專利名稱：將電力線通信連接到用戶端的裝置和方法
背景技術(shù)：
當前無論人們在何處生活和工作，都有將計算機和其它智能設備進行連接的共同需求。傳統(tǒng)地，通過在建筑物中和建筑物樓群之間安裝專用數(shù)據(jù)布線來實現(xiàn)形成局域網(wǎng)(LAN)所需要的電連接。還開發(fā)并應用了一些無線方法(例如無線電)來滿足這個需求。
最近，已經(jīng)實現(xiàn)了允許電力布線基礎設施高速同時傳送數(shù)據(jù)的技術(shù)。典型地，電力線載波(PLC)技術(shù)使用在電力線傳導的低于50MHz的調(diào)制射頻信號(RF)來傳送數(shù)據(jù)。
PLC技術(shù)在實際中具有顯著的優(yōu)點。也就是，必然需要安裝電力布線，因此可以在附加成本很少(或者沒有)的情況下增加數(shù)據(jù)連通性，尤其是在現(xiàn)有的建筑物中。類似地，在現(xiàn)代建筑物中電出口普遍存在，并且當數(shù)據(jù)在每個出口都可用的同時也獲得了顯著的操作便利。
PLC技術(shù)的另一優(yōu)點是可以獲得比無線方法更大的射程。由于重物質(zhì)會顯著地削弱了無線信號，因此在由較重物質(zhì)構(gòu)造的商業(yè)建筑中，PLC技術(shù)特別可以獲得更大的射程。PLC技術(shù)相比無線方法的另一個優(yōu)點在于由于需要物理連接來加入網(wǎng)絡，所以數(shù)據(jù)自然更加安全。
此處描述的本發(fā)明用于解決在為了局域網(wǎng)而安裝和使用PLC技術(shù)的過程中遇到的幾個重大問題。
大部分當前的LANs都是配置為“中心輻射型(hub and spoke)”拓撲結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，一個中央服務器設備支持多個用戶，并且還提供到廣域網(wǎng)(WAN)和/或互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。當PLC網(wǎng)絡的物理配置鏡像LAN的邏輯拓撲時，例如，當PLC網(wǎng)關(guān)高效地位于空間的“電中心”以向每個出口提供可能最好的PLC信號時，PLC網(wǎng)絡獲得最大的效用。這一點經(jīng)常是位于服務箱或者地下室中的一個很少訪問的電面板，并且這一點幾乎從不和其它數(shù)據(jù)處理裝置共存。本發(fā)明提供一種在這個最佳點處遠程引入PLC信號的簡單方法。
另一個重要的問題在于，特別在商業(yè)建筑物中，只有當所有的三相都由PLC信號激勵時，普遍使用的三相電功率/布線才充分覆蓋建筑物內(nèi)的PLC網(wǎng)絡。本發(fā)明給所有三相功率布線提供由單個PLC信號的同時激勵。
在具有阻礙信號的自然障礙物(或者完全將信號隔絕)的環(huán)境中安裝PLC會有另一個相關(guān)的問題。一個共同的位置位于建筑物已經(jīng)被改造，并且所有的部分不再共享一個電功率源。另一個共同的位置在于由中心點提供功率，通常為了分配效率或者電隔絕，接著通過變壓器傳送到空間的各個部分。本發(fā)明還提供一種簡單和靈活的方式，以引入單個PLC信號到為了獲得充分覆蓋而需要的任意數(shù)目個點處。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)通過將電力線載波信號提供到位于遠程的聯(lián)結(jié)設備來將通信信號連接到建筑物的三相功率網(wǎng)絡，該遠程的聯(lián)結(jié)設備構(gòu)建為可以從遠程信號源獲取PLC信號。在本發(fā)明的另一方面，通過給建筑物的每個部分提供分別的聯(lián)結(jié)設備，可以給建筑物的兩個或者更多不同部分提供信號，其中該建筑物的各個部分具有與PLC信號相關(guān)的不同的電隔絕屬性。
結(jié)合下面詳細說明和附圖，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新穎的特點都是明顯的。


圖1是示出了在建筑物中提供和分配電功率的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖2放大了圖1的一部分，并且示出了如何和在何處定位連接根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)接器。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)接器的示意圖。
圖4詳細示出了用于改善PLC信號覆蓋的配置，并且是本發(fā)明中建筑物具有多個和通信數(shù)據(jù)相關(guān)而隔絕的部分的具體實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體實施例用于改善由PLC技術(shù)造成的數(shù)據(jù)連通性問題。此處描述的載波電流聯(lián)接器裝置提供對建筑物功率布線的物理連接的影響手段，大部分的改善源于確定了合適的PLC信號引入點。
一個共同的目標是從單個中心設備(通常稱為“網(wǎng)關(guān)”)中將PLC信號引入到建筑物布線中，以使得建筑物內(nèi)的所有插座都接收到充分的信號，從而使得插入插座的第二設備(通常稱為“終端”)正常工作。沿著布線任意行進的PLC信號的衰減難以預測并且高度可變，所以通常不可能向所有的插座提供相同的信號電平。一個更實際的目標是使得建筑物和它的所有插座作為一個系統(tǒng)而運轉(zhuǎn)良好，也就是，沒有單個的插座完全與PLC信號隔絕，并且信號幅度以合理并可預測的方式隨著同信號引入點的距離而減少。
圖1示出了建筑物功率分配系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖。利用圖1來闡明上述討論。來自于電源設施(utility mains)的電經(jīng)由減緩(step-down)變壓器(31)和穿過接線盒(32)進入裝置中，并且為了計費目的而由儀表(33)測量電。然后將電引入服務面板(30)，在服務面板(30)處將電分路，并且經(jīng)由控制盤(34)將電引入多個插座(35)。顯然可以在上面計入的各個點中的任意點引入網(wǎng)關(guān)PLC信號，不過由于服務面板(30)對稱地向所有插座(35)提供PLC信號，因此最佳點可能是服務面板(30)。沿著從變壓器(31)(如果從這里引入)到服務面板(30)的布線的PLC信號衰減完全是浪費的，因為沒有終端設備將會在此處連接。類似地，在某個插座(35)處引入網(wǎng)關(guān)信號可能是可行的，但是由于任意給定的插座可能不是對稱性地分配，因此這樣可能不是最佳的。
一個最優(yōu)化后的系統(tǒng)使得無源(passive)聯(lián)接器配置具有最大的用途。在該系統(tǒng)中，將載波電流聯(lián)接器(20)連接到服務面板(30)，從網(wǎng)關(guān)(40)引入PLC信號到建筑物的該點，并且通過任意普通可用的方式在多個插座測量數(shù)據(jù)吞吐量性能。圖2詳細示出了產(chǎn)生該連接的細節(jié)。
參照圖2，服務面板(30)和前面討論的相同。在國家電氣規(guī)范(nationalelectrical code)中描述的公認的電氣安全需求中需要安裝分離開關(guān)(22)和保險絲/斷路器(21)。即使預期只有微小的PLC信號電流流經(jīng)該路徑，仍然需要分離開關(guān)(22)來保護服務人員在安裝/維護中免遭電力線電壓的危害，并且當載波電流聯(lián)接器(20)發(fā)生災難性故障時，保險絲/斷路器用于保護建筑物。接線盒(23)提供布線的方便連接點。
另一個要考慮的因素是在商業(yè)建筑物中普遍使用了三相功率。在這種情況下，服務面板(30)包括3個熱線(通常為“L1”，“L2”，“L3”)，一個中性線(neutral wire)和一個地線(ground wire)。原先的建筑物布線計劃的目的在于平衡所有三相的負載，以使得每個L1，L2和L3最終分別連接有大約1/3的插座(35)下游(downstream)。因此，為了向所有插座提供PLC信號，該信號必須被分路并且通常將信號提供到所有三相。圖3示出了這樣的連接。
圖3示出了載波電流聯(lián)接器(20)的內(nèi)部細節(jié)。經(jīng)由同軸電纜(17)引入來于網(wǎng)關(guān)的該單端(single-ended)PLC信號，并且該PLC信號隨后經(jīng)由不平衡變壓器(14)和電容(12)連接到每個功率相。電容(13)是可選的，可以使用該電容，也可以不使用該電容。金屬氧化物變阻器[MOV](11)用于抑制電力線的瞬變，該瞬變可能會損害網(wǎng)關(guān)(40)中的電子器件。通過瞬變電壓擬制器(16)提供對網(wǎng)關(guān)電子器件的額外保護。第二保險絲(15)(通常很低的額定安培值)用于進一步保護MOV(11)的短路故障。包括電容(12)、保險絲(15)和MOV(11)的該電路簡單地重復激勵所有的三相。
如果如前所述完成安裝并且獲得了可以接受的數(shù)據(jù)出口量結(jié)果，那么不需要進一步的工作。相反的，也可能會發(fā)現(xiàn)有一些插座(35)并沒有足夠的PLC信號(重新參照圖1)。為此，本例假設由某個特定控制盤(34)引入信號的一些插座(35)并沒有傳送足夠的數(shù)據(jù)吞吐量性能?？梢酝ㄟ^觀察和/或進行分析來判定為什么會發(fā)生這種狀況，并且對該狀況做出矯正補償。然而，在障礙后面的現(xiàn)有布線細節(jié)和/或先前對建筑物進行改造的歷史并不總是顯然的。圖4(“多點PLC信號引入”)示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的對該問題的解決之道。
圖4示出了除了在服務面板(30)之外還在一些別的點同時引入PLC信號來補償覆蓋問題(coverage issue)。同軸分流器(50)是廣泛應用于有線電視系統(tǒng)中并且不貴的設備，它將寬帶信號分路以將其使用在兩個或者多個位置中。這些設備同樣可以用于將PLC信號分路。在這個例子中，由網(wǎng)關(guān)(40)輸出沿著同軸電纜(17)的PLC信號被分路，并且經(jīng)由單個同軸電纜(18)和(19)引到2個載波電流聯(lián)接器(20)。一個載波電流聯(lián)接器如前安裝在服務面板(30)，另一個載波電流聯(lián)接器安裝在性能不足的插座(35)的控制盤(34)。在這樣，避免了任何阻止PLC信號到達特定控制盤的物理問題。另外，由于所有的PLC信號功率仍然保留在建筑物內(nèi)，唯一的損耗只有發(fā)生在同軸分流器(50)自身中的衰減。因此，該處理的效果是在之前沒有信號的地方提供了足夠的信號覆蓋，并且該處理還可以很小地減少空間其它部分的信號幅度?？梢詰脤Ρ炯夹g(shù)各種改變來解決隨后發(fā)現(xiàn)的特定的PLC信號覆蓋問題。
前面所描述只是用于對本發(fā)明進行說明，并不用于對本發(fā)明進行限制。由于本領域普通技術(shù)人員可以結(jié)合本發(fā)明的精神實質(zhì)對實施例進行各種改變，本發(fā)明應該包括附屬的權(quán)利要求書及其等同物的范圍。
權(quán)利要求
1.一種將通信信號連接到建筑物中的三相電源網(wǎng)絡的系統(tǒng)，該建筑物具有至少一個服務面板，所述系統(tǒng)包括載波電流設備，提供電力線載波信號；連接到所述至少一個服務面板中的一個服務面板的無源聯(lián)結(jié)設備，以連接所述電力線載波信號到所述建筑物的所述三相功率分配網(wǎng)絡總的每一相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個服務面板是位于所述建筑物中電氣最中心的服務面板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述無源聯(lián)結(jié)連接到最少電壓為277伏特的高壓分配系統(tǒng)。
4.一種改造功率分配網(wǎng)絡以提供數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)通信源，位于第一位置并且輸出電力線載波信號；直接連接到所述功率分配網(wǎng)絡的服務位置的無源聯(lián)接器，用于接收所述電力線載波信號，并且在所述電力線分配網(wǎng)絡分配所述數(shù)據(jù)，其中所述服務位置遠離所述第一位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述功率分配網(wǎng)絡是三相功率分配網(wǎng)絡。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述功率分配網(wǎng)絡包括至少兩個服務位置，其中所述直接連接到所述無源聯(lián)接器的服務位置在所述至少兩個服務位置中是最位于所述分配網(wǎng)絡中與電布線長度相關(guān)的最中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述無源聯(lián)接器輸出信號到所述功率分配網(wǎng)絡的三相中的每一相。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述服務位置是位于所述功率分配系統(tǒng)的電氣最中心的服務位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述無源聯(lián)接器連接到具有最少電壓為277伏特的高壓分配系統(tǒng)。
10.一種將通信信號連接到功率分配網(wǎng)絡的第一部分和至少一個第二部分以向所述功率分配系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)通信的信號源，輸出電力線載波信號；第一無源聯(lián)接器和至少一個第二無源聯(lián)接器，其中每個無源聯(lián)接器都直接分別連接到所述功率分配網(wǎng)絡的所述第一和至少一個所述第二部分，其中每個所述第一和第二部分都互相關(guān)于速據(jù)通信而電隔絕，并且其中每個所述第一和至少一個第二無源聯(lián)接器連接，以從所述數(shù)據(jù)通信的信號源接收所述輸出電力線載波信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述功率分配網(wǎng)路包括三相功率，并且每個所述無源聯(lián)接器輸出信號到所述三相中的每一相
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中每個所述無源聯(lián)接器連接到具有至少為277伏特電壓的高壓分配系統(tǒng)。
13.一種將數(shù)據(jù)通信引進到建筑物的功率分配系統(tǒng)的方法，包括以下步驟在第一位置產(chǎn)生電力線載波信號；將所述電力線載波信號無源連接到所述功率分配系統(tǒng)的服務位置，其中所述服務位置遠離所述第一位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述功率豐沛系統(tǒng)是三相系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中將電力線載波信號無源連接到服務位置的步驟包括將電力線載波信號無源連接到所述功率分配系統(tǒng)的三相中的每一相的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述將電力線載波信號無源連接到服務位置的步驟包括將電力線載波信號無源連接到位于所述功率分配系統(tǒng)的電氣最中心的服務位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述將電力線載波信號無源連接到所述功率分配系統(tǒng)的服務位置的步驟包括將電力線載波信號無源連接到具有至少為277伏特電壓的高壓分配系統(tǒng)。
全文摘要
一種改造在建筑物中的三相功率分配網(wǎng)絡的裝置和方法，以通過將電力線載波信號使用到遠離建筑物的數(shù)據(jù)輸入點的近似電中心位置點來提供數(shù)據(jù)通信。無源聯(lián)接器(20)連接到位于中心的服務面板(30)。無源聯(lián)接器(20)從建筑物中的遠程數(shù)據(jù)輸入點接收電力線載波信號，并且利用該信號在服務面板(30)進入三相分配網(wǎng)絡中的每一相。
文檔編號H04B3/56GK1675916SQ03819508
公開日2005年9月28日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月16日
發(fā)明者拉爾夫·E·克林肖, 大衛(wèi)·W·格萊姆斯, 彼得·L·拉爾森 申請人:特拉克網(wǎng)通訊有限公司