經由電力線網絡傳送信號的方法、傳送器、接收器、電力線通信數據機和電力線通信系統的製作方法

2023-05-13 04:52:01 2

專利名稱：經由電力線網絡傳送信號的方法、傳送器、接收器、電力線通信數據機和電力線通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於經由電力線網絡傳送信號的方法、傳送器和接收器。本發明還涉
及電力線通信數據機和電力線通信系統。
背景技術：
電力線通信(PLC)，也被稱作電力網(mains)通信、電力線傳送(PLT)、寬帶電力線(BPL)、電力帶(power band)或電力線聯網(PLN)，是描述用於使用電力分配導線以用於數據的同時分配的幾個不同系統的術語。載波能通過在標準50Hz或60Hz交變電流(AC)上迭加模擬信號來傳達話音和數據。對於室內應用，PLC裝備可以使用家用電力接線作為傳送媒體。 為了增加PLC系統的帶寬，已提議使用從無線通信系統已知的多輸入多輸出方案(MIMO)。 本發明的一個目標是進一步增加PLC系統的帶寬。 該目標通過分別根據權利要求1、10、15、16和17的用於傳送信號的方法、傳送器、
接收器、電力線通信數據機和電力線通信系統加以解決。 在從屬權利要求中定義了進一步的實施例。 從對附圖和隨後說明的考慮中，本發明的進一步細節將變得明顯。


圖1示出本發明一個實施例的步驟， 圖2a示出根據本發明的進一步實施例的傳送器的框圖， 圖2b示出根據本發明的進一步實施例的接收器的框圖， 圖3示出根據本發明的進一步實施例的電力線通信系統的框圖， 圖4示出常規電力線通信系統的框圖， 圖5示出根據本發明的進一步實施例的電力線通信系統， 圖6示出本發明的進一步實施例的步驟， 圖7示出本發明的進一步實施例的步驟， 圖8示出根據本發明的進一步實施例的示意框圖以解釋傳送器的功能，
圖9A示出用於阻抗調製設備的電路圖， 圖9B示出當存在阻抗調製設備時，電壓 時間相關性的示意圖， 圖9C示出具有部分類似信道容量的電壓時間關係的示意圖以解釋本發明的進一
步實施例， 圖10示出本發明的進一步實施例的步驟，以及 圖11示出根據本發明的進一步實施例的電力線通信系統的框圖。
具體實施例方式
以下描述了本發明的實施例。重要的是注意到，可以以任何方式組合所有以下描述的實施例和它們的屬性以及技術特徵，也就是說，不存在某些描述的實施例、屬性和技術特徵不可以與其他進行組合的限制。 圖1中，在步驟S100中確定信道特性，以及在電力線網絡中傳送器和至少一個接收器經由至少兩個信道進行通信，所述信道的每個具有所述至少一個傳送器的相應饋送埠 (feeding port)和所述至少一個傳送器的相應埠 ，以及所述傳送器具有至少兩個饋送埠。在圖3中示意地示出對應的電力線網絡，其將在下面解釋。 信道特性可以從信道估計獲得以及通過例如比特差錯率(BER)或信噪比(SNR)來描述信道。其他信道特性可以是所述信道上接收信號的功率或能量。 在步驟S102中，基於在步驟S100中確定的信道特性來應用饋送埠選擇準則。當應用饋送埠選擇準則時，比較不同信道的信道特性以便決定將使用哪個或哪些饋送埠 ，因為在使用這些饋送埠時確保最佳接收。 在步驟S104中，基於饋送埠選擇準則在至少兩個饋送埠之間選擇排除饋送埠 ，其中在進一步通信期間不使用該排除饋送埠 。 根據基爾霍夫規則，在存在三導線或導體的PLC系統中，僅有兩個獨立的饋送可能性。 在步驟S104中，基於饋送埠選擇準則來選擇饋送埠 ，從而識別最差信道特性。因為對於PLC系統信道是準靜態的，饋送埠的選擇保持穩定直到PLC網絡拓撲中存在專門變化為止(例如已開啟燈或已插入或拔除設備)。
信道的信道容量C能計算為
formula see original document page 5其中B是信道的帶寬，N是OF匿副載波的數量，nK是接收埠的數量，I^是nKXriK的單位矩陣，nT是傳送埠的數量，SNR是信噪比，H是nKXnT的信道矩陣。
備選的是，在自適應的0F匿-(正交頻分復用)系統中，接收器內的信道均衡器提供關於OF匿系統的每個副載波的信噪比(SNR)的信息。根據每個副載波上的SNR條件，選擇適合的星座(constellation)大小。越小的SNR可用，星座就必須越健壯。作為-例，對於正交幅度調製(QAM)，具有不同SNR需求的不同星座存在。
formula see original document page 5 最後，可將一個0F匿符號的總比特負載作為定性的容量準則。 一個0F匿符號的
比特的總數量(如所有N個副載波上的和)越高，容量C就越高
C 2 conrte/toft'ow,w 在MM0的情況下，存在用於所有不同的接收埠 M的均衡器。在該情況下，可將所有信道均衡器的總和作為饋送埠選擇準則C ^^conJte//aftVw ,, 在進一步的實施例中，將所述電力線網絡上交變電流的時期至少劃分成第一部分和第二部分。為第一部分確定第一信道特性並且為第二部分確定第二信道特性。然後，基於所述饋送埠選擇準則為所述第一部分選擇第一排除饋送埠 ，以及基於所述饋送埠選擇準則為所述第二部分選擇第二排除饋送。如果電力線網絡中存在阻抗調製設備，主阻抗根據線路周期(line cycle)持續時間並根據阻抗調製設備的數量而改變。當阻抗調製設備的數量不變時，阻抗改變隨線路周期持續時間(例如，對於50Hz交變電流是20ms)呈周期性。阻抗改變對電力線上的數據傳送有顯著影響。在數據突發(data burst)期間的阻抗改變導致阻抗改變之後錯誤的信道均衡值並引起不可糾正的傳送誤差。因此提議將突發放置於阻抗保持穩定的時間間隔中。在存在阻抗調製設備的情況下，對於每個阻抗條件單獨執行饋送選擇，以使得排除饋送埠隨不同的阻抗設置而改變。饋送埠選擇可以包括附加埠選擇準則。可以確定至少面對阻抗調製行為的饋送埠，因為不是每個饋送點組合面對相同級別的阻抗調製。 根據進一步的實施例，基於所述信道的信道特性確定相應信道容量，以及確定其
信道容量低於預定閾值的排除信道，其在後來的進一步通信期間不使用。 在本實施例中，不僅確定饋送埠而且可將奇異信道(singularcha皿el)排除在
進一步通信之外。這在有阻抗調製設備的情況下或電力線網絡上有脈衝噪聲的情況下可能有用。 在進一步的實施例中，通過經由多個信道同時傳送OF匿測試信號並基於所述OF匿測試信號的接收版本來確定所述多個信道的相應的多個信道容量來確定信道的信道特性。 根據進一步的實施例，基於相應的信道容量來設置多輸入多輸出編碼方案(MIMO-方案)。通過在數據中設置合適的MIMO，進一步優化PLC系統的吞吐量和可靠性。根據信道特性和/或應用的帶寬要求，選擇合適的MIMO編碼方案。順序測試可用的MMO模式，並且選取關於吞吐量和/或比特差錯率的最佳MMO模式。在進一步的實施例中，關於最大吞吐量和/或傳送可靠性來優化數據傳送。例如，以某種方式來設計Alamouti MMO以獲得更佳的比特差錯率(BER)性能而不增加吞吐率(特殊碼率是一 )。另一方面，當物理層上的BER性能優化不是主要焦點時(特殊碼率是二 )，設計例如HBLAST(水平貝爾實驗室分層空時)、VBLAST(垂直貝爾實驗室分層空時)或特徵波束形成MMO(Eigenbeamforming-MIMO)的復用MIMO系統以使數據吞吐量最大化。
圖2a中示出傳送器200的框圖。傳送器200包括兩個饋送埠 202、204，配置這兩個饋送埠的每個以將信號饋送到至少兩個信道中，以及配置處理器206以基於所述至少兩個信道的信道特性的確定來選擇所述至少兩個饋送埠 202、204的排除饋送埠，進一步配置處理器206以在通信期間不使用由所述排除饋送埠 (202或204)饋送的所述至少兩個信道的信道。 關於用語"傳送器"和"接收器"，應該強調的是，該描述"傳送器"和"傳送數據機"以及"接收器"和"接收數據機"可交換使用，因為用於雙向通信的電力線通信數據機包括傳送器以及接收器。因此，在電力線系統中，在傳送數據機(即，傳送器)和接收數據機(即，接收器)之間執行電力線通信數據機之間的有效負載數據的通信。 在進一步的實施例中，可以進一步配置處理器206以將信道容量低於預定閾值的信道排除在進一步通信之外，並且可配置處理器206以基於相應的信道容量來設置多輸入多輸出編碼方案。 圖2b中示出接收器250的框圖。接收器250包括至少一個接收埠 252，其是來自電力線通信網絡的至少兩個信道的接收端，這些信道通過至少兩個不同的饋送埠 (未示出)來饋送。將接收埠 252連接到信道估計單元254，其配置成確定所述至少兩個信道的信道特性。將處理器256連接到所述信道估計單元254並配置成選擇基於來自於信道估計單元254的信道特性的確定而應被排除在進一步通信之外的饋送埠。將傳送器單元258連接到處理器256以用於將關於排除饋送埠的信息傳送到傳送器，傳送器以後僅使用非排除饋送埠來和接收器250通信。 因此，根據反饋到傳送器的信息，在接收器250中或傳送器200中可執行排除饋送埠的識別。如果從接收器250到傳送器200反饋信道特性，則在傳送器內選擇排除饋送埠 。如果接收器250已經選擇排除饋送埠 ，則僅須將關於排除饋送埠的信息反饋到傳送器200。 圖3中示出電力線通信系統300的示意框圖，其包括傳送器302和接收器304。收發器302可以是電力線通信數據機305的部分，而接收器304可以是另外的電力線通信數據機306的部分。收發器在多個信道307中傳送信號到接收器304，其中多個信道307的每個具有饋送埠 FP1、FP2或FP3以及接收埠 RP1、 RP2、 RP3或RP4。在具有三個饋送埠 FP1、FP2、FP3和四個接收埠 RP1、RP2、RP3、RP4的該示出的例子中，可以使用兩個可能的信道306用於從傳送器302將信號傳送到接收器304。 圖4中示出具有傳送PLC數據機402和接收PLC數據機404的常規電力線通信系統400。傳送PLC數據機402和接收PLC數據機404經由電力線P、N、PE以及對應的電力線網絡406來連接。表示電力線網絡的導線是相線P、中性線N和保護地線PE。在常規電力線通信方案中僅使用一個饋送埠，S卩，相線P和中性線N之間的信號的饋送，以及當在接收器404接收相線P和中性線N之間的信號時也僅使用一個接收埠 RP1。
當還使用保護地線PE時-如為電力線通信系統500的進一步實施例而在圖4中所示出的-傳送PLC數據機502經由相線P、中性線N和保護地線PE的任何組合將信號傳送到接收PLC數據機504是可能的。因此，在總共三個饋送埠可能性中FP1、FP2、FP3存在，也就是，其中經由相線P和中性線N來發送傳送的信號的第一饋送埠FP1、其中在相線P和保護地線PE之間發送信號的第二饋送埠 FP2以及其中在中性線N和保護地線PE之間發送信號的第三饋送埠 FP3。在接收器側有評估相線P和中性線N之間的接收信號的第一接收埠 RP1、評估相線P和保護地線PE之間接收的信號的第二接收埠 RP2以及評估中性線N和保護地線PE之間接收的信號的第三接收埠 RP3。第四接收埠 RP4也可用，其描述經由所謂公共模式(CM)的接收。CM信號非故意地創建於非平衡網絡。從設施或設備到地的非平衡寄生電容引起返回到源的CM電流。由於相鄰導線之間的電磁耦合，出現串話，即，來自於任何饋送埠的傳送信號在所有四個接收埠 RP1、 RP2、 RP3、 RP4上可見。 圖6示出用於饋送埠選擇過程的消息序列。在開始處，傳送數據機600在步驟S602中選擇第一 (出自三個)饋送可能性並在步驟S604中通過控制消息向接收數據機606指示這個第一饋送可能性。此類控制消息可以在任何OSI層系統的上層(例如媒體訪問層(MAC)或甚至數據連結控制層(DLC))中來處理。接收數據機606在步驟S608中確認該請求並等待測試傳送的開始。傳送數據機600在步驟S610中開始第一饋送埠 1的傳送可能性的容量測試以及在步驟S612中發送對應的測試信號。在接收數據機606知道測試傳送的長度(例如，數據突發的特定數量)的情況下，其在步驟S614中在接收到測試序列後自動開始計算信道容量作為信道特性。在步驟S616中將容量計算的結果發送回傳送器600。 對於其他兩個剩下的饋送可能性重複這些步驟。在步驟S620中，傳送數據機600選擇第二饋送可能性並在S622中通過到控制消息向接收數據機606指示這個第二饋送可能性。在步驟S624中接收數據機606確認該請求並等待下一個測試傳送的開始。在步驟S626中傳送數據機600開始第二饋送埠 FP2的容量測試，以及在步驟S628中發送對應的測試信號。在步驟S630中接收數據機606計算對於這個第二饋送可能性的信道容量，以及在步驟S632中將該容量回報給傳送數據機600。
在步驟S634中，傳送數據機600選擇第三饋送可能性並在S636中通過控制消息向接收數據機606指示這個第三饋送可能性。在步驟S638中接收數據機606確認該請求並等待下一個測試傳送的開始。在步驟S640中傳送數據機600開始第三饋送埠 FP3的容量測試，以及在步驟S642中發送對應的測試信號。在步驟S644中接收數據機606計算對於這個第二饋送可能性的信道容量，以及在步驟S646中將該容量回報給傳送數據機600。 在完成所有三個測試傳送之後，在步驟S650中傳送數據機606開始發送正常的數據突發。 圖7中示出用於測試信道的一個備選方案。如果使用固定長度的測試序列，即，接收數據機706知道來自傳送數據機700的測試傳送的長度，則可省略發信號通知測試序列開始的握手。因此，在步驟S702中，傳送數據機700向接收數據機706發信號通知請求信號饋送測試。在步驟S704中，接收器706向傳送器700確認該饋送測試請求。在步驟S708中，傳送器700選擇第一饋送可能性並在步驟S710中直接開始對於第一饋送埠 FP1的容量測試。在步驟712中傳送測試信號並在步驟S714中接收數據機706計算容量。在步驟S716中將信道容量回報給傳送器700。 對於所有的饋送可能性重複這些步驟。在步驟S720中，傳送數據機700選擇第二饋送可能性並在步驟S722中直接開始對於第二饋送埠 FP2的容量測試。在步驟724中傳送測試信號並在步驟S726中接收數據機706計算容量。在步驟S728中將信道容量回報給傳送數據機700。 在步驟S730中，傳送數據機700選擇第一饋送可能性並在步驟S732中直接
8開始對於第三饋送埠 FP3的容量測試。在步驟734中傳送測試信號並在步驟S736中接收數據機706計算容量。在步驟S738中將信道容量回報給傳送數據機700。
之後，在步驟S740中傳送數據機700選擇最佳饋送可能性並開始傳送。
圖8中示出傳送PLC數據機800的框圖以便解釋傳送器800中如何在不同饋送埠之間切換。藉助於切換機制806，根據饋送埠選擇機制的結果，從兩個MIM0傳送路徑802、804選擇可用的三個埠中的兩個。在切換機制806內，決不將MMO傳送路徑802和MIM0傳送路徑2 804設置到相同位置。在本實施例中，第一傳送路徑802使用P-N作為饋送埠而第二傳送路徑使用P-PE作為饋送埠。 圖9A示出電路圖而圖9B示出電力線上電壓UA的對應的時間相關性(如果存在
阻抗調製設備)。行動電話充電器和其他充電設備在具有以下屬性的電路中傳播 B如果電容C充電，則來自電力網的HF信號短路。 B如果二極體阻斷，則整流器具有高輸入阻抗。 因此在線路周期持續時間內電力網阻抗改變至少兩次。 周期性阻抗改變對電力線上的數據傳送具有顯著影B向。數據突發期間的阻抗改變導致阻抗改變之後的錯誤信道均衡值以及引起不可糾正的傳送誤差。因此重要的是將突發放置在其中阻抗保持穩定的時間間隔中，這是電力線通信系統的媒體訪問控制(MAC)層的任務。 圖9C中示出的是，根據線路周期頻率，不同信道條件導致不同饋送埠選擇和/或不同MIMO方案(在本例中兩個不同的信道條件，但是所有的不同信道條件也可以是可能的)。Y軸表示AC線路周期的電壓UA。 圖10中示出用於確定合適的MIMO編碼方案的步驟。在步驟1000中開始操作後，在步驟S1002中確定信道特性。之後在步驟S1004中調查信噪比SNR是否低於特定閾值。如果回答為"是"，在步驟S1006中選擇穩定的、比特差錯率(BER)優化的MMO編碼，例如AlamoutiMMO方案。如果信噪比高於特定閾值，則在步驟S1008中，確定是否在電力線網絡中存在顯著幹擾。如果存在顯著幹擾，則在步驟S1006中，也使用穩定的、比特差錯率優化的MMO編碼(例如AlamoutiMMO)以用於傳送。如果電力線網絡中沒有幹擾，則在步驟S1010中選擇例如HBLAST、VBLAST或特徵波束形成MIMO的吞吐量優化的MMO編碼。之後在步驟S1012中通知傳送器關於該選擇，該選擇應在之後用於步驟S1014中的正常操作中。因此，根據信道特性和/或應用的帶寬要求，選擇合適的MIMO編碼。 為了確定信道的質量，提議正常操作之前的初始階段。在該初始階段期間針對幹擾(阻抗調製或脈衝噪聲)來檢查電力線通信信道。順序測試所有可用的MIMO方案。可選取關於吞吐量和/或比特差錯率的最佳MMO模式。 圖11中示出電力線通信系統1100的進一步實施例。在電力線通信系統1100中，第一節點1102經由第一信道1104和第二節點1106連接並經由第二信道1108與第三節點1110連接。第二節點1106與第三節點1110經由第三信道1112連接。作為一個示例，脈衝噪聲源1114幹擾第二節點1106和第三節點1110之間的第三信道1112。
因為可執行MMO模式的選擇以用於網絡1100中的所有節點1102、1106、1110之間的每個連接，根據連接條件，不同節點之間的不同連接可以選取不同MIMO模式。在圖11中示出的示例中，第一節點1102和第二節點1106之間在第一信道1104上的短距離通信具有良好的信噪比SNR且沒有任何幹擾。因此，能選取吞吐量優化的MM0。在第二節點1106和第三節點1113之間的第三信道1112上存在由噪聲源1114的脈衝引起的幹擾。因而，即使第二節點1106和第三節點1110之間僅有短距離，也選擇比特差錯率優化的MIMO(例如Alamouti)。第一節點1102和第三節點1110之間在第二信道1108上有長距離，但不存在幹擾。可選擇比特差錯率優化的MMO(例如Alamouti)以便克服由於長距離引起的不良SNR。
由於電力線通信信道的準靜態行為，當新節點進入網絡時，可執行確定優化的MM0模式的過程(並且如果信道條件根本改變，則再次執行)。提議的是如何為電力線通信信道上的MIMO通信選擇最佳可能的饋送埠 。對於所有的傳送可能性來測量對於不同饋送埠的信道特性，並且將具有最差信道特性的埠排除在進一步通信之外。另外，已提出如何處理阻抗調製設備以便為交變電流的不同部分選取合適的饋送埠。
權利要求
一種用於在電力線網絡上傳送信號的方法，其中在所述電力線網絡內，至少一個傳送器和至少一個接收器經由至少兩個信道來通信，所述信道的每個具有所述至少一個傳送器的相應饋送埠和所述至少一個傳送器的相應接收埠，以及所述傳送器具有至少兩個饋送埠，所述方法包括確定所述信道的每個的信道特性；基於所述信道特性來應用饋送埠選擇準則；以及基於所述饋送埠選擇準則在所述至少兩個饋送埠之中選擇排除饋送埠，其中所述排除饋送埠在進一步通信期間不使用。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括將所述電力線網絡的交變電流的時期劃分成至少第一和第二部分；為所述第一部分確定第一信道特性並為所述第二部分確定第二信道特性；基於所述饋送埠選擇準則為所述第一部分選擇第一排除饋送埠 ，以及基於所述饋送埠選擇準則為所述第二部分選擇第二排除饋送埠 。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，還包括基於用於所述信道的所述信道特性來確定相應的信道容量；確定信道容量低於預定閾值的排除信道，其中所述排除信道在進一步通信期間不使用。
4. 根據權利要求3所述的方法，還包括同時經由多個信道來傳送OFDM測試信號；以及基於所述OF匿測試信號的接收版本來確定對於所述多個信道的相應的多個信道容
5. 根據權利要求3或4所述的方法，還包括基於所述相應的信道容量來設置多輸入多輸出編碼方案。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中在信道容量低於預定閾值的情況下，所述設置的多輸入多輸出編碼方案是比特差錯率優化的多輸入多輸出編碼方案。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中所述比特差錯率優化的多輸入多輸出編碼方案是Alamouti多輸入多輸出編碼方案。
8. 根據權利要求5所述的方法，其中在信道容量高於預定閾值的情況下，所述設置的多輸入多輸出編碼方案是吞吐量優化的多輸入多輸出編碼方案。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中所述吞吐量優化的多輸入多輸出編碼方案是HBLAST、 VBLAST或特徵波束形成MM0的組中的一個。
10. —種用於在電力線網絡上傳送信號的傳送器，包括至少兩個饋送埠 ，所述至少兩個饋送埠的每個配置成將信號饋送到至少兩個信道中；以及處理器，配置成基於所述至少兩個信道的信道特性的確定來選擇所述至少兩個饋送埠的排除饋送埠 ，所述處理器還配置成在通信期間不使用所述排除饋送埠饋送的所述至少兩個信道的信道。
11. 根據權利要求io所述的傳送器，其中所述處理器還配置成為交變電流的時期的第一部分選擇第一排除饋送埠並為所述時期的第二部分選擇第二排除饋送埠 ，所述選擇基於用於所述第一部分的第一信道特性的確定和用於所述第二部分的第二信道特性的確定。
12. 根據權利要求10或11所述的傳送器，其中所述處理器還配置成將信道容量低於預定閾值的信道排除在進一步通信之外。
13. 根據權利要求12所述的傳送器，還包括配置成經由多個所述信道來同時傳送OFDM測試信號的OFDM調製器。
14. 根據權利要求13所述的傳送器，其中所述處理器還配置成基於所述相應的信道容量來設置多輸入多輸出編碼方案。
15. —種用於經由電力線網絡從傳送器接收信號的接收器，包括至少一個接收埠，用於經由所述電力線網絡的至少兩個信道來接收信號，所述至少兩個信道的每個由對應的饋送埠來饋送；信道估計單元，配置成確定所述至少兩個信道的信道特性；處理器，配置成基於所述至少兩個信道的所述信道特性來確定所述至少兩個饋送埠的排除饋送埠 ；以及傳送單元，配置成將所述排除饋送埠的識別發送回所述傳送器。
16. —種電力線通信數據機，包括根據權利要求10到14所述的傳送器。
17. —種電力線通信系統，包括經由至少三個導體連接的至少兩個根據權利要求16所述的電力線通信數據機。
全文摘要
一種用於在電力線網絡上傳送信號的方法，其中在所述電力線網絡內，至少一個傳送器和至少一個接收器經由至少兩個信道來通信，所述信道的每個具有所述至少一個傳送器的相應饋送埠和所述至少一個傳送器的相應接收埠，所述傳送器具有至少兩個饋送埠，所述方法包括確定所述信道的每個的信道特性；基於所述信道特性來應用饋送埠選擇準則；以及基於所述饋送選擇準則在所述至少兩個饋送埠之中選擇排除饋送埠，其中所述排除饋送埠在進一步通信期間不使用。還公開一種對應的電力線通信數據機。
文檔編號H04B3/54GK101785203SQ200880104783
公開日2010年7月21日 申請日期2008年7月28日 優先權日2007年8月22日
發明者A·施瓦傑, D·施奈德, L·斯塔德爾邁耶 申請人:索尼株式會社