专利名称：对用于电力线通信的调制解调器的功率输出的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力线通信(PLC)，更具体地，涉及一种使在其工作频谱上的输出功率电平达到最佳的调制解调器结构。
背景技术：
在电力线通信(PLC)系统中，将宽带电力线调制解调器中的发射机的输出功率耦合到电力线。电力线具有在发射机的整个频带上变化很大的阻抗幅值特性和相位特性。可以将该发射机建模为具有固定电压电源和主要电阻源阻抗的Thevenin等效电路。由于源与负载之间的阻抗不匹配，所以耦合到电力线的信号功率在发射机频带上变化很大。
当将信号功率电平限制为符合调整极限的最高电平时，该极限是对功率耦合和电力线辐射效率最有效的频率设定的。在此将该频率称为fmax-rad。
图1是现有技术的具有平坦发射机谱的调制解调器结构的框图。将调制解调器100经由信号耦合器125附连到电力线120。调制解调器100的功能性内部结构由调制解调器发射机信号发生器105、功率控制系统110和功率放大器115来表示。可以以相同的硬件和软件模块的方式来物理地实现信号发生器105和功率控制系统110，但为了清楚，在此将它们单独地示出。
曲线图150示出了调制解调器100的电磁辐射强度的简化的变化。调制解调器功率155在整个频带上是恒定的，并被限定为Pmax1160，以避免辐射强度162在频率fmax-rad170处超出辐射极限165。然而，在其它频率处，耦合功率低于调整极限所允许的耦合功率，从而，调制解调器100的性能低于最佳。
发明内容
本发明的一个实施例是一种用于在电力线通信系统中使用的多个元件的结构。该结构包括用于向电力线提供输出的调制解调器；用于检测所述输出的参数的检测器；以及用于基于所述参数的值来调整所述输出的功率的控制器。
本发明的另一个实施例是一种应用在电力线通信系统中的方法。该方法包括提供从调制解调器向电力线的输出；检测所述输出的参数；以及基于所述参数的值来调整所述输出的功率。
图1是现有技术的具有平坦发射机谱的调制解调器结构的框图；图2是根据本发明的利用检测器向功率控制系统反馈信息的调制解调器结构的框图；图3是利用基于检测电磁辐射而进行的调制解调器发射机谱控制的调制解调器结构的框图；图4是利用基于检测电力线上的信号电压而进行的调制解调器发射机谱控制的调制解调器结构的框图；图5是利用基于检测电力线上的信号电流而进行的调制解调器发射机谱控制的调制解调器结构的框图；图6是利用基于检测调制解调器发射机的实际功率输出而进行的调制解调器发射机谱控制的调制解调器结构的框图。
具体实施例方式
很多宽带调制解调器具有一种称之为功率屏蔽(power mask)的机制，即为几个子频带中的每一个设置单独的信号功率电平。该功率屏蔽经常被实现为在从调制解调器生成信号中所涉及的数字处理操作的一部分。在本发明的实施例中，使用功率屏蔽来减小在fmax-rad处的功率，而增加在其它频率处的功率。这就在确保符合辐射极限的同时改进了通信性能。
理想地，将电磁场检测器用作用于最佳化功率屏蔽的自动机制的输入。可选地，可以使用电压或电流检测器来检测电力线上的功率电平。尽管用于将功率屏蔽最佳化以补偿所检测的信号电压和电流中的变化的这项技术忽略了基于频率的电力线的辐射效率变化，但是系统操作员可以执行辐射测量并确定符合辐射极限的最大功率电平。
对于中压线或高压线，电压检测器或电流检测器可能很昂贵。对电压和电流检测器的使用的一种另选方案是在调制解调器中建立检测器，其中该检测器检测调制解调器输出功率的实分量。然后功率屏蔽调整输出功率的实分量，以使其在调制解调器的发射机频带上尽可能一致。
进一步的改进是在耦合器连接到电力线时，测量或计算该电力线耦合器的耦合效率，并对所述频带上的补偿耦合效率变化进行补偿。可以将该耦合效率表示为将耦合到电力线的功率除以调制解调器的输出功率的实分量的比率。
图2是根据本发明，使用检测器向功率控制系统反馈信息的调制解调器结构的框图。图2中的结构包括调制解调器200和检测器215。
调制解调器200经由耦合器125向电力线120提供输出。调制解调器200包括调制解调器发射机信号发生器105，功率放大器115和功率控制系统210。
检测器215检测由调制解调器200输出的电磁辐射强度，并输出与该电磁辐射强度成比例的信号。将该信号从检测器215提供到功率控制系统210，以修改来自调制解调器200的信号谱，从而提供最佳谱。该最佳谱提供从调制解调器200到电力线120的最大输出功率，该最大输出功率与符合电磁辐射强度所允许的最大值一致。因此，功率控制系统210在将调制解调器功率255限制在电磁辐射的预定电平情况下使调制解调器功率255达到最大。
假定调制解调器200的输出包括第一子频带和第二子频带。调制解调器200通过该第一子频带和第二子频带依次进行发送，并且功率控制系统210调整用于该第一子频带和第二子频带的功率。
曲线图250示出了调制解调器功率255，从电平Pmax1160增加到由功率屏蔽255修改的最大电平Pmax22260。调制解调器功率255减小了在大多数辐射频率范围275上的功率电平，以使得不超出辐射极限165。
图3是利用基于检测电磁辐射而进行的调制解调器发射机谱控制的调制解调器结构的框图。调制解调器300向电力线320提供输出。检测器315经由天线325来检测调制解调器300的输出的辐射场强度。将与该辐射场强度成比例的检测器315的输出反馈给调制解调器300中的功率控制系统310。
图4是利用基于检测电力线上的信号电压而进行的调制解调器发射机谱控制的调制解调器结构的框图。调制解调器400向电力线420提供输出。电压检测器415经由电线425检测电力线420上的调制解调器400的输出的电压电平。将与该电压电平成比例的检测器415的输出反馈给调制解调器400中的功率控制系统410。
图5是利用基于检测电力线上的信号电流而进行的调制解调器发射机谱控制的调制解调器结构的框图。调制解调器500向电力线520提供输出。信号电流检测器515通过检测转换器525和电缆530来检测电力线520上调制解调器500的输出的信号电流电平。将与该信号电流电平成比例的检测器515的输出反馈给调制解调器500中的功率控制系统510。
图6是利用基于检测调制解调器发射机的实际功率输出而进行的调制解调器发射机谱控制的调制解调器结构的框图。图6图示了一种可以完全内置在调制解调器中的系统。调制解调器600向电力线620提供输出。相位检测器615通过连接645来检测电压，并通过电流一电压转换器660和电缆665来检测电流。将相位检测器615的输出650反馈给调制解调器600中的功率控制系统610，该输出650与电压以及与该电压同相的该电流分量的积成比例，与由该调制解调器提供的实功率成比例。
图6还图示了另外一种可选的改进。功率计670在电力线620附近的位置上经由天线675检测并指示由电力线620辐射的和源自来自调制解调器600的信号的电磁场的功率电平。调制解调器600包括调制解调器信号发生器605，该调制解调器信号发生器605可编程以扫描发射机的多个子频带。安装技术人员或者自动系统针对每个子频带计算辐射效率曲线。将该曲线计算为以下两项之比(a)由功率计670指示的电磁场的场强，和(b)在输出650上指示的功率。由安装技术员或自动系统对该曲线的逆算编程到功率控制系统610中，以对调制解调器600的控制环外的因数进行补偿。该控制环包括调制解调器600，相位检测器615和连接645以及电流—电压转换器660。功率控制系统610调整调制解调器600的功率输出，以对在调制解调器600的发射机频带上的比率的变化进行补偿。这种因数在该频带上变化，并且包括电力线信号耦合器效率和电力线辐射效率。
应该理解，本领域的普通技术人员可以作出对本发明的各种替换和修改。然而，本发明旨在涵盖落入所附权利要求范围内的所有的这种替换、修改和变化。
权利要求
1.一种用于在电力线通信系统中使用的多个元件的结构，包括用于向电力线提供输出的调制解调器；用于检测所述输出的参数的检测器；以及用于基于所述参数的值来调整所述输出的功率的控制器。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述控制器在将所述功率限制在电磁场辐射的预定电平时，使所述功率达到最大。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述输出包括第一子频带和第二子频带，并且其中所述控制器对所述第一子频带的功率和所述第二子频带的功率进行调整。
4.根据权利要求1所述的结构，其中所述调制解调器通过在所述第一子频带和所述第二子频带上进行顺序发送来提供所述输出，并且其中所述控制器对所述第一子频带的功率和所述第二子频带的功率进行调整。
5.根据权利要求1所述的结构，其中所述参数包括电磁辐射。
6.根据权利要求1所述的结构，其中所述参数包括所述电力线中的信号电流。
7.根据权利要求1所述的结构，其中所述参数包括所述电力线上的信号电压。
8.根据权利要求1所述的结构，其中所述参数包括与输出电压同相的输出电流的幅值。
9.根据要求8所述的结构，其中所述检测器包括相位检测器，该相位检测器接收指示所述输出电压的输入和指示所述输出电流的输入。
10.根据权利要求1所述的结构，其中所述输出从所述电力线产生电磁辐射强度，其中所述参数和所述电磁辐射形成一比率，并且其中所述控制器调整所述功率，以对所述比率在所述调制解调器的发射机频带上的变化进行补偿。
11.一种应用在电力线通信系统中的方法，包括如下步骤从调制解调器向电力线提供输出；检测所述输出的参数；以及基于所述参数的值来调整所述输出的功率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述调整步骤包括在将所述功率限制为电磁辐射的预定电平时，使所述功率达到最大。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述输出包括第一子频带和第二子频带，并且其中所述调整步骤包括对所述第一子频带的功率和第二子频带的功率进行调整。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述调制解调器通过在所述第一子频带和所述第二子频带上进行顺序发送来提供所述输出，并且其中所述调整步骤包括对所述第一子频带的功率和所述第二子频带的功率进行调整。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述参数包括电磁辐射。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述参数包括所述电力线中的信号电流。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述参数包括所述电力线上的信号电压。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述参数包括与输出电压同相的输出电流的幅值。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述检测步骤是由相位检测器执行的，该相位检测器接收指示所述输出电压的输入和指示所述输出电流的输入。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述输出从所述电力线产生电磁辐射强度，其中所述参数和所述电磁辐射形成一比率，并且其中所述调整步骤包括调整所述功率，以对所述比率在所述调制解调器的发射机频带上的变化进行补偿。
全文摘要
提供了一种使用在电力线通信系统中的多个元件的结构。该结构包括向电力线提供输出的调制解调器，用于检测所述输出的参数的检测器；以及用于基于所述参数的值来调整所述输出的功率的控制器。
文档编号H04B3/54GK1723684SQ200380105333
公开日2006年1月18日 申请日期2003年11月6日 优先权日2002年11月6日
发明者耶胡达·切恩 申请人:安比恩特公司