点を持つ、本発明に関連する分野に精通するものであれば、想起し得る。それ故、本発明は、開示された特定の実施例に限定されるものではないことが理解される。本明細書では特定の用語が用いられるが、それらは、一般的な及び記述的な意味でのみ用いられ、限定の目的で用いられるものではない。
【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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【国際調査報告】
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2013526222.tif 000014