对无线通信使用输电线的方法
【专利摘要】一种用于对住所(144)内提供宽带接入的方法。提供一无线电基站(134),其与输电线通信(PLC)网关(138)相连。无线电基站(134)发送信息信号(137)给PLC网关(138)。PLC网关(138)接收该信号并且通过输电线(136)将该信息信号(137)发送到住所(144)之内。
【专利说明】对无线通信使用输电线的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对诸如电信和宽带等无线通信使用输电线的方法。
[0002]【背景技术】以及
【发明内容】
[0003]无线通信的使用正迅速发展,并且对于诸如视频流等不同的应用来说,为了传输大量的通信数据,需要更高性能和高速来满足增长的需求。当无线电信号必须穿过诸如房屋内壁等障碍物时,当前可利用的无线通信系统产生很大的衰减。这在过去不是大的问题,因为被要求提供语音和文本信息的数据量与例如视频流相比并不大,因此在很大程度上可以容忍无线电信号的衰减。更特别地,随着提供更高的数据速度的无线接入技术的发展,许多电信运营商关注高效地利用这些以便为他们的用户提供宽带接入。这可以依靠铜缆和甚至光纤替代配置以便提供相比于以往所提供的信息速度的三倍甚至四倍的播放服务。然而,当无线电信号穿过墙壁时,高速数据无线技术的典型的衰减性能在大多数情况下能够超过其潜力的80%。该衰减程度与障碍物的性质以及厚度有关,可以归因于其被吸收或反射/干涉以及衰落。当应用到高速数据无线接入网络中时,典型的接入技术可能损失大于其性能的80%,S卩,损失大于其在无线电基站站点处所提供的数据吞吐量的80%。
[0004]该问题的成本-效率解决方案具有潜力来允许为家庭、办公室、学校以及其它室内环境提供大量宽带配置。另外,当前采用的提供在室内的高容量无线覆盖的解决方案是复杂且非常昂贵的。另一方面,当穿越室内墙壁时输电线通信不存在该性能衰减问题,但是它不被用于宽带和无线电通信,因为它在长距离以及横跨变电站时受到严重的性能损失。
[0005]从以上导致的问题可以落入以下两类:
[0006]A)存在多个竞争的无线电接入技术;以及
[0007]B)当前采用的在配置室内宽带覆盖的解决方式是复杂且昂贵的。
[0008]当前有许多提供宽带服务的无线电接入技术。这是一种使得难以推动漫游、简单化和规模的经济的现象。然而,大多数消费者和监管当局期望成本低廉且简化的系统,其可以以随时随地的真实的即插即用解决方案的形式而不是过多着眼于全移动性,因为全世界的大部分人口还没有获得一种要求并看重这种使用模式的生活方式。
[0009]对于当前无线宽带接入的提供商和运营商的大的挑战是找到高效、安全以及实用的方法来为家庭、学校、工作场所、机场以及甚至移动的交通工具诸如火车、飞机和公共汽车带来室内的高速数据吞吐量。
[0010]随着无线技术移向诸如32或64QAM等、努力做到更有效的频谱源的使用和更高的比特/赫兹的较高序列的调制,无线电信号当穿越墙壁时,由于其承载的载荷数据的大的损失,遭受其性能的80%以上的越来越大的衰减。这也意味着只要无线电信号必须穿越墙壁,即使更高序列的调制也不构成对于将来的可行的选择。
[0011]由于越来越多的高输出功率的发射天线日益接近人们,特别是由于MIMO技术,以及对于获取新的额外的无线电基站站点以承载大量的可见的天线的增长的需要,全球用户的关注程度在增长。在许多国家,有很多关于这些可能涉及的可能的和未调查过的健康隐患的讨论,更不用说增长的无线电基站引入的负面的视觉影响。结果,许多电信管理者开始对无线电站点的数量和一个无线电站点所允许的天线的数量加以限制。同时发生的是电信网络厂商正在提高无线电基站的密度以及努力获取被称为异构网络的概念的更多更小的小区。
[0012]本发明的方法提供一种解决上述提及的问题的方案。总的来说,本发明证明,通过将无线技术与输电线通信组合在固定无线会聚方案中,能够在所使用的频率宽带上几乎不产生影响而提供低成本、可靠的和快速的无线通信。本发明的系统利用无线通信和输电线通信之间的配合。不是具有80%量级的损失,该损失可以被大大减小,而仅有15%量级的损失,以致于虽然终端用户可能位于房屋内部,但85%或更多的来自无线电基站的原始信号到达该用户。
[0013]更详细的,该方法用于提供进入住所的宽带接入。提供一无线电基站,其与输电线通信(PLC)网关相连。该无线电基站发送信息信号到PLC网关。该PLC网关接收该信号并且通过输电线发送该信息信号到住所内部。PLC网关可以发送信号到PLC转发器。PLC转发器发送该信号到设置在住所中的用户端设备。本发明包括发送无线信号给固定无线路由器的无线电基站。该无线路由器接收该无线信号,并且将该信号作为有线信号转发到PLC网关。该组合(固定无线路由器和PLC网关)将组成“会聚单元”,并且在该单元中产生固定无线的会聚。该会聚单元可以包括多于一个的无线路由器,该多于一个的无线路由器服务属于一个或几个电信运营商的几个无线电接入网络。该无线信号因此转换成有线的信息信号。PLC调制解调器可以被设置在计算机与连接到设置在住所内部的电气插座的电插头之间。PLC调制解调器也可以连接到或合并到家用电器或交通工具中,因此为智能电网应用提供合适的解决方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的系统的示意性全视图;
[0015]图2是当无线电基站接近住宅时本发明的系统的一部分组件的示意性框图;
[0016]图3是本发明的会聚单元的示意图;
[0017]图4是通过本发明的会聚单元的数据通信流的示意图;
[0018]图5是当无线电基站接近住宅时本发明的系统的示意性全视图;
[0019]图6是当无线电基站远离住宅时本发明的系统的一部分组件的示意性框图;
[0020]图7是当无线电基站远离住宅时本发明的系统的示意性全视图;
[0021]图8是本发明的PLC调制解调器连接到计算机和写字板的示意图,以及由此该调制解调器被集成在台式机、膝上型电脑、写字板以及因特网连通性中需要的类似设备的电力电缆;
[0022]图9是本发明的系统连接到家用电器的示意图;以及
[0023]图10是本发明的系统连接到交通工具的示意图。
【具体实施方式】
[0024]本发明的一个重要的目的是在通过空气高效地传输语音、视频和其它数据时这样做,并且当必须穿越障碍物如墙壁时利用现有的电力/共用事业网络来传输数据。
[0025]图1示出了系统100,其具有通过空气的无线通信中的无线电基站102,和本发明的装置系统110。当无线电基站足够近时,该通信可以直接从发送模块或站点回程即在无线电基站处进行,如下详细所述那样。回程可以被用作传送媒介来从无线电基站发送通信进入开关或路由器。该装置系统110依次与装置104、106和108通过已经存在的电网通信,如下所详细描述的那样。今天的个人住户可能要求多达IOMbps或更多以便在宽带因特网上同时运行电视和计算机。进入每一住户的输电线的使用使得数据传输非常便宜且实用,因为传输缆线已经铺设,并且电气插头大范围的分布在家中以及其它室内场所。将输电线通信(PLC)调制解调器连接到任一电气插头能接入宽带因特网,同时为家用电器诸如电视提供服务。一个问题是当发送的信号在电缆中传送并且通过变电站到这样的、通过较远距离(诸如超过1000米)的高速数据的发送被严重的阻碍的范围时,发送信号被衰减。然而,当短距离发送时,诸如建筑物内功率计和住宅中电力插座之间,PLC工作得非常好,并且根据所使用的PLC技术能达到大于每个用户240Mbps的传输速度.。该技术的示例为IEEE/OPERA 以及由 ITU 发明的 G.hn/G.hnem。
[0026]根据本发明,当运营商想要提供室内因特网接入时,结合以下要素:
[0027].已制定的数字移动通信技术,例如WCDMA/HSPA,LTE,改进的LTE,或者WiMAX ;
[0028]籲固定的无线路由器(FWR);以及
[0029].PLC设备,以便通过电缆在住宅内发送或者传送信号,并且连接到用户端设备(CPE)/调制解调器。
[0030]所涉及的产品应该以非常先进的方式被组合和连接,以确保大规模的配置以及允许多数电信用户使用本发明的系统。
[0031]图2示出了装置系统110连接到住宅114。住宅114具有调制解调器116连接到的用户端设备(CPE),例如,电视机104和个人计算机106以及电话机/传真机108。CPE/调制解调器116接下来连接到输电线通信装置(PLC) 124。在该示例中,住宅114处于无线电基站天线126的附近,该无线电基站126与无线NW站点回程128通信。PLC可以已经被安装在站点内部并且直接连接到站点上的回程设备。
[0032]图3示出了会聚单元300,其中几个WiTePoLe固定无线路由器FWR:s302能够与PLC/BPL网关304以充分集成和保护的方式连接,既适用于室内设备也适用于室外设备。每一路由器连接到特定的运营商的网络以传输数据服务,包括IP语音(VoIP),因特网和IP-TV0
[0033]流过会聚单元300的数据通信流是通过固定无线路由器(FWRs) 302与它们分属的不同的无线电接入网络连接。然后,目的是到属于每一运营商的用户端设备(CPE)306的数据通流以及来自属于每一运营商的用户端设备(CPE)306的数据通流流过属于该特定的运营商的FWR,如图4中所示最佳。关于芯片集集成,将来的情况下,能在芯片集水平上达到组合固定无线路由器与PLC网关设备的更高的集成水平,由此能开发出混合芯片集,使PLC (例如:0PERA或者ITU G.hn)芯片集与3GPP芯片集(例如HSPA/LTE)或者WiMax芯片集联合。而且,国际电信联盟(ITU)标准化组织也已开发出一种称为G.hn和G.hnem的标准,其定义了输电线与其它之间的联网,并且,当中性接地电缆和电力承载电缆都可用时,由此除了中性接地电缆之外,信号也能在电力承载电缆上被发送。
[0034]图5是总体示图129,其示出高压电力线130连接到低压变电站132(如230V系统)。无线电基站134与PLC Gwl38(PLC网关)直接通信,接下来,与PLC转发器140通过输电线136通信,该输电线136承载来自变压器132的电流/电压。换句话说,当PLC Gw138非常接近基站,诸如5-30米或更少时,通信信号137从无线电基站134的发送模块直接被发送到PLC Gwl38。优选地,PLC Gwl38 (以及因而基站134)与PLC转发器140之间的距离⑶应该小于1000米,因为距离越短,在导入住所或建筑物144内部的电网或输电线136中发送的数据或信息信号137的性能损耗越低。在这样的情况下,无线路由器从无线电基站134接收无线信号就是没有必要的,因为PLC Gw是直接连接到基站134中的回程设备的。信号(诸如宽带)直接从站点分配到住宅,而不需要在传送的最后一公里从无线电基站134穿过空中接口。PLC转发器140与多户建筑物144内部的CPE141a、141b、141c、141d和141e通信。如更早提出的那样,建筑物144理想中应该被设置在距离PLC Gwl38—千米之内,以便保持输电线136中的性能损失达到最小。该示例情况是理想的情况并且提供了最高的性能。该站点作为到IP网络的接入点而不需要基站134和建筑物144内部设置的CPE141a-141e之间的无线连接。如上所指出的那样,当无线信号必须穿过墙壁时,这避免了性能的实质损耗。在无线电通信站点到住宅之间的距离非常短并且PLC上的信号不需要穿过变电站时,这样的情形尤其适合。由此,该信号通过任一房间内的电插头而被接收。PLC调制解调器通过中心0&M被容易地监视以便发送每次预订的所需要的数据吞吐量。
[0035]图6是示意图150,其具有连接到固定无线路由器(FWR) 154的无线网络152,其接下来通过PLC124被连接到CPE/调制解调器116。CPE/调制解调器116然后被连接到诸如电视机104、个人计算机106以及电话机/传真机108等通信装置。更特别地,视图150描述了住宅114位于远离基站站点的情况,因此,由于远距离中显著的性能损耗导致PLC124不是发送宽带信号的理想的手段。这里的一个特征是,宽带信号被通过空中接口发送到固定无线路由器154来代替。通过合适地设置在户外的天线系统,无线网络152连接到FWR154。这可以是例如电线杆或者屋顶,以对UL/DL提供最好的信号传输质量(C/Ι)。这接下来保证最大可能的数据吞吐量。FWR154优选没置在紧接变电站132之后。
[0036]然后,使用PLC技术通过电气装置(功率计-电气插座),如发送信号从FWR154可以连接到在一盒概念(one box concept)的PLC网关装置(PLC Gw) 138那样,该吞吐量被搬运到住宅114和其它住宅。换句话说,无线信号(135)被来自无线电基站134的FWRl54所接收并且转换成有线信号137,然后被送到PLC Gw或网关138。PLC网关138连接到包括输电线136的电气网络,并且分配有线信号137给用户。优选地,理想的住宅也应该被设置在距离FWR/PLC Gw盒I千米之内。由此该信号通过任一房间内的任一电插头而被接收。PLC调制解调器通过中心0&M被容易地监视以便传输每次预订的所需要的数据吞吐量。
[0037]图7是总体图170,其再次示出了高压输电线130连接到低压变电站132。无线电基站134设置在相对于建筑物144较远的位置。变电站132通过输电线136与FWR/PLCGw盒174通信。盒174也通过输电线136与PLC转发器140通信。优选地,FWR/PLC Gw盒174与PLC转发器140之间的距离⑶应该小于1000米。理想地,盒174甚至可以被设置在建筑物144的屋顶上。然后PLC转发器140与多户建筑物144的CPE141a、141b、141c、141d和141e通信。宽带/无线电信号通过穿越空中接口被分发到住宅,作为无线通信基站134和FWR/PLC Gw盒174的天线172之间的无线信号135,该FWR/PLC Gw盒174包括固定无线路由器/端子(调制解调器)或者FWR/RF154和PLC Gwl38的组合。当无线电信号在户外被捕获,通常在站点的线中,空中接口的性能损耗被保持到最小。建筑物144理想中应该被设置在距离盒174 —千米之内以便减少输电线136中信号的衰减。这在涉及4G以及其它高性能网络的调制技术中尤其重要。该示例阐述了在所有的农村地区的有用性,但是其它地区也是可以从本发明的系统中得到益处的。注意到会聚单元优选为FWR/PLC Gw盒174和天线系统172的组合。
[0038]本发明的系统的配置具有扩展到住家之外以覆盖所有室内环境的潜力。因此可以想象的是,该系统可以被用于交通工具诸如轮船、火车和飞机中。本发明的系统也被证明具有好的折衷解决方案来控制未来机器到机器的通信。
[0039]现在更加详细地描述本发明的系统的组成。固定无线路由器(FWR) 154和输电线通信网关(PLC Gw) 138可以被组合在模块化的一个盒子方案(即FWR/PLC盒174)中,并且被称为“会聚”单元。该“会聚”单元盒优选地设计为FWR154能够易于移除和替换以便维修或升级的目的。[0040]“会聚”单元盒174的壳体应该遵守以下功能说明:
[0041]?完全防风雨结构,包括雷电保护以及容许_35°C到+60°C的环境温度外加防潮保护;
[0042]?无源并且环保的冷却/加热;
[0043]?完全绝缘,不受电击危害,特别由于其将必须连接在低压电缆上;
[0044]?抗破坏;
[0045]?为RF电缆没置保护开口 ;以及
[0046]?该壳体可以包括集成RF功能,诸如面板天线或类似物。
[0047]优选地,FWR154连接到外部定向的天线系统,其理想的户外位置处于电线杆或屋顶的顶部。目的是获得好的无线电条件和站点的线(line-of-site)。也可以设计该天线以便管理多点输入多点输出(MMO),波束形成和其它天线技术。如果必要,信号升压器可以被用于加强引入的信号。FWR应该被设计具有如下特征:
[0048]?支持无线电冗余;
[0049]?支持具有MMO性能、波束形成以及可能的未来的RF增强的外部天线;
[0050]?支持一个多带宽RAN技术;
[0051]?支持 VoIP
[0052]?支持备用电池;
[0053]?如果引入的信号升压器是必要的话则支持引入的信号升压器;
[0054]?应该必需激活SM卡,并且应该包括运营商/小区闭锁机制;
[0055]?支持宽的AC电压范围(80-250V)和如12V和24V等不同的DC电力选择;
[0056]?完全的遥控管理;以及
[0057].100/1000Mbps以太网连接(RJ45)接口或任何其它合适的接口。
[0058]而且,在即插即用的方式下与PLC Gwl38的接口应该以允许FWR154平滑替代的方式来没计。IP传送是通过以太网在合适的层上使得能够获得最大的吞吐量的发送的主模式。尽管IP版本6是优选的协议,但IP版本4和IP版本6都能使用。PLC也应该得利于最新的技术,例如,OFDM和其它合适的技术。PLC Gwl38应该遵从以下要求:
[0059]?支持以太网上IP,无论是IPV4还是IPV6 ;
[0060]?简单的物理装置;[0061]?小并且细微的设计以便适合每处安装环境;
[0062]?支持宽的AC电压范围(80-250V)和如12V和24V等不同的DC电力选择;
[0063]?支持备用电池;
[0064]?完全的遥控管理;
[0065]籲支持OFDM ;以及
[0066].100/1000Mbps以太网连接(RJ45)接口并且具有同时连接多于一个的与不同接入技术连接的固定无线路由器的可能。
[0067]在用户住所处,数据信号从住宅电器插头中提取。这是本发明的系统中重要的部分,其应该被正确管理以便成功的大量安装,并且这在技术上不明确,因此其可能是:
[0068]?根据不同的RAN技术的固定无线路由器使用相同的PLC装置;以及
[0069]?根据相同的RAN技术但是属于不同的运营商的不同路由器使用安装的PLC设备。
[0070]因此CPE应该能够:
[0071]?识别终端用户;
[0072]?识别信号源并且允许正确的信号传到正确的终端用户;
[0073]?调节能够流过它的数据速率,因此基于预订的类型,应该能够设置吞吐量的上限;
[0074]?完全的遥控管理;
[0075]?支持 OFDM ;
[0076]?支持带加密的W-LAN ;
[0077]?支持 RJ4510/100Mbps 以太网接口 ;
[0078]籲支持USB接触接口;
[0079]?支持IP电话/IP语音(VoIP);以及
[0080]?支持TV接触接口诸如HDMI接触或其它。
[0081]对于特定的应用装置可能需要特定的调制解调器,诸如集成在膝上型电脑、台式机和其它需要因特网连接的装置的电力电缆中的PLC调制解调器。特定的调制解调器应该具有与CPE类似的功能:
[0082]?根据不同的RAN技术的固定无线路由器使用相同的PLC设备;以及
[0083]?根据相同的RAN技术但是属于不同运营商的不同路由器使用安装的PLC设备。
[0084]特定的调制解调器应该能够:
[0085]?识别终端用户;
[0086]?识别信号源并且允许正确的信号传到正确的终端用户;
[0087]?调节能够流过其的数据速率,因此基于预订的类型,应该能够设置吞吐量的上限;
[0088]?完全的遥控管理;
[0089]籲支持OFDM ;以及
[0090]?支持RJ45接触接口;
[0091]?支持 IPV4 和 IPV6。
[0092]应该设计操作和管理系统(0&M)以作为对本发明的系统涉及的所有组件的一个单独的遥控接口。其应该被设计成:
[0093]?连接到、控制、以及监视组件、FWR、PLC和CPE的功能;
[0094]?一个单独的0&M中心应该能够控制大量的发明装置(成千上万);以及
[0095]?应该推荐的是,其基于通常用在电信0&M的平台。
[0096]总之,本发明的系统是组合无线通信技术与输电线通信(PLC)技术的新概念。该系统是对于国家发展的有效概念,并且由此提供增加电信覆盖同时使电网覆盖新的区域的动机。该系统有利于包括无线电通信、设备供应商、运营商和终端用户之类的各方。
[0097]可以使用与供电计算机甚至写字板连接的特定的PLC调制解调器。图8是示意图180,其具有AC电源线182,其具有连接到特定调制解调器184和AC/DC变换器186的一端以及连接到在墙壁上的插座193的电插头191的另一端。电缆188可以被用于连接调制解调器184到计算机190 (诸如电池供电的膝上型电脑或者写字板),同时DC电源线192可以被用于连接变换器186到计算机或写字板190。类似地,当不需要AC/DC变换器时,那么电源线182直接延伸到计算机194(诸如不使用电池供电的膝上型电脑)。此处的思想是,将特定PLC调制解调器186设在到PC和台式机的电源线中以确保宽带连接。这期望成为一种确保宽带连接的实用的方式,随着本发明系统成为全世界广为接受的概念。本发明不限于PC。其也可能将诸如WiTePoLe调制解调器等调制解调器增加到写字板的电源中,与增加到PC的做法相同。WiTePoLe PLC调制解调器可以被插入到提供因特网连接的电力电缆中。
[0098]也可以在家用电器中使用内置的PLC调制解调器184。当提到电信产业时,机器到机器的连接是下一个前沿。许多家用电器生产商正在设计他们的产品以便得利于新的智能电网概念。而且,利用通信能力自动售货机能够被增强。图9示出了本发明系统198连接到各种电器和自动售货机200a_e的示意图196。本发明的系统可能可以适用于作为家用电器和自动售货机生产商的折衷通信解决方案。这是特别有效的,本发明的系统能够成功的驱动电网的扩展以及电信覆盖到新的区域。
[0099]较大的交通工具诸如MPV、SUV、火车、飞机、轮船以及公共汽车应该能够得利于合适的系统解决方案,由此这些交通工具的内部电缆可以被用于传输宽带信号,同时通过具有恰当设置天线的路由器连接到无线网络。图10是示意图202,其具有连接到各种交通工具206a-e的本发明的系统204。这将必须涉及特定的PLC设备在DC电源下工作的某些情况。那么调制解调器连接到设置在小汽车和公共汽车的标准DC插座或者提供DC电源的普通插座。对于其余的交通工具(火车、轮船、飞机),将需要工作于AC电力下的普通PLC设备。
[0100]随着微型和毫微微型RBS正逐步广泛作为办公室和家庭接入点,在很多领域仍有提供适当的IP连接到核心网络的挑战。这里可以使用的本发明的系统在合适的无线电接入网络(例如LTE)上提供连接以便用作回程。
[0101]本发明已经根据最佳组成部分以及实施方式被描述的,同时应该理解的是可以对其作出某些置换和替代而不脱离以下权利要求书的精神和范围。
【权利要求】
1.一种提供宽带接入的方法,包括: 提供与输电线通信(PLC)网关(138)连接的无线电通信基站(134); 无线电基站(134)发送信息信号(137)到PLC网关(138);以及 PLC网关(138)接收所述信号并且通过输电线136将所述信息信号(137)发送到住所(144)内部。
2.根据权利要求1所述的方法,其中该方法进一步包括PLC网关(138)发送信号(137)到PLC转发器(140)。
3.根据权利要求3所述的方法,其中该方法进一步包括PLC转发器(140)通过设置在住所(144)内的电气插座(193)发送信号(137)到用户端设备(141a_141e)。
4.根据权利要求1所述的方法,其中该方法进一步包括无线电基站(134)发送无线信号(135)到无线路由器(154)。
5.根据权利要求4所述的方法,其中该方法进一步包括无线路由器(154),接收无线信号(135)以及将信号(137)转发到PLC网关(138)。
6.根据权利要求1所述的方法,其中该方法进一步包括将无线信号(135)转换成有线的信息信号(137)。
7.根据权利要求1所述的方法,其中该方法进一步包括在计算机或写字板(190,194)与电插头(191)之间设置PLC调制解调器(184),所述电插头(191)连接到设置在住所(144)内的电气插座(193)。
8.根据权利要求7所述的方法,其中该方法进一步包括将PLC调制解调器(184)连接到电器(200a_200e)。
9.根据权利要求7所述的方法,其中该方法进一步包括将PLC调制解调器(184)连接到交通工具(206a-206e)。
【文档编号】H02J3/02GK103814493SQ201280035457
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年4月4日 优先权日:2011年6月2日
【发明者】W·哈瑞兹 申请人:哈里特尔股份有限公司