INFORMATION TRANSMISSION METHOD USING ELECTRICAL POWER DISTRIBUTION NETWORKS

Abstract: The in each case narrow-band communication signals are to be spectrally distributed over the entire available transmission bandwidth of the network, particularly above the audio frequency range. This range is used at the same time by a multiplicity of transmission systems without a frequency division being necessary. This band-spreading technique allows, in addition to the multiple access to the network, selective addressability, the suppression of, in particular, narrow-band noise sources and renders the communication transmission insensitive to frequency-selective excessive attenuation. Due to this procedure, the expenditure for synchronisation by using the mains frequency or by using broadcast transmitter signals is advantageously reduced to a minimum. <IMAGE>

Description: Verfahren zur Übertragung von Information über elektrische Energieversorgungsnetze Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von In formation über die Leitungen eines Energieversorgungsnetzes mit Hilfe der Bandspreizungstechnik. Das Informationsübertragungssystem dient der Übertragung von digitalen oder analogen Nachrichten über die Leitungen eines Energieversorgungsnetzes. Das System soll resistent gegen die Störungen auf den Netzleitungen sein und die gleichzeitige Kommunikation vieler Teilnehmer ohne gegenseitige Störbeeinflussung ermöglichen, so dass Vielfachzugriff auf dasselbe Übertragungsfrequenzband gegeben ist. Es ist bekannt, zur Nachrichtenübertragung über die Leitungen eines Energieversorgungsnetzes Systeme einzusetzen, die mit einer bestimmten festen Frequenz arbeiten, auf die die Nachricht in konventioneller Art schmalbandig aufmoduliert wird. Ailerdings können diese Systeme, die naturgemäss nur einen schmalen Übertraoungskanal besitzen, durch Störer in genau diesem Frequenzbereich nachhaltig in ihrer Funktion beeinträchtigt werden; ebenso durch ungünstige Netzeigenschaften wie frequenzselektive starke Dämpfungen bei der verwendeten Frequenz. Ein Vielfachzugriff auf den gleichen Kanal ist nur über genau koordinierten Zeitmultiplex möglich. Eine Ausweichmöglichkeit besteht in der Einführung zusätzlicher Kanäle, die aber den gleichen oben beschriebenen Einschränkungen unterworfen sind. In diese Richtung zielt auch ein Vorschlag von J. Cabel, nElektro-Installations- netz wird Informationsnetz", Aufsatz in etz, Bd. 104 (1983) Heft 1), der das Übertragungsband des Energieversorgungsnetzes in schmale Frequenzbereiche teilt, die als Übertragungskanäle genutzt werden sollen. Die Festlegung solcher Bereiche kann aufgrund der in jedem Netz vorhandenen selektiven Störungen und Dämpfungen nicht empfohlen werden, weil dadurch ein Teil der Übertragungskanäle für die Übertragung ausfällt. Ein Ansatz, dieser Problematik zu begegnen, ist in der DE-OS 2 727 263 zu erkennen, in der ein Übertragungs- system beschrieben wird. Die Übertragungsfrequenzen liegen im Tonfrequenzbereich, also unter 20 kHz. Diese Lösung ist insbesondere für schnelle Datenübertragungen unbefriedigend, weil der Bereich der Tonfrequenzen nur einen Bruchteil der verfügbaren Übertragungsbandbreite darstellt und solche Systeme als "schmalbandig" zu bezeichnen sind. Ausserdem arbeiten Systeme gemäss der DE-OS 27 27 263 in einem Frequenzbereich, in dem elektrische Energieversorgungsnetze besonders mit Störungen vielfältiger Art und grosser Amplitude belastet sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Energieversorgungsnetze einer grossen Anzahl von Übertragungseinrichtungen mit hoher Datenrate gleichzeitig nutzbar zu machen, wobei eine gute Resistenz gegen netzeigene Störungen und Dämpfungsüberhöhungen erreicht werden soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass für die Übertragung die Übertragungsbandbreite des Netzes oberhalb der Tonfrequenzen verwendet wird, denn auch oberhalb des Tonfrequenzbereiches sind Stromversorgungsnetze durchaus geeignet, elektrische Signale zu übertragen, und dass die Signale für die Übertragung spektral in ihrer Bandtreite auf ein Vielfaches der Nachrichtenbandbreite gespreizt werden, d. h. man verwendet die sogenannte Bandspreizungstechnik. Diese Technik bietet eine Reihe von Vorteilen, wie die Möglichkeit des Vielfachzugriffs, selektive Adressierbarkeit, Resistenz gegen schmalbandige Störungen und frequenzselektive Dämpfungsüberhöhungen. Die Nachricht wird bei der Bandspreizungstechnik über die gesamte verfügbare Übertragungsbandbreite verteilt, woraus sich diese vorteilhaften Eigenschaften ableiten lassen. Zuvor ist ein erhöhter Aufwand für die Synchronisation sogenannter Spreizungsfunktionen erforderlich, die in Sender und Empfänger bei dieser Technik nötig sind. Der Synchronisationsaufwand wird jedoch hier drastisch reduziert, wenn man erfindungsgemäss für Sender und Empfänger gemeinsame Referenzsignale für die Synchronisation verwendet wie z. B. die Netzfrequenz oder starke Rundfunksender insbesondere Zeitmarkensender (DCF77, France Inter). In der Zeichnung ist das erfindungsgemässe Verfahren zur Übertragung von Informationen über elektrische Energieversorgungsnetze dargestellt und nachfolgend im einzelnen erläutert. Hierbei zeigt: Fig. 1 die Nutzung des für die Übertragung verwendeten Frequenzbereiches, Fig. 2 den schematischen Aufbau einer Nachrichten übertragungseinrichtung und Fig. 3 a bis 3 d eine Darstellung des Übertragungsvor ganges anhand der zeitlichen Frequenz aufeinanderfolge. In Fig. 1 ist in einem Diagramm die Nutzung des für die Übertragung verwendeten Frequenzbereichs gezeigt. Dieser Bereich ist über der Achse f in eine Vielzahl, hier z. B. 30, äquidistanter diskreter Frequenzen aufgeteilt. Die niedrigste Frequenz des Bereichs ist mit fmin 1 die höchste Frequenz mit man bezeichnet. Zur Unterscheidung der einzelnen Frequenzen f. werden sie im folgenden durch einen Index i, i = 0, 1,...,29 bezeichnet, wobei o min und 29 fmax ist. Fig. 2 gibt beispielhaft den Aufbau einer erfindungsgemäss ausgebildeten Nachrichtenübertragungseinrichtung, bestehend aus einem Sender 1 und einem Empfänger 2 wieder. Die Einrichtung verwendet als Spreizungsfunktion zur spektralen Spreizung des zu sendenden Datensignals DS eine Pseudozufallsfolge, die aus 28 Zahlenwerten 1 bis 28 gebildet wird und die eine Dauer T hat, die der siebenfachen Netzperiode TN entspricht. Nach Mass- gabe dieser Zahlen werden Frequenzen aus dem Übertragungsbereich für Übertragungen ausgewählt (s. Fig. 3a). Im Synchronisations- und Datendemodulationsteil 6 des Senders 1 werden die Pseudozufallszahlen nach Massgabe der Bits des Datensignals verändert. Diese Modulation bewirkt für das O-Datenbit eine andere Frequenzverschiebung als für das 1-Datenbit. In Fig. 3 b ist beispielhaft ein Ausschnitt der Daten gezeigt und in Fig.3 c die vom Frequenzgenerator 7 des Senders 1 erzeugten und über das Koppelelement 3 in das Netz 5 eingespeisten Übertragungsfrequenzen fü. In Fig. 3 c lässt sich die durch die Daten verursachte Abweichung der Sendefrequenzen fü von den durch die Pseudozufalls u zahlen erzeugten Frequenzen gemäss Fig. 3 a erkennen. Im Empfänger 2 können die Daten nur dann aus dem empfangenen Signal zurückgewonnen werden, wenn die im Sender 1 erfolgte Bandspreizung rückgängig gemacht wird. Dazu müssen im Empfänger die vom Frequenzgenerator 9 erzeugten Frequenzen wertmässig und zeitlich so aufeinander folgen, dass durch das Mischen für das 1- und O-Datenbit jeweils verschiedene aber konstante Frequenzen entstehen. Hierfür ist eine Synchronisation zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 2 notwendig. Diese Synchronisation gliedert sich in zwei Phasen. Zunächst muss einmalig eine Synchronisation erreicht werden. Dieser Vorgang heisst Akquisition. Für die Akquisition sind gewisse Strategien aus der Literatur bekannt. Die zweite Phase wird Tracking genannt und bezeichnet die Kontrolle,ob der Synchronismus eingehalten wird und die nötige Korrektur im Fehlerfall. Dieser an sich aufwendige Vorgang wird besonders einfach, wenn erfindungsgemäss die Netzfrequenz als Referenz verwendet wird, wie es hier ausgeführt ist. Akquisiton und Tracking sind Aufgabe der Steuereinheit 8. Der Frequenzgenerator 9 des Empfängers 2 erzeugt periodisch Frequenzen gemäss Fig. 3 a. Das Ausgangssignal des Frequenzgenerators 9 wird mit dem über das Koppelelement 4 aus dem Netz zurückgewonnenen Signal in einem Mischer 11 gemischt. Im Ausgangssignal des Mischers 11 findet man 1 wenn die Synchronisation stimmt, die dem O-Datenbit bzw. dem 1-Datenbit entsprechenden festen Frequenzen, wie in Fig. 3 dargestellt. Das Ausgangssignal des Mischers 11 wird einem Datenrückgewinnungsteil 10 zugeführt, das die Daten D E aus gibt.

Claims: Method for transmitting information over electrical power supply networks having at least one transmitter and at least one receiver, in which the transmission bandwidth of the power supply network above the audio-frequency band is used for transmitting narrowband information signals using spectral spreading, characterised in that the entire transmission bandwidth is continuously available to each transmitter and to each receiver, and multiple access is made possible, in that the synchronisation of the spreading functions in the transmitter and receiver is effected using the network AC voltage, in that signals are transmitted at different frequencies in a time frame which splits one bit of a binary information item into a plurality, preferably an odd number, of parts of equal length, and in that signals which have a constant frequency in each case for the duration of one information bit are produced in the same time frame in the receivers by synchronous mixing with signals having matching frequencies, the frequencies differing for a 0-bit and a 1-bit. Method according to Claim 1, characterised in that the spectral spreading at the transmitter end is achieved by influencing a carrier signal on the basis of a pseudo-random sequence, or in that a signal of large bandwidth is stored in a digital memory, in the form of sample values, and is read out from there. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the generation and synchronisation of the digital spreading functions in the transmitter and receiver, and the impression of the digital information signals on the transmission signal, are carried out using large-scale-integrated semiconductor circuits, especially microprocessors or single-chip microcomputers. Method according to one of the preceding claims, characterised in that n-times the duration of the spreading function or functions corresponds precisely to m-times the duration of one sixth of the period of the network AC voltage of the power supply network, n and m being integers. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the frequencies used for information transmission are selected manually or automatically such that the disadvantageous influence of powerful interference signals and/or of damping overshoots in the transmission bandwidth is avoided.

Inventors: BAIER, PAUL WALTER, PROF. DR.-ING., BECKER, THOMAS, DIPL.-ING., DOSTERT, KLAUS, DR.-ING.
Applicants: ABB PATENT GMBH
Application year: 1986
Main classification: H04B3
IPC codes: H04B3, H04B1