MAINS-LINKED MULTIPLE-ACCESS APPARATUS

Abstract: This apparatus uses as transmission medium the lines of electricity supply systems and allows simultaneous communication between a multiplicity of transmitters 1, 2, 3 and receivers 4, 5, 6, 7 without mutual interference. This multiple access apparatus is resistant against interference inherent in the mains, particularly against interference or attenuation which only relates to a part of the transmission frequency band. To achieve this, a multiplicity of discrete frequencies is used from a set of frequencies preferably above the audio frequency range. From this set, the instantaneous transmitting frequency of each transmitter is selected in accordance with a predetermined plan and in accordance with a timing pattern, common to all transmitters 1, 2, 3 and receivers 4, 5, 6, 7, which is preferably derived from the mains voltage frequency, and is varied in hops. Each transmitter 1, 2, 3 has its own pattern of variation, with the aid of which it can be selectively received by the receiver(s) 4, 5, 6, 7. <IMAGE>

Description: Netzgebundene Vielfachzugriffseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Vielfachzugriffseinrichtung mit der Möglichkeit der selektiven Adressierung und des selektiven Empfangs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches System besteht aus mehreren Sendern und Empfängern, die über ein elektrisches Energieversorgungs netz miteinander in Verbindung stehen, wobei jeder Sender jeden Empfänger wahlweise ansprechen kann und wobei jeder Empfänger wahlweise das Sendesignal eines jeden Senders empfangen und auswerten kann und wobei mehrere Sender und Empfänger gleichzeitig aktiv sein können. Solche Systeme können vorteilhaft eingesetzt werden, wenn als Übertragungsmedium ein ohnehin vorhandenes elektrisches Energieversorgungsnetz verfügbar ist und wenn mehrere, voneinander unabhängige Nachrichtenquellen und Nachrich tensenken gleichzeitig aktiv sind und selektiv miteinander kommunizieren sollen. Ein typischer Einsatzbereich für ein solches System wäre ein mit heizungs- und klimatechnischen Anlagen hochin stallierter Gebäudekomplex, in dem gleichzeitig zahlreiche Sensorsignale für Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw. an eine zentrale Warte und zahlreiche Steuersignale von der Warte an Stellglieder, wie Mischventile, Motorschütze usw. übertragen werden müssen. Ein anderer Anwendungsfall wäre darin zu sehen, dass Sensorsignale, die an verschiedenen Stellen einer Fabrikanlage anstehen, über das Energieversorgungsnetz an jeder Stelle der Anlage abgefragt und ausgewertet werden können, indem man dort, z. B. über eine Steckdose, einen Empfänger an das Energieversorgungsnetz anschliesst. In der DE-OS 2 727 263 ist ein System beschrieben, das im Prinzip Vielfachzugriff mit selektiver Adressierung und selektivem Empfang ermöglichen könnte. Bei diesem System werden zur Nachrichtenübertragung Signale im Tonfrequenzbereich verwendet. Die Aufgabe der selektiven Adressierung des selektiven Empfangs könnte hierbei dadurch gelöst werden, dass man zu dem bekannten Verfahren des Frequenzmultiplex oder zu dem bekannten Verfahren des Zeitmultiplex greift. Nachteilig beim Frequenzmultiplex ist, dass nicht jede der übertragungsstrecken von einem Sender zu einem Empfänger das gesamte verfügbare Frequenzband nutzt, sondern exklusiv gewisse engere Teilbereiche dieses Bandes. Dadurch können einige der übertragungsstrecken durch selektive Störsignale und/oder durch selektive Dämpfungsübertragungen der übertragungsstrecke besonders stark, andere Übertragungsstrecken weniger stark beeinträchtigt werden, so dass das System in diesem Sinne nicht ausgewogen ist. Nachteilig beim Zeitmultiplex ist, dass die Sendeleistung der einzelnen übertragungsstrecken innerhalb der zugewiesenen Zeitschlitze relativ gross, ansonsten Null ist, was zu einem unrationellen Betriebszustand der Senderendstufen führen kann, und dass impulsförmige Störsignale und kurzzeitig auftretende Dämpfungsüberhöhungen auf die einzelnen Übertragungsstrecken in unterschiedlicher Weise wirken. Auch bei Zeitmultiplex ist das System somit nicht ausgewogen. Ein weiterer Nachteil des in der DE-OS 2 727 263 beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die Übertragungsfrequenzen auf den Tonfrequenzbereich beschränkt sind, obwohl die Übertragungseigenschaften des Netzes insbesondere bei Übertragungen über kürzere Distanzen, z. B. innerhalb von Gebäudekomplexen, durchaus auch wesentlich höhere Frequenzen zulassen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Vielfachzugriffssystem mit der Möglichkeit der selektiven Adressierung und des selektiven Empfangs zu realisieren, bei dem die einzelnen übertragungsstrecken in spektraler und zeitlicher Hinsicht das verfügbare Frequenzband in gleichmässiger und gleichberechtigter Weise nutzen, wobei dieses Frequenzband vorzugsweise oberhalb des Bereiches der hörbaren Frequenzen liegen soll. Jede der Übertragungsstrecken soll spektral nicht auf einen einzigen Teilbereich des verfügbaren Übertragungsbandes eingeengt werden, und jede der Übertragungsstrecken soll nicht auf Teilbereiche der insgesamt verfügbaren Übertragungsdauer eingeengt werden. Gleichzeitig soll ausgeschlossen sein, dass die verschiedenen Übertragungsstrecken sich in unerwünschter Weise gegenseitig stören. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als Sendefrequenz eine Vielzahl von diskreten Frequenzen (Frequenzvorrat), näherungsweise im Bereich oberhalb der Tonfrequenzen, verwendet wird, die Sendefrequenz eines jeden Senders in einem für alle Sender gemeinsamen, d. h. globalen, Zeitraster der Frequenz z innerhalb des genannten Frequenz- vorrats vorzugsweise sprunghaft variiert, wobei jeder Sender ein nach einem determinierten Schema für ihn typisches Variationsmuster benutzt, anhand dessen er Empfänger selektiv adressieren oder von Empfängern selektiv empfangen werden kann, die Sendefrequenzen der einzelnen Sender so gewählt werden können, dass ein und dieselbe Sendefrequenz von verschiedenen Sendern gleichzeitig, ins besondere aber auch nicht gleichzeitig benutzt wird, mehrere oder alle Sender gleichzeitig senden können, mehrere oder alle Empfänger gleichzeitig empfangen können, das globale Zeitraster aus einer oder mehreren Referenzsignalquellen, oder1 im Falle der Übertragung über ein Wechselspannungsnetz, aus der Netzfrequenz gewonnen werden kann. Durch diese Ausgestaltung wird eine Einrichtung bzw. ein Verfahren geschaffen, das gegen schmalbandige undloder impulsartige Störsignale und Dämpfungsüberhöhungen in optimaler Weise resistent ist. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt: Fig. 1 die signalflussmässige Grundstruktur der Einrichtung, Fig. 2 den Anschluss der Sender und Empfänger sn das Energieversorgungsnetz, Fig. 3 ein Diagramm der von jedem Sender gesendeten Frequenzen, Fig. 4 den Verlauf der Frequenz eines Senders, Fig. 5 eine Ausgestaltung eines Senders und Fig. 6 eine Ausgestaltung eines Empfängers. Die dargestellte Einrichtung ist zur Übertragung digitaler Daten geeignet und enthält drei Sender 1, 2, 3 und vier Empfänger 4, 5, 6, 7. Jeder der vier Empfänger 4, 5, 6, 7 kann wahlweise das Signal eines der drei Sender 1, 2, 3 empfangen und auswerten. In Fig. 2 ist der Anschluss der Sender und Empfänger an das Energieversorgungsnetz 8 gezeigt. Es handelt sich um ein dreiphasiges Drehstromnetz mit der Periodendauer T der Netzwechselspannung. Das Diagramm nach Fig. 3 lässt erkennen, welche Frequenzen von jedem der Sender 1, 2, 3 abhängig vom zu übertragenden Datenbit während einer Bitdauer A gesendet werden. Die Zeitachse 9 ist in drei gleichgrosse Abschnitte I, II, III der Dauer T/18 eingeteilt, wobei diese Einteilung für alle Sender und Empfänger in gleicher Weite gültig ist. Die vertikale Achse 10 ist eine Frequenzachse, auf der die verfügbaren Obertragungsfrequenzen f1, 2. 3, f4 > f5 > f6 f angemerkt sind. Der Frequenzabstand von Frequenz zu Frequenz habe den konstanten Wert. f f6-f5 = f5-f4 = f4-f3 =f3-f2 = f2-f1. (1) Die Übertragungsdauer für jedes Datenbit umfasst drei aufeinanderfolgende Rasterintervalle der Dauer T/18, beträgt insgesamt also T/6, wie dies auch aus Fig. 3 zu entnehmen ist. Die beiden ausgezogenen Kurven 11 und 12 in Fig. 3 gelten für den Sender 1, und zwar variiert dessen Frequenz nach Kurve 11, wenn das betreffende Datenbit logisch 0 = L ist, und nach Kurve 12, wenn das betreffende Datenbit logisch 1 = H ist. Die gestrichelten Kurven gelten in entsprechender Weise für den Sender 2, die gepunkteten Kurven für den Sender 3. In Fig. 4 ist der Verlauf der Frequenz des Senders 1 für den Fall, dass die Datenfolge ...HLHHLLH... gesendet wird, dargestellt. Die Kurve 13 nach Fig. 4 entsteht durch mehrmaliges Aneinandersetzen der beiden ausgezogenen Kurven 11 und 12 aus Fig. 3. Die Fig. 3 und 4 zeigen anschaulich die Vorteile der erfindungsgemässen Einrichtung. Alle Sender 1, 2, 3 können gleichzeitig aktiv sein, und alle Frequenzen des verfügbaren Frequenzvorrats fl, 21 f f4l f5, 6 stehen zeitlich sukzessive allen beteiligten Sendern 1, 2, 3 zur Verfügung. Dadurch wird erreicht, dass sich schmalbandige und/oder impulsive Störsignale und Dämpfungsüberhöhungen in ihrer Wirkung nicht auf spezielle Sendesignale konzentrieren, sondern alle Sendesignale gleichermassen betreffen. Fig. 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Senders 1. Der Sender enthält die dauernd schwingenden Oszillatoren 14 bis 19 mit den Frequenzen f1, f2' f3, f4 f5, f6, die Schalter 20, 21 und 22, den Umschalter 23, den Zeitgeber 24 und entsprechende Verbindungselemente. Der Zeitgeber 24 steuert in einem Taktraster mit der Taktdauer T/18 die Schalter 20, 21 und 22 sowie in einem Taktraster mit der Taktdauer T/6, die gleich der Bitdauer ist, den Umschalter 23. Dadurch wird bewirkt, dass dem Umschalter 23 im Abschnitt I die Frequenzen 5 und 6, im Abschnitt II die Frequenzen f3 und f4 und in Abschnitt III die Frequenzen f1 und 2 zugeführt werden. Mit dem Umschalter 23 wird bewirkt, dass bei Anstehen des Datenbits L sukzessive die Frequenzen f6, f4 und f2 auf das Energieversorgungsnetz 8 gegeben werden. Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform des zu dem Sender 1 nach Fig. 5 passenden Empfängers 4. Ein Zeitgeber 25 ähnlich demjenigen im Sender 1 steuert die Schalter 26, 27 und 28, mit denen zeitlich sukzessive die Signale der auf den Frequenzen zu, f2 und schwingenden Oszillatoren 29, 30 und 31 auf den Eingang 32 des Mischers 34 geschaltet werden. Auf den Eingang 35 des Mischers 34 wird das aus dem Energieversorgungsnetz 8 ausgekoppelte, vom Sender 1 nach Fig. 5 herrührende Empfangssignal gegeben. Das am Ausgang 36 des Mischers 34 anstehende Signal enthält einen Anteil, dessen Frequenz gleich der Summe der Frequenzen der an den Eingängen 32 und 35 eingespeisten Signale rist. Für den Fall, dass das Datenbit " "L" empfangen wird, beträgt diese Summenfrequenz f, = f1 + 5 (2) Für den Fall, dass das Datenbit "H" empfangen wird, beträgt diese Summenfrequenz (3) H 5 + + f Die Frequenzen L und H stellen sich in allen drei Abschnitten I, II und III nach Fig. 3 ein. Man kann deshalb den empfangenen logischen Wert des Datenbits L bzw. H dadurch ermitteln, dass man das Ausgangssignal des Mischers 34 jeweils einem Bandpass 37 mit der Mitten frequenz L nach (2) und einem Bandpass 38 mit der Mitten- frequenz H nach (3) zuführt, wobei die Ausgangssignale der Bandpässe 37, 38 mit den beiden Gleichrichtern 39 und 40 gleichgerichtet und im Komparator 41 miteinander wertemässig verglichen werden. Am Komparatorausgang 42 kann das empfangene Datensignal entnommen werden.

Claims: Method for mains multiple access with the possibility of selective addressing and selective reception, using one or more, in particular many transmitters (1, 2, 3) and one or more, in particular many receivers (4, 5, 6, 7), these transmitters and receivers being coupled by coupling elements to a monophase or multiphase electric AC voltage power supply network and in this way being connected to one another, for transmitting digital data signals or message signals, in particular sensor signals or signals for controlling actuators, from each transmitter to optionally each receiver, and for receiving such signals by means of each receiver from optionally each transmitter, having the following features use is made as transmitter frequency of a multiplicity of discrete frequencies (frequency supply), preferably in the range above the audio frequency, within the said frequency supply, the transmitter frequency of each transmitter varies suddenly in a clock raster, of frequency f z , which is common to all the transmitters, that is to say global, each transmitter using a variation pattern (code) which is typical of it in accordance with a defined scheme and with the aid of which it can selectively address receivers, the transmitter frequencies of the individual transmitters are selected such that one and the same transmitter frequency is not simultaneously used by different transmitters, a plurality or all of the sensors can transmit simultaneously, a plurality or all of the receivers can receive simultaneously, the global clock raster is obtained from the power frequency, when an m-valued (m = 2,3...) digital signal is transmitted, a sequence of transmitter frequencies from the frequency supply is transmitted, which sequence is typical of the respective signal value and of the respective transmitter or of the respective receiver to be addressed, the transmission period for each signal value corresponds to an integral fraction, for example 1/2, 1/3, 1/4, 1/6 ... or integral multiple, for example 1, 2, 3 ... of the power period, a system of orthogonal signal shapes is created by selecting the frequency f z of the global clock raster and the frequencies of the frequency supply. Method according to Claim 1, for transmitting via an AC voltage network, characterised in that the frequency f z of the global clock raster is an integral multiple of the power frequency. Method according to Claim 1 or 2, characterised in that a set of oscillators is inserted in the transmitters in accordance with the global clock raster. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the frequencies of the frequency supply are generated in the transmitters by reading out from digital memories, or by means of digital signal processors. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the frequencies of the frequency supply are generated in the transmitters by means of voltage-controlled oscillators. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the same generators are provided in the receivers as in the transmitters. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal evaluation is performed in the receivers by active or passive correlation. Method according to one of the preceding claims, characterised in that use is made of transmitters and receivers whose code can be changed over. Method according to one of the preceding claims, characterised in that transmitters are combined with receivers to form functional groups in order to realise transmissions with a forward and backward channel. Method according to one of the preceding claims, characterised in that use is made of transmitters and receivers which draw their energy from the power supply network used for transmission. Method according to one of the preceding claims, characterised in that in order to avoid strong interference or damping overshoots the channel or code is selected manually or automatically, in a manner matched to these transmission characteristics. Mains multiple access device with the possibility of selective addressing and selective reception for the purpose of carrying out the method according to one of the preceding claims, consisting of one or more, in particular many transmitters and one or more, in particular many receivers, these transmitters and receivers being coupled by coupling elements to a monophase or multiphase electric AC voltage power supply network and in this way being connected to one another, for transmitting digital data signals or message signals, in particular sensor signals or signals for controlling actuators, from each transmitter to optionally each receiver, and for receiving such signals by means of each receiver from optionally each transmitter, characterised in that the transmitters (1, 2, 3) are respectively formed from a multiplicity of permanently oscillating oscillators (14, 15, 16, 17, 18, 19), switches (20, 21, 22) preferably connected downstream of the latter in pairs, and a changeover switch (23) assigned to said switches and a timer (24), the changeover switch (23) and the timer (24) being connected to the power supply network (8) and synchronised with the power frequency, and in that each receiver (4, 5, 6, 7) is formed from a timer (25), a multiplicity of switches (26, 27, 28), which are connected downstream of said timer and have oscillating oscillators (29, 30, 31), and a mixer (34) connected to said switches, said mixer and the timer (25) being connected to the power supply network (8), it being possible to feed the output signal of the mixer (34) to a band pass filter (37) with the centre frequency f L and to the band pass filter (38) with the centre frequency f H , the output signals of which band pass filters are compared in terms of value via rectifiers (39, 40) in a comparator (41) which transmits the data signal.

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