KR20040093696A

KR20040093696A - 다양한 선로상에서 다중변조된 반송 주파수를 이용한고주파수 네트워크 다중 통신

Info

Publication number: KR20040093696A
Application number: KR10-2004-7011705A
Authority: KR
Inventors: 챨스 아브라함
Original assignee: 새티우스 인코포레이티드
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-11-08
Also published as: WO2003065597A3; MXPA04007513A; KR100969885B1; US20020071452A1; AU2003210791B2; ZA200405552B; EP1470700A4; CN1623318A; EA006284B1; WO2003065597A2; US6686832B2; EP1470700A2; EA200401002A1; CA2474817C; BRPI0307405A2; CA2474817A1; JP2005516523A

Abstract

중간 및 저 전압 전력선에 대하여 변압기를 통해 케이블 TV, 전화, 인터넷, 보안 및 다른 제어 응용분야에 관한 고주파 다중 전기선 통신용 장치가 제공된다. 이 장치는 전기선(18)을 따라 2 이상의 위치 각각에서 송신기, 수신기, 모뎀(14), 다중화기 및 다수의 커플러(28)를 포함한다. 커플러는 공심 또는 유전체 코어 변압기(22)와 직렬 연결된 용량성 회로를 갖는다. 용량성 회로는 변압기(22)와 기선택된 주파수에서 공진한다. 커플러(28)는 잡음을 제거하고 기 선택된 주파수에서 전기선의 특성 임피던스에 정합하며, 전기선상에서 통신을 선형화하고 장거리에 대해 고속의 데이터와 음성 통신을 제공한다. 다수의 변조기 및 복조기는 다수의 변조된 반송파 주파수를 생산하는데 사용된다.

Description

다양한 선로상에서 다중변조된 반송 주파수를 이용한 고주파수 네트워크 다중 통신{High Frequency Network Multiplexed Communications Over Various Lines Using Multiple Modulated Carrier Frequencies}

“전력선 반송파”는 전력 시스템 통신 분야에서 잘 알려져 있다. 전력선 반송파의 주요 요소는 송수신 터미널이며, 하나이상의 전력선 트랩(trap), 하나 이상의 커플링 커패시터(coupling capacitor)와 조절 및 결합용 장비를 포함한다. 일반적인 전력선 반송파에 대한 설명 및 구성에 관하여, 자세한 정보는 “Fundamentals Handbook of Electrical and Computer Engineering Volume II: Communication Control Devices and Systems, John Wilsey & Sons, 1983, pp617-627"에 기재되어 있으며 그 내용이 참고상 본 명세서에 포함되어 있다. 종래의 전력선 반송파와 관련하여 중요한 문제점은 하나 이상의 전력선 트랩, 하나 이상의 커패시터, 하나이상의 커플링(coupling) 변압기, 또는 반송파 주파수 하이브리드 회로 및 주파수 연결 케이블에 대한 요구조건이다.

모든 전통적인 커플러(coupler)는 페라이트(ferrite) 또는 철 코어(core) 변압기를 내포하며, 이러한 변압기는 송신 커플러와 수신 커플러 간의 전달함수가 비선형적인 위상 특성을 갖기 때문에 신호왜곡을 유발한다. 왜곡은 히스테리시스를 보이는 자심 물질의 존재로 인해 발생한다. 배전 전력선 반송파와 관련하여, 신호가 적어도 세 개의 그와 같은 비선형 기기, 배전 변압기와, 페라이트 코어 변압기를 사용하는 두개의 전력선 커플러를 통해 전파하여야 하므로 왜곡은 특히 심각하다. 이러한 비선형 기기에 의해 유발되는 왜곡은 통신 속도를 제한하는 포락선 지연 왜곡에 이르게 된다.

전술한 형태의 주요 단점은 신호 커플러에서 페라이트 또는 철 코어 변압기를 사용한 것에서 발생한다. 코어의 비선형성으로 인해 1차 권선 인덕턴스(L1)는 미지의 값으로 변경된다. 이는 소기의 반송파 주파수로 동조하지 못하는 결과를 야기한다. 또한, 소기의 반송파 주파수에서 1차 권선의 임피던스는 더 이상 전력선 특성 임피던스와 정합하지 않는다. 이러한 사실을 인지하여, 다른 형태는 큰 커플링 커패시터(약 0.5μF)를 사용하여 전력선상의 신호를 낮은 송수신기 입력 임피던스와 단지 결합하려고 시도한다. 이는 반송파 주파수에서 20dB까지의 심각한 커플링 손실을 유발한다.

미국특허 제 6,407,987호(아브라함)는 새로운 위상천이 선형 전력, 전화, 꼬임 쌍, 송신 및 수신용 동축 라인 커플러를 공개한다. 위상 천이 선형 커플러는 신규의 공심 또는 유전체 코어 변압기를 포함하며, 이러한 변압기는 전화선, 동축,LAN 및 전력선 통신에 전력선 변압기를 통해 사용될 수 있다. 위상 천이 선형 커플러는 라인 특성 임피던스의 거의 최소값으로 저항성 정합을 이루고 라인상에서 최대한 안정적인 신호전송을 하기 위하여, 커플링 커패시터 망을 더 포함한다. 이러한 공진은 반송파 주파수에서 효과적으로 대역 통과 필터를 생성한다. 미국특허 제 6,407,987호는 본 명세서에서 온전히 그대로 참조된다.

전력선 특성 임피던스와 공진하는 페라이트 또는 철 커플러를 사용하여 노치(notch), 석아웃(suck out)과, 전력선과 같이 다양한 라인에 대해 통신용 비선형 매체를 야기하던 종래 형태의 많은 문제점을 미국특허 제 6,407,987호에 기재된 형태는 해결하였다. 미국특허 제6,407,987호의 위상 천이 선형 커플러는 통신 대역폭에서 노치를 가지지 않으며, 광대역 주파수에 대해 선형 통신을 가능하게 한다.

그러나, 고주파(예:200MHz-500MHz)를 사용하여 다중 디지털 데이터 신호를 동시에 송신 및 수신할 수 있고, AC, DC, 동축 케이블, 꼬임 쌍 라인을 포함하여 전력선 및 전력선 변압기를 통해 장거리 상에서도 광대역폭을 사용하여 고속으로 통신할 수 있는 전력선 통신시스템에 대한 필요는 여전히 존재한다.

본 발명은 향상된 전력 시스템 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, AC, DC, 동축 케이블 및 꼬임 쌍 라인(twisted pair line)을 포함하여 전력선 및 전력선 변환기를 통해 장거리 상에서 고속으로 다중 디지털 데이터 신호를 동시에 전송하고 수신할 수 있는 장치에 관한 것이다.

하기 발명의 바람직한 실시예 뿐만 아니라 전술한 발명의 요약은 첨부된 도면과 함께 고찰할 때 보다 잘 이해될 것이다. 발명을 도해하기 위한 목적으로, 바람직한 실시예가 도면에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 도시한 상세 배열 및 배치에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

도1은 본 발명의 커플러의 전력선에 대한 특성 임피던스를 도시한 것이다.

도2는 본 발명에 따른 전력선 통신 광역 네트워크의 개략 블록도이다.

도3은 본 발명에 따른 반 이중 전력선 모뎀의 개략도이다.

도4는 본 발명에 따른 전 이중 전력선 모뎀의 개략도이다.

도5는 본 발명에 따른 전력선 통신 장치의 개략 블록도이다.

도6은 도5의 전력선 통신 장치에 사용되는 제1 주파수에서 변조기의 개략도이다.

도7은 도5의 전력선 통신 장치에 사용되는 제2 주파수에서 변조기의 개략도이다.

도8은 도5의 전력선 통신 장치에 사용되는 제1 주파수에서 복조기의 개략도이다.

도9는 도5의 전력선 통신 장치에 사용되는 제2 주파수에서 복조기의 개략도이다.

도10은 도5의 전력선 통신 장치에 사용되는 이더넷 인터페이스의 개략도이다.

도11은 제1 세트의 주파수에서 도5의 전력선 통신 장치에서 사용되는 커플러의 개략도이다.

도12는 제2 세트의 주파수에서 도5의 전력선 통신 장치에서 사용되는 커플러의 개략도이다.

도13은 도5의 전력선 통신장치에서 사용되는 전원의 개략도이다.

요약하면, 제1실시예에서, 본 발명은 특성 임피던스를 갖는 하나 이상의 전기선을 거쳐 다수의 전기신호를 통신하기 위한 통신장치이다.

통신 장치는 약 200MHz 이상의 기선택된 주파수를 갖는 변조 반송파 신호를 생산하기 위하여 전기신호를 변조하는 변조기; 변조기에 전기적으로 연결되고 출력 임피던스를 갖으며, 변조된 반송파 신호를 송신하는 송신기; 및 전기선과 송신기사이에 연결되는 커플러를 포함하며, 커플러는 송신기 수단의 출력 임피던스를 전기선의 특성 임피던스에 정합하고 상당한 위상 왜곡 없이 변조된 반송파 신호를 전기선에 통신한다.

제2실시예에서, 본 발명은 전기 신호를 특성 임피던스를 갖는 하나 이상의 전기선을 거쳐 통신하기 위한 통신장치로서, 약 200MHz 이상의 제1 기선택된 주파수를 갖는 변조 반송파 신호를 생산하기 위하여 전기신호를 변조하는 변조기; 변조기에 전기적으로 연결되고 출력 임피던스를 갖으며, 변조된 반송파 신호를 송신하는 송신기; 전기선과 송신기 사이에 연결되며, 송신기 수단의 출력 임피던스를 전기선의 특성 임피던스에 정합하고 상당한 위상 왜곡 없이 변조된 반송파 신호를 전기선에 통신하는 제1 커플러; 입력 임피던스를 갖으며, 변조 반송파 신호를 수신하는 수신기; 수신기에 전기적으로 연결되며, 변조 반송파 신호를 복조함으로써 약 200MHz 이상의 제2 기선택된 주파수를 갖는 복조 반송파 신호를 생산하는 복조기; 및 전기선과 수신기 사이에 연결되며, 수신기의 입력 임피던스를 전기선의 특성 임피던스에 정합하고 상당한 위상 왜곡 없이 변조된 반송파 신호를 수신기에 통신하는 제2 커플러를 포함한다.

제3실시예에서, 본 발명은 전기 신호를 특성 임피던스를 갖는 하나 이상의 전기선을 거쳐 통신하기 위한 통신장치로서, 약 200MHz 이상의 제1 기선택된 주파수를 갖는 제1 변조 반송파 신호를 생산하고 약 200MHz 이상의 제2 기선택된 주파수를 갖는 제2 변조 반송파 신호를 복조하는 제1 모뎀; 출력 임피던스를 갖으며, 제1 모뎀에 연결되고 제1 변조 반송파 신호를 송신하는 제1 송신기; 입력 임피던스를 갖으며, 제1 모뎀에 연결되고 제2 변조 반송파 신호를 수신하는 제1 수신기; 전기선과 제1 송신기 및 제1 수신기 사이에 연결되며, 제1 송신기의 출력 임피던스와 제1 수신기의 입력 임피던스를 전기선의 특성 임피던스에 정합하고 상당한 위상 왜곡 없이 제1 및 제2 변조 반송파 신호를 통신하는 제1 커플러; 제2 변조 반송파 신호를 생산하고 제1 변조 반송파 신호를 복조하는 제2 모뎀; 출력 임피던스를 갖으며, 제2 모뎀에 연결되고 제2 변조 반송파 신호를 송신하는 제2 송신기; 입력 임피던스를 갖으며, 제2 모뎀에 연결되고 제1 변조 반송파 신호를 수신하는 제2 수신기; 및 전기선과 제2 송신기 및 제2수신기 사이에 연결되며, 제2 송신기의 출력 임피던스와 제2 수신기의 입력 임피던스를 전기선의 특성 임피던스에 정합하고 상당한 위상 왜곡 없이 제1 및 제2 변조 반송파 신호를 통신하는 제2 커플러를 포함한다.

본 발명은 미국특허 제6,407,987호의 위상 천이 선형 커플러를 향상시킨 것이다. 공심 또는 유전체 코어 커플러로 고주파(1-500GHz)를 사용하면 더 넓은 대역폭을 가질 수 있고 더 멀리 전송할 수 있기 때문에 더 나은 결과를 발생시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 고주파 신호는 어떠한 형태의 전선에 대해서도 그 주위에 자기장을 형성하며 자기파처럼 전력선 표면을 따라 이동하며, 변압기를 점프(jump)한다. 그러므로, 그러한 고주파 신호는 광대역폭을 가지고 장거리에 대해서 전송될 수 있다.

동축 케이블과 같은 제어환경에서, 1GHz 이상의 고주파 신호는 사라지기 전에 단거리만 진행하게 된다. 이는 동축 케이블이 고정된 높은 직렬 인덕턴스L과 병렬 커패시턴스C를 가지며, 이로 인해 어떤 거리에서 모든 주파수의 신호를 제거할 수 있는 강력한 저역 통과 필터로서 동작하기 때문이다. 또한, 동축 케이블은 면밀히 차페되기 때문에 중간 도체 주이에서 작은 자기장을 형성할 수 있을 뿐이다.

일점에서 타점으로 형성되지 않고 별 형태의 구성을 갖는 전력선에 의해 다른 환경이 제시될 수 있다. 전력선은 고정된 L과 C 값을 가지지 않으며, 따라서 전력선은 동축 케이블보다 약한 저역 통과 필터이다. 전력선은 또한 차폐되지 않으며, 따라서 전력선 도체는 동축 케이블에 비해 전선 주위에 보다 큰 자기장을 형성할 수 있다. 덧붙여, 전력선의 특성 임피던스 Zo는 시간 및 위치에 따라 변하며, 상호 연결된 전선의 수는 또한 전력분배망의 다앙한 점에서 변화한다. 따라서, 전력선을 따라 디지털 신호의 전기/자기장이 전파하는 것은 제거되지 않으며, 그러한 신호는 동축케이블에서보다 더 멀리 진행할 수 있다. 본 명세서에 서술되는 발명에 따른 전력선과의 정합이 사용되면, 신호강도의 큰 손실 없이, 고주파 신호는 신호에 대해 큰 병렬 커패시터처럼 보이는 전력선 변압기를 점프할 수도 있다.

본 발명의 커플러의 중요성은 전력선 특성 임피던스에 대한 정합기기로 될수 있다는 것이다. 미국특허 제6,396,392호에서와 같이, 본 발명의 커플러는 공심 또는 유전체 코어 변압기 및 커플링 커피시터 Ceq를 포함한다. 변압기의 1차 권선에 대한 임피던스 변화는 변압기의 2차 권선에 반영되지 않으며, 그 반대도 성립한다. 그러므로, 전력선에 의해 보여지는 유일한 임피던스는 커패시터 Ceq와 공진하는 1차 권선이다. 그러한 직렬 공진은 1 옴(ohm)에 가까운 저 임피던스를 생성하게 된다. 주파수가 증가하면, 어느 임피던스가 전력선 특성 임피던스와 가장 잘 정합하는지와 얼마만큼의 대역폭이 필요한지에 따라, 임피던스는 또한 약 100-200옴까지 증가하게 된다.

예를 들면, 도1은 전력선에 대한 커플러 특성 임피던스를 보여준다. 전력선 임피던스가 F1에서 100옴이라면, 커플러로부터 6dB 정합은 40옴에서 50옴(F4), 200옴(F3)이 되며, F3에서 F4까지의 광대역폭에 걸치게 된다. 대조적으로, 만약 전력선 특성 임피던스가 10옴이라면, 6dB 정합은 5에서 20옴이 되며, 소대역폭에 그치게 된다. 커플러 임피던스를 낮추면 저 특성 임피던스(예를 들면, 10옴) 전력선에서 보다 넓은 대역폭 정합이 이루어질 수 있다.

미국특허 제6,396,392호에서 논의된 바와 같이, 본 발명에 따른 커플러의 중요한 이점은 달성된 위상 선형성이다. 전력선은 다른 주파수에서 2 피트마다 로컬 임피던스를 갖는다. 최고의 전력선 정합은 페라이트와 철 코어를 포함하지 않는 인덕터(L)와 커패시터(C) 구성요소에 의해 달성될 수 있으며, 이는 전력선이 L과 C로 이루어지기 때문이다. 더구나, 비종단 라인의 끝에서는 반사가 발생한다. 페라이트 또는 철 코어 커플러는 관심대상인 통신 대역폭 부근에서 또한 자기 공진을 한다.전력선에서 자기 공진 및 반사는 가변의 대역폭 노치를 생성한다. 대조적으로, 본 발명의 공심 또는 유전체 코어 커플러에서는 자기 공진이 관심대상인 주파수 대역보다 훨씬 높은 주파수에 존재하며, 공심 커플러는 전력선의 로컬 특성 임피던스와 정합한다. 따라서, 반사는 관심대상인 주파수 대역에서 노치를 발생시키지 않는다.

6~10dB 평활도의 대역폭은 본 발명의 커플러를 사용하여 전력선에 정합함으로써 달성된다. 이러한 정합은 전력선 특성 임피던스가 커플러 1차 임피던스의 절반부터 2배의 범위에 있을 때 달성될 수 있다. 예를 들면, 커플러의 1차 임피던스는 18-30MHz 주파수 대역에 대해 1~100옴의 범위에 있다. 전력선 임피던스가 22MHz에서 50옴이고 20MHz에서 10옴이라고 가정하면, 20MHz 부근에서, 약 21~30MHz 사이의 주파수에 걸치는 25~100 옴에 정합하게 된다. 커플러 1차 임피던스가 20MHz에서 약 20옴이라고 가정하면, 정합은 18~약 22MHz에서 달성될 것이다. 전체 정합은 10dB 대역폭에 19~30MHz이며, 노치는 존재하지 않을 것이다.

전력선은 지하 선로에 대해 50~100 옴, 고가 선로에 대해 100~500 옴의 전형적인 임피던스를 가진다. 그러나, 회로 차단기 및 다수의 송전선을 가진 지하 변전소는 자신의 위치에서 1 옴 전력선 특성 임피던스만큼 낮은 값을 생성할 수 있다. 커플러는 전력선에 대해 가장 일반적인 로컬 임피던스를 수용하도록 설계된다. 예를 들면, 전력선 특성 임피던스가 80옴이면, 6dB 정합은 본 발명의 공심 커플러로 어느 위치에서든지 40~160옴으로 달성될 수 있다. 전력선은 로컬 임피던스가 피트마다 변화하므로 국부적으로 정합되어야 한다. 120V 전력선 특성 임피던스는 예를 들면 80옴으로 알려져 있으므로, 80옴이 120V 어떤 위치에서든지 좋은 정합이 될것이다.

2차 임피던스는 전력선 특성 임피던스의 변화에 의해 상당히 변하지는 않으므로, 송신기 및 수신기 정합이 50 옴 근처에서 달성될 수 있다. 변압기의 양쪽 면은 전력선 임피던스의 변화에 관계없이 정합된다. 변압기의 2차 임피던스는 송신기 또는 수신기에 의해 정합된다. 변압기 1차측의 임피던스 변화는 변압기 2차측에 반영되지 않는다. 그러므로, 45-50옴 정합이 전력선 임피던스 변화에 관계없이 송신기 및 수신기에 항상 달성될 수 있다.

고주파(예:200MHz-500GHz)에 대해서, 공심 또는 유전체 코어 변압기는 미국특허 제6,396,392호에서 기술된 바와 다르다. 커플러는 더 이상 2개의 동축 솔레노이드, 또는 자기 전선으로 둘러싸인 다른 직경의 공기 코일이 아니며, 훨씬 작고, 플라스틱 또는 비전도성 물질 예를 들면, 합성수지, 아교, 세라믹 또는 다른 견고한 비 전도성 물질(“칩(chip) 물질”) 형태에 의해서 채워지는 칩과 유사하다. 커플러는 바람직하게는 칩 재료에 의해 분리된 매우 얇은 도전성 판을 포함한다. 이 판은 바람직하게는 구리로 만들어지지만, 활성이든 비활성이든지 간에 은, 금 또는 다른 도전성 물질에 의해서도 만들어질 수 있다. 판은 어떠한 형태(예를 들면 정사각형, 직사각형, 원 등)일 수도 있으나 원형인 것이 바람직하다. 그러한 적층된 공심 변압기의 크기는 사용 주파수에 의존하게 된다. 예를 들면, 30GHz 커플러의 주요 직경은 1밀리미터 이하이고, 적층 두께는 약 0.1밀리미터 이하이며, 약 0.3nH의 인덕턴스가 발생한다. 유사하게, 직사각형 구리 박막 크기는 길이가 2~3 밀리미터, 두께가 0.1 밀리미터이며, 1차 및 2차 인덕터는 상부에서 상호 약 0.5 밀리미터 이격된다. 결국, 그러한 기기는 소형 커패시터처럼 보인다. 그러나, 본 발명은 전력선 특성 임피던스를 정합하기 위한 커패시터를 공진시키기 위하여 단대단 인덕터 값을 사용한다.

다른 방법으로, 판은 금속 층을 증착하거나 실리콘을 도핑(doping)하는 것을 통해 칩에 직접적으로 형성될 수 있다. 도핑된 실리콘은 활성일 때 도전성이 있다. 예를 들어, DC 레벨의 전압이 트랜지스터를 on 시켜 능동 소자로 만든다. 따라서, 도핑된 실리콘으로 만들어진 판은 트랜지스터나 다이오드와 같이 여러 종류의 능동 소자 형태를 취할 수 있다. 물론, 다른 형태의 공심이나 유전체 코어 변압기도 본발명의 사상에서 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 동축 케이블이 공심 변압기로서 사용될 수 있다. 동축 케이블의 차폐는 변압기의 1차측이고, 내부 전선은 변압기의 2차측이다. 이러한 동축 형태의 공심 변압기는 500MHz 이상의 매우 높은 주파수 통신에서 사용될 수 있다. 유사하게 구리 또는 철로 된 2개의 파이프 형태 실린더(또는 알루미늄 또는 구리 박편)가 상호 내부에 위치할 수 있다. 박편의 외부 실린더는 공심 변압기의 1차측이고, 박편의 내부 실린더는 2차측이다. 이러한 형태는 100MHz 이상에서도 사용될 수 있다.

또한, 최근의 연구는 DC/DC 변환용 조절기(regulator)를 스위칭하는데 사용되는 것과 유사한 기술을 사용하여 7.6kV 차수의 중간 전압 AC를 120VAC로 변환하기 위한 고체 변압기를 만드는데 수행되어 왔다. 이러한 고체 변압기에서 사용되는 기술은 트랜지스터 게이트 구동 회로의 게이트 구동 제어로 불리며, 잘 알려져 있어 본 명세서에서 자세히 기술할 필요는 없다. 이러한 변압기는 소위 “고체(solidstate)”기술로 디자인되며, 무거운 구리 코일 및 철심 변압기 대신에 트랜지스터 및 집적회로와 같이 반도체 소자에 주로 의존한다. 그러한 고체 변압기는 또한 본 발명의 커플러에도 사용될 수 있다. 당업자라면, 더 간단한 다른 집적회로가 본 발명의 커플러에 사용되기 위한 변압기를 만드는 데 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 능동형 트랜지스터를 사용하는 오늘날의 집적회로는 정규의 공심 변압기로서 정확히 작동하기 위해 필요한 인덕터스와 커패시턴스 값을 가질 수 있는 공심 변압기를 시뮬레이션 및/또는 생성할 수 있다.

전술한 커플러 구조가 미국특허 제6,396,392호에서 공개된 것과 다르더라도, 커플러의 기능은 동일하다. 본 발명에 따른 커플러의 판(또는 실린더 또는 박편)은 유도적으로 그리고 용량적으로 결합하여 공심 또는 유전체 코어 변압기를 생성한다. 그러나, 변압기의 1차측 및 2차측의 결합은 주파수에 따라 변한다. 1차측 및 2차측은 약100MHz 주파수 이하에서 자기적으로 그리고 전기적으로 동등하게 결합되며(즉, 용량적으로 그리고 유도적으로 결합됨), 100MHz 이상의 주파수에서는 보다 유도적으로(자기적으로) 결합된다. 100GHz 차수의 주파수에서, 변압기의 1차측과 2차측은 대개 유도적으로 결합된다.

미국특허 제6,396,392호에서 상세히 기술된 바와 같이, 미국특허 6,396,392호에 따른 통신 장치는 많은 응용분야를 가진다. 본발명의 고주파 커플러는 훨씬 높은 데이터 전송률을 허용함으로써 이러한 기능을 확장한다. 예를 들면, 본 발명은 전력선을 통하여 송신하기 위하여 200MHz~50GHz 차수의 고주파 반송파를 사용할 수 있다. 공심 또는 유전체 코어 커플러 기술을 사용하여, 적어도 1Gbps 의 통신속도가 전력선에 대해 달성될 수 있다.

여러 도면에서 동일한 번호는 동일하거나 해당되는 부품을 지정하는 도면들을 참조하여 이하에서 설명한다. 도2는 본 발명에 따른 전력선 통신 광역 네트워크(WAN) 블록도이다.

이더넷 라우터(12)는 인터넷이나, Network Peripheral의 NuWave 3 layer line 제품과 같은 허브(HUB)나 스위치(미도시)를 사용하는 인트라넷과 같이 기간망에 연결된다. 라우터(12)는 또한 전력선 모뎀(14)에 연결되며, 전력선 모뎀(14)은 모뎀(14)으로부터의 신호를 변전소(20)에서 11KV 전력선(18)으로 결합하는 중간 전압 전력선 커플러(16)에 연결되다.

당업자라면 이더넷 라우터(12)가 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 응용분야의 장비에 연결될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들면, 다른 응용분야는 (1) 기간망이 다른 네트워크에 연결되는 타 서버를 갖는 이더넷 광역 네트워크; (2) 기간망이 전화 센터와, 전력선을 통해 복수의 전화선을 설치하는 시간 분할 다중화기에 연결되는 전화 서비스 응용분야; 및 (3) 기간망이 전력선을 통해 여러 TV 스테이션(station)을 디지털로 전송하는 TV 방송국에 연결되는 텔레비전 응용분야를 포함한다.

이더넷 라우터(12)는 표준 이더넷 라우터이다. 중간 전압 전력선 커플러(16)를 통하여 전력선 모뎀(14)은 11KV 전력선(18)상의 이더넷 신호를 변조 및 복조한다. 전력선 모뎀(14) 형태는 하기에서 자세히 설명된다. 중간 전압 전력선 커플러(16)는 바람직하게는 약 0.5미터 높이에 직경 0.2m이며, 세라믹 절연체내에 위치하고 합성주지로 채워진다. 유전체 코어 변압기가 전술한 바와 같이, 상호간의 상부에 용량성으로 놓여진 두개의 작은 판 형태를 취할 수 있는 커플러로 사용되어 고주파 동작을 하는 것이 바람직하다. 물론, 전술한 다른 고주파 변압기 어떠한 것도 본 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않고 중간 전압 전력선 커플러(16)로 사용될 수 있다.

고주파 신호 즉, 바람직하게는 100Mbps 이상의 이더넷 신호는 자기파에 의해 전력선(18)과 하나 이상의 배전 전압기(22,24)를 통하여 110-220V 저 전압 전력선(26)으로 전파한다. 신호는 저전압 커플러(28)를 거쳐 하나 이상의 전력선 모뎀(14)에 의해 포착된다. 저 전압 커플러(28) 및 전력선 모뎀(14)은 빌딩(30)으로 이어지는 전력 측정계(미도시) 전의 저 전압 전력선(26) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 전력선 모뎀(14)은 전력선(18)에 결합되는 전력선 모뎀(14)과 동일하다. 저 전압 커플러(28)는 미국 특허 제6,396,392호에 기술된 바와 같이 구성될 수 있으며 중간 전압 전력선 커플러(16)보다 작다. 저 전압 커플러(28)는 전술한 바와 같이 고주파 공심 또는 유전체 코어 변압기를 사용한다.

이더넷 스위치(HUB)(32)는 전력선 모뎀(14)에 연결된다. 이더넷 스위치(32)는 하기에서와 같이 본 발명에 따른 전력선 통신 지역 네트워크(LAN)를 사용하여, 이더넷 데이터를 전력선을 거쳐 빌딩(30)으로 분배한다.

전력선 모뎀(14)은 모두 송신 및 수신용으로 1.35GHz 주파수를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 반송파 주파수는 중간 전압 전력선(18)(7에서 35KV)으로부터 저 전압 전력선(26)(110에서 240V) 및 빌딩(30)까지 배전 변압기(22,24)를 거쳐통신한다. 100Mbps 또는 10Mbps 이더넷 데이터는 반송파 주파수를 사용하여 전송될 수 있다. 당업자라면 2.7GHz 또는 3.5GHz와 같이 다른 반송파 주파수가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 시스템은 200MHz이상의 반송파 주파수에서 100 Mbps이상으로 배전 변압기를 통해 반송파 주파수 신호를 통신할 수 있다. 반송파 주파수는 저 전압(예를 들면 120V), 중간 전압(예를 들면 3-35KV) 또는 고전압(예를 들면 69-750KV) 전력선상에서 반송될 수 있다.

다른 실시예에서, 30GHz 이상의 반송파 주파수는 10Mbps, 100Mbps, 1Mbps 이상의 이더넷 데이터를 전송하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 크기의 반송파 주파수가 사용될 때, 본 발명의 전력선 통신 광역 네트워크(WAN)는 변전소(20)로부터 빌딩(30)까지 빌딩(30) 외부의 전력 측정계에서 단절될 필요없이 모든 방향으로 통신할 수 있다. 따라서, 전력선 모뎀(14) 및 저 전압 커플러(28)는 빌딩(30)에 이르는 전력 측정계(미도시) 전의 저 전압 전력선(26)상에 위치할 필요가 없다. 오히려, 전력선 모뎀(14) 및 저 전압 커플러(28)는 빌딩(30 내부에 위치할 수 있다.

당업자라면 본 실시예가 이더넷 프로토콜을 사용하여 데이터를 송신하고 수신하는 것을 설명하고 있지만, 다른 어떠한 데이터 프로토콜도 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 전력선 통신 광역 네트워크(WAN)에 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.

도3을 참조하면, 전력선 모뎀(14)에 대한 바람직한 구성이 도시되어 있다. 물리적인 이더넷 인터페이스(38)는 전력선 모뎀(14)을 이더넷 카드 또는 허브 또는리피터(미도시)에 연결하며, 꼬임 쌍 연결을 포함하여 적당한 연결로 이루어질 수 있다. 이더넷 데이터(예를 들면, 맨체스터 코딩된 데이터)는 인터페이스(38)로부터 CPU(40)로 제공된다. 모토롤라 MPC855T와 같은 CPU(40)는 코딩된 데이터를 병렬 버스 인터페이스(42)로 또는 그것으로부터 변환한다. 메모리(44)는 병렬 버스 인터페이스(42)상의 데이터를 버퍼(buffer)하는데 사용된다.

필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array)(46), 바람직하게는 Altera Stratics 25 또는 Xilinx Virtex XCV 100-FG256는 병렬 버스 인터페이스(42)에 연결되고 전력선 모뎀(14)에 대한 제어를 하며, 송신되고 수신되는 신호에 대해 각각 다중 변조 및 복조를 수행한다. EPROM(48)은 FPGA(46) 및 CPU(40)에 관한 프로그램 지시를 저장한다. FPGA(46)는 송신/수신 스위치(36)를 제어하며, 송신/수신 스위치(36)는 커플러(34)와, 전력선 모뎀(14)으로부터의 데이터가 반송되는 전력선(48)에 연결된다. 커플러(34)의 구조 뿐만 아니라 커플러(34)의 전력선(48)에 대한 인터페이스는 미국특허 제6,396,392호에 상세히 설명되어 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 본발명에 따른 고주파 공심 또는 유전체 코어 변압기가 커플러(34)에 사용되어야 한다.

FPGA(46)로의 신호 또는 FPGA(46)로부터의 신호를 인터페이스 하기 위한 회로가 제공된다. 송신을 위해서, 신호가 FPGA(46)를 떠나 아날로그 디지털(A/D) 변환기(50)를 거쳐 통과한다. 반송파 주파수로의 업(up) 변환은 믹서(58)와 로컬 발진기(52)에 의해 수행된다. 증폭기(56) 및 필터(54)는 결과 신호가 커플러(34)와 인터페이스하는 데 사용된다. 유사하게, 수신을 위하여, 신호가 필터(54)와 증폭기(56)를 거쳐 통과하며, 믹서(58)와 로컬 발진기(52)에 의해 다운(down) 변환된다. 자동 이득 제어(AGC:Automatic Gain Control)는 AGC 회로(62)에 의해 수행되며, FPGA(46)으로의 송신을 위하여 신호가 아날로그 디지털(A/D) 변환기(60)에 의해 디지털화된다. 도3의 전력선 모뎀은 반 이중 모뎀이며, 따라서 송신 및 수신을 위해 사용되는 반송파 주파수는 동일하다. 당업자라면, AGC 및 믹서 업/다운 변환이 추가 회로의 필요 없이 FPGA에 의해 수행될 수 있음을 알 것이다.

필터(54)는 SAW 또는 LC 하드웨어 필터, 또는 FPGA(46)로 프로그램될 수 있는 FFT(Fast Fourier Transfer)필터일 수 있다. BPF(대역 통과 필터)는 LPF(저역 통과 필터)(54) 뿐만 아니라 SAW 필터일 수 있다.

FPGA(46)는 소기의 어떠한 변조 형태도 사용하도록 프로그램될 수 있다. FPGA(46)는 본발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고, FM, FSK, BPSK, QPSK, 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM, CDMA, ADSL, FDM, 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 또는 다른 어떠한 형태의 변조를 사용하여도 프로그램될 수 있다. 예를 들면,백색 잡음이 높은 곳에서 30MHz의 대역폭으로 전송을 위해 하나의 변조된 반송파 주파수를 사용하는 대신에, OFDM은 상호간에 30kHz 씩 동등하게 이격된 1000개의 변조된 반송파 주파수로 사용될 수 있다. 30KHz 대역폭에서의 백색 노이즈는 30MHz에서보다 약 20-30dB 낮다. FFT는 30KHz 변조 반송파 주파수 채널 각각을 분리하는데 사용되며, DSP 또는 FPGA로 프로그램 될 수 있다. 성공적으로 복조된 반송파 주파수 각각은 함께 곱해져서 실제 출력율을 증가시킨다. OFDM의 이점은 낮은 잡음 레벨로 인해, 신호 전송이 보다 먼거리에 대해서도 이루어질 수 있다는 것이다. 특정한 주파수 RF 간섭의 경우에, 몇몇의 OFDM 채널만이 복조에서 성공하지 못하며, 나머지는 여전히 유효하다.

또한, 높은 변조 알고리즘 및 코딩이 하나의 반송파 주파수와 관련하여 신호대 잡음비(SNR)를 결정함으로써 적응적으로 사용될 수 있다. 예를들면, QPSK 변조 기술은 약 10dB SNR을 필요로 하고, 128QAM은 약 35dB SNR을 필요로한다. 만약 복조기가 35dB SNR을 가진다면, 변조기가 128 QAM을 사용한다고 말할 수 있으며, 실제 속도를 4만큼 증가시킨다. 반면에, 만약 SNR이 QPSK 변조기술에 대해 필요로하는 10dB보다 작다면, 적응 코딩(adaptive coding)이 동일한 정보를 다수번 반복하기 위해 사용되고, SNR을 합하여 10dB SNR 및 정확한 수신을 이룬다. 물론, 그러한 경우에 실제의 속도는 반복 인자만큼 감소한다.

특정모델인 FPGA(46) 또는 CPU(40)는 본 발명을 벗어나지 않고 변경될 수 있다는 것도 이해하여야 할 것이다. 사실, FPGA(46)은 미국특허 제6,396,392호에 제시된 바와 같이, 다른 형태의 DSP 프로세서에 의해 대체될 수 있다.

하나의 변조된 반송파 주파수 대신에, 다수의 변조된 반송파 주파수가 사용될 수 있다. 이는 FFT 필터를 사용하는 프로그램 가능한 FPGA(46)에 결합된 다수의 변조기 및 복조기를 더하여 주파수 분할 다중화(FDM) 또는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템을 생성함으로써 달성된다. 이는 FPGA 기기(46)를 프로그램밍함으로써 이루어진다. 기기(46)는 변조 및 복조 능력을 가진다. 기기(46)가 다수의 변조기에 반응하도록 프로그래밍하는 것은 수월한 일이다. 장점은 잡음 수준이 몇 개의 변조된 신호 각각에 대해 협대역에 걸쳐 더 낮고, 주파수 분할 다중화(FMD) 또는 OFDM를 사용함으로써 전력선에 대해 전송 속도 및 거리가 증가될 수 있다는 것이다.

도4는 전력선 모뎀(14)의 전이중(full-duplex) 구현형태를 도시한다. 모뎀(14)의 구조는 모뎀(14)과 전력선(48)간의 인터페이스를 제외하고, 도3에 보시된 바와 같은 반이중모뎀(14)과 거의 유사하다. 도4에 도시된 바와 같이, 송신/수신 스위치(36)는 제거되었다. 대신에, 제1 주파수 F1에서 동작하는 하나의 커플러(34)가 송신에 사용되고, 제2주파수 F2에서 동작하는 제2 커플러(31)가 수신에 사용된다. 예를 들면, 1.2 및 1.6GHz 주파수는 전력선(48)에 대해 동시에 송신하고 수신하는데 사용될 수 있다. 모뎀(14)에서의 구조적인 차이에 덧붙여, FPGA(46)에 대해 EPROM(48)에 저장된 소프트웨어 프로그램은 두개의 다른 주파수에서 전 이중 동작을 반영하기 위하여 또한 변경될 필요가 있을 것이다.

도4에 도시된 전이중 시스템은 도3에 도시된 바와 같이, 다수의 변조기 및 복조기를 사용하여 프로그래밍 될 수 있다.

도5로 가서, 전력선 통신 지역 네트워크(LAN)에 사용하기 위해 본 발명에 따른 전력선 통신 장치(10)의 블록도가 도시되어 있다. 도시된 통신장치(10)는 한쌍의 전력선(48)에 연결된다. 통신장치(10)는 일반적으로 변조기(64), 복조기(66), 이더넷 인터페이스(68), 커플러(34) 및 전원(70)으로 이루어지다. 통신장치(10)는 이더넷 카드, HUB 또는 스위치(미도시)에 연결되며, 전력선(48)에 대해 이더넷 데이터를 전이중방식으로 보낸다.

동작시, 마스터 유닛으로 지정된 제1 통신장치(10)는 전력선(48)에 연결되어제1주파수 F1에서 송신하고, 제2주파수 F2에서 수신한다. 슬레이브 유닛으로 지정된 제2 통신 장치(10)도 전력선(48)에 연결되어 제2주파수 F2에서 송신하고 제1주파수 F1에서 수신한다. 단지 예로서, 하기의 장치는 F1에 대해 250MHz 그리고 F2에 대해 350MHz를 사용하여 10Mbps 이더넷 신호를 전력선에 걸쳐 제공한다. 물론 당업자라면 다른 주파수가 본발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들면, 2.44GHz 및 5.8GHz 대역에서의 주파수는 인가가 필요없는 통신 주파수 대역이며, 전력선에 대해 100Mbps 이더넷 신호를 제공하는데 사용될 수 있다.

마스터 유닛(예를 들면, 250MHz 에서의 송신)용 변조기(64)의 상세한 사항은 도6에 도시되어 있다. 변조기(64)는 진동자(76), 변조기(74) 및 도시된 바와 같이 연결된 관련 커패시터 및 인덕터를 포함하는 FM 변조기인 것이 바람직하다. 변조기(64)는 또한 RF 변압기(72)와, 도시된 바와 같이 이더넷 인터페이스(68)의 AUI(Attachment Unit Interface) 포트로부터 인터페이스하는 관련 회로를 포함한다. 이더넷 입력 신호는 변압기로부터 진동자/변조 회로(74,76)를 거쳐, 변조신호의 출력을 위한 LC 필터 회로를 통해 전달된다. 커패시터 및 인덕터의 값은 반송파 주파수에 기초하여 선택되며, 마스터 유닛의 경우에 250MHz이다.

도7은 슬레이브 유닛(예를 들면, 350MHz에서의 송신)에 대한 변조기(64)를 보여준다. 슬레이브 변조기(64)는 LC 필터 회로에서의 인덕터 및 커패시터의 값을 제외하고 마스터 변조기(64)와 동일하다. 슬레이브 변조기(64)에서 인덕터와 커패시터의 값은 350MHz 반송파 주파수에 기초하여 선택된다.

마스터 유닛(예를 들면, 350MHz에서의 수신)에 대한 복조기(66)의 상세 사항은 도8에 도시되어 있다. FM 변조된 입력 신호는 변조된 입력신호로부터 잡음과 다른 반송파 주파수를 분리하기 위하여, 먼저 두개의 RF 증폭기(78)와, 블린치(Blinch) 필터를 포함하는 증폭기(78) 사이에 도시된 바와 같이 관련 회로를 통해 보내진다. 블린치 필터의 LC 값은 통신 장치(10)에서 사용되는 반송파 주파수에 근거하여 선택된다. 필터링되고 변조된 신호는 RF 변압기(80)를 거쳐 FM 감지 회로(82)로 결합한다. FM 감지 회로(82)는 바람직하게는 MC13155D이다. FM 감지 회로(82)의 출력은 증폭기(84)와 필터(86)를 지나, 변조된 입력 신호로부터 재생된 이더넷 데이터 출력신호를 생산한다.

도9는 슬레이브 유닛(예를 들면, 250MHz에서의 수신)에 대한 복조기(66)를 도시한다. 슬레이브 복조기(66)는 변조된 입력신호에 사용되는 블린치 필터의 인덕터와 커패시터 값을 제외하고 마스터 복조기(66)와 동일하다. 슬레이브 복조기(66)에서의 인덕터와 커패시터 값은 복조된 입력신호로부터 필터링되는 다른 반송파 주파수 때문에 다르다.

전술한 복조기(66)의 실시예는 MC13155D FM 감지 회로와 250MHz 및 350MHz의 반송파 주파수의 사용으로 인해, 10Mbps의 이더넷 속도에 한정된다. 복조기(66)의 대역은 200MHz 이상의 주파수에서 동작할 수 있는 FM 감지 회로(82)를 사용하고 또한 1GHz이상의 반송파 주파수를 사용함으로써 100Mbps 이더넷 속도로 증가될 수 있다.

도10으로 가서, 마스터 및 슬레이브 유닛에 대한 이더넷 인터페이스(68)의상세한 사항이 도시되어 있다. 두개의 다른 인터페이스가 이더넷 인터페이스(68)에서 구현된다. 먼저, AUI 인터페이스가 커넥터(88)를 거쳐 이더넷 HUB 또는 스위치에 제공된다. 두개의 라인(90)은 커넥터(88)로부터 직접적으로 변조기(64)로 이어지며, 복조기(66)의 출력은 RF 변압기(92)를 사용하여 커넥터(88)에 연결된다. 다른 방법으로, 통신 장치(10)는 꼬임 쌍 이더넷 RJ-45 커넥터(94)를 사용하는 이더넷 HUB 또는 스위치에 연결될 수 있다. RJ-45 커넥터(94)가 사용될 때, 10Base-T 송수신기 또는 이더넷 꼬임 쌍/AUI 어댑터인 집적회로(96), 바람직하게는 ML4658CQ와, 도시된 관련 회로가 RJ-45 커넥터(94)를 커넥터(88)의 AUI 포트로 인터페이스하기 위하여 사용된다.

도11을 참조하면, 마스터 통신장치(10)에서 사용되는 커플러(34)가 도시되어 있다. 전력선(48)으로의 송신을 위해, 변조기(64)의 출력은 먼저 RF 증폭기(96) 및 저대역 통과 필터(98)를 통과한다. 이후, 신호는 공심 또는 유전체 변압기(100) 및 커플링 커패시터(Ceq)(102)를 포함하는 본 발명의 고 주파수 공심 또는 유전체 코어 커플러에 보내진다. 변압기(100) 및 커플링 커패시터(102)는 신호를 전력선(48)에 결합한다. 저대역통과 필터(98)에서의 LC값은 반송파 주파수에 근거하여 선택된다. 커플링 커패시터(Ceq)(102)의 커패시터 값은 전력선(48)과 RF 증폭기(96)사이에서 50옴 임피던스 정합을 제공하도록 선택된다.

전력선(48)으로부터의 신호를 수신하기 위해서, 공심 또는 유전체 변압기(104) 및 커플링 커패시터(Ceq)(106)를 포함하는 본 발명의 고주파수 공심 또는 유전체 코어 커플러는 먼저 전력선(48)으로부터 입력신호를 결합한다. 이후, 입력 신호는 RF 증폭기(108) 및 블린치 필터(110)를 거쳐 복조기(66)의 출력을 향한다. 송신 측면에서, 블린치 필터(110)의 LC값은 반송파 주파수에 기초하여 선택된다. 커플링 커패시터(Ceq)(106)의 커패시터 값은 전력선(48)과 RF 증폭기(108)사이에서 50옴 임피던스 정합을 제공하도록 선택된다.

도12는 슬레이브 통신 장치(10)용 커플러(34)를 도시한다. 슬레이브 커플러(34)는 커플링 커패시터(Ceq)(102,106)의 커패시터 값 뿐만 아니라 블린치 필터(11) 및 저역 통과 필터(98)에서의 인덕터 및 커패시터의 값을 제외하고 마스터 커플러(34)와 동일하다. 슬레이브 커플러(34)에서의 이러한 인덕터 및 커패시터 값은 전력선(48)으로 부터의 신호를 송신하고 수신하기 위한 반송파 주파수가 마스터 통신 장치(10)와 역전되기 때문에 다르다.

마지막으로, 도13은 통신장치(10)에 사용하기 위한 전원(70)을 도시한다. AC 전력은 전력선(48)으로부터 취득되며, 전력 변압기(114)의 임피던스를 전력선(48)의 임피던스로부터 분리하기 위하여 비드(bead)(112)를 통과한다. 이는 전력선에 대해 보다 안정한 대역폭을 제공하고 보다 큰 신호 레벨을 제공하기 위해서 수행된다. DC 전력은 전력 변압기(114) 및 정류기(116)를 사용하여 생산된다. 마지막으로, 통신장치(10)에서 필요로하는 다른 전압의 DC 출력은 전압 조절기(118)를 사용하여 생산된다. 도13에 도시된 바와 같이, 독립된 전력 변압기(114), 정류기(116) 및 전압 조절기(118)는 통신 장치(10)의 송신측 및 수신측에 대한 전력을 공급하기 위해 사용된다. 이러한 방식으로, 250MHz 및 350MHz 반송파 주파수는 상호간에 격리된다.

당업자라면 발명의 사상을 벗어나지 않고 전술한 실시예에 대해 변경을 가할 수 있음을 알 것이다. 그러므로, 본 발명은 공개된 특정 실시예에 한정되지 않고, 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위내에서 변경사항을 포함한다고 할 것이다.

Claims

특성 임피던스를 갖는 하나 이상의 전기선을 통하여 다중화된 전기신호를 통신하는 통신 장치에 있어서,

각각이 약 200MHz 이상의 기선택된 주파수를 갖는 다수의 변조 반송파 신호를 생산하기 위하여 상기 전기신호를 변조하는 복수의 변조기;

각각이 출력 임피던스를 갖고, 상기 변조된 반송파 신호를 송신하기 위하여 각 변조기에 동적으로 연결되는 하나 이상의 송신기;

상기 전기선과 각 송신기 사이의 연결을 위한 커플러; 및

상기 전기신호를 합체하기 위한 주파수 분할 다중화기를 포함하고,

상기 커플러는 상기 송신기의 출력 임피던스를 상기 전기선의 상기 특성 임피던스에 정합하고, 변조된 반송파 신호를 상당한 위상 왜곡 없이 상기 전기선에 통신하며,

각 커플러는

비자성 코어를 갖는 변압기; 및

상기 기선택된 주파수에서 상기 변압기와 공진하는 커플링 커패시터를 포함하고,

상기 변압기는

제1 전도성 판; 및

상기 제1 전도성판으로부터 상기 비자성 코어만큼 이격된 제2 전도성 판을포함하고,

상기 커패시터는 상기 제1 전도성 판과 상기 전기선 사이에 연결되도록 적용되며, 상기 제1 전도성 판의 임피던스와 상기 커패시터는 기선택된 대역폭에서 상기 전기선의 상기 특성 임피던스와 정합하는 통신 장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 분할 다중화기는 직교 주파수 분할 다중화기인 통신 장치.
특성 임피던스를 갖는 하나 이상의 전기선을 통하여 다중화된 전기신호를 통신하는 통신 장치에 있어서,

약 200MHz 이상의 기선택된 주파수를 갖는 다수의 변조 반송파 신호를 생산하기 위하여 상기 전기신호를 변조하는 복수의 변조기;

각각이 출력 임피던스를 갖고, 상기 변조된 반송파 신호를 송신하기 위하여 각 변조기에 동적으로 연결되는 하나 이상의 송신기;

상기 전기선과 각 송신기 사이의 연결을 위한 커플러; 및

상기 전기신호를 합체하기 위한 다중화기를 포함하고,

상기 커플러는 상기 송신기의 출력 임피던스를 상기 전기선의 상기 특성 임피던스에 정합하고, 변조된 반송파 신호를 상당한 위상 왜곡 없이 상기 전기선에 통신하며,

각 커플러는

비자성 코어를 갖는 변압기; 및

상기 기선택된 주파수에서 상기 변압기와 공진하는 커플링 커패시터를 포함하고,

상기 변압기는

제1 전도성 판; 및

상기 제1 전도성판으로부터 상기 비자성 코어만큼 이격된 제2 전도성 판을 포함하고,

상기 커패시터는 상기 제1 전도성 판과 상기 전기선 사이에 연결되도록 적용되며, 상기 제1 전도성 판의 임피던스와 상기 커패시터는 기선택된 대역폭에서 상기 전기선의 상기 특성 임피던스와 정합하는 통신 장치.
특성 임피던스를 갖는 하나 이상의 전력선을 통하여 약 100Mbps에서 전기신호를 통신하는 통신 장치에 있어서,

200MHz 이상의 기선택된 주파수를 갖는 다수의 변조 반송파 신호를 생산하기 위하여 상기 전기신호를 변조하는 복수의 변조기;

상기 변조기에 동적으로 연결되고 출력 임피던스를 갖으며, 상기 변조된 반송파 신호를 송신하는 송신기;

상기 전기선과 상기 송신기 사이에 연결되는 커플러를 포함하고,

상기 커플러는 상기 송신기의 출력 임피던스를 상기 전력선의 상기 특성 임피던스에 정합하고, 변조된 반송파 신호를 상당한 위상 왜곡 없이 상기 전력선에통신하며,

상기 커플러는

비자성 코어를 갖는 변압기; 및

상기 기선택된 주파수에서 상기 변압기와 공진하는 커플링 커패시터를 포함하고,

상기 변압기는

제1 전도성 판; 및

상기 제1 전도성판으로부터 상기 비자성 코어만큼 이격된 제2 전도성 판을 포함하고,

상기 커패시터는 상기 제1 전도성 판과 상기 전력선 사이에 연결되도록 적용되며, 상기 제1 전도성 판의 임피던스와 상기 커패시터는 기선택된 대역폭에서 상기 전력선의 상기 특성 임피던스와 정합하는 통신 장치.
제4항에 있어서, 상기 변조 반송파 신호는 약 1Gbps 이상인 통신 장치.
배전 변압기를 포함하는 전력 분배 시스템에 대해 전기 신호를 통신하는 방법으로서, 상기 분배 시스템은 상기 전기 신호에 대한 입력 터미널에서 특성 임피던스를 갖으며, 상기 방법은,

200MHz 이상의 주파수를 갖는 다수의 변조 반송파 신호를 생산하기 위하여 상기 전기신호를 변조하는 복수의 변조기를 사용하고;

출력 임피던스를 갖는 송신기를 통해 상기 변조된 반송파 신호를 송신하고;

커플링이 수행되는 곳에서 상기 송신기의 출력 임피던스를 상기 시스템의 상기 특성 임피던스에 정합하는 커플러를 사용하여 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전력 시스템에 커플링하고;

상기 커플러는 비자성 코어를 갖는 변압기 및 커플링 커패시터를 포함하며, 상기 커플러는 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전력 시스템에 통신하고;

상기 커플링 커패시터는 상기 변조된 반송파 주파수에서 상기 변압기와 공진하고;

상기 변압기는

제1 전도성 판; 및

상기 제1 전도성판으로부터 상기 비자성 코어만큼 이격된 제2 전도성 판을 포함하고;

상기 커패시터는 상기 제1 전도성 판과 상기 전력 시스템 사이에 연결되며, 상기 제1 전도성 판과 상기 커패시터는 기선택된 대역폭에서 상기 전력 시스템의 상기 특성 임피던스와 정합하고;

상기 전기 신호는 약 100Mbps 이상의 속도로 전송되는 데이터를 포함하는 통신 방법.
제6항에 있어서, 상기 전력 시스템은 저전압, 중간전압 및 고전압 라인 또는이것들의 다른 조합을 포함하는 전기신호 통신 방법.
특성임피던스를 갖는 하나 이상의 전기선에 대해 전기 신호를 통신하는 방법에 있어서,

200MHz 이상의 기선택된 주파수를 갖는 다수의 변조 반송파 신호를 생산하기 위하여 상기 전기신호를 변조하는 복수의 변조기를 사용하고;

출력 임피던스를 갖는 송신기를 통해 상기 변조된 반송파 신호를 송신하고;

상기 송신기의 상기 출력 임피던스를 상기 전기선의 상기 특성 임피던스에 정합하는 커플러를 사용하여 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전기선에 커플링하고;

상기 커플러는,

비자성 코어를 갖고, 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전기선에 통신하는 변압기; 및

상기 기선택된 주파수에서 상기 변압기와 공진하는 커플링 커패시터를 포함하고;

상기 변압기는,

제1 전도성 판;

상기 제1 전도성판으로부터 상기 비자성 코어만큼 이격된 제2 전도성 판; 및

상기 제1 전도성 판과 상기 전기선 사이에 연결되며, 상기 제1 전도성 판과 상기 커패시터는 기선택된 대역폭에서 상기 전기선의 상기 특성 임피던스와 정합하는 상기 커플링 커패시터를 포함하고;

상기 변압기의 2차 권선은 상기 전기선의 상기 임피던스 변화에 관계없이 약 40~50 옴의 정합 임피던스에서 상기 송신기에 동적으로 연결되고, 상기 변압기의 1차 권선은 약 1~500 옴 범위내에서 상기 전기선에 임피던스 정합하는 통신 방법.
디지털 비디오, 디지털 음성 또는 디지털 데어터 신호와 같은 고속 정보 신호를 변압기를 포함하는 전력선 분배 시스템을 통하여 원거리 위치에서 미리 결정된 위치로 분배하는 방법에 있어서,

약 10Mbps에서 약 1Gbps의 속도로 상기 분배 시스템의 중간 전압으로 상기 고속 정보 신호를 커플링하는 단계;

상기 고속 정보 신호를 배전 변압기를 포함하는 상기 시스템 내의 상기 전력선을 거쳐 미리 결정된 위치로 분배하는 단계;

상기 미리 결정된 위치에서 약 10Mbps에서 100Mbps의 속도로 지역 네트워크(LAN)으로 삽입을 위해, 상기 분배 시스템의 저 전압 영역으로부터의 상기 고속 정보 신호를 모뎀으로 커플링하는 단계를 포함하며,

상기 커플러 각각은 상당한 위상 왜곡 없이 상기 고속 정보 신호를 커플링하기 위해 비자성 코어를 갖는 변압기를 포함하고;

상기 변압기는,

제1 전도성 판;

상기 제1 전도성판으로부터 상기 비자성 코어만큼 이격된 제2 전도성 판; 및

상기 제1 전도성 판과 상기 전력선 사이에 연결되며, 상기 제1 전도성 판과 상기 커패시터는 상기 전력선의 상기 특성 임피던스와 정합하는 커플링 커패시터를 포함하는 고속정보 신호 분배 방법.
전력 분배 시스템에 대해 약 100Mbps 이상으로 전기 신호를 통신하는 방법에 있어서,

다수의 변조 반송파 신호를 생산하기 위하여 복수의 변조기를 사용하고;

출력 임피던스를 갖는 송신기를 통해 상기 변조된 반송파 신호를 송신하고;

커플링이 이루어지는 곳에서 상기 송신기의 상기 출력 임피던스를 상기 시스템의 상기 특성 임피던스에 정합하는 커플러를 사용하여 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전기선에 커플링하고;

상기 커플러는 비자성 코어를 갖는 변압기 및 커플링 커패시터를 포함하고, 상기 커플러는 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전력 시스템에 통신하는 통신 방법.
제10항에 있어서, 상기 변압기는,

제1 전도성 판;

상기 제1 전도성판으로부터 비자성 코어만큼 이격된 제2 전도성 판; 및

상기 제1 전도성 판과 상기 전기선 사이에 연결되며, 상기 제1 전도성 판과 상기 커패시터는 상기 커플러가 상기 전기선에 연결되는 위치에서 상기 전기선의상기 특성 임피던스에 접합하는 상기 커플링 커패시터를 포함하는 통신 방법.
전력 분배 시스템에 대해 약 100Mbps 이상으로 전기 신호를 통신하는 방법에 있어서,

케이블 TV, 전화, 인터넷, 보안 및 다른 제어 응용에 관한 전체 네트워킹 시스템의 기간망에 연결된 전력선 모뎀/네트워킹 시스템에서, 디지털 신호처리된 반송파 신호를 갖는 데이터가 상기 분배 전력선에 대해 중간 전압부터 저전압 전력선으로 배전 변압기를 바로 거쳐 고속으로 송신되고;

다수의 변조 반송파 신호를 생산하여 상기 전력선에 대해 주파수 분할 다중화 또는 직교 주파수 분할 다중화를 생성하고;

출력 임피던스를 갖는 송신기를 통해 상기 변조된 반송파 신호를 송신하고;

커플링이 이루어지고 전력선 특성 임피던스와 정합하는 곳에서, 상기 송신기의 상기 출력 임피던스를 상기 시스템의 상기 특성 임피던스에 정합하는 커플러를 사용하여 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전력 시스템에 커플링하고;

상기 커플러는 비자성 코어를 갖는 변압기 및 커플링 커패시터를 포함하고, 상기 커플러는 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전력 시스템에 통신하는 통신 방법.
전력선에 대해 약 100Mbps 이상으로 전기 신호를 통신하는 방법에 있어서,

케이블 TV, 전화, 인터넷, 보안 및 다른 제어 응용에 관해 전력선 모뎀/네트워킹 시스템에서 디지털 신호처리된 반송파 신호를 갖는 데이터가 상기 전력선에 대해 고속으로 네트워크에 적용되고;

상기 전력선에 대해 주파수 분할 다중화 또는 직교 주파수 분할 다중화를 생성하는 다수의 변조 반송파 신호를 생산하고;

출력 임피던스를 갖는 송신기를 통해 상기 변조된 반송파 신호를 송신하고;

커플링이 이루어지고 전력선 특성 임피던스와 정합하는 곳에서, 상기 송신기의 상기 출력 임피던스를 상기 시스템의 상기 특성 임피던스에 정합하는 커플러를 사용하여 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전력 시스템에 커플링하고;

상기 커플러는 비자성 코어를 갖는 변압기 및 커플링 커패시터를 포함하고, 상기 커플러는 상당한 위상 왜곡 없이 상기 변조된 반송파 신호를 상기 전력 시스템에 통신하는 통신 방법.
제1항에 있어서, 상기 다중화된 신호는 이더넷 프로토콜을 사용하여 통신하는 통신 장치.
제3항에 있어서, 상기 다중화된 신호는 이더넷 프로토콜을 사용하여 통신하는 통신 장치.
제4항에 있어서, 상기 다중화된 신호는 이더넷 네트워킹 프로토콜을 사용하여 통신하는 통신 장치.
제10항에 있어서, 상기 전기신호는 이더넷 네트워킹 프로토콜을 사용하여 상기 전력 분배 시스템에 대해 통신하는 통신 방법.
제12항에 있어서, 상기 전기신호는 이더넷 네트워킹 프로토콜을 사용하여 상기 전력 분배 시스템에 대해 통신하는 통신 방법.
제13항에 있어서, 상기 전기신호는 이더넷 네트워킹 프로토콜을 사용하여 상기 전력선에 대해 통신하는 통신 방법.