专利名称：保证通信信号稳定的信号中继系统的制作方法
技术领域：
该信号中继系统适用于信息载波极为单一、受限或基础设施陈旧的环境，比如电 网。该发明可以改进基础设施上数据通讯的连通性、覆盖范围以及稳定性，同时也可以改善 基础设施上通讯的带宽。从整体预算成本、工程展开速度以及质量方面而言，该发明是光纤 到户的强有力竞争者。
背景技术：
本发明的相关背景知识在PCT/N02006/00137中已有陈述，其中一些有相似之处。 如果把电力网的基础设施，如低压和中压配电网，用于电讯系统物理层的信息载体时，比 如Docsis有线电缆数据服务接口规范或DVB数字视频，严格的稳定性技术规范是必需的。 PCT/N02006/00137中的发明可以满足这种稳定性的要求。但是，因为实际应用的电力网络 不同而导致的多样性，其稳定性比纯同轴网络装置或混合光纤网络装置(HFC)要差，虽然比 应用铜线网的ADSL稳定性稍有改善，这点可以从误码率比同轴网络装置高看出。有时这种 信号的不稳定性因为实时网络协议如UDP (用户数据协议)和RTP (实时传输协议)的数据 丢失或抖动而造成。当然，对于英特网、IP语音和单播(Unicast)而言还可以满足使用要 求；这也是因为这些应用的核心程序时间不长或较短，而且单播基本不需要压缩。而且因为 单播时有回传的CRC循环冗余检查并且有数据包重复如缓冲。但是多播(Multicast)时需 要高压缩并且没有回传时，信号的稳定性问题就出现了，比如使用MPEG4协议，如IP电视以 及实况转播要求中断很短。尤其当高清晰度多播应用，如普通电视或高清晰度电视播出时， 实际信号稳定性的需要成为其走向市场的障碍。正如MEPG4所提供的高质量播放就必须有 高稳定的信号。要开发避免此类情况发生的专有通讯层费用和投入过于昂贵，也会造成客户设备 费用太高从而无法开拓大规模市场。众所周知，科技产品的广泛使用基于其单品价格，而低 价只能由符合适合多批量生产的标准实现。比如Docsis和DVBx标准网络调制解调器系统 的使用，质量服务遍及全球。科技产品的广泛应用也就保障了主要设备单品价格的低成本。 802. Ilx的无线网络标准也需要网络连接质量的保证，即使最新的版本也对稳定的连接、低 误码率、低带宽变化率和低抖动有很严格的需求。其他的公开标准旨在应用于以下情况大范围散布、动态噪音和变损的环境等此 类现实情况下很难保证核心业务质量的小众基础设施上。其中一个例子就是Home Plug AV，其它类似的情况也同样适用。主要的问题在于带宽和延时的变化，类似的问题也出现在 中波和短波的公开标准以及专有标准之中，比如Zigbee和PLC出现的类似的问题。对于 Zigbee以及相应的标准，极少的链路使得系统大量利用现有的资源进行自动配置因而造成 干扰或者实时传播的中断。对于PLC而言，频谱中噪音最大的部分在通讯中使用，并且此部 分噪音是无法预测的。最典型的例子就是电线故障所造成的噪音有可能会达到足以摧毁本 应测试到这一故障的PLC系统。双向通讯中的低频率PLC (AMR，自动抄表)不得不使用高 励磁功率，而这也是不现实的，尤其是应用到感应，驱动和位置监视方面。
当以上问题用PCT/N02006/000137解决时，关键的因素在于现有的基础安装 设备，无论考虑到的是低频，短波频率，甚高频，超高频还是微波。因此需要我们把PCT/ N02006/000137中的发明和Docsis以及DVB标准设备进行结合，不出现破坏核心服务质量 的误码率，同时保持短实时传输延时，还要比成本更高的类似产品更具有市场竞争力。我们 需要找到一个新的解决方案，避免安装给以上解决方式带来困难。该发明的相关背景在PCT/N02001/00079、PCT/N02003/00004 以及 PCT/ N02005/00013中已有介绍。该发明的基本目的在于实现电气上互联链路间的绝缘从而达到 避免不同信号间的干扰。这一目的也要通过使用去耦和磁芯分流，以及把电路中有用的频 谱根据上行和下行分成不同的频段而达成的双工通信而实现。本发明的另一个重要基础点 在于，合并转发器中连接处的A/D和D/A接口从而优化波段的利用。在电力网系统中，当有 用的频率区因光纤到户需达到与FTTH竞争的数据速度而受到限制时，耗尽现有电缆的带 宽成为了重要的问题。
发明内容
该发明的目的在于把PCT/N02006/000137中的发明和Docsis以及DVB等公开标 准设备进行结合，保持低误码率以及不影响核心设备的流服务质量，同时保持短实时传输 延时。同时该发明也旨于适应现有的及合适的专有标准。总的来讲，该发明是多方面的结合，适用于多种标准，从而改善稳定性和可预见 性，同时成本不高。该发明的目的在于提供应用于核心服务流上的标准技术，此标准技术应用于所述 的非专用的或所谓的无新线概念(no new wire conc印ts)的小众基础设施。无新线概念 指低压电网、高压电网、信号线、监控电缆以及道路照明网。同时其也包括非标准型的信号 线，PCT/N02006/000137中所提到的导波性状的塑料或金属管网
该发明的目的在于进一步把公开和专有标准的现有市场系统的利用开拓到极致。在 保持系统部件的系统特征的基础上，获得最小程度的延时和信号干扰，IEEE802. Ix和 IEEE802. 16x Wimax就达到了此效果。该发明的目的在于为中带宽和窄带宽网络所使用的公开及专有标准，或实时要求 不高的系统提供稳定的连接和带宽。通过高载波频率利用中继器去除噪声，或在直接通路 和动态拓扑不起决定性作用的信号媒介中提供小范围消减，该发明的目标可以得到实现。 低频率PLC及高一些的IEEE802. Ilx和Zigbee (IEEE802. 15x)就是例子。该发明的目的在于通过标准化设备而使用该设备提供的各种专业优势，比如用于 多播的QoS。该发明的目的在于通过标准化设备而使用该设备提供的各种专业优势，比如利用 网状、栅格、星型拓扑以及它们的组合。该发明的目的在于通过新型的发明获取市场的竞争力。同时连接到用户所在地， 信号的稳定性和服务不会受到影响。该发明的相关背景在PCT/N02001/00079、PCT/N02003/00004 以及 PCT/ N02005/00013中已有介绍。该发明的目的之一在于提供距离客户通讯端最近的信号传输，同时避免多径传输和盲区所带来的信号稳定性方面的问题。该发明的目的之一在于改进电气互联电路之间的绝缘，从而避免同信号及不同信 号之间的干扰，最常出现的情况是同一频率下的信号干扰或者不同频率范围的信号干扰。 因而该发明的目的之一在于阻止频带内部及之间的干扰。这一目的要通过把有用的频谱根 据上行电路和下行电路分成不同的频段的双工通讯并利用去耦和磁芯分流实现。基于此，该发明的目的之一在于进一步开发已上市的发明，使得在现有的电缆的 基础上，增加单条电缆的带宽，尽管这些电缆电气互联，从机械上和电流上都无法分离。除 此之外，为了优化带宽的利用，转发器或应答器的连接点都接合了 A/D和D/A。该发明的目的之一在于进一步深化已上市发明，输出和输入相关问题的解决极大 程度上减少了声道串扰，并且进一步利用了电缆的有用带宽。该发明的目的在于安装的简易和可行性，不能阻碍其他相关设备的安装。该发明的目的在于最大程度上利用增加了的模拟带宽，利用连接终端(端口)之间 的隔离；而这一点可以通过增大同一频率的信号，不用通过频率转化而实现。该发明的目的在于把现有的模拟带宽用共有的低串扰电平分成频带，而此通过 PCT/N02006/000137中所描述的方式实现。该发明的目的在于利用底层结构中的有利拓扑，比如公用电力网。该发明同时必须解决实际的电力问题同时实现一个有开发市场的发明。在所述公 开的发明中描述了本发明可以优化使用的光纤环骨干网的使用，本发明通过最优使用底层 拓扑结构和网络带宽以达到此目的。具体讲，利用电缆调制解调器技术(Docsis)和混合光 纤电缆技术(HFC)。该发明涉及利用标准化的ITU-T J-222 (Docsis3.0)，因此该发明的目 的之一在于利用现有的基础设施从而提供一个除光纤连接之外的方式。该发明旨于利用最小的成本，最快的速度实现这一目的。该发明旨于提供至少可以和100Mbps FTTH光纤到户竞争的带宽。因此，该发明的 目的在于解决公共电网与建筑物电网总用户信号的不连续性。因此该发明的目的之一在于 避免主线上的信号受到客户线上信号不稳的影响。换而言之，该发明旨于优化主线和主电 缆，使得信号不稳定性减小，保证用低压和中压配电变压器的电网主线分发点之间的连续 性。该发明的目的之一在于进一步开发应用于电力网的遥测和其他测量，包括三重业 务，该发明主要涉及IP界面的遥测和人机操作。该发明允许电缆数量，频域宽度，频率频道 的数量，活动分发连接的数量，不同分点处VLAN层的分布连接数量的比例缩放。该发明的目的之一在于通过优选的IP界面基于电力基础设施或者其它类似基础 设施为任何需要通讯带宽的目的提供最大可能的带宽，比如WIFI、Femtocell通讯、电视监 控、各种目的的监控以及其他目的的电讯设备。简而言之，该发明目的在于解决“无新线概念”所出现的信号不稳定性和错误的不 可预测性。该发明也可用于其他领域，比如铁路系统中的架空线路或者其它类型铁路或者 测量设备，为近距离或远距离移动物体获取稳定和大带宽的双向通讯。该发明的相关应用 出现也在于现有的铁路系统，其高速通讯可以用简单的金属线安装实现，安装的过程和方 式都比现有的金属线方式简单。该发明还可以延伸到气管、水管、下水管道的结构安装，同 时节省了开支。其他方面的应用还有待发现。
该发明结合了 PCT/N02006/000137的发明和如Docsis和DVB开放标准的设备，因 而当媒介中弥散特性成为持续性的问题时，没有因高误码率或者抖动而损害核心流服务使 用的信号不稳定情况出现。该发明使在一个系统内部结合使用不同标准成为可能，即开放标准和专有标准。该发明在使用公认的标准时没有不利的改动，因而在所谓的“无新线”概念下的电 信通讯服务得到极大的益处，因此，该发明的主旨在于基于小众的基础设施上，即是在所谓 的“无新线”情况下，可以在核心服务流中使用标准化的技术。该发明通过在电网中使用转发器为基础的系统，在在标准化通讯系统(如Docis、 DVB)的最底层应用了协同作用，进而避免了包丢失，还给带有MPEG4的IPTV提供了商机。具 体讲，该技术涉及到OSI (开放系统互连参考模型)某一个链路和物理层。该发明提出的转 发器为基础的系统使得载波的噪声比几乎保持不变，即使是从发散信号的头端到节点。该 发明可以选择在链路层或者物理层进行连接。该发明转发器为基础的系统保证了主要设备的通讯质量，在一定的频率区域内几 乎可以和同轴电缆媲美。该发明转发器为基础的系统在信号媒介中弥散特性的变化时，也 能保证误码率保持在可接受范围。该发明只对标准化设备在允许的范围内做了很小的改动，和其他昂贵的科技产品 构成了一定的竞争力。该发明保证了输出及输入耦合(该项对于信号的稳定性，连接性以及服务的质量 至关重要)都可以实现工业化生产，包括用户自助服务以及其他项目。该发明极大地保证了信号和服务质量一直到客户和服务节点连接这一最后关节 都保持稳定。比如，和宽带猫之间的稳定连接以及本地数字电视通过无线路由器或电源插 座的本地连接的稳定性。本发明的一个具体实施方案中，差分连接的线路之间的绝缘得到了改善，方法是 在离差分耦合的线缆间的最接近的位置安插一个小型配件。该发明通过差分导线间串联的 阻抗，以及在含有电容的电路中导体之间的低并联阻抗实现绝缘。在本发明的许多具体实 施方案中，串联阻抗由在铁氧体环状磁心或环形电介质上的夹钳组成，这是因为只有他们 含有绝缘导体的电感。相对较短的导线组成的电感有可能产生一百微享或更多地阻抗。电 力网中的差分导线有可能是两条，三条或者四条电力线中的两条。该发明同时为在与多个 客户连接的或只与一条主线相连接的主线上的全双工通信的上行和下行信号使用了不同 的频带。该发明的一个具体实施中为在汇合节点和客户之间的用户电缆使用了第三条频率带。该发明可利用标准电力线的扩频，比如正交频分复用(HomePlug)，使用2到30赫 兹的半双工。该发明可以给在同一节点的多条电缆系统增加带宽，同时实现他们之间的信号隔 离，所述的多条电缆可以在同一频率区域内传递不同的信号但又互不干扰。这种情况适用 于传播承载同一信息的信号比如实时网络协议或者传播承载不同信息的信号比如因特网 或者不同的IP电视节目。以上所提到的同一节点上不同线路传输不同的信号的情况出现 于公共电力网，接线盒，街道接线盒，高架电缆节点，建筑中的缆线连接，工业和通讯基础设施之中。这里所提到的传输不同的信号可以保证不出现串音，噪音比的程度也不会减少带 宽或增加误码率。在该发明的应用中，从主电缆分离出的垂直电缆给上行和下行用的是不同的频 带，因此主线或主电缆可以使用全双工，从而通过保持环路增益负值而使用相同的频率增 益。因而该发明可以最小化主电缆或主线之间的冲突问题，从而避免了客户线影响主线的 容量，也就是主线的容量将不再依赖于客户线的容量。通过设置在汇合点上的中继器中的 A/D D/A接口，本发明可以在主电缆上的汇合点上使用次级协议连接到用户端。垂直线及客 户线上一些线路间的绝缘可以是半双工，因此不会对整个系统有很大的影响。该发明的一个重要点在于避免信号偏离传输线路，也就是说，本发明中信号只通 过互相耦合输出输入电路进行传输，并且不能耦合到不好的传输媒介中去。因此发明中有 用的带宽被大幅增加，不仅是减少了的寄生阻抗。同时有用的频谱上限值也有所增加，同时 发明改善了对称性因而减少了串音耦合，降低了辐射水平改善了稳定性。该发明在取得以 上成就的同时把底层操作的障碍降到最低。在某些应用中系统模拟带宽通过利用最大带宽 得以增加，这可以通过不转变频率的情况下加强信号而实现。在某些实施方案中，该发明也 可以通过把现有的扩大的模拟带宽分成不同的频宽，同时伴有很低程度的串音现象。在某 些应用的情况下，在不要求分发信号的节点处可以实现被动旁路耦合。该发明方便主动旁 路耦合的安装，而该主动耦合在节点处的至少一个方向安装了转发器，该转发器的目的在 于保持信号稳定性，对架空电缆网络尤其有用。该发明旨于开发在现有基础设施中利用短距离电力线缆进行通信，并避免信号的 丢失以及弱化信号参量，比如抗干扰性。因此该发明旨于解决基础设施中电流阻隔所造成 的不连续性，挖掘在代表不连续性的基础设施组件中可能存在有利于信号传播的特性。该 发明会为客户端提供如变电站中光钎所能提供的大带宽。本发明的具体实施方案中会使用 这里所提到的光纤入口作为光纤环系统的一部分。该发明使得光纤尽可能延伸到客户端因 为主线上的一个或多个节点实现光纤连接，因此节点处可以有更大的带宽。与此同时，更多 的带宽通过最后的电力信号段可以分配到客户端，比如A/D、D/A以及OFDM调制。本发明的 一些具体实施可以使用类似的方法在本发明提出的系统中部分利用同轴电缆以接近光纤 环的带宽。该发明多方面都成功的做到了通过让主线通讯尽量独立于分线通讯，以保持主线 上信号的稳定性。因此，在此发明中，主线的通讯稳定并具有可预见性。同时该发明也给垂 直电缆提供了专有的频带，这些垂直电缆频带相同。电缆之间的隔离保证了分线之间的低 干扰，与此同时绝缘为每一个分线都提供了适合的信号动态范围。最常见的分线动态信号 范围在256 QAM时为30dB，除此之外电缆衰减的平均值为15 dB,总计为45dB。该发明中所 述的或窄或宽的动态范围，在不同分电缆上的与PHY无关的半双工通讯的信号动态大于线 路之间的绝缘时，使得避免包丢失成为可能并提供了载体检测，该发明还给支线的通讯提 供了一定的质量服务(Qos)，其目的在于最大程度上利用支线的带宽，并支持最需要的通讯 协议(如UDP协议)和保持主线通讯或其他支线通讯之间的独立。该发明还利用了电力以及 其他形式的遥测，因此，该发明除了以上的用途之外，还有很多其他的利用空间。在该发明的一些部分之中，通过来自主线的支线通讯的客户单元被合入了测量单 元，过滤掉来自住宅等方面的噪音。以上所提到的遥测以及人到机器(M2M)都是通过IP互联实现的。发明的另一目的在于最大限度的利用电力系统中的带宽容量，因此该发明还可以 应用于类似的基础设施，并且其带宽几乎可以适用于所有通讯带宽的需要，尤其是IP界 面，比如，WIFI基站，Femtocell (毫微微蜂窝式基站)通讯，电视监视，各种监控，以及其他 通讯空间。
附图通过矢量圆图描述了该发明如何把把最底层协同作用应用于标准电子通讯 中。
具体实施例方式该发明通过把不同标准连接到链路层、物理层以把不同标准结合起来使用。如果 该发明利用的是标准化的调制类型，最佳选择是直接连接标准化的物理层，有时需要改变 频率。通过连接到链路层，该发明可以利用不同类型的另一标准的调制。该调制可以实施于 发明的转发器中，转发器可以如PCT/N02006/000137中所述成为信号集线器的一部分。在 该信号集线器中，使用同一频带的信号在输出和输入两个方向都可以分成不同方向不同频 率的频带，继而该发明可以获得不同方向不同线路的独立信号处理，当然这是基于所用的 线路和方向是绝缘的。该发明还可以在不同的系统部分利用不同类型的调制，同时通讯协 议的最上层没有很显著的延时。为了优化最终的使用效果，利用了不同的载体频率，不同的 调制，以及不同的通讯层接口。而这种优化也取决于不同信息载体及相关的基础结构中的 特征。该发明还可以使得信号集线器和客户端单元在系统内任意节点运用解调器和调 制器。该发明同时利用了线路之间的绝缘，应用了相应的信号集线器。此处所说的线路 可以是从低压电网中的节点盒/柱分离出来的用户线路或者从低压变电站而来的垂直电 缆。因而阻止了不同线路之间的信号干扰，同时这些信号之间的直接联系也得到了阻断。 在各自的线路上，信号可以最大程度的利用现有的模拟带宽，每一个线路都有相应的解调 器。该发明解决系统相应问题的另一个途径是利用不同类型的调制和协议。因此在该发明 中，调制解调器和产品之间的联系可以在比IEEE802.3链路层更高的层实现，在主要的分 支点，有可能为千兆位的链接。而链接有很少或没有用户或其他中心分用，因此延时是在可 接受范围的。该发明的另一个优势在于成本适中的主设备与副设备因为PCT/N02006/000137 种所述的信号集线器的从设备只能和单一的配套主设备通信。在该发明中，不同的主设备 应用于不同的线路上并且每个主设备均能和多个从设备通信，用户线之间的绝缘可以通过 增益和衰减的单独控制得以实现。该发明的另一个方面是电缆调制解调器Docsis从数据转发器开始的使用，以及 在难度大的情况下，调制解调器和HomePlug或者xDSL Master从主线穿过垂直电缆到达客 户的应用。在该发明中，可以将Docsis模块缆线数据转发器(M CMTS)应用于使用OFDM调制作为调制接口的EdgeQAM。该OFDM调制在本发明的一个具体体现中可以交叉调制返回QAM， 客户可以得到低价的标准电缆调制解调器。该发明有一定的商业市场和工业化生产潜质，原因在于该发明所开发的是在没有 专业技术人员操作的环境下，用户自己可以安装到位。为了更好的保证这一点，该发明在不 同的电讯层面的不同接口中有着链接。该发明同时发现当励磁功率为OdMm或再多点时，客户住所的高噪音对回传的影 响不大，因此该发明通过家中电力插座相耦合的一个客户机(尽量接近输电口保险丝板)使 用回传。上文所提到的客户端耦合到更高频率的输出信号上，因而更不容易受到噪音的影 响。在电力输入和保险丝板上，该发明用次级用户机使回传的信号基本没有减弱的被动穿 过。上文所提到的客户机有可能主动向上转换回传的信号，从而有效地用利用非电流 耦合器而实现再耦合。客户端通过松散耦合接收输出信号，并可以由客户自行安装。该松散 耦合可为电感的或电容的，非电流耦合器，但包含有一个有可能由电表构成的电力过滤器。 上文提到的下行信号频率向上转换到客户端主要用于接收的第二个频率，然后该客户端可 以直接耦合到一个开放标准的调制解调器或安装一个和调制解调器搭配的设备，所述设备 可以包含一个频率转换器以保持调制解调器的兼容性。有两个客户端的解决方式为如下 其可以作为专业人士安装的调制解调器和电力入口或者保险丝盒的Ethernet接口的一部 分。为了使得该方式更为有效并且增加电力输入端和接点的距离，该发明利用了电力 缆线的布局，具体讲，把电力插座放置到防止连接到电缆的低压负荷干扰其对称或差分特 征的位置。该布局包含一个有插座的盖板，该盖板或插座含有对应不同信号的带有空气空 隙和电容分流器的铁氧体环绕磁芯，这样可以防止电负荷影响该发明中电缆线的信号，同 时该盖板或插座还可以转发客户端与家中任意位置的信号。连接客户端与家中任意位置的 信号是通过和通讯协议的上层中实现的，具体讲，比如HomePlug或者HomeAlIiance，包括 居室内通过电路传输的物理层。以上所提及的电插座的其中一种就是电缆两端都有插销以 便于连接两种不同的电保险丝电路同时作为低压电的屏障。该种电插座同时也是无线电设 备的机械和电力供应主机，可以用于很多用途。该发明的进一步体现在于无线电设备的频 率转换信号可以调整到适当的频率，以便于利用电缆改善在家里的任何位置电线传输的信 号。与电力网节点相通信的用户机随着保险丝盒同电力插座连接到一起提供最严格的未被 使用的数据协议。从工业用途方面看，与电网内部缆线的连接，还有室内，建筑内部或室外 的连接相关的安装不到位所带来的问题也可以得到解决。而此处所提到的问题是通过在狭 小空间内使用几何，对称连接，并使用低电流卡箍连接。该低电流卡箍的最简单形式就是绝 缘导体周围使用塑料扎条，该卡箍内的导电螺钉形成电缆导线和信号线之间的电流接触。该发明也可以使用裸线或其他介质，同无线电链路预算中的球形损耗相比，该发 明的损耗非常低。即使是穿过天线塔的绝缘体，由于两端的电线彼此耦合，该损耗几乎可以 忽略不计。同时给铁路电动机车提供电力的高架电力线，在适度的载波频率范围内该损耗 也可以维持在低水平。该发明利用街道和公路两边延伸的细电缆(比如路灯杆)，同时该发 明也可实现无线通讯。在该发明中，利用了相对距离较宽的两个或多个频带以在电线上出 现冰雪堆积的情况下产生冗余。该发明通过利用电线的传输减少多途径干扰对信号稳定性的影响，具体而言，该发明对线路上安装的中继器和转发器使用低效率的输出输入耦合。因 而该发明可以使用标准天线设备，比如电缆附近安装的传感器；与此同时天线塔系统的接 地线或低压裸线可以使用和电线的直接耦合。尽管使用该耦合的输出和输入耦合损耗总额 很大，但是仍比无线电连接的自由空间损耗，菲涅耳区损耗以及视觉损耗要低。因此总而言 之，从各个方面看，该发明的转发器都更为简单而经济。在该发明中，无线电连接中的无线电配件可以通过适当的密封装置直接安装到电 线上，并同转发器之间保持有合适的间隔距离。该发明中与电线的耦合是通过无线电设备 的天线实现的，因此该发明使得在使用标准设备的同时没有造成物理层，链路层以及其他 层面的链接干扰，而且延时也不会构成一定的问题。Zigbee就是一个很好的体现，Zigbee 无线电设备安装在线路上合适的位置，同时802. Ilx无线电设备也适用。该发明极大地减 少了共享频段之间的抗干扰性问题，同时降低了对网状和其他动态拓扑的消耗。该优势是 通过竖立的专用铜线实现的，进而实现了完全的稳定性和连接，使得实时协议的QoS成为 可能。这里所提到的铜线可以很细或有着很薄金属层的超细尼龙线。在该发明中，在线缆上或邻近处有必要使用应答器，这样才能通过输出和输入对 线路的耦合同无线设备建立联系。在该发明中，辐射损耗足够建立同无线设备的耦合及稳 定的连接。这一点也使得简单的金属天线可以作为波导管，尤其是塑料或金属材质制成的 管状结构中。在该发明中，微波无线电的输入和输出耦合被安装到了一个塑料管的附近，考 虑到塑料对气体的反差，塑料对液体介质的反差以及塑料对固体物质的反差，该塑料管作 为波导管使用。在该发明中，在没有低压电的地方使用了不同的方法为系统所需的转发器，应答 器，信号枢纽，路由器，桥接器和接入点提供电力。该不同的方法包括使用太阳能电池以及 充电电池。同时在该发明中架空电力线使用了环形变压器；邻近高压电线的电势垒静电探 杆也提供了电力配给，该探杆可以由高压屏蔽线构成，一定长度的屏蔽线可以用来电力连 接。通常情况下，考虑到绝缘，漏电，防水，电缆线带有标准端接。探针由电线或金属棒构成。 从另一方面看，该发明在高电流负荷的情况下，在高压导体适当的距离处使用了有感环路。 进一步讲，该发明利用了环绕高压导体的环形磁芯的互感，而该互感器为单匝初级线圈；除 次级绕组之外，该互感器还有短接互感器的一级绕组，此短接由一个电子设备在高频率下 切换。该电子设备可以由互感器启动，也可以从太阳能电池或充电电池处得到启动能源 以保持其运行。前面所提到的环形磁芯最好能浸透于高压导体的电流中。该发明多处使用 了一个小型匹配设备，该设备通过连接导线的两个短导线实现差分耦合。该短导线和导体 的连接通过小型电缆夹钳实现，该电缆夹使得耦合可以尽可能的接近交汇点上的上述导体 朝终端延伸的一点。这两个短导线不能长于十厘米以便于调整，最大程度的开发利用有效 频段，如100MHz。同时这两条导线组成的电感在尽可能高的频率下通过匹配设备里的电容 器达到共振。该电容器形成了一个与网络的杂散阻抗和引线阻抗相匹配的Π型滤波器。前 面所提到的两个短导线在匹配设备里通过各自的高压电容连接，该高压电容为有电压的耦 合电缆提供了屏障。电缆阻抗通常在30到400hms的区域中，通过匹配设备转化为适合信 号电缆的阻抗。这里提到的信号电缆从匹配设备中伸出到要连接的部位，同时该信号电缆 可以是电讯标准电缆的双绞线。匹配设备/装置和分路器分别安装指示灯(该指示灯表明和电力线的电流接触，便于安装和以后的检修)。此处所提到的匹配设备也配置了用于旁路 浪涌电压的部件。该匹配设备还含有低通滤波器，用于连接所述匹配设备的带电端和给匹 配设备主动组件提供电力供应的电缆。该匹配设备含有至少一个共模电感圈，同时有高频 转换器提供电流屏障以避开浪涌电压通过信号部分。该发明还包括信号的隔离。为了最 大程度上实现主线上线路之间的隔离，分开的两个匹配设备可以连接到主线电缆的不同电 缆对上。在该发明中每个匹配设备都安装了并联电阻，并通过此改善隔离状况。比如通过 至少三个滤波器的没必要的耦合。首先必须包含有电感，该电感可以是安装在至少两个导 体上的铁氧体磁芯，同时至少一个并联电阻，电线或者导体的电感，然后至少另一个并联电 阻，最后又是至少两个导体上的铁氧体磁芯构成的阻抗。该发明中，并联阻抗而不是电容器 构成滤波器网络。该网络包括电容器和电线电感以实现高频率下的低的并流阻抗。该低并流阻抗是在并流阻抗连接线的电感帮助下，通过宽频串联谐振实现的。这 里所提到的并流阻抗的连接线可以在电容网络帮助下由绝缘线构成，同时共有的电线电感 提供了很多频率的串联共振。电容器网络可以含有低压陶瓷电容器因为分路设备本身也含 有一系列的高压电容器作为50到60赫兹电压的屏障。该发明中信号的隔离可以防止设备 受到主线浪涌所造成的损害，包括相关的客户端防止受到主线浪涌所造成的损害。电力基 础结构中的差分导体通常为两条，三条，或四条导体中的两条。四导体电力系统中的两导体 可以更有效的用于差分传输。该发明把不同的频率带应用于主线上的全双工输入输出信 号，不同的客户线缆与该主线相连接。该发明中的每一个带宽都被进一步的分成更小的频 道以在每一个频道都实现恒定比特率传输。埋地电缆系统最低一层的频道在转发器间展示 5到20分贝的动态，而最高一层的频道转发器之间的为20到40分贝的动态。在架空缆系 统中相对应的数据为2到5分贝和10到30贝。因此该发明更有效的利用了调频，在256 正交振幅和1024的持续基础之上。也正因为如此，在所有的连接点和发送点上实现了冗 余，每个配电站上都有频道选择以实现稳定的比特率传输。这一点的实现也是通过把电缆 调制解调器技术应用到主线，四个输出频道并列，同时多个输入频道并列实现的。在一些发 送点，该发明安装了电缆调制解调器并将其连接到通讯设备。该通讯设备有不同的通讯协 议和物理层，同时可以在MAC层与PHY有桥接功能，使用OFDM扩展频谱调节并在电力线设 备中(HomePlug)使用半双工传输。该发明可以实现一个分线使用一个电缆调制解调器和一 个OFDM电线设备。在某些方面，分线处使用一个电缆调制解调器可以满足要求，该电缆调 制解调器连接到一个开关或路由器，而该开关或路由器连接到数个电力线，一个电力线设 备是一个分线，该分线可以是虚拟局域网的一部分，使用支持Quality of Service和IGMP 的标准。同时发送点的电缆调制解调器为ITU-T J222 (Docsis 3. 0)标准。因此该发明可 以捆扎不同层的多个频道包括最大带宽的MAC层以及VLAN。该发明使得同一发送点的多个 电缆系统增加带宽，同时保持信号的隔离。有信号隔离的电缆可以在同一频带内，在使用匹配设备耦合以及利用铁氧体磁芯 和并流阻抗实现隔离的帮助下实现不同信号的分发。因为不同电缆上输入耦合的频带是一 样的，同时输出耦合的频带也相同，该发明实现了线缆间隔离，并且对于40到50分贝的动 态是足够的。这样的动态即使持续而不可调节的高达1024 QAM的调制也是足够的，当然前 提是PHY不用半双工载体探测并且使用高动态避免冲突。在相同的分发点的不同电缆上使 用不同信号的最好的体现就是公用电网中的变电站。进一步的还有接线盒，街道接线盒，架空电缆系统中的交汇点，以及建筑，工业用途及电信设施，家庭，住房中的电缆电板，保险丝 板。在该发明中，在分发起始的主电缆中给输出和输入信号使用了不同的频带尽管现有的 模拟带宽极小。因此在该发明中可以沿着主线或主电缆使用全双工以达到最大的稳定下行 带宽的，同时同一个频率上的信号可以进行放大进而最大程度的利用电缆带宽。在该发明 中，使用了多个兆赫的最大截止坡度的全双工滤波器，同时该滤波器有高截止带阻以保证 环形增益保持足够的负值。该环形增益保持足够的负值，和转发器中内部环形耦合形成对 比，外部的环形耦合通过由前文所提到的匹配设备以及结构而达到，同时前文所提到的信 号绝缘和相对于传输速率的模拟带宽也可以达到。当绝缘达到40到50分贝时，根据相同 频率增益使用的类型，稳定的相同频率增益可达到25到40分贝。该发明得到一致的增益， 同时又最小化可能的相位噪声和振动，并且动态的范围只受环形增益局限。在该发明中，信 号加强，信号减弱以及均衡化的远程控制用来维持对负环形增益，增益以及稳定性的控制， 尤其是在安装和实施的时候，当然对操作的过程也有好处。在转发器安装位置灵活可变的 架空电缆中，该发明可以只需要10到15分贝的净增益。该净增益适用于最高的频率，而有 最小净增益的低频率既可以为负也可以是被动的。在该发明中，交汇处不要求分发线路的 至少两个主线之间的被动旁路耦合可以实现。该旁路耦合通过连接上文所提到的标准设备 中的里的两个信号电缆实现，同时该旁路耦合主要适用于架空电缆系统。由此可见，该发明 简化了旁路耦合的安装，把分发点上至少一个方向的转发器增强以保证信号和免疫，这点 在架空电缆系统中尤其有意义。在本发明中，该被动旁路的方法可以与标准的或专有的半 双工通讯技术一起使用。旁路是通过包括配电线的被动集线器实现的。
在该发明中，分线运用一个专有的频带，与此同时，由于OFDM而造成的低效带宽 变得无关重要因为分线事实上拥有整个频段，并且没有因其他分线使用相同频带而造成带 宽减少。对于2-30赫兹频带，这意味着速度可达200Mbps并状态良好。分线上典型的动态 要求为30dB在256QAM时，并加上平均电缆损耗的15dB。利用这种动态或者更低的动态范 围，该发明可以避免包冲突，同时可以用半双工通讯在分线间进行载波探测。这里所提到的 包冲突和检测有可能由每个分线上超过线间绝缘的PHY动态造成。在该发明中，利用半双 工电力线设备时，通过给予相同设施以稍微不同的时钟频率，来避免冲突。因此在该发明中 载体探测和避免冲突设备可以不使用分线之间造成相互干扰的资源，尽管他们出于同一个 频带而且动态信号比线之间的绝缘要大。同时自适应调制可以运转正常，并在串音层提供 抗噪音和偏差功能。在该发明中，分线上的通讯频带分离，该分离通过把频带向上转化到一 个冗余频道，而该频道高于主线所使用的最高频率。因此当主线电缆的高频率效果很差或 地下电缆很长时，主线所使用的整个频率区域都移到了低一点的频段上。该向上转化只在 分线的一个信号方向出现，这样可以避免干扰主线，但是有的地方也在两个方向上都发生。
权利要求
一种适用于含有一条或多条主电缆，并含有客户分电缆的电力网的信号中继系统，其特征在于每一条主电缆上的单一信号中继系统方便了使用PHY和通讯协议与分电缆节点之间的全双工通讯，同时至少一个所述节点促成了至少一个所述全双工通讯的调制解调器与二级通讯设备在上述节点的接口。
2.根据权利要求1所述的信号中继系统，特征在于至少一个所述节点通过使用半双工 的IP接口和扩频PHY与一个客户分线耦合。
3.根据权利要求1所述的信号中继系统，特征在于在所述主电缆上与所述节点之间的 通讯使用电缆调制解调器技术。
4.根据权利要求1所述的信号中继系统，该信号中继系统在所述主电缆上的承载力可 按比例缩放。
5.根据权利要求1所述的信号中继系统，该信号中继系统在所述分电缆上的承载力可 按比例缩放。
6.根据权利要求1所述的信号中继系统，特征在于客户机内建于电表中。
7.根据权利要求1所述的信号中继系统，特征在于客户机和保险丝板相结合。
8.根据权利要求1所述的信号中继系统，特征在于客户机可由客户安装到保险丝板外部。
9.根据权利要求1所述的信号中继系统，特征在于上述节点的带宽可用为任何目的的 数据冗余。
10.
全文摘要
通用类型的信号中继器,通过使用不同的标准和不同的调制类型以改善各种基础设施的特性,尤其适用于电力网。
文档编号H04B3/54GK101978613SQ200980106008
公开日2011年2月16日 申请日期2009年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者盖尔·蒙森·瓦维克 申请人:盖尔·蒙森·瓦维克