專利名稱：通信方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到在市電電源電纜及其它配線上射頻通信的方法和設(shè)備，尤其是涉及到微波頻率的通信。本發(fā)明的實(shí)施例特別適合于超寬帶(UWB)通信。
背景技術(shù)：
UWB通信技術(shù)從雷達(dá)及其它軍事應(yīng)用發(fā)展而來(lái)，而開(kāi)拓工作是由G.F.Ross博士實(shí)現(xiàn)的，如美國(guó)專利US 3728632中所描寫。超寬帶通信系統(tǒng)采用具有較短上升與下降時(shí)間的非常窄的電磁輻射脈沖(脈沖)，結(jié)果形成具有非常寬帶寬的頻譜。一些系統(tǒng)采用利用這種脈沖進(jìn)行天線的直接激勵(lì)，然后根據(jù)天線特征脈沖或者階躍響應(yīng)(取決于激勵(lì))進(jìn)行輻射。因?yàn)閷?dǎo)致射頻的發(fā)射沒(méi)有任何明確的載波頻率，所以這種系統(tǒng)被稱為“無(wú)載波”。然而，其它的UWB系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)或者幾個(gè)周期的高頻載波，因此，盡管信號(hào)帶寬較寬，也可以確定有意義的中心頻率與/或相位。美國(guó)聯(lián)邦電訊委員會(huì)(FCC)將UWB定義為至少為中心(或平均)頻率的25％處的-10dB帶寬，或者至少1.5GHz的帶寬；美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究項(xiàng)目管理局(USDARPA)的定義與上面相類似，但是歸于在-20dB的帶寬。這種形式的定義是有效的而且清楚地區(qū)分了UWB系統(tǒng)與常規(guī)的窄帶和寬帶系統(tǒng)，但是，在這個(gè)詳細(xì)說(shuō)明中描述的技術(shù)不局限于落在這個(gè)精確定義范圍內(nèi)的一些系統(tǒng)，而且可以采用與使用非常短電磁輻射脈沖的類似系統(tǒng)。
UWB通信系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。概括地講，非常寬的帶寬有利于非常高的數(shù)據(jù)速率的通信，而且因?yàn)椴捎幂椛涿}沖，所以即使每個(gè)脈沖功率可能相對(duì)較大，但是平均發(fā)射功率(以及功率消耗)可以保持較低。還有，因?yàn)槊總€(gè)脈沖的功率遍布在較寬的帶寬上，所以每單位頻率的功率可以是非常低的，因此在軍事應(yīng)用方面，允許UWB系統(tǒng)與其它的頻譜的用戶共存，并提供較低的截獲概率。因?yàn)槎嘀胤瓷渫ǔＪ强梢越鉀Q的，所以短脈沖也使UWB通信系統(tǒng)相對(duì)地不易受多徑效應(yīng)的影響。最后，UWB系統(tǒng)使它們本身實(shí)際上適用于全部-數(shù)字實(shí)現(xiàn)，其具有節(jié)約成本及其它優(yōu)點(diǎn)。
圖1a顯示一個(gè)典型的UWB無(wú)線電收發(fā)機(jī)100。它包括一個(gè)發(fā)射/接收天線102，發(fā)射/接收天線102具有用帶通濾波器(BPF)104表示的特征脈沖響應(yīng)(雖然在有些情況下，可以明確地包含有帶通濾波器)，并連接到發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)106。
發(fā)射鏈路包括可由基帶發(fā)射數(shù)據(jù)輸入110調(diào)制的脈沖發(fā)生器108，和天線驅(qū)動(dòng)裝置112。因?yàn)橥ǔH僅需要較小的輸出電壓幅度，所以可以省略驅(qū)動(dòng)器。一般可以采用許多調(diào)制技術(shù)中的一種，既可以是OOK(振幅鍵控，即，發(fā)射或不發(fā)射脈沖)、多元(M-ary)振幅鍵控(脈沖幅度調(diào)制)、或者是PPM(脈沖位置調(diào)制，即，抖動(dòng)脈沖位置)。通常，發(fā)射的脈沖具有＜1ns的持續(xù)時(shí)間，而且可以具有千兆赫級(jí)的帶寬。
接收鏈路通常包括低噪聲放大器(LNA)和自動(dòng)增益控制(AGC)級(jí)114，后面是相關(guān)器或者匹配濾波器(MF)116，與接收的脈沖形狀相匹配，以至于當(dāng)具有正確(相匹配)脈沖波形的射頻(rf)能量出現(xiàn)時(shí)它輸出脈沖。MF 116的輸出通常由模擬-數(shù)字變換器(ADC)118進(jìn)行數(shù)字化，然后提供給可變?cè)鲆?基于數(shù)字或軟件的)門限電路120，MF 116的輸出包含所接收的數(shù)據(jù)。技術(shù)熟練的人將明白，也可以采用前向糾錯(cuò)(FEC)，例如分組糾錯(cuò)編碼及其它的基帶處理，但是這些技術(shù)是眾所周知和通用的，因此為了清楚省略掉這些描述。方便地，可以采用瑞克接收機(jī)技術(shù)(例如參看WO 01/93441，WO 01/93442，WO 01/93482)。
圖1b顯示一個(gè)基于載波的UWB發(fā)射機(jī)122的例子，更詳細(xì)的內(nèi)容描寫在美國(guó)專利US 6,026,125中。這種形式的發(fā)射機(jī)允許UW發(fā)射的中心頻率和帶寬可以控制，因?yàn)樗腔谳d波的，所以象振幅和位置調(diào)制一樣能夠利用頻率和相位。因此，可以采用例如QAM(正交調(diào)幅)或者M(jìn)-aryPSK(多元相移鍵控)。
參照?qǐng)D1b，振蕩器124產(chǎn)生高頻載波，高頻載波由實(shí)際上起到高速開(kāi)關(guān)效果的混頻器126選通。到混頻器的第二個(gè)輸入是由脈沖發(fā)生器128提供，并由帶通濾波器130(任選的)濾波。濾波脈沖的振幅確定混頻二極管正向偏置的時(shí)間，因此在混頻器的輸出確定UWB信號(hào)的有效脈沖寬度和帶寬。UWB信號(hào)的帶寬同樣也是由濾波器130來(lái)確定。UWB信號(hào)的中心頻率和瞬時(shí)相位由振蕩器124確定，而且可以由數(shù)據(jù)輸入132來(lái)調(diào)制。在美國(guó)專利US 6,026,125中描述了具有1.5GHz中心頻率和400MHz帶寬的發(fā)射機(jī)的例子。脈沖對(duì)脈沖的相干性可以通過(guò)將脈沖發(fā)生器相位鎖定到振蕩器而獲得。
混頻器126的輸出由帶通濾波器134處理以便濾去帶外頻率和不期望的混頻分量，通過(guò)數(shù)字控制的射頻(rf)衰減器136選擇性地衰減以便提供附加的幅度調(diào)制，然后傳送到寬帶功率放大器138，例如MMIC(單片微波集成電路)，并且傳輸給天線140。功率放大器可以與來(lái)自發(fā)生器128的脈沖同步地控制接通/斷開(kāi)，以便減少功率消耗，如美國(guó)US6026125中所描寫。
圖1c顯示與圖1b類似的發(fā)射機(jī)，其中同樣的元件用同樣的參考編號(hào)。概括地講，圖1c的發(fā)射機(jī)是圖1b中發(fā)射機(jī)振蕩器頻率已經(jīng)調(diào)到零的一個(gè)特例。圖1b中振蕩器124的輸出實(shí)際上是直流電平，其用來(lái)保持混頻器126總是接通，所以省略這些元件(以及脈沖發(fā)生器或者調(diào)制它的輸出)。
圖1d顯示基于-載波的替換UWB發(fā)射機(jī)142，也描述在美國(guó)專利US6,026,125中。此外，與圖1b中相同的元件用同樣的參考數(shù)字顯示。
在圖1d的結(jié)構(gòu)中，時(shí)間選通電路144在定時(shí)信號(hào)146控制下選通振蕩器124的輸出。這個(gè)定時(shí)信號(hào)的脈沖寬度確定了瞬時(shí)的UWB信號(hào)的帶寬。因此，發(fā)射信號(hào)UWB的帶寬可以是通過(guò)調(diào)整這個(gè)脈沖的寬度來(lái)調(diào)整。
適合于圖1b到1d中使用UWB發(fā)射機(jī)的超寬帶接收機(jī)描述在美國(guó)專利US 5,901,172中。這些接收機(jī)使用基于-隧道二極管的檢波器，以便通過(guò)降低其相對(duì)于帶內(nèi)干擾的脆弱性，從而使單脈沖能以高速率(每秒幾百萬(wàn)位)檢測(cè)。概括地講，隧道二極管在激活與非激活方式之間轉(zhuǎn)換，在它的非激活期間保存在二極管的電荷被放電。實(shí)際上，隧道二極管起到定時(shí)選通匹配濾波器的作用，而且相關(guān)操作與輸入脈沖同步。
圖1e顯示已知UWB發(fā)射機(jī)148的另一個(gè)例子，關(guān)于例子的描述如在美國(guó)專利US 6,304,623中。在圖1e中，脈沖發(fā)生器150產(chǎn)生射頻脈沖，它在由精確定時(shí)信號(hào)發(fā)生器156提供的定時(shí)信號(hào)154控制下通過(guò)天線152發(fā)射，定時(shí)信號(hào)發(fā)生器本身由穩(wěn)定時(shí)基158控制。編碼發(fā)生器160接收來(lái)自定時(shí)信號(hào)發(fā)生器的基準(zhǔn)時(shí)鐘，并且向定時(shí)信號(hào)發(fā)生器提供偽隨機(jī)時(shí)間偏移指令給，用于抖動(dòng)調(diào)諧發(fā)射脈沖的位置。這具有擴(kuò)展和平整梳-狀頻譜的效果，否則將由常規(guī)脈沖、窄脈沖來(lái)產(chǎn)生(在一些系統(tǒng)中，為了類似的效果可以采用幅度調(diào)制)。
圖1f顯示一種相應(yīng)的接收機(jī)162，也描述在美國(guó)專利US6,304,623中。它使用類似的定時(shí)信號(hào)發(fā)生器164、時(shí)基166和編碼發(fā)生器168(產(chǎn)生相同的偽隨機(jī)序列)，但是時(shí)基166是通過(guò)跟蹤環(huán)路濾波器170鎖定在接收信號(hào)。定時(shí)信號(hào)發(fā)生器164的定時(shí)信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)樣板產(chǎn)生器172，它輸出一個(gè)樣板信號(hào)，相關(guān)器/采樣器176和累加器178對(duì)接收信號(hào)采樣并且使其與樣板相關(guān)，在相關(guān)器的孔徑時(shí)間上積分以便產(chǎn)生一個(gè)輸出，該輸出是由檢波器180在積分周期的尾部與參考信號(hào)進(jìn)行比較，確定已經(jīng)接收一個(gè)還是零個(gè)。
圖1g顯示采用擴(kuò)頻通信類型編碼技術(shù)的UWB無(wú)線電收發(fā)機(jī)182。一般類型的無(wú)線電收發(fā)機(jī)更詳細(xì)地描述在美國(guó)專利US 6,400,754中，可以用來(lái)參考。
在圖1g中，接收天線184和低噪聲放大器186提供一個(gè)輸入給時(shí)間-積分相關(guān)器188。到相關(guān)器的第二個(gè)輸入是由產(chǎn)生擴(kuò)頻通信-類型編碼(例如Kasami碼)的編碼序列發(fā)生器190提供，即Kasami碼是來(lái)自具有不低的互相關(guān)系數(shù)的編碼族中的一種具有高自相關(guān)系數(shù)的編碼。相關(guān)器188將模擬輸入信號(hào)與參考編碼相乘并且在編碼序列周期上積分，而且它可以包含具有多個(gè)表示輸入信號(hào)和參考編碼的不同時(shí)間排列相位的匹配濾波器。相關(guān)器的輸出由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器192數(shù)字化，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器192通過(guò)具有存儲(chǔ)器198的處理器196控制將輸出提供給總線，編碼序列發(fā)生器190由晶體振蕩器驅(qū)動(dòng)群200驅(qū)動(dòng)，發(fā)射天線驅(qū)動(dòng)器202從總線194接收數(shù)據(jù)，與來(lái)自產(chǎn)生器190的編碼序列相乘并且從發(fā)射天線204發(fā)射出去。在雙重脈沖接收和發(fā)射的操作編碼序列中，在一種安排中，每位(比特)包含10ns碼片的一個(gè)1023碼片序列，因此具有10μs的持續(xù)時(shí)間并且提供30dB的處理增益。為了高比特率可以采用較短的擴(kuò)展序列與/或高速時(shí)鐘。
在美國(guó)專利US6400754中描述的無(wú)線電收發(fā)機(jī)使用改進(jìn)的獨(dú)立頻率電流方式屏蔽環(huán)形天線(如美國(guó)專利US 4,506,267中描述的)，其包含平面矩形導(dǎo)體極板。這種天線被認(rèn)為是大電流輻射體(LCR)天線，而且當(dāng)由電流驅(qū)動(dòng)時(shí)它在極板的表面上向外輻射。
圖1h顯示適合于這種LCR發(fā)射天線208的驅(qū)動(dòng)電路206。該天線是通過(guò)包含四個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)210的H電橋來(lái)驅(qū)動(dòng)，該MOS晶體管由左(L)和右(R)控制線212、214來(lái)控制。借助于觸發(fā)線路214的“高”然后“低”，同時(shí)保持線路214“低”，發(fā)射第一極性的雙重脈沖(就是說(shuō)一對(duì)相反極性的脈沖)，和借助于觸發(fā)線路212的“高”然后“低”，同時(shí)保持線路214“低”，發(fā)射相反極性的雙重脈沖。天線只有當(dāng)通過(guò)它的電流變化時(shí)才輻射，而且在每次轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)射單個(gè)的高斯(gaussain)脈沖。
圖2a到2h顯示UWB波形的例子。圖2a顯示UWB脈沖發(fā)射機(jī)的典型輸出波形，而圖2b顯示圖2a波形的功率譜。圖2c顯示一種波形-式樣的脈沖(當(dāng)其縮短時(shí)就變成單周期)，例如可以從圖1b到1d中發(fā)射機(jī)之一輻射出。圖2d顯示圖2c的功率譜。圖2e顯示一個(gè)雙重脈沖而圖2f是圖2e雙重脈沖的功率譜。可見(jiàn)圖2f的頻譜包含具有間隔(在頻率上)的梳狀頻譜，它由雙重脈沖的間距(在時(shí)間上)來(lái)確定，而總帶寬由每個(gè)脈沖的寬度來(lái)確定。還可以從圖2e和2f中知道抖動(dòng)的脈沖位置將趨向于減少梳狀頻譜中的零值。圖2g顯示關(guān)于邏輯0與邏輯1的基本雙重脈沖波形的例子。圖2h顯示TDMA UWB發(fā)射的例子，例如可以是從圖1g的無(wú)線電收發(fā)機(jī)發(fā)射出，其中CDMA-編碼數(shù)據(jù)的脈沖串借助于非發(fā)射周期來(lái)分離，以便允許其它裝置訪問(wèn)。
超寬帶潛在地為無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)提供有意義的優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)音頻與視頻娛樂(lè)裝置的寬帶聯(lián)網(wǎng)。然而UWB通信的寬帶寬是引起關(guān)注的原因，尤其是涉及到可能干擾GPS(全球定位系統(tǒng))和航空電子設(shè)備系統(tǒng)。由于這個(gè)原因，雖然UWB最近已經(jīng)由美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)批準(zhǔn)使用，但是僅僅準(zhǔn)許在非常低的功率和有限帶寬(3.1到10.6GHz)上工作。因此，需要一些在低功率上易于UWB通信的方法和裝置，尤其在房屋內(nèi)。
然而，不僅僅是在UWB通信中，還需要用于改進(jìn)現(xiàn)有的通信技術(shù)，尤其是在市電電源電纜上。這種通信的好處很容易理解，實(shí)際上，如市電電源電纜和相關(guān)的電源插座提供用于家庭網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)裝配線，應(yīng)該是能夠利用這種現(xiàn)有配線的合適技術(shù)。然而，因?yàn)楦蓴_的級(jí)別相對(duì)較高，有時(shí)具有寬帶的特性；因?yàn)閺闹C振電路和抑制器連接到市電電源，在電纜頻率響應(yīng)中相對(duì)強(qiáng)的缺口；以及在許多反射和環(huán)路中通常形成的不匹配，所以存在許多難點(diǎn)。無(wú)法承受這些問(wèn)題，涉及到電源電纜上射頻信號(hào)發(fā)射的已有技術(shù)主要部分，可以參看例如，電力線世界網(wǎng)站(www.powerlineworld.com)和電力線通信網(wǎng)網(wǎng)站(www.powerlinecommunications.net)。有幾個(gè)公司包含在這些領(lǐng)域里，它們包括加拿大，近岸系統(tǒng)工程公司(IntracoastalSystem Engineering Corporation)；英國(guó)Nsine有限公司；美國(guó)加利福尼亞Echelon公司；美國(guó)佛羅里達(dá)Intellon公司；加拿大Cogency公司；以及在UWB領(lǐng)域中，美國(guó)加利福尼亞Pulselink有限公司；像各種各樣的具有行業(yè)利益一樣的其它公司(參看，例如，EPO961 415；W099/48224；美國(guó)專利6,172,597；W096/17444；和英國(guó)專利GB 2,304,013)。兩個(gè)眾所周知用于電力線通信的標(biāo)準(zhǔn)是LonWorks和HomePlug標(biāo)準(zhǔn)，其中兩者都在一對(duì)主導(dǎo)線例如，火線和中線之間采用差動(dòng)信號(hào)(關(guān)于LonWorks參看專利WO 92/21180和有關(guān)的美國(guó)專利US 5,485,040；關(guān)于HomePlug參看歐洲專利EPO 419 047和美國(guó)專利US 4,755,792)。
直到現(xiàn)在，市電電源配線上的通信已經(jīng)包括使用連續(xù)波頻移鍵控(CWFSK)和脈沖頻率猝發(fā)的系統(tǒng)。更有效的高速率數(shù)據(jù)通信已經(jīng)集中在使用正交頻分多路復(fù)用(OFDM)和相關(guān)的協(xié)議，作為OFDM易于載波的選擇以便避免干擾與/或頻率響應(yīng)缺口，而且即使當(dāng)一個(gè)或多個(gè)載波已經(jīng)失去時(shí)也易于數(shù)據(jù)恢復(fù)(這種技術(shù)的例子可以在Intellon有限公司持有的專利中找到)。涉及的射頻頻率較低-例如HomePlug PHY擁有從大約4.5MHz到21MHz的頻帶而且獲得大約20Mbps的未處理比特率；來(lái)自于Cogency的另一個(gè)系統(tǒng)，為了獲得每個(gè)符號(hào)具有多個(gè)比特而達(dá)到100Mbps未處理比特率的目的，看來(lái)似乎使用達(dá)到40MHz的頻率。一般說(shuō)來(lái)，上述這些范圍的頻率對(duì)于電力線通信來(lái)說(shuō)到目前為止一直被忽視，或許因?yàn)殡娫措娎|在這些頻率上的差動(dòng)信號(hào)看上去更像短路。然而，為電力線通信提供增加的數(shù)據(jù)速率通常是值得做的，盡管以前沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這些如何能夠?qū)崿F(xiàn)。然而，在市電電源線上傳輸U(kuò)WB信號(hào)的考慮已經(jīng)使發(fā)明者認(rèn)識(shí)到，如何對(duì)寬范圍類型的射頻信號(hào)增加電力上線通信的數(shù)據(jù)速率，不局限于UWB。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在此提供一種具有1GHz或者高更頻率的微波信號(hào)通信的方法，其使用至少包括一根導(dǎo)線的電纜，該方法包括將發(fā)射天線定位在與所述電纜有一距離的所述電纜的發(fā)射點(diǎn)，以便將所述微波信號(hào)耦合到所述電纜里；利用所述微波信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射天線，以便將傳播波引入所述電纜并沿著所述電纜傳送；定位接收天線以便接收由所述傳播波產(chǎn)生的電磁信號(hào)；利用所述接收天線接收所述微波信號(hào)。
發(fā)明者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在較高頻率上，尤其是在1GHz頻率上，可以引導(dǎo)信號(hào)以便沿著導(dǎo)線或者導(dǎo)線束傳送，例如作為共模或單端的電壓信號(hào)的市電電源電纜而不是使用一對(duì)導(dǎo)線傳送差動(dòng)信號(hào)。在這些微波頻率段，該電纜引導(dǎo)存在于導(dǎo)線表面(由于趨膚效應(yīng))和在導(dǎo)線與用于傳播波的導(dǎo)線外部的地之間的傳播波，而更常規(guī)的觀點(diǎn)認(rèn)為在低頻情況下，流到導(dǎo)線的信號(hào)相對(duì)較少。通常，市電電源電纜將包含一束導(dǎo)線，經(jīng)常包含一根接地線，而在這種情況下，應(yīng)該相信信號(hào)在一束導(dǎo)線上是作為一個(gè)整體傳播，以致實(shí)際上分開(kāi)的導(dǎo)線以共模結(jié)構(gòu)工作。在采用金屬導(dǎo)管封裝市電電源電纜的情況下，應(yīng)該相信信號(hào)在這個(gè)導(dǎo)管上流過(guò)；用類似的方法，在改進(jìn)的方法中，一根導(dǎo)線至少可以包含水管而不是電纜的導(dǎo)線。概括地講，該導(dǎo)線形成具有圍繞的接地的波導(dǎo)，而且這種波導(dǎo)多少類似于表面波導(dǎo)與/或射頻帶狀線那樣引導(dǎo)微波信號(hào)。因此即使市電電源電纜具有運(yùn)載一部分共模信號(hào)的接地線，盡管在某些點(diǎn)對(duì)實(shí)際的地的連接可能導(dǎo)致阻抗失配而且因此引起反射，微波信號(hào)仍然可以沿著該電纜傳送。
因?yàn)樯婕拜^高頻率，所以除了易于高數(shù)據(jù)通信之外，用這樣的方式在差動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上引導(dǎo)微波信號(hào)具有一些附加的優(yōu)點(diǎn)。由于進(jìn)入接近電纜的空氣中的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)輻射隨著距離迅速地減弱，因此在上述方法的實(shí)施例中輻射擴(kuò)展的離電纜更遠(yuǎn)，在電纜與圍繞的地線之間建立電磁場(chǎng)，并且提供了接收天線可以有效地定位的更大的空間。此外，由于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)電介質(zhì)損耗相對(duì)高，因此利用上述方法的實(shí)施例，跨越電纜護(hù)套呈現(xiàn)較小的電場(chǎng)，而空氣中基本是電介質(zhì)，因此減小了這些損耗。
在這些實(shí)施例中，不同于常規(guī)系統(tǒng)，該傳播波相對(duì)于接地有效地被驅(qū)動(dòng)，盡管這個(gè)接地是由引導(dǎo)波的電源電纜(或其它導(dǎo)線)的圍繞介質(zhì)組成。在低頻段，因?yàn)榘浅ｉL(zhǎng)的波長(zhǎng)所以難以將傳播波耦合到地，但是在高頻率區(qū)，實(shí)際上采用傳播波有效地接地的局部接地。這中局部或有效接地可以包含接地面，即使市電電源配線的另一部分在微波頻率段與傳送傳播波的部分是隔離的，以及/或通過(guò)天線形成對(duì)自由空間的“連接”提供了對(duì)空間的電磁耦合。局部或有效接地最好不包含對(duì)地(諸如接地點(diǎn))的直接連接。因此，對(duì)地的局部或有效連接最好為傳播波提供間接的接地，經(jīng)過(guò)電容耦合到為傳播波而提供的接地環(huán)境，以及/或在所關(guān)心的頻率處借助于對(duì)自由空間的電磁耦合的方式。對(duì)于傳播波，在有效或局部接地與大地之間的阻抗較好是實(shí)質(zhì)上等于或小于自由空間的阻抗，更可取地是實(shí)質(zhì)上小于這個(gè)阻抗，例如小于10倍，以便為傳播波提供對(duì)地的良好耦合。因此在上述方法中，驅(qū)動(dòng)可以包含相對(duì)于這個(gè)局部或有效接地驅(qū)動(dòng)發(fā)射天線。
為了耦合微波信號(hào)到電纜中，發(fā)射天線與電纜的距離(更具體地，與導(dǎo)線表面)最好等于或小于微波信號(hào)的平均自由空間波長(zhǎng)(在UWB信號(hào)的情況下，可以采用頻帶的平均波長(zhǎng)，或者最大或最小波長(zhǎng))；更可取地是，電纜導(dǎo)線處于天線的附近區(qū)域(該附近區(qū)域是在與天線的距離為用2π除以自由空間波長(zhǎng)的距離范圍內(nèi))；更可取地是天線實(shí)質(zhì)上接近電纜。按照阻抗來(lái)說(shuō)的話，天線最好被定位在以致使天線與電纜(或更精密的導(dǎo)線)之間的電容性阻抗實(shí)質(zhì)上等于或者小于自由空間的阻抗，最好明顯地小于自由空間的阻抗，例如十分之一。這有助于確保微波信號(hào)有效率地耦合到電纜中。
為了獲得微波信號(hào)到電纜中的耦合，事實(shí)上任何類型的天線都可以采用，但是某些天線類型是更可取的。例如，單極性天線，包括簡(jiǎn)單的導(dǎo)線，提供簡(jiǎn)單與廉價(jià)的耦合；在這些實(shí)施例中，這種單極性天線可以以螺旋形結(jié)構(gòu)提供，可選擇環(huán)繞電纜線。因此本發(fā)明的另一方面提供這樣的天線。在其它的結(jié)構(gòu)中，發(fā)射(或接收)天線可以包含局部或者完全封裝在電纜的周圍的護(hù)套；這種護(hù)套的幾何結(jié)構(gòu)可以改變以便為天線驅(qū)動(dòng)器或接收機(jī)提供阻抗匹配。
在另一種結(jié)構(gòu)中，發(fā)射(或接收)天線包括磁性環(huán)形天線；在更可取的結(jié)構(gòu)中，采用一個(gè)變壓器，其中電纜提供次級(jí)線圈而環(huán)形天線提供初級(jí)線圈(對(duì)于接收機(jī)天線正相反)。這種變壓器可以采用鐵氧體環(huán)繞電纜以便有利于變壓器效應(yīng)。尖晶石與石榴石類型鐵氧體材料是適合鐵氧體的例子。
更可取的是，至少發(fā)射天線與電纜的至少一根導(dǎo)線實(shí)質(zhì)上是電阻性和電容性絕緣的，也就是說(shuō)為了安全原因不提供直流或者低頻(50/60Hz)電流通路。
(實(shí)際上這個(gè)暗示最大耦合電容是100nF量級(jí)的)。
在另一方面，本發(fā)明提供一種利用包括至少一根導(dǎo)線的電纜來(lái)發(fā)射射頻信號(hào)的方法，該方法包括將發(fā)射天線定位在與所述電纜有一距離的所述電纜的發(fā)射點(diǎn)，以便將所述微波信號(hào)耦合到所述電纜里；利用所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射天線，以便將傳播波引入所述電纜并沿著所述電纜傳送。
本發(fā)明另外提供一種利用包括實(shí)質(zhì)上電隔離的導(dǎo)線束的電纜發(fā)射射頻信號(hào)的方法，其特征在于該方法包括將所述射頻信號(hào)耦合到所述導(dǎo)線，以便利用所述射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述導(dǎo)線束，致使每個(gè)所述導(dǎo)線實(shí)質(zhì)上運(yùn)載同樣的信號(hào)；利用所述射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述導(dǎo)線束以便產(chǎn)生與所述電纜相關(guān)的傳播射頻信號(hào)。
因此該導(dǎo)線束可以利用共模射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，也就是說(shuō)，以致導(dǎo)線傳送實(shí)質(zhì)上具有類似的相位和振幅(相對(duì)于地的信號(hào))的信號(hào)。與該電纜有關(guān)的傳送信號(hào)因此可以包含單端電壓信號(hào)。相對(duì)于驅(qū)動(dòng)射頻信號(hào)的接地對(duì)于傳播波的接地可以具有低阻抗的電容耦合，或可以包含一個(gè)虛擬接地或自由空間連接，電磁地耦合到關(guān)于傳播波的地，例如利用發(fā)射天線。
在其它方面，本發(fā)明提供為了實(shí)現(xiàn)以上述方法而配置的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和無(wú)線電收發(fā)機(jī)。
因此本發(fā)明另外提供一種射頻(rf)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，用于發(fā)射由電導(dǎo)線引導(dǎo)的至少1GHz的信號(hào)，該系統(tǒng)包括用于引導(dǎo)所述信號(hào)的電導(dǎo)線；發(fā)射天線，其定位在與所述導(dǎo)線有一距離，以便將所述微波信號(hào)耦合到所述電纜中，所述天線實(shí)質(zhì)上是與所述導(dǎo)線電阻性隔離的；輸入端，其與所述發(fā)射天線連接，接收所述射頻信號(hào)和提供與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的射頻驅(qū)動(dòng)給所述天線，以便在所述電導(dǎo)線上發(fā)射與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的傳播波。
射頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)可以合并導(dǎo)電線，該導(dǎo)電線例如可以包含用于對(duì)家用的或工業(yè)的市電電源電路進(jìn)行連接的一部分市電電源導(dǎo)線。這有助于簡(jiǎn)單插入市電電源電路的發(fā)射機(jī)的實(shí)施例。然而更進(jìn)一步，一些相關(guān)方面本發(fā)明也提供一些變化，其中信號(hào)傳輸系統(tǒng)被設(shè)置成適合于耦合到市電電源導(dǎo)線部分(在美國(guó)通常是稱作電力電纜或者電力線導(dǎo)線)，而導(dǎo)電線在這個(gè)傳輸系統(tǒng)可以不存在。
在這些實(shí)施例中，發(fā)射天線可以設(shè)置為沿著導(dǎo)線在一個(gè)方向上引導(dǎo)傳播波，例如遠(yuǎn)離已經(jīng)連接到系統(tǒng)的插座，或者遠(yuǎn)離進(jìn)入家用或者工業(yè)建筑物的導(dǎo)線輸入點(diǎn)。這種優(yōu)先的引導(dǎo)可以通過(guò)在一端連接和驅(qū)動(dòng)單極性天線來(lái)獲得，但是利用彼此之間相位不同的一對(duì)發(fā)射天線驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)可能更有效。然后，信號(hào)可以安排為優(yōu)先朝向相位滯后的天線傳送，其利用實(shí)質(zhì)上提供相同的相位滯后(對(duì)于傳播波來(lái)說(shuō))的兩個(gè)所選定天線之間的距離作為天線之間的驅(qū)動(dòng)相位滯后。然后在一個(gè)方向(該方向與天線驅(qū)動(dòng)相位滯后方向相反)上的傳播波實(shí)際上可以衰減或者消除。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種射頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)，用于發(fā)射由電纜的一根或多根電導(dǎo)線引導(dǎo)的射頻信號(hào)，該射頻信號(hào)具有1GHz或更高的頻率，其特征在于該系統(tǒng)包括將所述射頻信號(hào)耦合進(jìn)入所述電纜的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；輸入端，其與所述轉(zhuǎn)換器連接，以便接收所述射頻信號(hào)并且提供與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的射頻驅(qū)動(dòng)給所述轉(zhuǎn)換器，以便在所述一根或多根導(dǎo)線上發(fā)射與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的傳播波；在所述射頻信號(hào)的頻率處為所述傳播波進(jìn)行有效接地的電連接的裝置，所述有效接地對(duì)于所述傳播波是間接連接到大地，所述間接連接在所述實(shí)際信號(hào)的中心頻率處實(shí)質(zhì)上具有等于或小于自由空間阻抗的阻抗。
對(duì)于傳播波的有效接地最好不要直接與大地連接(這可以夠理解，對(duì)于傳播波的大地通常可以不必由傳送傳播波的電源電纜的接地線提供)。然而，間接連接可以包含具有扼流圈的電源電纜部分，以便從慣用提供有效接地的電纜部分去耦傳送傳播波的電纜部分。在所關(guān)心的頻率處，在某些實(shí)施例中可能僅僅包含接地面，例如在印刷電路板上，然而，對(duì)傳播波的有效接地是有效地連接到大地，有助于為了產(chǎn)生傳播波而提供射頻驅(qū)動(dòng)。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種射頻信號(hào)接收系統(tǒng)，其用于接收由電纜的一根或多根電導(dǎo)線引導(dǎo)的信號(hào)，該信號(hào)具有大于1GHz的頻率，其特征在于該系統(tǒng)包括用于接收所述引導(dǎo)信號(hào)的接收天線；和在所述射頻信號(hào)頻率處為所述引導(dǎo)信號(hào)構(gòu)造有效接地的電連接的裝置，所述有效接地對(duì)于所述傳播波是間接連接到大地，所述間接連接在所述信號(hào)的中心頻率處實(shí)質(zhì)上具有等于或小于自由空間阻抗的阻抗。
在上述描述的系統(tǒng)和方法中，(微波)射頻信號(hào)可以包含UWB信號(hào)。這種信號(hào)的脈沖特性易于從許多多路徑反射中恢復(fù)能量，這些反射在電源電纜電路上與傳送的信號(hào)碰撞，而用于恢復(fù)這種能量的技術(shù)描述在申請(qǐng)人在相同申請(qǐng)日遞交的英國(guó)專利申請(qǐng)(待確定編號(hào))中，因此可以結(jié)合參考。然而，技術(shù)熟練的人將認(rèn)識(shí)到，上面描述的技術(shù)可以使用于實(shí)際通信任何類型的信號(hào)，只要它具有足夠高的頻率(在1GHz以上)。多路徑效應(yīng)可以由傳輸協(xié)議的下層與/或接收機(jī)相關(guān)器來(lái)考慮，例如通過(guò)展開(kāi)卷積傳輸信道的脈沖響應(yīng)。
從而可以找到上面描述方法和系統(tǒng)的其它應(yīng)用，例如在IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會(huì))802.11a信號(hào)的通信中。IEEE 802.11a采用在5GHz范圍的OFDM調(diào)制，因此它的傳輸易于利用市電電源電纜。然而，因?yàn)樵谑须婋娫措娎|觀察的多路徑反射時(shí)間與自由空間傳播比較相對(duì)較長(zhǎng)，所以最好修改該協(xié)議以便提供較長(zhǎng)的符號(hào)間的保護(hù)間隔或周期前綴以考慮這種反射。例如，在某些市電電源導(dǎo)線電路中，多路徑分量可以出現(xiàn)在自最初接收信號(hào)超過(guò)100ns之后。因此現(xiàn)行802.11a無(wú)線協(xié)議的0.8μs保護(hù)間隔可以增加，例如，1μs或者更多。這可以通過(guò)傳輸協(xié)議中的改變來(lái)完成，雖然在最大數(shù)據(jù)速率上存在某些減小。例如，802.11的OFDM實(shí)現(xiàn)使用48個(gè)正交載波一起傳輸具有0.8μs保護(hù)間隔的3.2μs的符號(hào)，給出4μs的符號(hào)周期。如果保護(hù)間隔延長(zhǎng)到，例如1.8μs，符號(hào)周期就會(huì)增加到5μs，減少20％的符號(hào)速率。
通常在OFDM通信系統(tǒng)中，一系列調(diào)制數(shù)據(jù)符號(hào)比如正交調(diào)幅(QAM)符號(hào)都是借助于反向的(離散的)傅里葉變換(IFT)陣來(lái)操作來(lái)提供一組數(shù)值，這是在通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將確定波形轉(zhuǎn)換到模擬信號(hào)時(shí)，該波形包括一組由調(diào)制數(shù)據(jù)符號(hào)(OFDM符號(hào))調(diào)制的正交載波。周期擴(kuò)展，尤其是周期前綴，是在時(shí)間域添加，其通過(guò)復(fù)制一些I(D)FT的最后采樣值輸出到OFDM符號(hào)的開(kāi)始。為了充分地消除中間符號(hào)干擾或者消除小于這個(gè)保護(hù)間隔的多路徑延遲(當(dāng)解碼這個(gè)保護(hù)間隔實(shí)際上被忽略時(shí))的目的，周期前綴(或后綴)延長(zhǎng)了OFDM符號(hào)以至于提供一個(gè)保護(hù)間隔。因此，能夠看出利用上述系統(tǒng)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)任何范圍的常規(guī)OFDM通信系統(tǒng)，(例如，甚至數(shù)字電視-類型通信協(xié)議)，僅僅通過(guò)延長(zhǎng)周期前綴就可以使該系統(tǒng)或者技術(shù)更好地適合于電源電纜環(huán)境。
根據(jù)本發(fā)明另外的方面，這里提供一種在建筑物中分配超寬頻帶(UWB)通信信號(hào)的方法，所述方法包括產(chǎn)生UWB信號(hào)；將UWB信號(hào)耦合到建筑物的市電電源電路的至少一根導(dǎo)電線上，以便分配UWB信號(hào)。
在建筑物(例如家庭住所，比如宅院或者一層樓公寓)的市電電源上分配UWB信號(hào)，可能潛在地為期望的范圍增加UWB通信范圍與/或降低功率。此外，因?yàn)閁WB信號(hào)傳送通過(guò)建筑物墻相對(duì)較弱，所以該方法可能允許較高平均UWB輻射功率的使用，而相應(yīng)地不增加引起干擾的危險(xiǎn)。
可以采用單個(gè)的UWB發(fā)射機(jī)，例如在市電電源進(jìn)入建筑物的地點(diǎn)，但是該方法最好包含由多個(gè)UWB發(fā)射機(jī)產(chǎn)生多個(gè)UWB信號(hào)；和將所述多個(gè)UWB信號(hào)耦合到所述建筑物內(nèi)的多個(gè)不同地點(diǎn)的所述導(dǎo)電線上。更可取的是在至少一組所述UWB信號(hào)之間建立公共的定時(shí)，例如，在房屋內(nèi)部的全部發(fā)射機(jī)之間。這有助于減少干擾并且易于多路訪問(wèn)技術(shù)例如TDMA(時(shí)分多址)。公共或者一致的時(shí)鐘可以利用市電電源作為共享傳播介質(zhì)在建筑物內(nèi)全部發(fā)射機(jī)之間建立，換句話說(shuō)，發(fā)射機(jī)的分組可以利用公共或者一致的時(shí)鐘建立，而且CDMA(碼分多址)技術(shù)用于減少群集之間的干擾。(顯而易見(jiàn)建立公共定時(shí)不需要發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射脈沖)。
可以調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)UWB信號(hào)的中心頻率和帶寬，以便抑制來(lái)自該建筑物中連接到市電電源的其它裝置(例如電動(dòng)機(jī))的干擾。此外，也可以改變UWB脈沖的定時(shí)，以便減小UWB信號(hào)易受干擾的弱點(diǎn)。如果必要可以采用類似的技術(shù)，以便減少由UWB信號(hào)或者某些信號(hào)所引起的干擾。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種利用以上描述方法而構(gòu)成的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，例如分組數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明另外提供用于分配穿越建筑的超寬帶(UWB)通信信號(hào)的裝置，該裝置包括用于產(chǎn)生UWB信號(hào)的裝置；和將UWB信號(hào)耦合到建筑物市電電源的至少一個(gè)導(dǎo)電線上以便分配UWB信號(hào)的裝置。
上面所描述裝置可以合并到用戶的電子裝置，尤其是電力網(wǎng)供電的用戶電子裝置。


現(xiàn)在將參考附圖通過(guò)舉例更進(jìn)一步描述本發(fā)明的這些和其它方面，其中圖1a到1h分別示出了典型的UWB無(wú)線電收發(fā)機(jī)、基于已知載波的UWB發(fā)射機(jī)的第一個(gè)例子、第一例子發(fā)射機(jī)的變型、基于已知載波的UWB發(fā)射機(jī)的第二個(gè)例子、已知UWB發(fā)射機(jī)的第三個(gè)例子、關(guān)于第三個(gè)例子發(fā)射機(jī)的接收機(jī)、采用擴(kuò)頻技術(shù)的已知UWB無(wú)線電收發(fā)機(jī)，以及適合于大電流輻射天線的驅(qū)動(dòng)電路；圖2a到2h顯示UWB波形的例子。
圖3a到3c分別顯示UWB家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，基于UWB家庭網(wǎng)絡(luò)的環(huán)形市電電源，一種替換的市電電源導(dǎo)線分布結(jié)構(gòu)；第一基于電纜的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)，和一種替換的基于電纜的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)；圖4顯示市電電源電纜的例子；圖5a和5b顯示用于連接到電源電纜的發(fā)射天線的例子；圖6a到6c顯示圖5a和5b中天線的電子模型；圖7用圖解舉例說(shuō)明改變長(zhǎng)度的天線的輸入阻抗；圖8a和8b舉例說(shuō)明發(fā)射天線的可替換形式圖9a和9b顯示磁性環(huán)形天線的例子；圖10a和10b分別顯示寬帶耦合天線的垂直截面和平面圖；圖11a和11b顯示定向耦合天線排列的例子；圖12顯示包含電纜耦合發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的環(huán)形電力線的例子；圖13a和13b分別顯示信號(hào)傳輸系統(tǒng)和適合于圖13a中系統(tǒng)的局部接地面；圖14顯示信號(hào)接收系統(tǒng)的例子。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖3a，其顯示一個(gè)采用市電電源導(dǎo)線作為傳輸介質(zhì)的UWB家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)300。房屋302具有入室的市電電源304，它經(jīng)由熔斷器盒306連接到一個(gè)環(huán)路或者基于分支線的市電電源配電線路308，與多個(gè)市電電源插座310連接。一個(gè)或多個(gè)用戶電子裝置(CED)分別插入到每個(gè)插座，在圖解說(shuō)明的例子中它們包括機(jī)頂盒(STB)312、DVD(數(shù)字化視頻光盤)播放器314、電視或者電腦監(jiān)視器316、便攜式計(jì)算機(jī)318、打印機(jī)320、音頻系統(tǒng)322和衛(wèi)星接收機(jī)324等。這些裝置的一個(gè)或多個(gè)都可以安裝有UWB發(fā)射機(jī)、接收機(jī)，或者無(wú)線電收發(fā)機(jī)，用于與其它裝置或與連接到熔斷器盒306的控制器326通信。這些UWB裝置是在控制器326的控制下經(jīng)過(guò)電源插座310和熔斷器盒306射頻耦合到市電電源電路308。也可以選擇采用其他的耦合，比如控制器326的耦合328。熔斷器盒306可以與UWB濾波器合并，以便減少外部干擾和限制住宅302UWB傳輸?shù)某隹凇?br> 自由空間傳輸功率隨距離按-2的冪下降，但是穿墻傳輸一般下降得較快，具有-3與-4之間的指數(shù)。連接用戶電子器件的UWB發(fā)射機(jī)到市電電源電路，通過(guò)提供改進(jìn)的傳播有易于這些裝置之間基于UWB的聯(lián)網(wǎng)，例如在被墻隔開(kāi)的裝置之間。例如，在市電電源導(dǎo)線可以獲得大于10米的UWB傳播范圍。
UWB通信的使用特別易于高比特率數(shù)據(jù)的連接，比如音頻數(shù)據(jù)，尤其是視頻數(shù)據(jù)連接。諸如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)330和攝像機(jī)332這類不直接地與市電電源電路308連接的裝置也可以通過(guò)藍(lán)牙連接334與由市電電源供電的并且允許使用UWB的裝置通訊，例如音頻系統(tǒng)322，從而獲得對(duì)易于市電電源電纜耦合的UWB發(fā)射機(jī)與/或接收設(shè)備的接入訪問(wèn)。
現(xiàn)在參考圖3b，這顯示的是一個(gè)基于UWB家庭網(wǎng)絡(luò)340的環(huán)形市電電源的例子，其中與圖3a中相同的部件用同樣的參考數(shù)字表示。
在圖3b中，示出了兩個(gè)市電電源用戶電子裝置342和344，每個(gè)電子裝置具有連接到其內(nèi)部電源單元的電源輸入，內(nèi)部電源單元用于提供內(nèi)部直流電源給該裝置的部件，而且還通過(guò)耦合裝置348提供給連接到電源輸入的UWB無(wú)線電收發(fā)機(jī)346?？刂破?26是類似的，而且其包括市電電源驅(qū)動(dòng)的電源350和網(wǎng)絡(luò)控制器352，以便控制時(shí)間與/或頻率域訪問(wèn)部分或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線電收發(fā)機(jī)346的發(fā)射機(jī)。
電池供電的用戶電子裝置354包括UWB接收機(jī)356，和可選擇的UWB發(fā)射機(jī)(沒(méi)有顯示)。裝置354可以接收從市電電源線路發(fā)射的UWB信號(hào)，而且因?yàn)樗鄙賹?duì)易于UWB信號(hào)傳播的市電電源導(dǎo)線的直接訪問(wèn)，所以它可以經(jīng)過(guò)中間媒介，比如裝置342、344中的一個(gè)或控制器326傳送?？商娲兀瑏?lái)自裝置354的UWB傳輸也可以無(wú)線地耦合到市電電源導(dǎo)線中。
圖3c顯示也可以應(yīng)用所描述技術(shù)的一種可選擇的市電電源分布導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。在圖3c中與圖3b和3a同樣的元件用同樣的參考數(shù)字表示。
圖3d顯示建筑物380的一部分，它包括利用箔線路墻386隔離的第一和第二房間382、384。提供一對(duì)UWB無(wú)線電收發(fā)機(jī)358、360用于更好地雙向傳送信號(hào)，從一個(gè)房間通過(guò)墻386到另一個(gè)房間(這在所關(guān)心的頻率處對(duì)自由空間電磁波有較大地衰減)。在首選的安排中，每個(gè)裝置358、360都包括接收由電源電纜308引導(dǎo)的UWB信號(hào)的接收機(jī)，并且利用各自的天線358a、360a將這些信號(hào)發(fā)射到空氣中。每個(gè)裝置358、360最好也包括接收機(jī)用于接收來(lái)自天線358a、360a的信號(hào)和將這些信號(hào)耦合到電源電纜308，以便允許切斷空氣信號(hào)更有效地從一個(gè)房間傳送到下一個(gè)房間。因此，無(wú)線電收發(fā)機(jī)358、360可以當(dāng)作無(wú)線轉(zhuǎn)發(fā)器，經(jīng)由他們之間的市電電源電纜耦合到墻356兩邊的空氣通道。在這些實(shí)施例中，因?yàn)檫@些裝置不需要編碼或者解碼該信號(hào)，或做任何重要的處理，所以裝置358、360實(shí)際上可以包含一些放大器。
圖3e顯示類似于圖3d的結(jié)構(gòu)，其中一對(duì)市電電源耦合轉(zhuǎn)發(fā)器368、370用作IEEE1394或者“FireWire”(注冊(cè)商標(biāo))的轉(zhuǎn)發(fā)器，在這個(gè)例子中，信號(hào)往返于數(shù)字視頻攝像機(jī)372和硬盤(或者錄像機(jī))374的FireWire接口。用這種方法，IEEE1394總線可以擴(kuò)展到家庭和商業(yè)的聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。可選擇性地采用串行總線跨接標(biāo)準(zhǔn)，例如IEEE1394.1協(xié)議。技術(shù)熟練的人將認(rèn)識(shí)到，其它局部連接的絕緣區(qū)可以利用其它電源電纜無(wú)線電收發(fā)機(jī)或者轉(zhuǎn)發(fā)器以按類似的方式連接。
圖4顯示關(guān)于市電電源導(dǎo)線采用的一些電源電纜例子，在前面用參考數(shù)字308表示。這種電纜通常包括分別是火線和中線連接線的一對(duì)導(dǎo)線400、402，可選擇第三根導(dǎo)線404提供接地連接。火線和中線通常雙重絕緣，也就是說(shuō)通過(guò)絕緣護(hù)套和所有導(dǎo)線都裝配在內(nèi)的隔離電纜護(hù)套406來(lái)絕緣。扁平截面導(dǎo)線410是典型的環(huán)形市電電源電路；兩芯的412和三芯的414市電電源軟線常常用來(lái)連接一些設(shè)備；四芯電纜416可以用于雙路照明電路，而較粗的四芯電纜418可以使用于家庭或者工業(yè)建筑物的三相電源。選擇可以裝入導(dǎo)線管420中這樣的電纜，在這個(gè)例子顯示的是環(huán)形市電電源電纜410和三相電源電纜418。在下文中，包含導(dǎo)線管(其中配線的)的所有這些不同的電纜類型都用單一的參考數(shù)字308表示。
為了引導(dǎo)高頻率的射頻信號(hào)也可以采用其它類型的電纜，如后面所描述的。如后面將要描述的，一些類型的電纜包括MICC電纜(例如可以從英國(guó)Pyrotenax電纜有限公司獲得)、同軸電纜、電鈴線、多芯電纜、CAT5電纜、電話電纜和警報(bào)電纜。可以采用報(bào)警系統(tǒng)電纜連接，例如，裝有報(bào)警系統(tǒng)的改進(jìn)視頻攝像機(jī)，利用這些技術(shù)在報(bào)警系統(tǒng)電纜上沿著導(dǎo)線通信的視頻攝像機(jī)。
現(xiàn)在參考圖5a，其顯示的是發(fā)射天線耦合500到電源電纜308的簡(jiǎn)單實(shí)施例。來(lái)自在1GHz或者更高頻率處提供信號(hào)的發(fā)射機(jī)的驅(qū)動(dòng)輸出線路502驅(qū)動(dòng)單極性天線504，在這個(gè)例子中，天線具有近似相等于發(fā)射機(jī)信號(hào)平均波長(zhǎng)一半的長(zhǎng)度l，在UWB發(fā)射機(jī)的情況下，取UWB頻帶中心的平均頻率。(在其它實(shí)施例中，可以采用另外的長(zhǎng)度，例如四分之一波長(zhǎng)單極性天線)。圖5a的耦合500具有從一端驅(qū)動(dòng)的單極性天線504，它提供一些方向的角度給耦合，在圖5中，信號(hào)向下傳給天線從左至右，因此趨向于引導(dǎo)傳播波在市電電源電纜308中從左至右傳送。
概括地講，在操作中來(lái)自發(fā)射機(jī)的微波信號(hào)從單極性天線504輻射并且耦合到市電電源電纜308，如下面進(jìn)一步描述，以模擬方式引導(dǎo)市電電源電纜上的表面行波到軟管上一端振動(dòng)的波。事實(shí)上該傳播波是參考于大地，但是在這種情況下傳播波的地包括市電電源電纜308的周圍或環(huán)境，尤其是具有比其它部分低的電阻(盡管沒(méi)有局限于那些通常認(rèn)為較好的電導(dǎo)線材料)的環(huán)境部分。市電電源電纜308的導(dǎo)線實(shí)質(zhì)上傳送的是共模信號(hào)，即在傳播波相關(guān)的范圍內(nèi)它們就好像是(或近似于)單根導(dǎo)線。例如，在這里市電電源電纜308包括金屬導(dǎo)線管中的三根導(dǎo)線，實(shí)際上導(dǎo)線管就變成第四根導(dǎo)線。
現(xiàn)在參考圖5b，它顯示與圖5a所示類似的一種改進(jìn)的耦合裝置。然而，在圖5b中，發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出502連接到(如圖解說(shuō)明)圍繞市電電源電纜308(可以在任何導(dǎo)線管的內(nèi)部或外部)的導(dǎo)電護(hù)套512的一端。護(hù)套512最好由良導(dǎo)體形成，例如金屬，而且它可以包括金屬板與/或金屬編織物，或者更簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，粘合的銅帶。更可取的是護(hù)套512與市電電源電纜308(如正常的情況下)絕緣，而且另外更可取的是護(hù)套位置盡可能地接近于市電電源電纜308，雖然護(hù)套沒(méi)有必要完全密封電纜的周圍，如圖所示。護(hù)套512的合適材料包括鋁、銅、金和銀。
護(hù)套512的內(nèi)徑最好大小適合市電電源電纜，而一般在一厘米左右；護(hù)套512的長(zhǎng)度l參考圖5a或者單極性天線504以上述同樣的方法選擇，并且取決于發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)，但是一般同樣是大約一厘米左右。護(hù)套512的長(zhǎng)度和距離電纜的空間取決于電容耦合的需要，概括地講，為了在該頻率或者所關(guān)心的頻率處(在這種情況下，1GHz或者更高)較好的電耦合，在護(hù)套512與電纜308之間應(yīng)該有足夠的電容，雖然提供比良好耦合所需的更多電容沒(méi)有特別的優(yōu)勢(shì)。如技術(shù)熟練的人將明白，該電容取決于護(hù)套512的直徑，護(hù)套512的長(zhǎng)度而且還取決于制造電纜308的材料，尤其是絕緣材料。然而，如下面進(jìn)一步的描述，長(zhǎng)度l可以改變以致改變天線的電感與/或阻抗(當(dāng)考慮天線上的駐波/行波效果時(shí))。
圖6a顯示簡(jiǎn)化的圖5a與5b的天線電子模型，其中天線504、512與電纜308之間的耦合簡(jiǎn)化成電容600。為了良好的電耦合，期望在平均驅(qū)動(dòng)頻率處(或者最好是在最低使用發(fā)射機(jī)輸出頻率處)是電容性阻抗， 小于自由空間的阻抗Z0，而且最好是實(shí)質(zhì)上小于自由空間的阻抗Z0，自由空間的阻抗Z0，其近似等于377歐姆(工作頻率是f時(shí)， )。這是因?yàn)槭须婋娫措娎|308，尤其是電纜上的電磁波，看上去近似300歐姆的自由空間阻抗，因此可以避免耦合電容600兩端的電壓下降太多，這個(gè)電容的阻抗最好比自由空間阻抗至少小十倍。
圖6b圖解說(shuō)明圖5a的天線-電纜系統(tǒng)利用分布元件的更精確電模型610，其中市電電源電纜與天線504、512顯示具有分布電感，而且其中耦合電容也是分布的。圖6c圖解說(shuō)明天線-電纜系統(tǒng)的另外一種模型，其中天線的阻抗(通常較小)用R表示，天線的電感用L表示而耦合電容用C表示(為了模仿天線的目的，顯示驅(qū)動(dòng)50歐姆的負(fù)載)。其中L和C的值取決于天線的長(zhǎng)度。對(duì)于在6GHz的四分之一波長(zhǎng)的天線，實(shí)例值是L＝12nH而C＝46fF；共振回路的Q值是由或者電感性阻抗或電容性阻抗(在共振時(shí)它們相等)除以損耗阻抗(在這種情況下是50歐姆)得出。接下來(lái)參考圖7，這個(gè)圖解說(shuō)明在天線輸入阻抗方面，改變單極性天線長(zhǎng)度(根據(jù)發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng))的效果。例子700顯示用短劃線702圖解說(shuō)明電流分布的半波長(zhǎng)天線；可見(jiàn)因?yàn)樵谝粋€(gè)端點(diǎn)704電流實(shí)質(zhì)上是零，所以從這一端驅(qū)動(dòng)天線相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)一個(gè)斷開(kāi)的電路，因此輸入阻抗高。例子710顯示具有電流分布712的四分之一波長(zhǎng)天線；可見(jiàn)在714端驅(qū)動(dòng)天線近于驅(qū)動(dòng)到短接的電路。例子720顯示例子700中天線長(zhǎng)度縮短一小部分(假定近似半波長(zhǎng)長(zhǎng)度的5％)的天線。電流分布722顯示通過(guò)改變天線的要求長(zhǎng)度可以改變?cè)?24端期望的輸入阻抗，例如達(dá)到75歐姆的輸入阻抗。
接下來(lái)參考圖8a和8b，它們顯示螺旋形單極性天線800的例子，圖8a是靠近市電電源電纜308的情況，而圖8b是環(huán)繞電纜308的情況。這種天線結(jié)構(gòu)提供實(shí)際上可能影響發(fā)射信號(hào)從天線驅(qū)動(dòng)線路502沿著天線的傳播的附加電感(參照?qǐng)D6b)，因此可以有利于定向耦合。
圖9a和9b圖解說(shuō)明耦合到市電電源電纜308的磁性環(huán)路例子。在圖9a中，磁性環(huán)形天線900包括鄰近市電電源電纜308的一圈或多圈導(dǎo)線，并且是在由信號(hào)源902示出的所關(guān)心的頻率處由發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)。在圖9a的結(jié)構(gòu)中，磁性環(huán)形天線900有效地形成變壓器的一個(gè)繞組，其另一個(gè)繞組是包含市電電源電纜308的單匝繞組。
圖9b顯示類似的但是改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，其中圍繞鐵氧體環(huán)912形成磁性環(huán)路910，市電電源電纜308從中穿過(guò)。這改善了天線910到市電電源電纜的磁耦合。在其它結(jié)構(gòu)中，鐵氧體912不需要包括包圍市電電源電纜308的一個(gè)完整環(huán)。使用在1GHz上的合適鐵氧體材料是尖晶石或者石榴石類型材料。
在圖9a和9b的天線中，磁性環(huán)形天線實(shí)際上試圖使電流流入市電電源電纜308，即使事實(shí)上沒(méi)有電流流動(dòng)，在該電纜上也產(chǎn)生了電壓。耦合比取決于磁性環(huán)形天線910的匝數(shù)，市電電源電纜308作為單匝的，所以例如10∶1的比率，結(jié)果在磁性環(huán)900、910形成的電流I試圖使得流過(guò)市電電源電纜308的電流是10I。
圖10a圖解說(shuō)明寬頻帶天線1000的使用，例如來(lái)自美國(guó)，佛羅里達(dá)州的SkyCross有限公司的SMT-3TO10M天線。這種天線是為寬帶傳輸?shù)娇臻g而設(shè)計(jì)，但是本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，按照上面描述的方法，可以采用它耦合例如UWB信號(hào)的寬帶信號(hào)到市電電源電纜308。該寬頻帶天線設(shè)計(jì)使用SkyCross專利的曲折線路天線技術(shù)，而實(shí)際上是一種折疊雙振子天線。前述的天線1000最好定位于接近或者靠近市電電源電纜308。
圖11a圖解說(shuō)明單極性天線1100，為提供方向效應(yīng)，對(duì)于單極性天線1100的連接可以做成在一端1102a或在中間1102b。當(dāng)在中間驅(qū)動(dòng)時(shí)，天線呈現(xiàn)低輸入阻抗并且產(chǎn)生以兩個(gè)相反方向傳播的波1104；當(dāng)在一端1102a驅(qū)動(dòng)時(shí)，天線呈現(xiàn)高輸入阻抗并且產(chǎn)生在一個(gè)方向1106上優(yōu)先傳播的波，這可以歸因于天線的固有電感。當(dāng)希望從發(fā)射機(jī)連接的電插座發(fā)送信號(hào)時(shí)，或從分線盒或在某一市電電源布線結(jié)構(gòu)(例如圖3c中圖解說(shuō)明的星形市電電源電路)發(fā)送信號(hào)時(shí)，這種定向的傳播是有用的。
圖11b顯示可以采用的沿著市電電源電纜308優(yōu)先在一個(gè)方向上發(fā)射傳播波的發(fā)射天線結(jié)構(gòu)的第二個(gè)例子。在圖11b中，一對(duì)單極性天線1150a、1150b是由單一的發(fā)射機(jī)信號(hào)分別以相位滯后零度和相位滯后90度來(lái)驅(qū)動(dòng)。天線1150a、1150b中每一個(gè)的長(zhǎng)度都稍小于四分之一波長(zhǎng)，而且時(shí)沿著市電電源電纜308，按照在市電電源電纜308中傳送波的平均發(fā)射機(jī)頻率的四分之一波長(zhǎng)的距離間隔開(kāi)的。當(dāng)天線1150a，1150b是由天線1150產(chǎn)生的在1152方向上的正交傳播波驅(qū)動(dòng)時(shí)，傳播波被來(lái)自天線1150b的驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)，但是來(lái)自天線1150b的在與1152方向相反方向上的傳播波被來(lái)自天線1150a的驅(qū)動(dòng)抵消。以正交方式驅(qū)動(dòng)天線而且通過(guò)市電電源電纜中平均傳送頻率的四分之一波長(zhǎng)將天線隔開(kāi)，這提供了導(dǎo)致全部抵消的一個(gè)特例，而且實(shí)質(zhì)上信號(hào)是沿著市電電源電纜在一個(gè)方向傳送。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以采用引起不良方向性的其它相位滯后和間隔，但是從距離方面考慮，該間隔應(yīng)該最好等于相位滯后，也就是說(shuō)作為市電電源電纜中發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)。
圖12圖解說(shuō)明一個(gè)具有多個(gè)插座1202和支線1204的環(huán)形市電電源電路1200的例子，如圖所示，接地連接1206在電纜中接地線的一個(gè)點(diǎn)。發(fā)射機(jī)1210在一個(gè)點(diǎn)耦合到環(huán)形電源電路1200；無(wú)線電收發(fā)機(jī)1212在另一個(gè)點(diǎn)耦合到環(huán)形電源電路；接收機(jī)1214在第三個(gè)點(diǎn)耦合到環(huán)形電源電路，而其它接收輻射信號(hào)的接收機(jī)1216、1218至少出現(xiàn)在環(huán)形市電電源電路1200附近。插座1202、支線1204和接地線1206在環(huán)形電源電路內(nèi)形成間斷性的阻抗，引起的一些反射而導(dǎo)致多徑分量增加許多，增加電路頻率響應(yīng)中的凹陷等等。在環(huán)形電源或支線連接中，信號(hào)可以在衰減前多次反射，因此多路徑分量可能具有較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間。
圖12中圖解地顯示發(fā)送與接收分支是類似的，而且在單個(gè)的市電電源電纜上可能有多個(gè)發(fā)送和接收的分支。因?yàn)閭鞑ゲㄔ陔娎|上產(chǎn)生的電磁場(chǎng)電纜接地上也存在，所以在該電纜上傳送的信號(hào)也可以由接收機(jī)1216、1218接收，接收機(jī)1216、1218不直接地靠近電纜而僅僅是在電纜和某些環(huán)繞接地之間的一空間中。
接下來(lái)參考圖13a，它顯示在市電電源電纜308上發(fā)射傳播微波信號(hào)的發(fā)射機(jī)1300的示意圖。發(fā)射機(jī)1300具有從信號(hào)源1302的輸入，例如常規(guī)的OFDM(正交頻分調(diào)制)發(fā)射機(jī)或UWB信號(hào)源。信號(hào)源1302連接在輸入端1304和局部接地1306之間。這個(gè)局部接地面可以包括，例如，印刷電路板的0伏特和電源線，或在其上形成發(fā)射機(jī)的其它襯底，但是通常不會(huì)包括市電電源接地(參看下面圖13b的描述)。發(fā)射機(jī)1300包括連接到輸入1304并且提供驅(qū)動(dòng)輸出1310給市電電源電纜耦合裝置1312的天線驅(qū)動(dòng)1308，例如圖5的天線504、512，和圖8的天線800，圖9的天線900、912，圖10的天線1000，或者圖11的天線結(jié)構(gòu)1100、1150。可以選擇，常規(guī)發(fā)射天線1314也可以連接到驅(qū)動(dòng)1308的輸出用于輻射到自由空間。市電電源電纜耦合裝置1312可以與連接市電電源電纜308的部分市電電源連線一起包括在發(fā)射機(jī)1300的殼體1316內(nèi)，例如提供插入式發(fā)射機(jī)。接下來(lái)，將對(duì)在市電電源電纜308上傳播波的對(duì)地連接的局部接地1306的連接進(jìn)行描述。盡管實(shí)際上在建筑物內(nèi)這種接地通常由該建筑物的各種各樣導(dǎo)電部分形成，電纜308的傳播波具有包括市電電源電纜的局部環(huán)繞(這里用“實(shí)際”接地1320表示)的接地。然后，通過(guò)在局部接地1306與接地1320之間安排足夠大的耦合電容1322，在所關(guān)心頻率處局部接地面1306可以具有耦合到地線或者大地1320的相對(duì)低阻抗。這里應(yīng)該提到，電容1322通常不是由局部接地面1306與發(fā)射機(jī)所處環(huán)境的電容形成的分立元件。因?yàn)轭l率高，大于1GHz，所以相對(duì)低的電容可能還提供良好的(即，低阻抗的)對(duì)地1320的連接。電容1322的阻抗最好低于所關(guān)心頻率的自由空間阻抗，因?yàn)榘l(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)市電電源電纜308到自由空間，實(shí)際上電纜308與地1320之間的對(duì)地阻抗大約是300歐姆。為了獲得這種耦合，接地面最好具有一種或多種可與發(fā)射機(jī)在采用的頻率或一些頻率的平均波長(zhǎng)比擬的尺寸，也就是說(shuō)，在1GHz時(shí)，30cm的接地面是可取的，而在10GHz時(shí)，3cm接地面是可取的(盡管在某些情況下，二分之一或者四分之一波長(zhǎng)平面就足夠了)。
圖13b顯示市電電源電纜的一根導(dǎo)線，在這個(gè)例子中，為了提供大的接地面可以采用接地線。在這例子中，接地線的一部分1330實(shí)質(zhì)上在所關(guān)心頻率處是通過(guò)包括電感器1332和鐵氧體磁環(huán)1334的高阻抗扼流圈來(lái)隔離的。這允許市電電源電纜308的另一部分1336將被用于傳送傳播波。
圖13a圖解說(shuō)明對(duì)于電纜308上的傳播波可以采用另外的虛擬接地技術(shù)。這包括對(duì)包括連接到反相驅(qū)動(dòng)器1342(它與輸入1304連接)輸出的發(fā)射天線1340的自由空間的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)。因此發(fā)射天線1340利用輸入信號(hào)的反相或差動(dòng)模型驅(qū)動(dòng)，以致傳播波電纜308的地實(shí)際上包括對(duì)由天線1340構(gòu)造的自由空間的連接。天線1340可以包括任何常規(guī)天線，在一個(gè)實(shí)施例中是四分之一波長(zhǎng)單極性天線。在發(fā)射機(jī)1300中，既可以采用虛擬接地或接地面連接到地1320，也兩者都可以采用。此外，正如前面提到的那樣，發(fā)射機(jī)1300可以同時(shí)經(jīng)由空中利用天線1340和沿著電纜308發(fā)射，以便在自由空間傳播可利用時(shí)允許接收機(jī)接收自由空間傳播，以及在超出直接傳播的范圍時(shí)，允許接收機(jī)接收電纜308引導(dǎo)的信號(hào)。
概括地講，接收由電纜308引導(dǎo)信號(hào)的接收機(jī)可以通過(guò)替換天線驅(qū)動(dòng)器1308、1342之一或者兩者所用的前端的接收機(jī)而構(gòu)成。圖14圖解說(shuō)明一種替換接收機(jī)1400的實(shí)施例，其中與圖13a中同樣的元件用相同的參考數(shù)字表示。因此，接收機(jī)具有提供輸入到接收機(jī)前端1402的連接裝置1312和接地面1306，它既可以將電纜308上傳播波電容性耦合到大地或接地，也可以利用接收天線1404(例如四分之一波長(zhǎng)單極性天線)耦合到自由空間(或采用這兩種技術(shù))。在采用四分之一波長(zhǎng)單極性天線的情況下，局部接地面1306上的點(diǎn)1404a阻抗相對(duì)低。接收機(jī)具有取自于接收機(jī)前端1402和接地面1306之間的輸出1406。
無(wú)疑許多其它有效替換方案將被技術(shù)熟練的人想到。例如，上面描述的技術(shù)不局限于家居建筑的應(yīng)用，也可以在辦公用房和工業(yè)建筑物中采用。同樣地，雖然這些技術(shù)已經(jīng)參考通常在家用建筑中可以見(jiàn)到的單相電源進(jìn)行了描述，但是相應(yīng)的技術(shù)也可以在工業(yè)應(yīng)用中常見(jiàn)的三相電路中采用。
在以上描述方法和裝置的替換方案中，基于市電電源電纜的UWB信號(hào)分配可以由以替換的住宅線路系統(tǒng)為基礎(chǔ)的UWB信號(hào)分配來(lái)替換(或者補(bǔ)充)。因此，代替(或者附加)市電電源的一根或者兩根導(dǎo)電線，也可以采用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)電纜的一根或者兩根導(dǎo)線(例如Cat 5電纜)，或者電話電纜的一根或者兩根導(dǎo)線，用于分配UWB信號(hào)。由于已經(jīng)提到原因，所以低功率超寬帶的信號(hào)脈沖特性降低了對(duì)于在這些電纜上傳送的信號(hào)產(chǎn)生干擾的可能性。
應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限于所描述的這些實(shí)施例，而是包含那些在附加的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的任何修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種具有1GHz或更高頻率的微波信號(hào)的通信方法，其使用包括至少一根導(dǎo)線的電纜，該通信方法包括將發(fā)射天線定位在與所述電纜有一距離的所述電纜的發(fā)射點(diǎn)，以便將所述微波信號(hào)耦合到所述電纜里；利用所述微波信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射天線，以便將傳播波引入所述電纜并沿著所述電纜傳送；定位接收天線以便接收由所述傳播波產(chǎn)生的電磁信號(hào)；利用所述接收天線接收所述微波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述距離等于或小于所述微波信號(hào)的平均自由空間波長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述距離是致使在所述天線與所述電纜之間的電容性阻抗小于自由空間的阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述傳播波包括單端信號(hào)。
5.根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述發(fā)射天線和所述接收天線中的一個(gè)包括單極性天線。
6.根據(jù)前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述發(fā)射天線和所述接收天線中的一個(gè)包括磁性環(huán)形天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于至少所述發(fā)射天線和所述接收天線中的一個(gè)實(shí)質(zhì)上是與所述至少一根導(dǎo)線電阻性隔離的。
8.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)包括相對(duì)于接地驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射天線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述接地包括到自由空間的連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述接地包括對(duì)于所述傳播波具有對(duì)地電容性耦合的局部接地。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述接地包括部分電源布線。
12.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)包括引導(dǎo)所述傳播波最好在一個(gè)方向沿著所述電纜傳送。
13.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述電纜具有多根實(shí)質(zhì)上電隔離的導(dǎo)線，以及其中所述驅(qū)動(dòng)包括將所述傳播波引導(dǎo)到多根導(dǎo)線上。
14.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述電纜包括交流電電源電纜。
15.一種利用至少包括一根導(dǎo)線的電纜發(fā)射射頻信號(hào)的方法，其特征在于該方法包括將發(fā)射天線定位在與所述電纜有一距離的所述電纜的發(fā)射點(diǎn)，以便將所述微波信號(hào)耦合到所述電纜里；利用所述信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射天線，以便將傳播波引入所述電纜并沿著所述電纜傳送。
16.一種利用包括實(shí)質(zhì)上電隔離的導(dǎo)線束的電纜發(fā)射射頻信號(hào)的方法，其特征在于該方法包括將所述射頻信號(hào)耦合到所述導(dǎo)線，以便利用所述射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述導(dǎo)線束，致使每個(gè)所述導(dǎo)線實(shí)質(zhì)上運(yùn)載同樣的信號(hào)；利用所述射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述導(dǎo)線束以便產(chǎn)生與所述電纜相關(guān)的傳播射頻信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)包括相對(duì)于接地的驅(qū)動(dòng)，以及其中對(duì)所述傳送射頻信號(hào)，所述接地是連接到大地的。
18.一種射頻(rf)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，用于發(fā)射由電導(dǎo)線引導(dǎo)的至少1GHz的信號(hào)，其特征在于該系統(tǒng)包括用于引導(dǎo)所述信號(hào)的電導(dǎo)線；發(fā)射天線，其定位在與所述導(dǎo)線有一距離，以便將所述微波信號(hào)耦合到所述電纜中，所述天線實(shí)質(zhì)上是與所述導(dǎo)線電阻性隔離的；輸入端，其與所述發(fā)射天線連接，接收所述射頻信號(hào)和提供與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的射頻驅(qū)動(dòng)給所述天線，以便在所述電導(dǎo)線上發(fā)射與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的傳播波。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于所述距離等于或小于來(lái)自所述電導(dǎo)線的所述射頻信號(hào)的波長(zhǎng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于所述距離是使得在所述天線和所述電纜之間的電容性阻抗小于自由空間阻抗。
21.根據(jù)權(quán)利要求18、19或20所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述傳播波包括單端電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求18、19、20或21所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述射頻驅(qū)動(dòng)參考基準(zhǔn)電平連接。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述基準(zhǔn)電平連接包括與所述傳播波的接地連接的所述傳輸系統(tǒng)的接地。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于在所述傳輸系統(tǒng)接地與所述傳播波接地之間的所述連接具有實(shí)質(zhì)上等于或小于自由空間阻抗的阻抗。
25.根據(jù)權(quán)利要求22、23或24所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述基準(zhǔn)電平連接包括所述傳輸系統(tǒng)的部分電源布線，對(duì)于所述射頻信號(hào)，所述傳輸系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上與所述電導(dǎo)線是隔離的。
26.根據(jù)權(quán)利要求22、23或24所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述基準(zhǔn)電平連接包括到自由空間的連接。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述到自由空間的連接包括第二天線和第二天線驅(qū)動(dòng)器，以便利用反相的所述射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述第二天線。
28.根據(jù)權(quán)利要求18到27中任何一項(xiàng)所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射天線包括一對(duì)發(fā)射天線，該系統(tǒng)還包括發(fā)射天線驅(qū)動(dòng)器，發(fā)射天線驅(qū)動(dòng)器被配置成驅(qū)動(dòng)所述一對(duì)發(fā)射天線，致使從所述一對(duì)天線中的一個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)相對(duì)于從所述一對(duì)天線中的另一個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)具有相位延遲。
29.根據(jù)權(quán)利要求18到28中的任何一項(xiàng)所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射天線包括單極性天線。
30.根據(jù)權(quán)利要求18到28中的任何一項(xiàng)所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射天線包括磁性環(huán)形天線。
31.根據(jù)權(quán)利要求18到28中的任何一項(xiàng)所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射天線包括寬頻帶天線。
32.根據(jù)權(quán)利要求18到28中的任何一項(xiàng)所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射天線包括螺旋形導(dǎo)線。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述螺旋形導(dǎo)線環(huán)繞所述電導(dǎo)線。
34.根據(jù)權(quán)利要求29到33中的任何一項(xiàng)所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射天線被定位成致使所述發(fā)射天線與所述導(dǎo)線之間的電容性阻抗小于自由空間的阻抗。
35.根據(jù)權(quán)利要求18到34中的任何一項(xiàng)所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)線包括電源電纜的一根導(dǎo)線或?yàn)檫B接到電源電纜配置的導(dǎo)線。
36.一種射頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)，用于發(fā)射由電纜的一根或多根電導(dǎo)線引導(dǎo)的射頻信號(hào)，該射頻信號(hào)具有1GHz或更高的頻率，其特征在于該系統(tǒng)包括將所述射頻信號(hào)耦合進(jìn)入所述電纜的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；輸入端，其與所述轉(zhuǎn)換器連接，以便接收所述射頻信號(hào)并且提供與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的射頻驅(qū)動(dòng)給所述轉(zhuǎn)換器，以便在所述一根或多根導(dǎo)線上發(fā)射與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的傳播波；在所述射頻信號(hào)的頻率處為所述傳播波進(jìn)行有效接地的電連接的裝置，所述有效接地對(duì)于所述傳播波是間接連接到大地，所述間接連接在所述實(shí)際信號(hào)的中心頻率處實(shí)質(zhì)上具有等于或小于自由空間阻抗的阻抗。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于所述有效接地包括對(duì)于所述傳輸系統(tǒng)的局部接地面，對(duì)于所述傳播波來(lái)說(shuō)，局部接地面到大地具有電容性阻抗。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于所述有效接地包括接地天線。
39.根據(jù)權(quán)利要求36、37或38所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電源電纜包括實(shí)質(zhì)上隔開(kāi)的導(dǎo)線束，以及其中所述轉(zhuǎn)換器包括用于所述導(dǎo)線束的共模驅(qū)動(dòng)器。
40.根據(jù)權(quán)利要求36、37、38或39所述的系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括發(fā)射天線，發(fā)射天線被配置為定位于距所述電源電纜上小于所述射頻信號(hào)波長(zhǎng)的地方，而且與所述一根或多根導(dǎo)線實(shí)質(zhì)上電阻性隔離。
41.根據(jù)權(quán)利要求36、37、38或39所述的系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括發(fā)射天線，發(fā)射天線被配制成定位于離開(kāi)所述電纜一定距離，致使在所述天線與所述電纜之間的電容性阻抗實(shí)質(zhì)上等于或小于自由空間的阻抗。
42.一種射頻信號(hào)接收系統(tǒng)，其用于接收由電纜的一根或多根電導(dǎo)線引導(dǎo)的信號(hào)，該信號(hào)具有大于1GHz的頻率，其特征在于該系統(tǒng)包括用于接收所述引導(dǎo)信號(hào)的接收天線；和在所述射頻信號(hào)頻率處為所述引導(dǎo)信號(hào)構(gòu)造有效接地的電連接的裝置，所述有效接地對(duì)于所述傳播波是間接連接到大地，所述間接連接在所述信號(hào)的中心頻率處實(shí)質(zhì)上具有等于或小于自由空間阻抗的阻抗。
43.根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)或方法，其特征在于所述信號(hào)包括UWB信號(hào)。
44.一種在建筑物中分配超寬頻帶(UWB)通信信號(hào)的方法，其特征在于所述方法包括產(chǎn)生UWB信號(hào)；將UWB信號(hào)耦合到建筑物的市電電源電路的至少一根導(dǎo)電線上，以便分配UWB信號(hào)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于還包括由多個(gè)UWB發(fā)射機(jī)產(chǎn)生多個(gè)UWB信號(hào)；和將所述多個(gè)UWB信號(hào)耦合到所述建筑物內(nèi)的多個(gè)不同地點(diǎn)的所述導(dǎo)電線上。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于還包括在至少一組所述UWB信號(hào)之間建立公共的定時(shí)。
47.根據(jù)權(quán)利要求44、45或者46所述的方法，其特征在于還包括在所述建筑物內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)處接收所述UWB信號(hào)。
48.根據(jù)權(quán)利要求44到47中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述耦合包括電容性耦合。
49.根據(jù)權(quán)利要求44到48中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于包括將所述UWB信號(hào)耦合到所述市電電源電路的兩根導(dǎo)電線。
50.根據(jù)權(quán)利要求44到49中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在所述建筑物的所述市電電源電路的中心分布點(diǎn)進(jìn)行所述耦合。
51.一種數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其被構(gòu)置成為使用前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法。
52.一種用于在建筑物中分配超寬頻帶(UWB)通信信號(hào)的設(shè)備，其特征在于該裝置包括用于產(chǎn)生UWB信號(hào)的裝置；用于分配UWB信號(hào)的裝置，其將UWB信號(hào)耦合到建筑物的市電電源電路的至少一根導(dǎo)電線上以便分配UWB信號(hào)。
53.一種用戶電子裝置，其中結(jié)合了權(quán)利要求52的設(shè)備。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的用戶電子裝置，其特征在于所述用戶電子裝置是市電電源供電的。
全文摘要
本發(fā)明涉及在市電電源電纜及其它配線上射頻通信的方法和設(shè)備，尤其是涉及到微波頻率的通信。本發(fā)明的實(shí)施例特別適合于超寬帶(UWB)通信。一種使用至少包括一根導(dǎo)線的電纜進(jìn)行1GHz或者更高頻率的微波信號(hào)通信的方法，該方法包括將發(fā)射天線定位在與所述電纜有一距離的所述電纜的發(fā)射點(diǎn)，以便將所述微波信號(hào)耦合到所述電纜里；利用所述微波信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射天線，以便將傳播波引入所述電纜并沿著所述電纜傳送；將接收天線定位以便接收由所述傳播波產(chǎn)生的電磁信號(hào)；利用所述接收天線接收所述微波信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B1/69GK1703802SQ03825521
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月2日
發(fā)明者杰克·阿諾德·蘭, 馬克·穆?tīng)? 蒂姆·斯塔基 申請(qǐng)人:阿蒂密有限公司