JP2006506019A - 電力線通信用のモデムの電力出力の制御 - Google Patents

Abstract

電力線通信システムにおいて使用されるコンポーネントの装置が提供される。この装置は、電力線に出力を供給するモデムと、この出力のパラメータを感知するセンサと、このパラメータの値に基づいてその出力の電力を調節する制御装置とを備えている。

Description

本発明は、電力線通信（ＰＬＣ）に関し、とくに、その動作周波数スペクトルにわたって最適化された出力電力レベルを有するモデムの構成に関する。

電力線通信（ＰＬＣ）システムにおいては、広帯域電力線モデム中の送信機の出力電力が電力線に結合される。この電力線は、送信機の１つの周波数帯域を横切って広範囲に変化するインピーダンスの大きさ特性と位相特性とを有している。送信機は、固定された電圧電源と主に抵抗性の電源インピーダンスとを有するセベニン（Ｔｈｅｖｅｎｉｎ）等価回路としてモデル化されることができる。電源と負荷との間のインピーダンス不整合の結果、電力線に結合された信号電力は、送信機の周波数帯域の広い範囲にわたって変化する。

信号電力レベルが調整限界に従った最高レベルに制限されたとき、その限界は、電力結合および電力線放射の効率が最も効率的な１つの周波数に対して設定される。この周波数はこの明細書においてｆ_max-radとして示される。

図１は、平坦な送信機スペクトルを有する従来技術のモデム装置のブロック図である。モデム100は信号結合器125を介して電力線120に接続されている。モデム100の機能的な内部構造は、モデム送信機信号発生器105、電力制御システム110、電力増幅器115により表される。信号発生器105および電力制御システム110はハードウェアおよびソフトウェアの同じモジュール中に物理的に構成されているが、しかしここでは明瞭にするために分離して示されている。

グラフ150は、モデム100に対する電磁放射強度の簡単化された変化を示している。モデム電力155は１つの周波数帯域を横切って一定であり、また、それは放射強度162が周波数ｆ_max-rad170で放射限界165を超えないようにＰ_max-rad160に制限されている。しかしながら、別の周波数においては、結合された電力は調整限界により許容されるものより低くなり、したがってモデム100の性能は最適のものよりも低いものとなる。

本発明の１実施形態は、電力線通信システムにおいて使用されるコンポーネントの装置である。この装置は、電力線に出力を供給するモデムと、この出力のパラメータを感知するセンサと、このパラメータの値に基づいてこの出力の電力を調節する制御装置とを備えている。

本発明の別の実施形態は、電力線通信システムにおいて使用される方法である。この方法は、モデムから電力線に出力を供給し、この出力のパラメータを感知し、このパラメータの値に基づいてこの出力の電力を調節するステップを含んでいる。

多数の広帯域モデムは、いくつかの周波数サブ帯域のそれぞれに対して別々の信号電力レベルを設定するために電力マスクと呼ばれるメカニズムを有している。この電力マスクはしばしば、モデムからの信号の発生に関与するデジタル処理動作の一部として構成される。本発明の１実施形態において、電力マスクはｆ_max-radにおける電力を低下させ、別の周波数における電力を上昇させるために使用される。これは、放射限界に従うことを確実にしながら通信性能を改善する。

理想的には、電磁界センサは、電力マスクを最適化する自動メカニズムへの入力として使用される。その代り、電圧または電流センサが電力線上の電力レベルを感知するために使用されてもよい。感知された信号電圧または電流の変化を補償するために電力マスクを最適化するこの技術は周波数にわたる電力線の放射効率の変化を無視するが、システムオペレータは放射測定を行って、放射限界に従った最大電力レベルを決定することが可能である。

中程度または高電圧線に対して、電圧または電流センサは非常に高価なものになる可能性がある。電圧または電流センサの使用に代わるものは、モデム中にセンサを内蔵することであり、この場合センサはモデム出力電力の実数成分を感知する。その後、電力マスクはこの出力電力の実数成分をモデムの送信機の周波数帯域にわたって可能な限り均一になるように調節する。

別の改善方法は、電力線結合器が１つの電力線に接続されたときに、この結合器の結合効率を測定し、あるいは計算して、周波数帯域にわたる結合効率の変化を補償することである。この結合効率は、モデムの出力電力の実数成分で除算された電力線に結合された電力の比率として表されることができる。

図２は、情報を電力制御システムにフィードバックするためにセンサを使用する本発明によるモデム装置のブロック図である。図２の装置は、モデム200およびセンサ215を備えている。

モデム200は結合器125を介して電力線120に出力を供給する。モデム200はモデム送信機信号発生器105、電力増幅器115、および電力制御システム210を備えている。

センサ215はモデム200により出力された電磁放射強度を検出し、その電磁放射強度に比例する信号を出力する。この信号は、モデム200からの信号スペクトルを修正して最適化されたスペクトルを提供するためにセンサ215から電力制御システム210に供給される。最適化されたスペクトルにより最大出力電力がモデム200から電力線120に供給され、これは最大許容電磁放射強度に従わないことを回避することと一致する。したがって、電力制御システム210は、モデム電力255を予め定められた電磁放射レベルに制限しながら、このモデム電力255を最大化する。

モデム200の出力は第１の周波数サブ帯域および第２の周波数サブ帯域を含んでいると仮定する。モデム200は第１の周波数サブ帯域および第２の周波数サブ帯域で順次送信を行い、電力制御システム210は第１の周波数サブ帯域に対する電力と第２の周波数サブ帯域に対する電力とを調節する。

グラフ250は、レベルＰ_{max 1}160から電力マスク255により修正された最大レベルＰ_{max 2}260に増加されたモデム電力255を示している。モデム電力255は、放射限界165を超えないようにその電力レベルが最大放射周波数スパン275に対して低下されている。

図３は、電磁放射の感知に基づくモデム送信機スペクトル制御を使用するモデム装置のブロック図である。モデム300は電力線320に出力を供給する。センサ315は、このモデム300の出力の放射フィールド強度をアンテナ325を介して感知する。センサ315の出力は放射フィールド強度に比例し、また、この出力はモデム300中の電力制御システム310にフィードバックされる。

図４は、電力線上の信号電圧の感知に基づくモデム送信機スペクトル制御を使用するモデム装置のブロック図である。モデム400は電力線420に出力を供給する。電圧センサ415は、電力線420上におけるモデム400の出力の電圧レベルをワイヤ425を介して感知する。センサ415の出力はこの電圧レベルに比例し、また、この出力はモデム400中の電力制御システム410にフィードバックされる。

図５は、電力線上の信号電流の感知に基づくモデム送信機スペクトル制御を使用するモデム装置のブロック図である。モデム500は電力線520に出力を供給する。信号電流センサ515は、電力線520上におけるモデム500の出力の信号電流レベルを感知変換器525およびケーブル530を介して感知する。センサ515の出力は信号電流レベルに比例し、また、この出力はモデム500中の電力制御システム510にフィードバックされる。

図６は、モデム送信機からの実数成分電力の感知に基づくモデム送信機スペクトル制御を使用するモデム装置のブロック図である。図６は、モデム内に完全に内蔵されることのできるシステムを示している。モデム600は電力線620に出力を供給する。位相検出器615は接続645によって電圧を感知し、電流電圧変換器660およびケーブル665によって電流を感知する。位相センサ615の出力650は、電圧とこの電圧と同位相である電流の成分との積に比例し、この積はモデムにより供給される実数成分電力に比例し、また、この出力はモデム600中の電力制御システム610にフィードバックされる。

図６はまた、付加的な動作の改善を示している。電力メータ670は、電力線620により放射され、モデム600からの１つの信号から生じた電磁界の電力レベルをこの電力線620の付近の位置でアンテナ675を介して検出してこれを指示する。モデム600は、送信機サブ帯域にわたって掃引するようにプログラム可能であるモデム信号発生器605を備えている。インストールを行う技術者または自動システムは、各サブ帯域に対する放射効率曲線を計算する。この曲線は、（ａ）電力メータ670により指示される電磁界のフィールド強度と、（ｂ）出力650において示される電力との比率として計算される。モデム600の制御ループの外部のファクタを補償するために、インストールを行う技術者または自動システムによりこの曲線の逆数が電力制御システム610中にプログラムされる。制御ループは、モデム600、位相検出器615、接続645、および電流電圧変換器660を備えている。電力制御システム610はモデム600からの電力を調節して、このモデム600の送信機周波数帯域にわたる前記比率の変化を補償する。このようなファクタは周波数帯域にわたって変化し、電力線信号結合器効率および電力線放射効率を含んでいる。

本発明の種々の他の実施形態および修正が当業者により考案されることが可能であることを認識すべきである。しかしながら、本発明は、添付された特許請求の範囲の技術的範囲内にあるこのような他の実施形態、修正および変更を全て含むものである。

平坦な送信機スペクトルを有する従来技術のモデム装置のブロック図。 情報を電力制御システムにフィードバックするためにセンサを使用する本発明によるモデム装置のブロック図。 電磁放射の感知に基づいたモデム送信機スペクトル制御を使用するモデム装置のブロック図。 電力線上の信号電圧の感知に基づいたモデム送信機スペクトル制御を使用するモデム装置のブロック図。 電力線上の信号電流の感知に基づいたモデム送信機スペクトル制御を使用するモデム装置のブロック図。 モデム送信機からの実質上の電力の感知に基づいたモデム送信機スペクトル制御を使用するモデム装置のブロック図。

Claims (20)

1. 電力線に出力を供給するモデムと、
   前記出力のパラメータを感知するセンサと、
   前記パラメータの値に基づいて前記出力の電力を調節する制御装置とを備えている電力線通信システムにおいて使用されるコンポーネントの装置。
2. 前記制御装置は、前記電力を予め定められた電磁放射レベルに制限しながら前記電力を最大化する請求項１記載の装置。
3. 前記出力は第１の周波数サブ帯域および第２の周波数サブ帯域を含んでおり、
   前記制御装置は前記第１の周波数サブ帯域に対する電力と前記第２の周波数サブ帯域に対する電力とを調節する請求項１記載の装置。
4. 前記モデムは第１の周波数サブ帯域および第２の周波数サブ帯域により順次送信をすることにより出力を供給し、
   前記制御装置は前記第１の周波数サブ帯域に対する電力と前記第２の周波数サブ帯域に対する電力とを調節する請求項１記載の装置。
5. 前記パラメータには電磁放射が含まれている請求項１記載の装置。
6. 前記パラメータには前記電力線の信号電流が含まれている請求項１記載の装置。
7. 前記パラメータには前記電力線中の信号電圧が含まれている請求項１記載の装置。
8. 前記パラメータには出力電圧と同位相の出力電流の大きさが含まれている請求項１記載の装置。
9. 前記センサは、前記出力電圧を示す入力と前記出力電流を示す入力とを受取る位相検出器を備えている請求項８記載の装置。
10. 前記出力は電磁放射強度を前記電力線から生成し、
    前記パラメータおよび前記電磁放射強度は１つの比率を形成し、
    前記制御装置は電力を調節して、前記モデムの送信機の周波数帯域にわたる前記比率の変化を補償する請求項１記載の装置。
11. モデムから電力線に出力を供給し、
    前記出力のパラメータを感知し、
    前記パラメータの値に基づいて前記出力の電力を調節するステップを含んでいる電力線通信システムにおいて使用される方法。
12. 前記調節するステップは、前記電力を予め定められた電磁放射レベルに制限しながら前記電力を最大化するステップを含んでいる請求項１１記載の方法。
13. 前記出力は第１の周波数サブ帯域および第２の周波数サブ帯域を含んでおり、
    前記調節するステップは、前記第１の周波数サブ帯域に対する電力と前記第２の周波数サブ帯域に対する電力とを調節するステップを含んでいる請求項１１記載の方法。
14. 前記モデムは第１の周波数サブ帯域および第２の周波数サブ帯域により順次送信をすることにより前記出力を供給し、
    前記調節するステップは、前記第１の周波数サブ帯域に対する電力と前記第２の周波数サブ帯域に対する電力とを調節するステップを含んでいる請求項１１記載の方法。
15. 前記パラメータには電磁放射が含まれている請求項１１記載の方法。
16. 前記パラメータには前記電力線中の信号電流が含まれている請求項１１記載の方法。
17. 前記パラメータには前記電力線の信号電圧が含まれている請求項１１記載の方法。
18. 前記パラメータには出力電圧と同位相の出力電流の大きさが含まれている請求項１１記載の方法。
19. 前記感知するステップは、前記出力電圧を示す入力と前記出力電流を示す入力とを受取る位相検出器により行われる請求項１８記載の方法。
20. 前記出力は電磁放射強度を前記電力線から生成し、
    前記パラメータおよび前記電磁放射強度は１つの比率を形成し、
    前記調節するステップは、前記電力を調節して前記モデムの送信機の周波数帯域にわたる前記比率の変化を補償するステップを含んでいる請求項１１記載の方法。

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