專利名稱：用于在同一線路上進行數據和能量傳輸的方法及相應的數據傳輸系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于數據傳輸的方法和一種數據傳輸系統。
背景技術：
用于借助正交頻分復用·技術進行數據傳輸的方法是眾所周知的。由EP 2 048 845 A2已知用于校正OFDM-信號中的振幅衰減效果的技術。EP 2 071 757 Al涉及一種用于發送和接收OFDM-符號的設備和方法。DE 101 63 342 Al涉及一種串行總線系統，其中向連接著的無源總線用戶傳輸電報形式的數據，該電報為過程圖像。DE 103 49 242 B3涉及一種用于無接觸地傳輸電功率和信息的設備和方法。
發明內容
因此本發明的目的在于，使用于數據傳輸的方法和數據傳輸系統更可靠。根據本發明，上述目的通過根據權利要求I的特征所述的方法和通過根據權利要求12所述的數據傳輸系統得以實現。在用于借助正交頻分復用技術(OFDM)在發送器和接收器之間利用數據信號進行數據傳輸的方法方面，本發明的特征在于，所述數據信號具有由OFDM-符號構造成的電報，其中所述OFDM-符號逐個符號地(symbolweise)以η次的重復率連續地在電報內由發送器發送，并且當在接收器中進行接收時，各個η次連續發送的OFDM-符號被逐個符號地添加到相位中。在此其優點在于，用于進行數據傳輸的方法較可靠并較防出錯/抗故障，這是因為信噪比更好。在該方法的一種有利的設計方案中，重復率根據數據信號的傳輸介質的傳輸特性來確定。在此其優點在于，最佳地調節了防出錯性并最佳地使用了傳輸介質的帶寬。在該方法另一有利的設計方案中，在初始化該方法時發送一測試信號，接收器中的分析裝置確定測試信號的信號強度、特別是振幅，并且要么分析裝置由信號強度確定OFDM-符號的重復率并且接收器將該重復率傳送給發送器，要么接收器將信號強度傳送給發送器并且發送器中的另一分析裝置由信號強度確定OFDM-符號的重復率。在此其優點在于，所述重復率可以動態地匹配現有的傳輸介質。在該方法另一有利的設計方案中，所述測試信號是具有啁啾聲(Chirp)的信號。在此其優點在于，利用具有啁啾聲的信號作為測試信號可測試較寬的頻域。在該方法另一有利的設計方案中，針對不同的傳輸頻率分別/單獨確定所述重復率。在此其優點在于，最優地使用所述帶寬，并且盡管如此所有信道仍可以以必需的防出錯性進行傳輸。在該方法另一有利的設計方案中，接收器中和/或發送器中的干擾探測器探測傳輸介質上的短時脈沖干擾并且要么根據短時脈沖干擾的頻度確定OFDM-符號的重復率，要么根據短時脈沖干擾的頻度和信號強度確定OFDM-符號的重復率。在此其優點在于，所述重復率可在頻域中和時域中匹配傳輸介質中的干擾。在該方法另一有利的設計方案中，在數據信號的傳輸路徑由于發送器和/或接收器的運動而發生變化時，發送器識別所述變化并且一初始化被實施。在此其優點在于，重復率可動態匹配并因此帶寬可最佳地使用。在用于通過OFDM-方法在發送器和接收器之間進行數據傳輸和用于進行電能傳輸的方法方面，特征在于，利用一交流分量進行的數據傳輸和利用另一交流分量進行的能量傳輸至少部分地使用相同的線路，其中，為了進行數據傳輸，由OFDM-符號構造數據信號，并且所述另一交流分量具有一頻率，其中，OFDM-符號的時長相應于該頻率的半周期。在 此其優點在于，盡管存在大的干擾，但通過在所述線路上的能量傳輸可以防出錯地實現經由同一線路的數據傳輸。在所述用于通過OFDM-方法在發送器和接收器之間進行數據傳輸和用于進行電能傳輸的方法的一優選實施形式中，所述OFDM-符號逐個符號地以η次的重復率連續地發送，并且在進行接收時，多次連續發送的OFDM-符號被逐個符號地添加到相位中。在此其優點在于，該用于數據傳輸的方法是防出錯的，這是因為具有較大的信噪比。在所述用于通過OFDM-方法在發送器和接收器之間進行數據傳輸和用于進行電能傳輸的方法的另一實施形式中，所述另一交流分量被輸入相同的線路中并且所述數據信號無接觸地被輸入同一線路中和解耦。在此其優點在于，僅需唯一的線路用于數據傳輸和能量傳輸，并且數據傳輸是防出錯的。數據傳輸系統的特征在于，該數據傳輸系統包括用于實施數據傳輸方法的各步驟的裝置。在此其優點在于，該數據傳輸較可靠。在一尤其作為數據傳輸系統的、具有發送器和接收器的設備方面，特征在于，所述發送器和/或接收器相對于一線路運動，并且所述發送器和/或接收器彼此以及與控制裝置通過該線路借助用于數據傳輸的方法進行通信。在此其優點在于，該數據傳輸可動態匹配，以便最優地使用帶寬。在一具有可沿著伸長鋪設的閉合導體回路運動的負載的設備方面，特征在于，在該導體回路上頻域中的一交流分量用于進行數據傳輸，其中，具有一頻率的另一交流分量被輸入導體回路中以進行能量傳輸，其中，所述負載各自具有一次級線圈，由所述次級線圈給相應的負載供應能量，其中，該次級線圈與導體回路感應耦合并且一電容這樣與次級線圈串聯和/或并聯，使得由次級線圈和電容構成的電路的諧振頻率相應于所述頻率，其中，所述負載各自具有數據傳輸系統和/或所述控制裝置具有數據傳輸系統。在此其優點在于，盡管在導體回路或線路上存在強大的干擾信號，但仍可以實現防出錯的數據傳輸。在該設備的一種有利的設計方案中，所述設備是單軌架空道并且所述負載各自包括一循環小車(Umlaufkatze)的電機。在此其優點在于,所述循環小車較可靠地通過唯一的線路提供能量并可以通過同一線路借助數據傳輸防出錯地進行控制。從屬權利要求給出了其它優點。本發明并不限于權利要求書中的特征組合。對本領域技術人員而言，特別是由任務提出和/或通過與現有技術相比較而提出的任務，可得到權利要求和/或單個權利要求特征和/或說明書特征和/或附圖特征的其它合理的組合可能性。
附圖標記列表I第一調制解調器2第二調制解調器3 線路5數據傳輸系統 10發送器12接收器14 電報15ID-0FDM-符號16 指令-OFDM-符號18CRC-0FDM-符號20另一發送器22另一接收器30第一發送緩沖器31第一電流驅動器32另一分析裝置34第一接收緩沖器36第一帶通濾波器38第一接收放大器40第一耦合裝置41另一第一耦合裝置50第二發送緩沖器51第二電流驅動器52分析裝置54第二接收緩沖器56第二帶通濾波器58第二接收放大器60第二耦合裝置61另一第二耦合裝置
現在借助實施例參照附圖詳細闡述本發明。其中純示意性示出圖I示出了數據傳輸系統的示意圖；圖2示出了電報的基本構造。
具體實施例方式圖I示出一種數據傳輸系統5，該數據傳輸系統借助電報14通過線路3在第一調制解調器I和第二調制解調器2之間交換數據。數據傳輸系統5允許用于優選借助正交頻分復用技術(OFDM)進行數據傳輸的方法。
第一調制解調器I具有被構造用于產生和處理OFDM符號的發送器10和另一接收器22。發送器10為此借助OFDM調制器將數據源的數據轉換為布置在電報14中的OFDM-符號。電報14在此對應于數據塊，該數據塊對應于例如用于控制自動化組件的指令。例如數據塊導致啟動或停止或者數據塊包括用于使為此設置的自動化組件例如電機、變頻器等參數化的參數組。OFDM-符號15、16、17通過第一發送緩沖器30、數模轉換器D/A和第一電流驅動器31被引導至第一耦合裝置40。第一耦合裝置40將對應于OFDM-符號15、16、17或電報14的數據信號優選無接觸地耦合到線路3上。現在數據信號可以由第二調制解調器2接收。為此，第二調制解調器2具有接收器12。接收器12包括另一第二耦合裝置61用于優選無接觸地將數據信號從線路3解耦。然后數據信號由第二帶通濾波器56濾波并被繼續傳送至模數轉換器A/D。然后，如此處理過的數據信號通過第二接收緩沖器54被繼續傳送至OFDM-解調器，該OFDM-解調器將由所述數據信號獲取的數據轉發至數據接收點或相應執行的自動化組件。所述自動化組件執行相應的指令。為在第一、第二調制解調器1、2之間進行雙向通信，第二調制解調器2相應地具有OFDM-調制器、第二發送緩沖器50、數模轉換器D/A、第二電流驅動器51和第二耦合裝置60。為了接收信號，第一調制解調器具有另一第一耦合裝置41、第一帶通濾波器36、第一接收放大器38，模數轉換器A/D和第一接收緩沖器34。所述數據信號在OFDM-解調器中相應地像在第二調制解調器2中那樣被解調，并且由此獲取的數據被繼續傳送至數據接收點。在一優選實施形式中，第一調制解調器I的發送器10和另一接收器22以及第二調制解調器2的另一發送器20和接收器12分別利用一共同的耦合裝置。在另一優選實施形式中，相應使用的耦合裝置相應地具有執行線圈和/或電容 器，以便與線路3電感耦合和/或電容耦合。根據本發明，OFDM-符號在第一發送緩沖器30中——例如借助FIFO (First in -
First-out，先入先出)組件-重復η次。因此發送器10產生一電報，其中每個OFDM-符
號被重復發送η次。η優選為I至5之間的整數。圖2以不意圖不出一電報14,該電報具有用于識別電報或接收器的ID-OFDM-符號15、用于真正進行數據傳輸的各個指令-OFDM-符號Sp S2,…Si 16和作為控制符號的CRC-OFDM-符號 17。在圖2示出的實施例中，ID-OFDM-符號15和CRC-OFDM-符號17僅在電報14中出現一次。在其它實施例中這些OFDM-符號15、17也可被重復發送。具有η次重復的指令-OFDM-符號16的電報14由第二調制解調器2的接收器12借助所述另一第二耦合裝置61接收。第二接收緩沖器54將通過第二帶通濾波器56、第二接收放大器58和模數轉換器A/D處理過的η次重復的指令-OFDM-符號16逐個符號地添加到相位中。具體對圖2中示出的電報而言，這意味著具有相同下標“1，2，…，i-3，i-2，i_l，i ”的OFDM-符號被添加到相位中。因此例如兩個指令-OFDM-符號WS1被綜合為一個唯一的指令-OFDM-符號
被綜 合的i個OFDM-符號然后由OFDM-解調器OFDM-Demod解調并且作為數據流或指令輸入數據接收點。這導致信噪比得到改善，這一點在強干擾的情況下特別是當在工業環境中進行電力線傳輸時導致防出錯/抗故障的、在許多情況下均可使用的數據傳輸。在另一優選實施形式中，第二調制解調器具有分析裝置52。如圖I所示，發送器10的被接收的數據信號、特別是測試信號在第二接收放大器58之后被輸入分析裝置52。優選在對用于數據傳輸的方法初始化時發送測試信號。分析裝置52在接收器12中確定測試信號的信號強度、特別是振幅或者能量。在第一可選實施形式中，分析裝置52由所述信號強度確定OFDM-符號的重復率。例如OFDM-符號在接收的信號強度與分析裝置中存儲的參考信號強度相比為OdB時發送一次，為-IOdB時發送兩次，為-20dB時發送三次，而為-30dB時發送四次。分析裝置52將所述重復率(即OFDM-符號必須多頻繁地發送)傳送至第二發送緩沖器50和第二接收緩沖器54。因此第二發送緩沖器50和第二接收緩沖器54可以相應地復制或接收所述(FDM-符號。第二調制解調器2還額外向第一調制解調器I傳送重復率，由此發送器10和第二接收器22相應處理所述OFDM-符號。在第二可選實施形式中，接收器22將信號強度傳送至發送器10和發送器10中的另一分析裝置32。所述另一分析裝置32由信號強度確定OFDM-符號的重復率。然后所述另一分析裝置32向第一發送緩沖器30和第一接收緩沖器34傳送必需的、要使用的重復率。隨后該重復率由第一調制解調器I的發送器10同樣通知給第二調制解調器2，從而在那里第二發送緩沖器50和第二接收緩沖器54相應地也可以復制或接收所述OFDM-符號。測試信號的信號強度首先取決于傳輸介質、例如線路3的傳輸特性。因此根據傳輸介質的傳輸特性來確定所述重復率。優選測試信號是具有啁啾聲(Chirp)的信號。例如測試信號的數學描述包含8 η(ω +Φ (t))的項。在此，Φ (t)意味著相位與時間有關。具有啁啾聲(或者英文一般為Chirp)的信號隨著時間的流逝改變其頻率。這在測試信號中優點在于利用唯一的測試信號可確定傳輸介質的傳輸特性的很寬的頻域/頻率范圍。測試信號優選為在時間上受限制的電壓脈沖和/或電流脈沖，該脈沖特別是長達200微秒。OFDM-符號在頻域內由多個相互正交的子載波組合而成。所述子載波構成子符號，OFDM-符號由這些子符號組合而成。Chirp-信號作為測試信號的優點在于，可利用一個測試信號在較大頻域內確定傳輸介質的傳輸特性。如果選頻地對測試信號進行分析，例如其中根據頻率確定信號強度，則也可以選頻地為每個子載波分別/單獨確定并優化重復率。在具有數據傳輸系統5的設備中，線路3優選實施為伸長地鋪設的閉合導體回路。沿著該導體回路設置有可動的負載、特別是可動設置的電機。該負載各自具有一相應于第一調制解調器I實施的調制解調器。所述調制解調器將頻域中的一交流分量耦合到導體回路上。所述頻域優選在MHz的范圍內，特別是在O. 5MHz至8MHz之間的范圍內。該交流分量的振幅，或者換言之，電流線路中的數據信號的振幅，高達10毫安。該交流分量用于數據傳輸。具有一頻率的另一交流分量被輸入該導體回路中以進行能量傳輸。此外優選在導體回路上連接有逆變器。該頻率優選在IOkHz至幾百kHz的范圍內，特別優選在20kHz至200kHz之間。所述另一交流分量的振幅在幾安至幾百安的范圍內，優選在50安至100之間。通過逆變器將脈沖形式的周期性的干擾輸入到導體回路上。這可以通過逆變器中的開關元件來確定。脈沖干擾特別是成對地布置，其中，在各個所述對之間存在有固定的時間間隔，并且所述對的各個脈沖干擾之間的時間間隔搖擺不定/具有振蕩。所述固定的時間間隔對應于所述頻率。在使用用于通過同一線路進行數據傳輸和能量傳輸的方法的同時，OFDM-符號的時長對應于所述頻率的半周期。因此可以在添加重復發送的OFDM-符號時簡單地排除強烈的脈沖干擾。因為單個對內部的時間間隔搖擺不定，所以脈沖干擾位于重復的OFDM-符號的不同時間段中。因此，所述另一交流分量被輸入同一線路3中，并且所述數據信號無接觸地被輸入同一線路3中和解耦。負載各自具有一個次級線圈，由所述次級線圈給相應的負載供應能量。該次級線圈與導體回路感應耦合。一電容這樣和次級線圈串聯和/或并聯，使得由次級線圈和電容構成的電路具有對應于所述頻率的諧振頻率。每個負載和/或控制裝置對應于第一調制解調器I分別具有一調制解調器。因此所述負載和/或控制裝置的相應部件形成數據傳輸系統的一特別優選的實施形式。數據傳輸系統使用用于借助正交頻分復用技術(OFDM)在發送器10和接收器12之間以數據信號進行數據傳輸的方法。該數據信號具有由OFDM-符號構造成的電報14。所述OFDM-符號逐個符號地以η次的重復率連續地在電報14內由發送器10發送。當在接收器12中進行接收時，各個η次連續發送的OFDM-符號被逐個符號地添加到相位中。在另一優選但并未在附圖中示出的實施形式中，干擾探測器在接收器12中和/或發送器10中探測傳輸介質上的短時脈沖干擾。當線路3上的電壓超過預定電壓時，該干擾探測器例如實施為峰值電壓探測器并且釋放/觸發計數脈沖。現在在該方法的所述另一在附圖中未示出的優選實施形式中要么根據短時脈沖干擾的頻度來確定OFDM-符 號的重復率，要么根據短時脈沖干擾的頻度和信號強度來確定該OFDM-符號的重復率。在該方法中，OFDM-符號也逐個符號地以η次的重復率連續地在電報14內發送，并且在進行接收時，多次連續發送的OFDM-符號被逐個符號地添加到相位中。在數據信號的傳輸路徑由于發送器10和/或接收器12的運動而發生變化時，這樣設計數據傳輸系統，使得發送器10識別所述變化并且一初始化被執行。為了識別所述變化，例如可以在發送器10和/或接收器12的路段上設置傳感器。在其它情況下，例如傳輸路徑通過路徑轉接器(Wegweiche)的切換而發生變化。傳輸路徑的這種變化可以這樣獲取，即測量相應的信號傳輸時間/遲延時間，或將該轉接器上的傳感器的信號傳送至發送器，或直接將關于切換過程的信號通過轉接器控制裝置傳送至發送器。當然在數據信號的信號強度下降時也可以觸發測試信號的重新發送。
當然上述方法也可以在具有發送器和接收器的任意設備中使用。特別是當發送器和/或接收器相對于線路3可運動并且彼此以及與控制裝置通過線路3借助該方法進行通
/[目時。
關于上述設備的一種優選的應用可能性是單軌架空道。負載在此實施為分別包括電機和調制解調器的循環小車。
權利要求
1.一種用于借助正交頻分復用技術(OFDM)在發送器(10)和接收器(12)之間利用數據信號進行數據傳輸的方法， 其中，所述數據信號具有一由OFDM-符號構造成的電報(14)， 其特征在干， 所述OFDM-符號逐個符號地在電報(14)內以η次的重復率連續地由發送器(10)發送，并且當在接收器(12)中進行接收時，各個η次連續發送的OFDM-符號被逐個符號地添加到相位中。
2.根據權利要求I所述的方法， 其特征在干， 所述重復率根據所述數據信號的傳輸介質的傳輸特性來確定。
3.根據權利要求2所述的方法， 其特征在干， 在初始化該方法時發送ー測試信號， 一分析裝置(20)在接收器(12)中確定測試信號的信號強度、特別是振幅，并且要么所述分析裝置(20)由該信號強度確定OFDM-符號的重復率，并且接收器(12)將該重復率傳送給發送器(10)，要么接收器(12)將該信號強度傳送給發送器(10)，并且另一分析裝置(32)在發送器(10)中由所述信號強度確定OFDM-符號的重復率。
4.根據權利要求3所述的方法， 其特征在干， 所述測試信號是具有啁啾聲(Chirp)的信號。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在干， 針對不同的傳輸頻率分別確定所述重復率。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的方法， 其特征在干， 干擾探測器在接收器(12)中和/或在發送器(10)中探測傳輸介質上的短時脈沖干擾，并且 要么根據短時脈沖干擾的頻度來確定OFDM-符號的重復率， 要么根據短時脈沖干擾的頻度和信號強度來確定OFDM-符號的重復率。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在干， 在數據信號的傳輸路徑由于發送器(10)和/或接收器(12)的運動而發生變化時，發送器(10)識別所述變化并且ー初始化被執行。
8.—種用于通過OFDM-方法在發送器(10 )和接收器(12 )之間進行數據傳輸和用于進行電能傳輸的方法， 其中，利用一交流分量進行的數據傳輸和利用另ー交流分量進行的能量傳輸至少部分地使用相同的線路(3)， 其中，為了進行數據傳輸，由OFDM-符號構造數據信號， 并且所述另ー交流分量具有ー頻率，其特征在干， OFDM-符號的時長相當于所述頻率的半周期。
9.根據權利要求8所述的方法， 其特征在干， 逐個符號地以η次的重復率連續地發送所述OFDM-符號， 并且在進行接收時，逐個符號地將多次連續發送的OFDM-符號添加到相位中。
10.根據權利要求8或9所述的方法， 其特征在干， 該方法具有根據權利要求1-7之一的方法的特征。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的方法， 其特征在干， 將所述另ー交流分量輸入同一線路(3)中，并且將所述數據信號無接觸地輸入同一線路(3)中和解耦。
12.—種數據傳輸系統(5)， 其特征在干， 該數據傳輸系統(5)包括用于執行根據前述權利要求之一的方法的步驟的裝置。
13.—種具有發送器(10，20)和接收器(12，22)的設備， 其特征在干， 所述發送器(10，20)和/或接收器(12，22)相對于ー線路(3)運動，并且所述發送器(10，20)和/或接收器(12，22)彼此以及與ー控制裝置通過該線路(3)借助根據權利要求1-11之一的方法進行通信。
14.ー種具有能沿著伸長地鋪設的閉合導體回路運動的負載的設備， 其中，在該導體回路上頻域中的一交流分量用于進行數據傳輸， 其中，具有ー頻率的另ー交流分量被輸入導體回路中以進行能量傳輸， 其中，所述負載各自具有一次級線圈，由所述次級線圈給相應的負載供應能量，其中，所述次級線圈與導體回路感應耦合并且ー電容這樣與次級線圈串聯和/或并聯，使得由次級線圈和電容構成的電路具有相應于所述頻率的諧振頻率， 其特征在干， 所述負載分別具有一根據權利要求12的數據傳輸系統和/或所述控制裝置具有根據權利要求12的數據傳輸系統。
15.根據權利要求14的設備， 其特征在干， 所述設備是單軌架空道并且所述負載分別包括循環小車的電機。
全文摘要
本發明涉及一種用于借助正交頻分復用技術(OFDM)在發送器(10)和接收器(12)之間以數據信號進行數據傳輸的方法，其中，所述數據信號具有由OFDM-符號構造成的電報(14)，其中，所述OFDM-符號逐個符號地在電報(14)內以n次的重復率連續地由發送器(10)發送，并且當在接收器(12)中進行接收時，各個n次連續發送的OFDM-符號被逐個符號地添加到相位中。
文檔編號H04B3/56GK102714520SQ201180006032
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月10日 優先權日2010年1月15日
發明者Z·華 申請人:索尤若驅動有限及兩合公司