DE69833757T2

DE69833757T2 - Automatisiertes Haussteuerungssystem unter Verwendung der existierenden Stromleitungen als Übertragungsmedium

Info

Publication number: DE69833757T2
Application number: DE69833757T
Authority: DE
Inventors: Gilad Bellevue ODINAK
Original assignee: Microsoft Corp
Current assignee: Microsoft Corp
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: EP0986876B1; DE69833757D1; JP2002504288A; US5929748A; WO1998057462A1; EP1578062B1; EP1578062A1; US6091320A; DE69842261D1; AU7964298A; JP2008278536A; EP0986876A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft automatisierte Haussteuerungssysteme und Verfahren zum Kommunizieren zwischen verteilten Komponenten eines Haussteuerungssystems unter Verwendung existierender elektrischer Verkabelung in einem Haus oder anderen Gebäuden.
Hintergrund der Erfindung
Ein modernes Haus weist möglicherweise eine große Zahl von hoch entwickelten elektrischen Systemen, einschließlich Sicherheitssystemen, Audio-/Videosystemen, Telefonsystemen, Gegensprechanlagensystemen, etc., auf. Alle diese Systeme benötigen eine verbindende Verkabelung. Ein Sicherheitssystem benötigt beispielsweise Verkabelung zwischen Sensoren, Steuergeräten und Alarmgeräten. Audio-/Videosysteme benötigen ein Labyrinth aus Verkabelungen zwischen verschiedenen aktiven Komponenten ebenso wie Verkabelung zu nicht weniger als sechs Lautsprechern in einem einzigen Raum. Telefon- und Gegensprechanlagensysteme benötigen ähnlicherweise Drähte zwischen den Stationen.
Wenn Systeme wie diese während des Baus eines neuen Hauses installiert werden, kann die Verkabelung problemlos installiert werden. Wenn ein System zu einem existierenden Haus hinzugefügt wird, benötigt die Installation der notwendigen Verkabelung jedoch oft einen erheblichen Aufwand.
Wegen der Schwierigkeit der Installation von verbindender Verkabelung in einem existierenden Haus gibt es viele verfügbare Produkte, die die existierende Wechselstormnetzverteildrähte oder -leitungen in einem Haus für Kommunikationen verschiedener Arten verwenden. Produkte wie diese arbeiten durch Modulieren eines Signals auf die Netzleitungen mit einer Frequenz, die gut oberhalb der konventionellen 60 Hz-Frequenz der über die Verteilleitungen beförderten elektrischen Leistung liegt.
Ein Beispiel eines derartigen Systems ist in der US 5,592,482 beschrieben. Darin wird ein Verteil- und Auswahlsystem für Kabelfernsehen/Video beschrieben, das von den elektrischen Netzleitungen als das Übertragungsmedium Gebrauch macht. Eine Vielzahl von Kabel-TV-Empfängern ist zur Verfügung gestellt, von denen jeder einen getrennten Modulator zum Ermöglichen der getrennten Modulation eines CATV-Kanals auf einer verschiedenen Frequenz auf dem Kanal der elektrischen Netzleitungen aufweist. Bei jedem TV ist eine Steuereinheit mit einem dedizierten Steuerkanal zurück zu einem der Empfänger zum Ermöglichen der TV-Kanalauswahl zur Verfügung gestellt.
Als ein weiteres Beispiel ist das sogenannte „X10"-Protokoll beliebt zum Bereitstellen einfacher Kommunikationen zwischen gebräuchlichen elektrischen Komponenten wie beispielsweise Sicherheitskomponenten, schaltbaren Steckdosen, Dimmern und anderen leistungssteuernden Modulen. Das X10-System stellt grundlegende Funktionalität zwischen Befehlsmodulen und Empfängern der verschiedenen Arten zur Verfügung. Im Allgemeinen ist dieses System jedoch auf Fähigkeiten des Ein-/Ausschaltens und Dimmens beschränkt.
Eine Vielfalt von anderen Produkten ist ebenso verfügbar. Einige Hausgegensprechanlagen modulieren beispielsweise ein analoges Audiosignal auf die Netzleitungen zum Bereitstellen von Audiokommunikationen zwischen zwei verschiedenen Räumen in einem Haus, ohne dedizierte Verkabelung zu benötigen. Es sind Hausanschlüsse verfügbar, die existierende Netzleitungen verwenden und keine Installation von Telefonkabeln benötigen. Adapter sind ebenso zum Übertragen von Video und Stereo-Audio über existierende Netzleitungen in einem Haus verfügbar.
Es existiert eine Vielzahl von verschiedenen Protokollen, die für Kommunikationen über eine existierende Gebäudeverkabelung genutzt werden. Das vergleichsweise einfache X10-Kommunikationsprotokoll ist ein Beispiel. Ein X10-Signal setzt sich aus einer Reihe von Pulsen mit 5 Volt und 121 kHz zusammen, die eine Dauer von einer Millisekunde aufweisen und bei Nulldurchgängen des 60 Hz-Wechselstromsingals positioniert sind. Jeder Puls entspricht einer binären 1 und die Abwesenheit eines Pulses einer binären 0. Ein einzelner X10-Befehl besteht aus einem 22 bit-Wort, das aus elf kompletten Zyklen des Wechselstromsignals bezogen wird.
Alle X10-Empfänger, die in die Netzleitungen des Haushalts eingesteckt sind, werden alle übertragenen Signale sehen. Jedoch trägt jeder Befehl die Adresse seines Senders. Ein Empfänger antwortet lediglich auf die Befehle, die die Adresse des Empfängers aufweisen. Daher können Steuerungsmodule, wie beispielsweise Schaltmodule, mit Empfängermodulen durch manuelles Setzen beider Adressen auf denselben Wert gepaart werden. Bis zu 256 Adressen sind verfügbar. Computer-Schnittstellen sind verfügbar, die es einem Computer erlauben, Befehle zu verschiedenen X10-Empfängern über Hausnetzleitungen zu erteilen.
Höher entwickelte Protokolle sind ebenso zum Kommunizieren unter Verwendung existierender Netzleitungen genutzt worden. Elektrische Protokolle in den meisten derartigen Systemen nutzen einen Modulationsträger, der eine signifikant höhere Frequenz als 60 Hz aufweist. Die Datenformatierung in den höher entwickelten Systemen ist ähnlich oder identisch zu Netzwerkprotokollen, in denen diskrete Pakete von digitalen Informationen von einem erzeugenden Gerät zu einem Zielgerät unter Verwendung eines gebräuchlichen Trägerkanals oder -frequenz gesendet werden. Zum Senden analoger Informationen wird ein analoges Signal digitalisiert und in die Pakete eingebettet.
Einfache Steuerinformationen, wie sie beispielsweise in X10-Systemen verwendet werden, benötigen lediglich eine relativ geringe Datenbandbreite. Zu einer derartig niedrigen Bandbreite befähigte Sender und Empfänger sind ziemlich günstig. In zunehmendem Maße gibt es jedoch andere Anwendungen, wo eine höhere Bandbreite notwendig ist. Beispielsweise das Übertragen vieler Arten von analogen Informationen, wie beispielsweise Audio und Video, benötigt relativ hohe Bandbreiten. Als ein anderes Beispiel könnte es wünschenswert sein, ein lokales Netzwerk („local area network") für Haushaltscomputer und andere computergesteuerte Geräte unter Verwendung existierender Netzleitungen zur Verfügung zu stellen. Für diese Anwendungen werden höhere Bandbreiten benötigt.
Bedauerlicherweise sind zum Übertragen von hohen Bandbreiten befähigte Komponenten relativ teuer in der Herstellung. Dies ist zu einem Hindernis beim Verbreiten der Akzeptanz und des Benutzens irgendeines Standards geworden, der Kommunikationen mit hoher Bandbreite, wie sie beispielsweise für Audio-, Video- und Computernetzwerk-Anwendungen benötigt werden, erlaubt.
Zusammenfassung der Erfindung
Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein System zur elektronischen Kommunikation unter Verwendung elektrischer Stromleitungen in einem Gebäude zur Verfügung mit:
einer Vielzahl von Komponenten, die zur Kommunikation untereinander über die elektrischen Stromleitungen verbunden sind,
einem Steuerungssender, der mindestens einer der Komponenten zum Senden von Steuerdaten unter Verwendung eines Frequenzkanals einer ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer ersten Art zugeordnet ist,
einem Steuerungsempfänger, der mindestens einer der Komponenten zum Empfangen von Steuerdaten unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art zugeordnet ist,
eine analoge Signalquelle, die mindestens einer der Komponenten zum Übermitteln eines analogen Signals unter Verwendung eines Frequenzkanals einer zweiten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer zweiten Art zugeordnet ist,
einem analogen Signalempfänger, der mindestens einer der Komponenten zum Empfangen des analogen Signals unter Verwendung des Frequenzkanals der zweiten Art zugeordnet ist,
worin das analoge Signal ein von dem elektrischen Energiesignal abweichendes Signal ist und worin die Bandbreite der ersten Art eine geringere Bandbreite als die Bandbreite der zweiten Art aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich umfasst:
eine Vielzahl von Steuerungssendern und -empfängern, die entsprechenden Komponenten zugeordnet sind, wobei die Steuerungssender und -empfänger zum Übermitteln und Empfangen von Steuerdaten unter Verwendung desselben Frequenzkanals der ersten Art ausgestaltet sind,
mindestens einen der Steuerungssender, der zusätzlich zum Bestimmen einer oder mehrerer Quellen-/Empfänger-Gruppen der Komponenten und zum Senden von Steuerdaten zu jeder Gruppe unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art ausgestaltet ist, worin die Steuerdaten jede Gruppe zum Benutzen eines unterschiedlichen Frequenzkanals der zweiten Art zur Übermittlung und zum Empfang des analogen Signals anweisen.
Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ebenso ein System zur elektronischen Kommunikation unter Verwendung von elektrischen Stromleitungen in einem Gebäude zur Verfügung mit:
einer Vielzahl von Komponenten, die zur Kommunikation untereinander über die elektrischen Stromleitungen verbunden sind,
einer Steuerungseinheit zum Übermitteln von Steuerdaten unter Verwendung eines Frequenzkanals einer ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer ersten Art,
einem Steuerungsempfänger, der mindestens einer der Komponenten zum Empfangen von Steuerdaten unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art zugeordnet ist,
einer analogen Signalquelle, die mindestens einer der Komponenten zum Übermitteln eines analogen Signals unter Verwendung eines Frequenzkanals einer zweiten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer zweiten Art zugeordnet ist,
einem analogen Signalempfänger, der mindestens einer der Komponenten zum Empfangen des analogen Signals unter Verwendung des Frequenzkanals der zweiten Art zugeordnet ist,
worin das analoge Signal ein von dem elektrischen Energiesignal abweichendes Signal ist und worin die Bandbreite der ersten Art eine geringere Bandbreite als die Bandbreite der zweiten Art aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich eine Vielzahl von Empfängern umfasst, die entsprechenden Komponenten zugeordnet sind, wobei die Steuerungseinheit und die Empfänger zum Übermitteln und Empfangen von Steuerdaten unter Verwendung desselben Frequenzkanals der ersten Art ausgestaltet sind,
wobei die Steuerungseinheit zusätzlich zum Bestimmen einer oder mehrerer Quellen-/Empfänger-Gruppen von Komponenten und zum Senden von Steuerdaten zu jeder Gruppe unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art ausgestaltet ist, worin die Steuerdaten jede Gruppe zum Benutzen eines unterschiedlichen Frequenzkanals der zweiten Art zur Übermittlung und zum Empfang des analogen Signals anweisen.
Nach einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ebenso ein Verfahren zum elektronischen Kommunizieren zwischen einer Vielzahl von elektrischen Komponenten unter Verwendung elektrischer Stromleitungen in einem Gebäude zur Verfügung, das die folgenden Schritte umfasst:
Modulieren eines gemeinsamen ersten Frequenzkanals mit einer Bandbreite einer ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen zur Kommunikation zwischen elektrischen Komponenten, Modulieren eines zweiten Frequenzkanals mit einer Bandbreite einer zweiten Art auf den elektrischen Stromleitungen zur Kommunikation zwischen elektrischen Komponenten, worin die Bandbreite der ersten Art geringer als die Bandbreite der zweiten Art ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich folgende Schritte umfasst:
Übermitteln von Steuerdaten zwischen den elektrischen Komponenten auf dem gemeinsamen ersten Frequenzkanal,
Übermitteln eines analogen Signals zwischen einer Gruppe von elektrischen Komponenten auf dem zweiten Frequenzkanal,
Bestimmen einer oder mehreren Quellen-/Empfänger-Gruppen der elektrischen Komponenten und
Senden von Steuerdaten zu jeder Quellen-/Empfänger-Gruppe unter Verwendung des ersten Frequenzkanals, worin die Steuerdaten jede Gruppe zum Benutzen einer unterschiedlichen Frequenz für den zweiten Frequenzkanal anweist.
Die Erfindung stellt ebenso elektrische Komponenten gemäß den Patentansprüchen 13 und 18 zur Verfügung. Weitere Merkmale und Aspekte der Erfindung werden aus den angehängten Patentansprüchen offensichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines Haussteuerungssystems gemäß der Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm eines Schaltmoduls gemäß der Erfindung.
3 ist ein Blockdiagramm einer schaltbaren Steckdose gemäß der Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm eines Videorekorders (VCR) gemäß der Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm eines Audiosystems gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bevor eine detaillierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird, werden einige Schlüsselmerkmale der Ausführungsformen der Erfindung erörtert werden.
Die Erfindung umfasst ein Hausautomationssystem, das eine Kombination von Kommunikationsprotokollen mit hoher und niedriger Bandbreite über dieselbe elektrische Haushaltsverkabelung verwendet. Ein System gemäß der Erfindung könnte herkömmliche preiswertere Komponenten, wie beispielsweise Lichtschalter, Dimmer, Sensoren, Alarmeinrichtungen, geschalteten Steckdose etc. umfassen. Jeder dieser Geräte ist zum Kommunizieren unter Verwendung eines Kommunikationskanals mit niedriger Bandbreite, der über eine existierende Haushaltsverkabelung aufgebaut wird, ausgestaltet.
Ein System gemäß der Erfindung umfasst ebenso Komponenten mit einer Notwendigkeit für Kommunikationen mit höherer Bandbreite. Diese Komponenten sind dazu ausgestaltet, den Kommunikationskanal mit niedriger Bandbreite für Steuerinformationen zu nutzen. Sie sind jedoch ebenso dazu ausgestaltet, einen aus einer Vielzahl von Kommunikationskanälen mit hoher Bandbreite für Hochgeschwindigkeitskommunikationen mit anderen Komponenten zu verwenden. Das Benutzen von Kanälen mit hoher Bandbreite wird durch Kommunizieren über den Kommunikationskanal mit niedriger Bandbreite verwaltet.
Als ein Beispiel ist ein Videorekorder zum Empfangen von Steuerbefehlen unter Verwendung des Kommunikationskanals mit niedriger Bandbreite ausgestaltet. Derartige Befehle könnten aus An-/Ausschalte-, Bandtransport- oder Programmierbefehlen bestehen. Der Videorekorder ist ebenso zum Übermitteln eines Audio-/Videosignals über die elektrische Haushaltsverkabelung unter Verwendung eines Kommunikationskanals mit hoher Bandbreite ausgestaltet – typischerweise unter Verwendung einer höheren Trägerfrequenz als der Kommunikationskanal mit niedriger Bandbreite.
Gleichermaßen ist ein Fernseher oder Videomonitor zum Empfangen von Steuerbefehlen unter Verwendung des Kommunikationskanals mit niedriger Bandbreite ausgestaltet, während er ebenso zum Empfangen des Audio-/Videosignals über den Kommunikationskanal mit hoher Bandbreite ausgestaltet ist.
Gemäß der Erfindung wird der Kanal mit hoher Bandbreite aus einer Vielzahl von verfügbaren Kanälen mit hoher Bandbreite, die der Videorekorder und der Fernseher zu benutzen in der Lage sind, ausgewählt. Ein Steuerungsmodul wird verwendet, um den Videorekorder und Fernseher zum Kommunizieren unter Verwendung desselben Kanals mit hoher Bandbreite einzustellen. Die Steuerungseinheit erteilt Befehle an den Videorekorder und den Fernseher über den Kommunikationskanal mit niedriger Bandbreite, die die Komponenten anweisen, welcher Kanal mit hoher Bandbreite zu nutzen ist. Eine Vielzahl von verschiedenen Komponentenpaaren oder Sätzen von Komponenten kann in demselben Haushalt durch Verwenden verschiedener Kanäle mit hoher Bandbreite koexistieren.
Sobald ein bestimmter Kanal mit hoher Bandbreite ausgewählt ist, kann ein Paar oder eine Gruppe von Komponenten irgendein gewünschtes Kommunikationsformat verwenden. Beispielsweise könnte ein Audio- oder Videosignal direkt auf den ausgewählten Kanal unter Verwendung einer Amplituden- oder Frequenzmodulation moduliert werden. Alternativ könnten digitale Daten auf den Kanal unter Verwendung herkömmlicher Modemtechniken moduliert werden. Es gibt keinen Bedarf für die Formate für hohe Bandbreiten, Adressen zu spezifizieren oder Mehrzwecksteuerdaten unterzubringen. Daher können zwischen den Komponenten verwendete Formate für hohe Bandbreiten derart zugeschnitten sein, dass sie am effizientesten den Bedürfnissen der Kommunikationsgeräte entsprechen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel eines Haussteuerungssystems 10, das elektrische Stromleitungen 11 für Kommunikationen verwendet. Das System umfasst eine Vielzahl von elektrischen Komponenten, die für Kommunikationen untereinander über elektrische Stromleitungen verbunden sind. Derartige Komponenten umfassen beispielsweise ein Schaltmodul 12, eine schaltbare Steckdose 14, einen VCR (Videorekorder) 16, einen Videomonitor 18 und ein Audiosystem 20 und eine Steuerungseinheit 22. Diese Komponenten weisen Steuerungssender und/oder Steuerungsempfänger auf, die so den Komponenten das digitale Kommunizieren miteinander auf einem Kommunikationskanal mit niedriger Bandbreite erlauben. Einige der Komponenten sind ebenso analoge Signalquellen, während andere analoge Signalempfänger sind. Die analogen Signalquellen und -empfänger kommunizieren unter Verwendung eines oder mehrerer Kommunikationskanäle mit hoher Bandbreite. Der Kanal mit niedriger Bandbreite befindet sich vorzugsweise bei einer niedrigeren Trägerfrequenz als die des Kanals mit hoher Bandbreite.
2 zeigt ein Beispiel einer einfachen Leistungssteuerungskomponente, wie beispielsweise das Schaltmodul 12. Eine derartige Komponente weist einen zugeordneten Steuersender 30 auf, der zum Senden von Steuerdaten unter Verwendung eines Frequenzkanals mit niedriger Bandbreite auf den elektrischen Stromleitungen verbunden ist. Dieser Kanal erlaubt lediglich eine relativ geringe Bandbreite von beispielsweise 12 kHz oder ungefähr 12.500 Bit pro Sekunde. Der Kanal mit niedriger Bandbreite verwendet eine Trägerfrequenz von weniger als ungefähr 500 kHz. In der beschriebenen Ausführungsform ist die Trägerfrequenz 300 kHz und Daten werden unter Verwendung von 2 %-Frequenzmodulation auf den Träger moduliert. Daten werden mit einer Reihe von Zeichen und Zwischenräumen unter Verwendung eines Formats übermittelt, wie es in einer ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung von Gilad Odinak, Nigel Keam und Craig Ranta mit dem Titel „Bit Encoding in Home Control Systems" – gleichzeitig angemeldet mit dieser Anmeldung – beschrieben ist, die durch Bezugnahme hier einbezogen wird. Die eigentliche Hardware ist unter Verwendung verfügbarer integrierter Schaltkreise implementiert, die für drahtlose FM-Modulation entworfen wurden (wie beispielsweise den LM2893 von National Semiconductor's, der als ein Carrier Current Transceiver bezeichnet wird). Filtern wird zum Schützen gegen Stromleitungsstöße und -rauschen implementiert.
Das Schaltmodul 12 weist ebenso irgendeine Art von programmierbarer Logik 32, wie beispielsweise einen preiswerten Mikroprozessor oder Mikrocontroller, auf. Die programmierbare Logik 32 wird mit dem Steuerungssender 30 verbunden, um diesen mit Daten für die digitale Übertragung zu versorgen. Als Reaktion darauf moduliert der Sender 30 die Daten auf den Kanal mit niedriger Bandbreite. Das bestimmte Format für Steuerdaten wird in einer ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung von Gilad Odinak und Nigel Keam mit dem Titel „Message Formatting, Authentication, and Error Detection in Home Control Systems", gleichzeitig angemeldet mit dieser Anmeldung, beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird. In diesem Fall übermittelt das Schaltmodul 12 einfache Ein-/Ausschalt-Befehle.
3 zeigt ein Beispiel einer einfachen Empfängerkomponente, wie beispielsweise eine schaltbare Steckdose 14. Eine derartige Komponente weist einen zugeordneten Steuerungsempfänger 34 auf, der zum Empfangen von Steuerungsdaten unter Verwendung des Frequenzsignals mit niedriger Bandbreite verbunden ist. Wieder ist der Empfänger unter Verwendung herkömmlicher Schaltkreise, wie zum Beispiel üblicherweise zum Implementieren drahtloser Kommunikationssysteme verwendet, mit Vorsichtsmaßnahmen implementiert, die zum Schützen gegen Stromleitungsstöße und -rauschen getroffen werden. Die schaltbare Steckdose 14 weist ebenso eine programmierbare Logik 36 ebenso wie einen Leistungssteuerungsschaltkreis 38 auf. Daten werden aus dem Kanal mit niedriger Bandbreite durch den Empfänger 34 demoduliert und der programmierbaren Logik 36 zur Verfügung gestellt. Der Leistungssteuerungsschaltkreis 38 reagiert auf die programmierbare Logik 36 mit auswählbarem Bereitstellen von Energie für eine Steckdose oder integrierte Komponente (nicht gezeigt). Das oben erwähnte Format der Steuerdaten erlaubt es einem Installateur, virtuelle Schaltungsnummern für jede Steuerungskomponente zuzuordnen. Ein Empfänger ist lediglich zum Beantworten von Befehlen mit seiner virtuellen Schaltkreisnummer ausgestaltet.
4 zeigt ein Beispiel einer analogen Signalquelle, wie beispielsweise einen Videorekorder 16. Der Videorekorder 16 weist einen Steuerungsempfänger 39, wie bereits beschrieben, ebenso wie seine eigene programmierbare Logik 40 auf, die zum Empfangen von Steuerdaten aus dem Kommunikationskanal mit niedriger Bandbreite über den Steuerungsempfänger 39 verbunden ist. Zusätzlich weist der Videorekorder 16 einen zugeordneten Sender 42 für analoge Audiosignale zum Senden von analogen Signalen unter Verwendung eines Frequenzkanals mit hoher Bandbreite auf den elektrischen Stromleitungen auf. Dieser Kanal erlaubt eine relativ hohe Bandbreite von beispielsweise ungefähr 36.000 Bit pro Sekunde. Der Kanal mit hoher Bandbreite verwendet eine Trägerfrequenz, die größer als ungefähr 3 MHz ist. In der beschriebenen Ausführungsform liegt die Trägerfrequenz zwischen 3,5 MHz und 4,0 MHz, in zwanzig Kanälen mit hoher Bandbreite mit ungefähr 50 kHz aufgeteilt. Der analoge Signalsender 42 ist abstimmbar oder auf andere Art und Weise zwischen irgendeinem der zwanzig Kanäle mit hoher Bandbreite auswählbar. Insbesondere steuert die programmierbare Logik 40 als Reaktion auf über den Steuerungsempfänger 39 empfangenen Steuerdaten den Kanal, auf den der Sender abgestimmt wird.
Wieder ist der Sender unter Verwendung herkömmlicher Schaltkreise, wie sie beispielsweise bei drahtlosen FM-Sendern verwendet werden, entworfen worden. In diesem Fall wird ein unverarbeitetes, nicht-digitalisiertes Audiosignal auf die ausgewählte Trägerfrequenz des ausgewählten Kanals frequenzmoduliert. Das Audiosignal wird dem Audiosignalsender durch eine Abspielelektronik (nicht dargestellt) in dem Videorekorder zur Verfügung gestellt.
Der Videorekorder 16 weist einen zweiten analogen Signalsender 46 zum Senden eines Videosignals über die Stromleitungen unter Verwendung eines Kanals mit hoher Bandbreite auf. Video benötigt eine noch höhere Bandbreite als Audio, beispielsweise eine Bandbreite von 6 MHz. In der bevorzugten Ausführungsform verwendet der Videosignalsender 46 einen aus fünf verfügbaren 6 MHz-Kanälen mit Trägerfrequenzen zwischen 420 MHz und 450 MHz ausgewählten Kanal. Wieder wird FM-Modulation verwendet.
5 zeigt ein Beispiel eines analogen Signalempfängergeräts, in diesem Fall einem Audiosystem 20. Das Audiosystem 20 weist einen Audiosignalempfänger 50 auf, der zum Empfangen eines Audiosignals über die elektrische Hausverkabelung verbunden ist. Der Empfänger ist ein FM-Demodulator, der ein unverarbeitetes, nicht-digitalisiertes Audiosignal zur Verstärkung durch andere Komponenten (nicht dargestellt) erzeugt. Der Empfänger ist zwischen irgendeinem der zwanzig verfügbaren Audiokanälen mit hoher Bandbreite abstimmbar. Eine programmierbare Logik 52 ist zum Steuern der Arbeitsfrequenz des Empfängers 50 wieder als Reaktion auf über den Kommunikationskanal mit niedriger Bandbreite empfangene Steuerdaten verbunden. Das Audiosystem 20 weist einen Steuerungsempfänger 54, beispielsweise wie bereits beschrieben, auf, der Steuerdaten unter Verwendung des Kanals mit niedriger Bandbreite empfängt und demoduliert und der die demodulierten Steuerdaten der programmierbaren Logik 52 zur Verfügung stellt.
Der Videomonitor 18 weist Komponenten auf, die denen des Audiosystems 20 ähnlich sind, um ein Videosignal zu empfangen und es einem Wiedergabeschaltkreis zur Verfügung zu stellen.
Obwohl jede elektrische Komponente derart beschrieben wurde, dass sie einen bestimmten Satz von Sendern und/oder Empfängern aufweist, ist in der Praxis jede bestimmte Komponente derart mit Sendern und Empfängern ausgestattet, wie sie auch immer zum Durchführen der Funktionen der Komponente benötigt werden. Beispielsweise könnten alle der elektrischen Komponenten einen Regelungssender aufweisen, um eine bidirektionale Übertragung von Steuerdaten zur Verfügung zu stellen. Jedoch werden analoge Signalsender und -empfänger lediglich in den Komponenten zur Verfügung gestellt, die sie besonders benötigen, wie beispielsweise Komponenten, die eine Notwendigkeit zum Senden oder Empfangen von Audio-/Videosignalen haben. In diesem Dokument bedeutet der Begriff „Audio-/Videosignal" ein analoges, nicht-digitalisiertes Signal, das Audio-, Video- oder sowohl Audio- als auch Videoinformationen umfasst.
Ferner weist ein typisches System eine Vielzahl von Komponenten, die Steuerungssender und -empfänger verwenden, und eine Vielzahl von Komponenten, die analoge Signalsender und -empfänger verwenden, auf. Alle Komponenten nutzen die gemeinsamen Steuerungskanäle mit niedriger Bandbreite für relativ einfache Steuerungskommunikationen. Jedoch verwenden die analogen Signalquellen und -empfänger unterschiedliche analoge Kanäle mit hoher Bandbreite mit entsprechend unterschiedlichen Trägerfrequenzen.
Die Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik etliche Vorteile auf. Ein Vorteil liegt darin, dass die meisten Komponenten ohne Komponenten für hohe Bandbreite verkauft werden können. D.h. lediglich in höher entwickelten Komponenten wird das Implementieren von analogen Signalsendern und/oder -empfängern gefordert. Andere Komponenten, die keine Notwendigkeit für Hochgeschwindigkeitskommunikationen haben, benötigen lediglich relativ preisgünstige Steuerungssender und/oder -empfänger. Dies reduziert die Kosten eines vollständigen Systems drastisch.
Ein anderer Vorteil liegt darin, dass die Komponenten, die analoge Signale, beispielsweise Audio und Video, verwenden, nach der Installation für bestimmte Verbindungen zwischen Geräten unter Verwendung unterschiedlicher Kanäle mit hoher Bandbreite ausgestaltet sein können.
Dies kann mit einem Controller wie beispielsweise dem Controller 22 in 1 erreicht werden. Der Controller 22 könnte aus einem kleinen Computer, wie beispielsweise einem Laptop, mit einem zugeordneten Steuerungssender und -empfänger zum Kommunizieren mit verschiedenen elektrischen Komponenten unter Verwendung des Steuerungskanals mit niedriger Bandbreite bestehen.
Der Controller 22 ist zum Bestimmen von Gruppen von analogen Signalquellen und -empfängern, höchstwahrscheinlich in Verbindung mit einem menschlichen Bediener, ausgestaltet. Jede Gruppe umfasst eine einzige Signalquelle und einen oder mehrere Empfänger. Sobald derartige Gruppen bestimmt worden sind, sendet der Controller Steuerdaten zu jedem Mitglied der Gruppe unter Verwendung des Steuerungskanals mit niedriger Bandbreite. Die Steuerdaten weisen jede Gruppe zum Benutzen eines der unterschiedlichen Kommunikationskanäle mit hoher Bandbreite an. Tatsächlich richtet der Controller virtuelle analoge Verbindungen zwischen der Quelle und den Empfängern jeder Gruppe ein. Während der Controller als eine separate Komponente dargestellt ist, könnte er alternativ in einer analogen Signalquelle oder -empfänger integriert sein. Beispielsweise könnte ein Videorekorder einen Controller umfassen, der automatisch eine virtuelle analoge Verbindung zu einem verfügbaren Empfänger einrichtet.
In einigen Situationen könnte es wünschenswert sein, digitale Daten mit hohen Geschwindigkeiten zu senden und empfangen. Solche Fähigkeiten könnten zum Implementieren eines LANs (Local Area Network) innerhalb eines Hauses nützlich sein. Falls dies der Fall ist, werden ein digitaler Datenmodulator und ein -demodulator verknüpft und jeweils in Verbindung mit einem analogen Signalsender und -empfänger – wie oben erörtert – verwendet. Dies erlaubt, dass digitale Daten von einer Komponente zu einer anderen auf analogen Signalkanälen mit hoher Bandbreite übermittelt werden. Datenraten von ungefähr 36.000 Bit pro Sekunde können unter Verwendung des 50 kHz-Audiokanals, wie oben beschrieben, erreicht werden.
Obwohl die Erfindung in erster Linie bezüglich seiner Komponenten und Merkmale beschrieben worden ist, umfasst die Erfindung ebenso Schritte, die ein Verfahren zum elektrischen Kommunizieren zwischen elektrischen Komponenten unter Verwendung elektrischer Stromleitungen in einem Gebäude implementieren. Derartige Schritte umfassen das Modulieren eines ersten Frequenzkanals auf existierenden elektrischen Stromleitungen für Kommunikationen mit niedriger Bandbreite zwischen Komponenten und das Modulieren eines zweiten Frequenzkanals auf den Stromleitungen für Kommunikationen mit hoher Bandbreite zwischen elektrischen Komponenten. Die Erfindung umfasst ferner das Übermitteln von Steuerdaten zwischen elektrischen Komponenten auf dem ersten Frequenzkanal und das Übermitteln analoger Signale zwischen einer Gruppe von Komponenten auf dem zweiten Frequenzkanal. Die analogen Signale können Audio-/Videosignale sein oder modulierten digitalen Inhalt umfassen.
Die Erfindung umfasst ferner das Bestimmen von Quellen-/Empfänger-Gruppen oder -Paaren von Komponenten und das Auswählen einer bestimmten Frequenz für Kommunikationen mit hoher Bandbreite zwischen der Quelle und den Empfängern jeder Gruppe. Ein weiterer Schritt umfasst das Senden von Steuerdaten zu jeder Quellen-/Empfängergruppe unter Verwendung des ersten Frequenzkanals. Die Steuerdaten weisen die Komponenten jeder Quellen-/Empfängergruppe zum Benutzen des für diese Gruppe ausgewählten zweiten Frequenzkanals an. Wie oben erörtert liegt der erste Frequenzkanal bei einer niedrigeren Frequenz als der zweite Frequenzkanal. Ein noch weiterer Schritt umfasst das Modulieren digitaler Daten auf das analoge Signal, das durch einen bestimmten analogen Signalsender übermittelt wird, und das Demodulieren des Signals bei dem Empfänger.
Obwohl die Erfindung hinsichtlich struktureller und methodologischer Merkmale in einer mehr oder weniger spezifischen Sprache beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht notwendiger Weise auf die bestimmten beschriebenen Merkmale und Schritte beschränkt ist. Die besonderen Merkmale und Schritte sind eher als bevorzugte Formen der Implementierung der Erfindung offenbart.

Claims

System (10) zur elektronischen Kommunikation unter Verwendung elektrischer Stromleitungen (11) in einem Gebäude mit: einer Vielzahl von Komponenten (12, 14, 16, 18, 20, 22), die zur Kommunikation untereinander über die elektrischen Stromleitungen (11) verbunden sind, einem Steuerungssender (30), der mindestens einer der Komponenten zum Senden von Steuerdaten unter Verwendung eines Frequenzkanals einer ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen (11) bei einer Bandbreite einer ersten Art zugeordnet ist, einem Steuerungsempfänger (34, 39, 54), der mindestens einer der Komponenten zum Empfangen von Steuerdaten unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art zugeordnet ist, eine analoge Signalquelle (42, 46), die mindestens einer der Komponenten zum Übermitteln eines analogen Signals unter Verwendung eines Frequenzkanals einer zweiten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer zweiten Art zugeordnet ist, einem analogen Signalempfänger (50), der mindestens einer der Komponenten zum Empfangen des analogen Signals unter Verwendung des Frequenzkanals der zweiten Art zugeordnet ist, worin das analoge Signal ein von dem elektrischen Energiesignal abweichendes Signal ist und worin die Bandbreite der ersten Art eine geringere Bandbreite als die Bandbreite der zweiten Art aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich umfasst: eine Vielzahl von Steuerungssendern (30) und -empfängern (34, 39, 54), die entsprechenden Komponenten zugeordnet sind, wobei die Steuerungssender und -empfänger zum Übermitteln und Empfangen von Steuerdaten unter Verwendung desselben Frequenzkanals der ersten Art ausgestaltet sind, mindestens einen der Steuerungssender, der zusätzlich zum Bestimmen einer oder mehrerer Quellen-/Empfänger-Gruppen der Komponenten und zum Senden von Steuerdaten zu jeder Gruppe unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art ausgestaltet ist, worin die Steuerdaten jede Gruppe zum Benutzen eines unter schiedlichen Frequenzkanals der zweiten Art zum Übermitteln und Empfangen des analogen Signals anweisen.
System (10) zur elektronischen Kommunikation unter Verwendung von elektrischen Stromleitungen (11) in einem Gebäude mit: einer Vielzahl von Komponenten (12, 14, 16, 18, 20, 22), die zur Kommunikation untereinander über die elektrischen Stromleitungen (11) verbunden sind, einer Steuerungseinheit (22) zum Übermitteln von Steuerdaten unter Verwendung eines Frequenzkanals einer ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen (11) bei einer Bandbreite einer ersten Art, einem Steuerungsempfänger (34, 39, 54), der mindestens einer der Komponenten zum Empfangen von Steuerdaten unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art zugeordnet ist, einer analogen Signalquelle (42, 46), die mindestens einer der Komponenten zum Übermitteln eines analogen Signals unter Verwendung eines Frequenzkanals einer zweiten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer zweiten Art zugeordnet ist, einem analogen Signalempfänger (50), der mindestens einer der Komponenten zum Empfangen des analogen Signals unter Verwendung des Frequenzkanals der zweiten Art zugeordnet ist, worin das analoge Signal ein von dem elektrischen Energiesignal abweichendes Signal ist und worin die Bandbreite der ersten Art eine geringere Bandbreite als die Bandbreite der zweiten Art aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das System zusätzlich eine Vielzahl von Empfängern (34, 39, 54) umfasst, die entsprechenden Komponenten zugeordnet sind, wobei die Steuerungseinheit (22) und die Empfänger zum Übermitteln und Empfangen von Steuerdaten unter Verwendung desselben Frequenzkanals der ersten Art ausgestaltet sind, wobei die Steuerungseinheit (22) zusätzlich zum Bestimmen einer oder mehrerer Quellen-/Empfänger-Gruppen von Komponenten und zum Senden von Steuerdaten zu jeder Gruppe unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art ausgestaltet ist, worin die Steuerdaten jede Gruppe zum Benutzen eines unterschiedlichen Frequenzkanals der zweiten Art zum Übermitteln und Empfangen des analogen Signals anweisen.
System nach Anspruch 1 oder 2, worin der Frequenzkanal der ersten Art eine niedrigere Frequenz als der Frequenzkanal der zweiten Art aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, worin der Frequenzkanal der ersten Art eine Frequenz kleiner als 500 kHz und der Frequenzkanal der zweiten Art eine Frequenz größer als 3 MHz aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, das zusätzlich eine Vielzahl von analogen Signalquellen und -empfängern umfasst, die entsprechenden Komponenten zugeordnet sind, wobei die analogen Signalquellen und -empfänger zum Übermitteln und Empfangen analoger Signale unter Verwendung unterschiedlicher Frequenzkanäle der zweiten Art ausgestaltet sind.
System nach Anspruch 1 oder 2, worin der durch die analoge Signalquelle und den analogen Signalempfänger verwendeten Frequenzkanal der zweiten Art als Reaktion auf Steuerdaten, die unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art übermittelt wurden, auswählbar ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, worin das analoge Signal ein Audio-/Videosignal ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, das zusätzlich umfasst: einen Modulator, der der analogen Signalquelle zum Modulieren von digitalen Daten auf das analoge Signal zugeordnet ist, ein Demodulator, der dem analogen Signalempfänger zum Demodulieren der digitalen Daten aus dem analogen Signal zugeordnet ist.
Verfahren zum elektronischen Kommunizieren zwischen einer Vielzahl von elektrischen Komponenten (12, 14, 16, 18, 20, 22) unter Verwendung elektrischer Stromleitungen (11) in einem Gebäude, das folgende Schritte umfasst: Modulieren eines gemeinsamen ersten Frequenzkanals mit einer Bandbreite einer ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen (11) zur Kommunikation zwischen elektrischen Komponenten (12, 14, 16, 18, 20, 22), Modulieren eines zweiten Frequenzkanals mit einer Bandbreite einer zweiten Art auf den elektrischen Stromleitungen (11) zur Kommunikation zwischen elektrischen Komponenten (12, 14, 16, 18, 20, 22), worin die Bandbreite der ersten Art geringer als die Bandbreite der zweiten Art ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich folgende Schritte umfasst: Übermitteln von Steuerdaten zwischen den elektrischen Komponenten (12, 14, 16, 18, 20, 22) auf dem gemeinsamen ersten Frequenzkanal, Übermitteln eines analogen Signals zwischen einer Gruppe von elektrischen Komponenten (12, 14, 16, 18, 20, 22) auf dem zweiten Frequenzkanal, Bestimmen einer oder mehreren Quellen-/Empfänger-Gruppen der elektrischen Komponenten und Senden von Steuerdaten zu jeder Quellen-/Empfänger-Gruppe unter Verwendung des ersten Frequenzkanals, worin die Steuerdaten jede Gruppe zum Benutzen einer unterschiedlichen Frequenz für den zweiten Frequenzkanal anweist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das analoge Signal ein analoges Audio-/Video-Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das analoge Signal digitalen Inhalt trägt.
Verfahren nach Anspruch 9, worin der erste Frequenzkanal eine niedrigere Frequenz als der zweite Frequenzkanal aufweist.
Elektrische Komponente (20) zum Verbinden mit elektrischen Leitungen (11) in einem Gebäude mit: einem Steuerungsempfänger (54), der Steuerdaten unter Verwendung eines gemeinsamen Frequenzkanals einer ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer ersten Art empfängt, einem analogen Signalempfänger (50), der ein analoges Signal unter Verwendung eines Frequenzkanals einer zweiten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer zweiten Art empfängt, worin die Bandbreite der ersten Art geringer als die Bandbreite der zweiten Art ist, worin das analoge Signal ein von dem elektrischen Energiesignal abweichendes Signal ist und worin der gemeinsame Frequenzkanal der ersten Art ebenso von anderen Steuerungsempfängern, die Teile anderer elektrischer Komponenten bilden, verwendet wird, wobei der Steuerungsempfänger (54) zusätzlich zum Empfangen von Steuerdaten ausgeführt ist, die die elektrische Komponente (20) als ein Mitglied einer Quellen-/Empfänger-Gruppe bestimmen und die die elektrische Komponente (20) zum Benutzen eines bestimmten Frequenzkanals der zweiten Art zum Empfangen des analogen Signals durch den analogen Signalempfänger (50) anweisen, wobei der genutzte bestimmte Frequenzkanal unterschiedlich zu den durch andere Quellen-/Empfänger-Gruppen verwendeten Frequenzkanäle ist.
Elektrische Komponente nach Anspruch 13, die zusätzlich einen Steuerungssender umfasst, der Steuerdaten unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite der ersten Art übermittelt.
Elektrische Komponente nach Anspruch 13, worin die elektrische Komponente auf die Steuerdaten zum Benutzen eines bestimmten Frequenzkanals der zweiten Art aus einer Vielzahl von Frequenzkanälen der zweiten Art, zu deren Gebrauch die elektrische Komponente in der Lage ist, reagiert.
Elektrische Komponente nach Anspruch 13, worin das analoge Signal ein Audio-/Video-Signal ist.
Elektrische Komponente nach Anspruch 13, worin der untere Frequenzkanal der ersten Art eine geringere Frequenz als der Frequenzkanal der zweiten Art aufweist.
Elektrische Komponente (16) zum Verbinden mit elektrischen Leitungen (11) in einem Gebäude mit: einem Steuerungsempfänger (39), der Steuerdaten unter Verwendung eines gemeinsamen Frequenzkanals einer ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer ersten Art empfängt, einem analogen Signalsender (42, 46), der ein analoges Signal unter Verwendung eines Frequenzkanals einer zweiten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite einer zweiten Art übermittelt, worin die Bandbreite der ersten Art eine geringere Bandbreite als die Bandbreite der zweiten Art aufweist, worin das analoge Signal ein von dem elektrischen Energiesignal abweichendes Signal ist und worin der gemeinsame Frequenzkanal der ersten Art ebenso von anderen Steuerungsempfängern, die Teile anderer elektrischer Komponenten bilden, verwendet wird, wobei der Steuerungsempfänger (39) zusätzlich zum Empfangen von Steuerdaten ausgeführt ist, die die elektrische Komponente (16) als ein Mitglied einer Quellen-/Empfänger-Gruppe bestimmen und die elektrische Komponente (16) zum Benutzen eines bestimmten Frequenzkanals der zweiten Art zum Übermitteln des analogen Signals durch den analogen Signalsender (42, 46) anweist, wobei der genutzte bestimmte Frequenzkanal unterschiedlich zu den von anderen Quellen-Empfänger-Gruppen verwendeten Frequenzkanäle ist.
Elektrische Komponente nach Anspruch 18, die zusätzlich einen Steuerungssender umfasst, der Steuerdaten unter Verwendung des Frequenzkanals der ersten Art auf den elektrischen Stromleitungen bei einer Bandbreite der ersten Art übermittelt.
Elektrische Komponente nach Anspruch 18, worin die elektrische Komponente auf die Steuerdaten zum Benutzen eines bestimmten Frequenzkanals der zweiten Art aus einer Vielzahl von Frequenzkanälen der zweiten Art, zu deren Gebrauch die elektrische Komponente in der Lage ist, reagiert.
Elektrische Komponente nach Anspruch 18, worin das analoge Signal ein Audio-/Video-Signal ist.
Elektrische Komponente nach Anspruch 18, worin der Frequenzkanal der ersten Art eine niedrigere Frequenz als der Frequenzkanal der zweiten Art aufweist.