DE3347181A1 - Modulationsverfahren zur netzgebundenen signaluebertragung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Modulationsverfahren zur netzgebundenen signaluebertragung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3347181A1
DE3347181A1 DE19833347181 DE3347181A DE3347181A1 DE 3347181 A1 DE3347181 A1 DE 3347181A1 DE 19833347181 DE19833347181 DE 19833347181 DE 3347181 A DE3347181 A DE 3347181A DE 3347181 A1 DE3347181 A1 DE 3347181A1
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Karlheinz Dr. 8521 Bräuningshof Kutschera
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA 83 P 3 4 3 ^ DE
Modulationsverfahren zur netzgebundenen Signalübertragung und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Modulationsverfahren zur netzgebundenen Signalübertragung mit netzfrequenzproportionalen Sendefrequenzen.
In der Rundsteuertechnik werden Informationen mittels Tonfrequenzsignalen über die Mieder- und Mittelspannungsebene des Energieversorgungsnetzes übertragen.
Dabei werden auch schon bidirektionale Übertragungsverfahren eingesetzt, die sowohl eine Informationsübermittlung vom EVU zum Verbraucher als auch in der Gegenrichtung ermöglichen. Bei bidirektionalen Übertragungsverfahren wird im allgemeinen mit Arbeitsfrequenzen von 2 kHz bis 25 kHz gearbeitet.
Das Energieversorgungsnetz stellt allerdings ein mit großen Störungen behaftetes Übertragunssystem dar. Insbesondere treten Harmonische der Wetzfrequenz mit verhältnismäßig großer Amplitude auf. Störer im Übertragungsfrequenzgebiet, z.B. zugeschaltete Blindstromkompensationskondensatoren sind zeitlich und örtlich veränderlich, so daß mit stark wechselnden Übertragungs-Verhältnissen gerechnet werden muß. Signaldämpfungen treten sowohl in ihrer Frequenzlage als auch zeitlich Undefiniert auf.
In der DE-OS 27 27 263 ist ein Signalübertragungssystem beschrieben, mit dem diese Übertragungsprobleme gelöst werden sollen. Dabei wird ein zu übertragendes Signal
Sid 2 Ste / 08.12.1983
-i- VPA 83Ρ34 3 4 0Ε
mit beschränkter Bandbreite oder Dauer sendeseitig zeitlich und/oder frequenzmäßig zu einem längeren breitbandigen Signal mit Spektralkomponenten in mindestens einem Teil des ganzen Übertragungsbereichs des Netzes expanc diert. Nach der Signalübertragung über das Wechselstrom-Verteilungsnetz wird das empfangene Signal zeitlich und/ oder frequenzmäßig komprimiert. Die expandierten breitbandigen Signale sind auch als sogenannte "CHIRP"-Signale bekannt. Mit dieser Übertragungsmethode wird eine hohe 1Q Signaldämpfung, die sowohl in ihrer Frequenzlage als auch in ihrer zeitlichen Lage Undefiniert auftritt, umgangen. Nachteilig ist jedoch, daß hierbei - wie bei jeder Breitbandübertragung - ein hoher Störpegel auftritt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Modulationsverfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die für den Störpegel relevante Bandbreite des Übertragungssignals gering bleibt, daß aber andererseits die
2Q in Übertragungsnetzen typischerweise in engen Frequenzbereichen sporadisch auftretenden hohen Signaldämpfungen und Störsignale die Übertragungssicherheit nicht beeinträchtigen.
pe Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Signal aus mehreren, gleichzeitig gesendeten schmalbandigen Teilsignalen besteht, deren Frequenzen zueinander unterschiedlich, der Netzfrequenz proportional und ungleich den Harmonischen der Netzfrequenz sind
,Q und daß jeder Empfänger ein Signal dann akzeptiert, wenn er gleichzeitig eine vorgegebene Zahl dieser Teilsignale empfängt.
Die für den Störpegel maßgebliche Bandbreite dieses Signals wird durch die Summe der Bandbreiten der schmal-
- -0 - VPA K bandigen Teilsignale bestimmt. Diese für den Störpegel relevante Bandbreite kann sehr gering gehalten werden. Dennoch hat das System eine hohe Übertragungssicherheit, da es äußerst unwahrscheinlich ist, daß Störer auf den Frequenzen mehrerer Teil signale gleichzeitig auftreten, insbesondere da diese Frequenzen außerhalb der Harmonischen der Netzfrequenz liegen. Wenn die Sicherheit gegen Signalunterdrückungen, beispielsweise durch sporadisch auftretende hohe Dämpfungen, im Vordergrund steht, so wird man einen Empfänger wählen, der bereits bei einer geringen Anzahl empfangener Teilsignale, im.Extremfall bereits bei einem Teilsignal anspricht. Steht dagegen die Sicherheit gegen Störsignale im Vordergrund, so wird man den Empfänger so ausgestalten, daß er erst anspricht, wenn die Mehrzahl der Teilsignale vorliegt, im Extremfall, wenn alle Teilsignale vorliegen. Dadurch kann das Modulationsverfahren gut an die individuellen Netzverhältnisse angepaßt werden.
Vorteilhafterweise ist die Bandbreite jedes Teilsignals kleiner als der Abstand zweier Netzharmonischer.
Ein optimaler Abstand der Teilsignale zu den Netzharmonischen wird erzielt, wenn die Mittenfrequenzen der Teilsignale ungeradzahlige Vielfache der halben Netzfrequenz sind.
Zur Übertragung von "1"- und "0"- Signalen liegen zweckmäßigerweise die Frequenzen der einem Signal zugeordneten Teilsignale zumindest teilweise zwischen den Frequenzen der Teilsignale des anderen Signals. Damit liegen beide Signale im gleichen Frequenzband, was die Einspeisung über Filter vereinfacht. Außerdem können derart verschachtelte Frequenzen besonders einfach erzeugt werden.
Bei einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens wird zweckmäßigerweise jedes Teilsignal mit einer Phase-Locked-Loop-Schaltung erzeugt, wobei die Ausgangsfrequenz der Phase-Locked-Loop-Schaltung jeweils mit einem ersten Teiler mit frequenzbestimmendem ungeradzahligem Teilungsverhältnis und die Netzfrequenz mit einem zweiten Teiler mit dem Teilerfaktor "2" geteilt wird und wobei ein Vergleicher die Ausgangssignale der beiden Teiler vergleicht und den spannungsgesteuerten Oszillator steuert.
Jedem spannungsgesteuerten Oszillator sind zweckmäßigerweise zwei Frequenzteiler zur Erzeugung je eines Teilsignals nachgeschaltet, wobei diese beiden Teilsignale unterschiedlichen Signalzuständen zugeordnet sind. Damit kann die Zahl der benötigten Phase-Locked-Loop-Schaltungen verringert werden.
Der Empfänger ist vorteilhafterweise so aufgebaut, daß er für jedes mögliche Teilsignal ein schraalbandiges, netzgeführtes Filter enthält, dem je ein Demodulator nachgeschaltet ist. Die Ausgangssignale der Demodulatoren werden zur Bildung eines Ausgangssignals logisch
verknüpft.
25
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
Beim Ausführungsbeispiel sollen Informationen durch Aufeinanderfolge der logischen Pegel "1" oder "0" übertragen werden. Jedem logischen Pegel sind im Ausführungsbeispiel vier Teilsignale mit gleicher Amplitude zugeordnet. Die Frequenzen der Teilsignale sind ungerade Vielfache der halben Netzfrequenz f-»/?· Dem Signal "0" können beispielsweise folgende Frequenzen zugeordnet sein:
f1/2 x 15 : - X __ - - VPA Hz; 83 33471« η
f1/2x 15 X 625 Hz; Ρ343Ί0ε
f1/2 X 15 X 375 Hz;
f1/2 X 15 X 7 <* 125 Hz;
fOO " 9 a 875
fO1 - 11 ^
f02 = 13 *
fO3 =
* 2
* 3
=# 4
rf 4
Dem Signal "1" können dann beispielsweise folgende Frequenzen zugeordnet sein:
f10 = f1/2 χ 13 x 7 ^ 2 275 Hz; f11 = f1/2 x 13 x 9 « 2 925 Hz; *12 " M/2 X ° X ' ' ~ ^ 3rp HZ f13 = f1/2 x 13 x 13 ^i 4 225 Hz
wobei f-i/2 ^ 2^ Hz' also die halbe Netzfrequenz. 15
Die angegebenen Frequenzen sind in Fig. 1 graphisch aufgetragen. Jedes Signal wird durch eine Art "Frequenzkamm" gebildet. Dabei wird erkennbar, daß die Frequenzen der Teilsignale für die Signale "0" und "1" ineinander verschachtelt sind. Beide Signale liegen daher im selben Frequenzband, bleiben jedoch eindeutig unterscheidbar.
Die zu übertragende Information wird binär codiert und dann eine entsprechende Folge von "1"- und "O"-Signalen ausgesendet.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Modulationsverfahrens ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist jeweils gemeinsam für die beiden Signalpegel "0" und "1" für jedes Teilsignal ein Frequenzgenerator vorgesehen, insgesamt also vier Frequenzgeneratoren 1 bis 4. Genauer dargestellt ist nur der Frequenzgenerator 1, die übrigen Frequenzgeneratoren sind entsprechend aufgebaut.
- /Br- TPA 83 P34 3
Der Frequenzgenerator 1 soll entsprechend der vorstehenden Tabelle eine Frequenz von ca. 2 625 Hz für das "0"-Signal und eine Frequenz von ca. 2 275 Hz für das "!"-Signal erzeugen, wobei beide Frequenzen der Netzfrequenz proportional sein sollen. Der Frequenzgenerator "1" enthält einen Teiler 1g, der die Netzfrequenz von 50 Hz durch den Faktor 2 auf 25 Hz teilt. Die Ausgangsspannung des Frequenzgenerators, die im eingeregelten Zustand 2 275 Hz betragen soll, wird mit einem Teiler 1f durch 7 und mit einem Teiler 1e nochmals durch 13 geteilt. Am Ausgang des Teilers 1e stehen damit im eingeregelten Zustand ebenfalls 25 Hz an. Die Ausgänge der Teiler 1g und 1e sind mit einem Phasenkomparator 1b verbunden, der einen spannungsgesteuerten Oszillator 1a steuert. Dem Oszillator 1a ist ein Frequenzteiler 15 1 nachgeschaltet, dessen Ausgang mit dem Eingang des bereits genannten Frequenzteilers 1f verbunden ist. Damit wird also eine Phase Locked-Loop-Schaltung gebildet, deren Ausgangsfrequenz um den Faktor 13 7 größer ist als die halbe Metzfroquenz. Bei einer Metzfrequenz von 50 Hz entstehen also 2 275 Hz. Selbstverständlich können die nur des besseren Verständnisses wegen eingezeichneten Frequenzteiler 7:1 und 13:1 zu einem einzigen Frequenzteiler zusammengefaßt werden.
Um die jeweils einem "O"-Signal und einem "1"-Signal zugeordneten benachbarten Frequenzen mit einem einzigen Phasenregelkreis zu erzeugen, ist dem steuerbaren Oszillator 1a ein Teiler 1d 15/1 und ein Teiler 1c 13/1 nachgeschaltet. Wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, verhält sich nämlich die dem "O"-Signal zugeordnete Frequenz fQQ zu der dem "1"-Signal zugeordneten Frequenz f^Q wie 15:13. Dieses Verhältnis wird mit den Teilern 1c und 1d realsiert, so daß am Ausgang des Teilers 1c die
Frequenz fg,-. und am Ausgang des Teilers 1f die Frequenz f^0 ansteht. Entsprechend werden mit dem Frequenzgenerator 2 die Frequenzen t~* und f ^ ^., mit dem Frequenzgenerator 3 die Frequenzen f,-.- und f*~ und schließlich mit dem Frequenzgenerator 4 die Frequenzen f,-., und f.., gebildet.
Ein Ausführungsbeispiel für einen Frequenzmodulator und Mischer ist in Fig. 3 dargestellt. Eine Umschalteinrichtung 5 enthält für jedes Teilsignal einen Umschalter, insgesamt also 4 Umschalter 5a bis 5d. Den Umschaltkontakten jedes Umschalters 5a bis 5d ist einerseits die dem "Ö"-Signal zugeordnete Frequenz fQ0 bis fQ5 und andererseits die dem "1"-Signal zugeordnete Frequenz f-iQ bis f,., zugeführt. Die Umschalter 5a bis 5d werden über einen Eingang 5e entsprechend den zu übertragenden Informationen gesteuert. Dabei stehen die Umschalter 5a bis 5d in der eingezeichneten Stellung, wenn ein "O"-Signal übertragen wird und wechseln ihre Stellung zur Übertragung eines "1"-Signals. Mit der Umschalteinrichtung 5 erfolgt also eine Modulation des Sendesignals.,
Der Ausgang jedes Umschalters 5a bis 5d ist über je einen Widerstand 6a bis 6d mit dem Eingang eines Verstärkers 8 verbunden. Außerdem liegt der Eingang des Verstärkers 8 über einen Widerstand 7 an Bezugspotential. Am Ausgang des Verstärkers 8 steht das aus den Teilsignalen zusammengesetzte Sendesignal an, das über einen nicht dargestellten Sender und eine Ankoppelstufe auf das Stromnetz übertragen wird.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Empfängerschaltung. Das empfangene Signal wird mit einem Empfänger 9 vorselektiert und verstärkt. Dann wird es einer Kette von
acht frequenzgeführten, schmalbandigen Filtern 10a bis 10h zugeführt. Diese sind auf die Frequenzen fQ0 bis f.j, eingestellt, wobei diese Frequenzen wieder der Netzfrequenz proportional sind. Die Bandbreite der Filter ist kleiner als der kleinste mögliche Abstand zwischen zwei Netzharmonischen, d.h. also kleiner als die Netzfrequenz.
Die dem "O"-Signal zugeordneten Filter 10a, 10c, 1Oe, 10g, sind ausgangsseitig mit einer Auswertelogik 11 für das "O"-Signal, die dem "1"-Signal zugeordneten Filter 10b, 1Od, 1Of, 10h sind ausgangsseitig mit einer Auswertelogik für das "1"-Signal verbunden. Im Ausführungsbeispiel sind die Auswerteschaltungen 11 und 12 so ausgebildet, daß ausgangsseitig ein Signal dann ansteht, wenn mindestens zwei der vier Eingangssignale vorhanden sind.
Wie bereits erwähnt, können die Auswertelogiken auch
eine andere Struktur haben, je nachdem ob die übertragungssicherheit der Signale oder die Fehlererkennung im Vordergrund steht. Am Ausgang der Auswertelogik 11 steht dann ein "High"-Signal an, wenn ein "O"-Signal übertragen wird und am Ausgang der Auswerte-
logik 12 steht ein "High"-Signal an, wenn ein "1"-Signal übertragen wird.
8 Patentansprüche
4 Figuren
- Leerseite -

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    ι1./ Modulationsverfahren zur netzgebundenen Signalübertragung mit Netzfrequenz-proportionalen Sendefrequenzen dadurch gekennzeichnet, daß jedes Signal aus mehreren gleichzeitig gesendeten, schmalbandigen Teilsignalen besteht, deren Frequenzen (fg0 bis f,.,) zueinander unterschiedlich» der Netzfrequenz proportional und ungleich den Harmonischen der Netzfrequenz sind und daß jeder Empfänger ein Signal dann akzeptiert, wenn er gleichzeitig eine vorgegebene Zahl dieser Teilsignale empfängt.
  2. 2. Modulationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bandbreite jedes Teilsignals kleiner als der Abstand zweier Netzharmonischer ist.
  3. 3. Modulationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß alle Teilsignale die gleiche Amplitude aufweisen.
  4. 4. Modulationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenzen der Teilsignale ungeradzahlige Vielfache der halben Netzfrequenz sind.
  5. 5. Modulationsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Übertragung eines "1"- und eines "0"-Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der einem Signal zugeordneten Teilsignale (f0Q bis ίβτ) zumindest teilweise zwischen den Frequenzen (f^- bis f-j^) der Teilsignale des anderen Signals liegen.
    -VS- VPA 83 P 34 3 4 DE
  6. 6. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Teilsignal mit einer Phase-Locked-Loop-Schaltung (1 bis 4) erzeugt wird, wobei die Ausgangsfrequenz (fr^ bis f*^) der Phase-Locked-Loop-Schaltung (1 bis 4) jeweils mit einem ersten Teiler (le, 1f) mit frequenzbestimmendem, ungeradzahligem Teilungsverhältnis und die Netzfrequenz mit einem zweiten Teiler (1g) mit dem Teilerfaktor "2" geteilt wird und daß ein Vergleicher (1b) die Ausgangssignale der beiden Teiler (le, 1f; 1g) vergleicht und einen spannungsgesteuerten Oszillator (1a) steuert.
  7. 7· Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem spannungsgesteuertem Oszillator (1a) zwei Frequenzteiler (1c, 1d) zur Erzeugung je eines Teilsignals nachgeschaltet sind, wobei diese beiden Teilsignale unterschiedlichen Signalzuständen zugeordnet sind.
    20
  8. 8. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Empfänger für jedes mögliche Teilsignal ein schmalbandiges, netzgeführtes Filter (10a bis 10h) enthält, dem je ein Demodulator nachgeschaltet ist und daß die Ausgangssignale der Demodulatoren zur Bildung eines Ausgangssignals logisch verknüpft werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1026808A1 (de) * 1999-02-01 2000-08-09 Daniel Leonard Gesicherter Empfänger für zentralisierte Fernsteuerungskommandos, zugehörige Sendevorrichtung und Betriebsverfahren

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1026808A1 (de) * 1999-02-01 2000-08-09 Daniel Leonard Gesicherter Empfänger für zentralisierte Fernsteuerungskommandos, zugehörige Sendevorrichtung und Betriebsverfahren

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