CN102714520A - 用于在同一线路上进行数据和能量传输的方法及相应的数据传输*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助正交频分复用技术（OFDM）在发送器（10）和接收器（12）之间以数据信号进行数据传输的方法，其中，所述数据信号具有由OFDM-符号构造成的电报（14），其中，所述OFDM-符号逐个符号地在电报（14）内以n次的重复率连续地由发送器（10）发送，并且当在接收器（12）中进行接收时，各个n次连续发送的OFDM-符号被逐个符号地添加到相位中。

Description

用于在同一线路上进行数据和能量传输的方法及相应的数据传输***
技术领域
本发明涉及一种用于数据传输的方法和一种数据传输***。
背景技术
用于借助正交频分复用技术进行数据传输的方法是众所周知的。
由EP 2 048 845 A2已知用于校正OFDM-信号中的振幅衰减效果的技术。
EP 2 071 757 A1涉及一种用于发送和接收OFDM-符号的设备和方法。
DE 101 63 342 A1涉及一种串行总线***，其中向连接着的无源总线用户传输电报形式的数据，该电报为过程图像。
DE 103 49 242 B3涉及一种用于无接触地传输电功率和信息的设备和方法。
发明内容
因此本发明的目的在于，使用于数据传输的方法和数据传输***更可靠。
根据本发明，上述目的通过根据权利要求1的特征所述的方法和通过根据权利要求12所述的数据传输***得以实现。
在用于借助正交频分复用技术（OFDM）在发送器和接收器之间利用数据信号进行数据传输的方法方面，本发明的特征在于，所述数据信号具有由OFDM-符号构造成的电报，其中所述OFDM-符号逐个符号地（symbolweise）以n次的重复率连续地在电报内由发送器发送，并且当在接收器中进行接收时，各个n次连续发送的OFDM-符号被逐个符号地添加到相位中。在此其优点在于，用于进行数据传输的方法较可靠并较防出错/抗故障，这是因为信噪比更好。
在该方法的一种有利的设计方案中，重复率根据数据信号的传输介质的传输特性来确定。在此其优点在于，最佳地调节了防出错性并最佳地使用了传输介质的带宽。
在该方法另一有利的设计方案中，在初始化该方法时发送一测试信号，接收器中的分析装置确定测试信号的信号强度、特别是振幅，并且要么分析装置由信号强度确定OFDM-符号的重复率并且接收器将该重复率传送给发送器，要么接收器将信号强度传送给发送器并且发送器中的另一分析装置由信号强度确定OFDM-符号的重复率。在此其优点在于，所述重复率可以动态地匹配现有的传输介质。
在该方法另一有利的设计方案中，所述测试信号是具有啁啾声（Chirp）的信号。在此其优点在于，利用具有啁啾声的信号作为测试信号可测试较宽的频域。
在该方法另一有利的设计方案中，针对不同的传输频率分别/单独确定所述重复率。在此其优点在于，最优地使用所述带宽，并且尽管如此所有信道仍可以以必需的防出错性进行传输。
在该方法另一有利的设计方案中，接收器中和/或发送器中的干扰探测器探测传输介质上的短时脉冲干扰并且要么根据短时脉冲干扰的频度确定OFDM-符号的重复率，要么根据短时脉冲干扰的频度和信号强度确定OFDM-符号的重复率。在此其优点在于，所述重复率可在频域中和时域中匹配传输介质中的干扰。
在该方法另一有利的设计方案中，在数据信号的传输路径由于发送器和/或接收器的运动而发生变化时，发送器识别所述变化并且一初始化被实施。在此其优点在于，重复率可动态匹配并因此带宽可最佳地使用。
在用于通过OFDM-方法在发送器和接收器之间进行数据传输和用于进行电能传输的方法方面，特征在于，利用一交流分量进行的数据传输和利用另一交流分量进行的能量传输至少部分地使用相同的线路，其中，为了进行数据传输，由OFDM-符号构造数据信号，并且所述另一交流分量具有一频率，其中，OFDM-符号的时长相应于该频率的半周期。在此其优点在于，尽管存在大的干扰，但通过在所述线路上的能量传输可以防出错地实现经由同一线路的数据传输。
在所述用于通过OFDM-方法在发送器和接收器之间进行数据传输和用于进行电能传输的方法的一优选实施形式中，所述OFDM-符号逐个符号地以n次的重复率连续地发送，并且在进行接收时，多次连续发送的OFDM-符号被逐个符号地添加到相位中。在此其优点在于，该用于数据传输的方法是防出错的，这是因为具有较大的信噪比。
在所述用于通过OFDM-方法在发送器和接收器之间进行数据传输和用于进行电能传输的方法的另一实施形式中，所述另一交流分量被输入相同的线路中并且所述数据信号无接触地被输入同一线路中和解耦。在此其优点在于，仅需唯一的线路用于数据传输和能量传输，并且数据传输是防出错的。
数据传输***的特征在于，该数据传输***包括用于实施数据传输方法的各步骤的装置。在此其优点在于，该数据传输较可靠。
在一尤其作为数据传输***的、具有发送器和接收器的设备方面，特征在于，所述发送器和/或接收器相对于一线路运动，并且所述发送器和/或接收器彼此以及与控制装置通过该线路借助用于数据传输的方法进行通信。在此其优点在于，该数据传输可动态匹配，以便最优地使用带宽。
在一具有可沿着伸长铺设的闭合导体回路运动的负载的设备方面，特征在于，在该导体回路上频域中的一交流分量用于进行数据传输，其中，具有一频率的另一交流分量被输入导体回路中以进行能量传输，其中，所述负载各自具有一次级线圈，由所述次级线圈给相应的负载供应能量，其中，该次级线圈与导体回路感应耦合并且一电容这样与次级线圈串联和/或并联，使得由次级线圈和电容构成的电路的谐振频率相应于所述频率，其中，所述负载各自具有数据传输***和/或所述控制装置具有数据传输***。在此其优点在于，尽管在导体回路或线路上存在强大的干扰信号，但仍可以实现防出错的数据传输。
在该设备的一种有利的设计方案中，所述设备是单轨架空道并且所述负载各自包括一循环小车（Umlaufkatze）的电机。在此其优点在于，所述循环小车较可靠地通过唯一的线路提供能量并可以通过同一线路借助数据传输防出错地进行控制。
从属权利要求给出了其它优点。本发明并不限于权利要求书中的特征组合。对本领域技术人员而言，特别是由任务提出和/或通过与现有技术相比较而提出的任务，可得到权利要求和/或单个权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。
附图标记列表：
1第一调制解调器
2第二调制解调器
3线路
5数据传输***
10发送器
12接收器
14电报
15ID-OFDM-符号
16指令-OFDM-符号
18CRC-OFDM-符号
20另一发送器
22另一接收器
30第一发送缓冲器
31第一电流驱动器
32另一分析装置
34第一接收缓冲器
36第一带通滤波器
38第一接收放大器
40第一耦合装置
41另一第一耦合装置
50第二发送缓冲器
51第二电流驱动器
52分析装置
54第二接收缓冲器
56第二带通滤波器
58第二接收放大器
60第二耦合装置
61另一第二耦合装置
附图说明
现在借助实施例参照附图详细阐述本发明。其中纯示意性示出：
图1示出了数据传输***的示意图；
图2示出了电报的基本构造。
具体实施方式
图1示出一种数据传输***5，该数据传输***借助电报14通过线路3在第一调制解调器1和第二调制解调器2之间交换数据。数据传输***5允许用于优选借助正交频分复用技术（OFDM）进行数据传输的方法。
第一调制解调器1具有被构造用于产生和处理OFDM符号的发送器10和另一接收器22。发送器10为此借助OFDM调制器将数据源的数据转换为布置在电报14中的OFDM-符号。
电报14在此对应于数据块，该数据块对应于例如用于控制自动化组件的指令。例如数据块导致启动或停止或者数据块包括用于使为此设置的自动化组件例如电机、变频器等参数化的参数组。
OFDM-符号15、16、17通过第一发送缓冲器30、数模转换器D/A和第一电流驱动器31被引导至第一耦合装置40。第一耦合装置40将对应于OFDM-符号15、16、17或电报14的数据信号优选无接触地耦合到线路3上。
现在数据信号可以由第二调制解调器2接收。为此，第二调制解调器2具有接收器12。接收器12包括另一第二耦合装置61用于优选无接触地将数据信号从线路3解耦。然后数据信号由第二带通滤波器56滤波并被继续传送至模数转换器A/D。
然后，如此处理过的数据信号通过第二接收缓冲器54被继续传送至OFDM-解调器，该OFDM-解调器将由所述数据信号获取的数据转发至数据接收点或相应执行的自动化组件。所述自动化组件执行相应的指令。
为在第一、第二调制解调器1、2之间进行双向通信，第二调制解调器2相应地具有OFDM-调制器、第二发送缓冲器50、数模转换器D/A、第二电流驱动器51和第二耦合装置60。为了接收信号，第一调制解调器具有另一第一耦合装置41、第一带通滤波器36、第一接收放大器38，模数转换器A/D和第一接收缓冲器34。所述数据信号在OFDM-解调器中相应地像在第二调制解调器2中那样被解调，并且由此获取的数据被继续传送至数据接收点。
在一优选实施形式中，第一调制解调器1的发送器10和另一接收器22以及第二调制解调器2的另一发送器20和接收器12分别利用一共同的耦合装置。
在另一优选实施形式中，相应使用的耦合装置相应地具有执行线圈和/或电容器，以便与线路3电感耦合和/或电容耦合。
根据本发明，OFDM-符号在第一发送缓冲器30中——例如借助FIFO（First in–First-out，先入先出）组件——重复n次。因此发送器10产生一电报，其中每个OFDM-符号被重复发送n次。n优选为1至5之间的整数。
图2以示意图示出一电报14，该电报具有用于识别电报或接收器的ID-OFDM-符号15、用于真正进行数据传输的各个指令-OFDM-符号S1、S2、…Si 16和作为控制符号的CRC-OFDM-符号17。
在图2示出的实施例中，ID-OFDM-符号15和CRC-OFDM-符号17仅在电报14中出现一次。在其它实施例中这些OFDM-符号15、17也可被重复发送。
具有n次重复的指令-OFDM-符号16的电报14由第二调制解调器2的接收器12借助所述另一第二耦合装置61接收。第二接收缓冲器54将通过第二带通滤波器56、第二接收放大器58和模数转换器A/D处理过的n次重复的指令-OFDM-符号16逐个符号地添加到相位中。
具体对图2中示出的电报而言，这意味着具有相同下标“1，2，…，i-3，i-2，i-1，i”的OFDM-符号被添加到相位中。因此例如两个指令-OFDM-符号16S1被综合为一个唯一的指令-OFDM-符号S 1。
被综合的i个OFDM-符号然后由OFDM-解调器OFDM-Demod解调并且作为数据流或指令输入数据接收点。这导致信噪比得到改善，这一点在强干扰的情况下特别是当在工业环境中进行电力线传输时导致防出错/抗故障的、在许多情况下均可使用的数据传输。
在另一优选实施形式中，第二调制解调器具有分析装置52。如图1所示，发送器10的被接收的数据信号、特别是测试信号在第二接收放大器58之后被输入分析装置52。
优选在对用于数据传输的方法初始化时发送测试信号。分析装置52在接收器12中确定测试信号的信号强度、特别是振幅或者能量。在第一可选实施形式中，分析装置52由所述信号强度确定OFDM-符号的重复率。
例如OFDM-符号在接收的信号强度与分析装置中存储的参考信号强度相比为0dB时发送一次，为-10dB时发送两次，为-20dB时发送三次，而为-30dB时发送四次。分析装置52将所述重复率（即OFDM-符号必须多频繁地发送）传送至第二发送缓冲器50和第二接收缓冲器54。因此第二发送缓冲器50和第二接收缓冲器54可以相应地复制或接收所述OFDM-符号。
第二调制解调器2还额外向第一调制解调器1传送重复率，由此发送器10和第二接收器22相应处理所述OFDM-符号。
在第二可选实施形式中，接收器22将信号强度传送至发送器10和发送器10中的另一分析装置32。所述另一分析装置32由信号强度确定OFDM-符号的重复率。然后所述另一分析装置32向第一发送缓冲器30和第一接收缓冲器34传送必需的、要使用的重复率。随后该重复率由第一调制解调器1的发送器10同样通知给第二调制解调器2，从而在那里第二发送缓冲器50和第二接收缓冲器54相应地也可以复制或接收所述OFDM-符号。
测试信号的信号强度首先取决于传输介质、例如线路3的传输特性。因此根据传输介质的传输特性来确定所述重复率。
优选测试信号是具有啁啾声（Chirp）的信号。例如测试信号的数学描述包含sin(ωt+φ(t))的项。在此，φ(t)意味着相位与时间有关。具有啁啾声（或者英文一般为Chirp）的信号随着时间的流逝改变其频率。这在测试信号中优点在于：利用唯一的测试信号可确定传输介质的传输特性的很宽的频域/频率范围。测试信号优选为在时间上受限制的电压脉冲和/或电流脉冲，该脉冲特别是长达200微秒。
OFDM-符号在频域内由多个相互正交的子载波组合而成。所述子载波构成子符号，OFDM-符号由这些子符号组合而成。
Chirp-信号作为测试信号的优点在于，可利用一个测试信号在较大频域内确定传输介质的传输特性。如果选频地对测试信号进行分析，例如其中根据频率确定信号强度，则也可以选频地为每个子载波分别/单独确定并优化重复率。
在具有数据传输***5的设备中，线路3优选实施为伸长地铺设的闭合导体回路。沿着该导体回路设置有可动的负载、特别是可动设置的电机。该负载各自具有一相应于第一调制解调器1实施的调制解调器。
所述调制解调器将频域中的一交流分量耦合到导体回路上。所述频域优选在MHz的范围内，特别是在0.5MHz至8MHz之间的范围内。该交流分量的振幅，或者换言之，电流线路中的数据信号的振幅，高达10毫安。
该交流分量用于数据传输。具有一频率的另一交流分量被输入该导体回路中以进行能量传输。此外优选在导体回路上连接有逆变器。该频率优选在10kHz至几百kHz的范围内，特别优选在20kHz至200kHz之间。所述另一交流分量的振幅在几安至几百安的范围内，优选在50安至100之间。
通过逆变器将脉冲形式的周期性的干扰输入到导体回路上。这可以通过逆变器中的开关元件来确定。脉冲干扰特别是成对地布置，其中，在各个所述对之间存在有固定的时间间隔，并且所述对的各个脉冲干扰之间的时间间隔摇摆不定/具有振荡。所述固定的时间间隔对应于所述频率。
在使用用于通过同一线路进行数据传输和能量传输的方法的同时，OFDM-符号的时长对应于所述频率的半周期。因此可以在添加重复发送的OFDM-符号时简单地排除强烈的脉冲干扰。因为单个对内部的时间间隔摇摆不定，所以脉冲干扰位于重复的OFDM-符号的不同时间段中。
因此，所述另一交流分量被输入同一线路3中，并且所述数据信号无接触地被输入同一线路3中和解耦。
负载各自具有一个次级线圈，由所述次级线圈给相应的负载供应能量。该次级线圈与导体回路感应耦合。一电容这样和次级线圈串联和/或并联，使得由次级线圈和电容构成的电路具有对应于所述频率的谐振频率。
每个负载和/或控制装置对应于第一调制解调器1分别具有一调制解调器。因此所述负载和/或控制装置的相应部件形成数据传输***的一特别优选的实施形式。
数据传输***使用用于借助正交频分复用技术（OFDM）在发送器10和接收器12之间以数据信号进行数据传输的方法。该数据信号具有由OFDM-符号构造成的电报14。
所述OFDM-符号逐个符号地以n次的重复率连续地在电报14内由发送器10发送。当在接收器12中进行接收时，各个n次连续发送的OFDM-符号被逐个符号地添加到相位中。
在另一优选但并未在附图中示出的实施形式中，干扰探测器在接收器12中和/或发送器10中探测传输介质上的短时脉冲干扰。当线路3上的电压超过预定电压时，该干扰探测器例如实施为峰值电压探测器并且释放/触发计数脉冲。
现在在该方法的所述另一在附图中未示出的优选实施形式中要么根据短时脉冲干扰的频度来确定OFDM-符号的重复率，要么根据短时脉冲干扰的频度和信号强度来确定该OFDM-符号的重复率。
在该方法中，OFDM-符号也逐个符号地以n次的重复率连续地在电报14内发送，并且在进行接收时，多次连续发送的OFDM-符号被逐个符号地添加到相位中。
在数据信号的传输路径由于发送器10和/或接收器12的运动而发生变化时，这样设计数据传输***，使得发送器10识别所述变化并且一初始化被执行。
为了识别所述变化，例如可以在发送器10和/或接收器12的路段上设置传感器。
在其它情况下，例如传输路径通过路径转接器（Wegweiche）的切换而发生变化。传输路径的这种变化可以这样获取，即测量相应的信号传输时间/迟延时间，或将该转接器上的传感器的信号传送至发送器，或直接将关于切换过程的信号通过转接器控制装置传送至发送器。
当然在数据信号的信号强度下降时也可以触发测试信号的重新发送。
当然上述方法也可以在具有发送器和接收器的任意设备中使用。特别是当发送器和/或接收器相对于线路3可运动并且彼此以及与控制装置通过线路3借助该方法进行通信时。
关于上述设备的一种优选的应用可能性是单轨架空道。负载在此实施为分别包括电机和调制解调器的循环小车。

Claims (15)

1.一种用于借助正交频分复用技术（OFDM）在发送器（10）和接收器（12）之间利用数据信号进行数据传输的方法，
其中，所述数据信号具有一由OFDM-符号构造成的电报（14），
其特征在于，
所述OFDM-符号逐个符号地在电报（14）内以n次的重复率连续地由发送器（10）发送，
并且当在接收器（12）中进行接收时，各个n次连续发送的OFDM-符号被逐个符号地添加到相位中。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述重复率根据所述数据信号的传输介质的传输特性来确定。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
在初始化该方法时发送一测试信号，
一分析装置（20）在接收器（12）中确定测试信号的信号强度、特别是振幅，并且
要么所述分析装置（20）由该信号强度确定OFDM-符号的重复率，并且接收器（12）将该重复率传送给发送器（10），要么接收器（12）将该信号强度传送给发送器（10），并且另一分析装置（32）在发送器（10）中由所述信号强度确定OFDM-符号的重复率。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
所述测试信号是具有啁啾声（Chirp）的信号。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
针对不同的传输频率分别确定所述重复率。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
干扰探测器在接收器（12）中和/或在发送器（10）中探测传输介质上的短时脉冲干扰，并且
要么根据短时脉冲干扰的频度来确定OFDM-符号的重复率，
要么根据短时脉冲干扰的频度和信号强度来确定OFDM-符号的重复率。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在数据信号的传输路径由于发送器（10）和/或接收器（12）的运动而发生变化时，发送器（10）识别所述变化并且一初始化被执行。
8.一种用于通过OFDM-方法在发送器（10）和接收器（12）之间进行数据传输和用于进行电能传输的方法，
其中，利用一交流分量进行的数据传输和利用另一交流分量进行的能量传输至少部分地使用相同的线路（3），
其中，为了进行数据传输，由OFDM-符号构造数据信号，
并且所述另一交流分量具有一频率，
其特征在于，
OFDM-符号的时长相当于所述频率的半周期。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
逐个符号地以n次的重复率连续地发送所述OFDM-符号，
并且在进行接收时，逐个符号地将多次连续发送的OFDM-符号添加到相位中。
10.根据权利要求8或9所述的方法，
其特征在于，
该方法具有根据权利要求1-7之一的方法的特征。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，
其特征在于，
将所述另一交流分量输入同一线路（3）中，并且将所述数据信号无接触地输入同一线路（3）中和解耦。
12.一种数据传输***（5），
其特征在于，
该数据传输***（5）包括用于执行根据前述权利要求之一的方法的步骤的装置。
13.一种具有发送器（10，20）和接收器（12，22）的设备，
其特征在于，
所述发送器（10，20）和/或接收器（12，22）相对于一线路（3）运动，并且所述发送器（10，20）和/或接收器（12，22）彼此以及与一控制装置通过该线路（3）借助根据权利要求1-11之一的方法进行通信。
14.一种具有能沿着伸长地铺设的闭合导体回路运动的负载的设备，
其中，在该导体回路上频域中的一交流分量用于进行数据传输，
其中，具有一频率的另一交流分量被输入导体回路中以进行能量传输，
其中，所述负载各自具有一次级线圈，由所述次级线圈给相应的负载供应能量，其中，所述次级线圈与导体回路感应耦合并且一电容这样与次级线圈串联和/或并联，使得由次级线圈和电容构成的电路具有相应于所述频率的谐振频率，
其特征在于，
所述负载分别具有一根据权利要求12的数据传输***和/或所述控制装置具有根据权利要求12的数据传输***。
15.根据权利要求14的设备，
其特征在于，
所述设备是单轨架空道并且所述负载分别包括循环小车的电机。
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