電力線通信調(diào)制解調(diào)器、電力線通信系統(tǒng)及電力線通信方法
【專利摘要】提供了一種電力線通信調(diào)制解調(diào)器，包括：發(fā)射器，被配置為經(jīng)由電力線向另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器發(fā)射在多個載波中的至少一個載波上的電力線信號；以及處理器，被配置為向多個載波中的個體載波分配發(fā)射功率，其中，位于第一頻率范圍內(nèi)的個體載波的發(fā)射功率的總和低于或等于第一頻率范圍的第一預(yù)定功率最大值。還提供了相應(yīng)的電力線通信系統(tǒng)和電力線通信方法。
【專利說明】電力線通信調(diào)制解調(diào)器、電力線通信系統(tǒng)及電力線通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力線通信調(diào)制解調(diào)器、電力線通信系統(tǒng)以及電力線通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力線通信(PLC)，又稱為電源通信、電力線傳輸(PLT)、寬帶電力線(BPL)、功率帶或電力線聯(lián)網(wǎng)(PLN)，是描述使用配電線來同時分配數(shù)據(jù)的方法的術(shù)語。載波可以通過在標(biāo)準(zhǔn)的50Hz或60Hz交流電(AC)上疊加模擬信號來傳遞語音和數(shù)據(jù)。對于室內(nèi)應(yīng)用，PLC設(shè)備可以將家用電力配線用作傳輸介質(zhì)。
[0003]電力線通信(PLC)可能會干擾固定的無線電廣播或其他的外部傳輸。現(xiàn)如今，PLC調(diào)制解調(diào)器或PLC裝置具有業(yè)余無線電頻段的固定陷波濾波器。固定陷波濾波器可實現(xiàn)為具有聞抑制和非常陸的斜坡。
[0004]動態(tài)陷波或智能陷波的概念使得PLC調(diào)制解調(diào)器能夠檢測在3MHz與30Mhz之間的短波頻率范圍內(nèi)的固定無線電廣播站的進(jìn)入。出版物ETSI TS 105 578;Power lineTelecommunications; " Coexistence between PLT modems and short wave radiobroadcasting services" ;ETSI 2008描述自適應(yīng)頻率陷波技術(shù),其在一方面對數(shù)據(jù)生產(chǎn)量和QoS (服務(wù)質(zhì)量)要求具有最小的影響，并且在另一方面拒絕在PLT (電力線電信)和短波無線電廣播之間的干擾。
[0005]現(xiàn)如今，PLC調(diào)制解調(diào)器僅以非常有限的功譜密度(PSD)來使用大于30MHz的頻率范圍。然而，為了達(dá)到較高的數(shù)據(jù)速率或覆蓋度，預(yù)見到在那些頻率中啟用PLC的較高的饋電限制。因而，有高可能性觀察到來自PLC的對調(diào)頻(FM)無線電廣播的干擾。
[0006]需要改善現(xiàn)有技術(shù)的電力線通信調(diào)制解調(diào)器和系統(tǒng)以便減少對在大于30MHz的頻率范圍內(nèi)發(fā)射和接收的信號的影響。
[0007]該目的分別通過根據(jù)本發(fā)明的電力線通信調(diào)制解調(diào)器、電力線通信系統(tǒng)和電力線通信方法來解決。
[0008]根據(jù)以下實施方式的描述連同附圖，本發(fā)明的細(xì)節(jié)將變得更加明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為示出根據(jù)實施方式的電力線通信調(diào)制解調(diào)器的示意框圖。
[0010]圖2為根據(jù)另外的實施方式的操作電力線通信系統(tǒng)的方法的簡化流程圖。
[0011]圖3為示出根據(jù)實施方式的電力線通信系統(tǒng)的示意框圖。
[0012]圖4為用于接收FM無線電廣播的現(xiàn)有技術(shù)超外差接收器的示意框圖。
[0013]圖5為用于評估帶外PLC干擾對FM無線電接收的影響的測試布置的示意框圖。
[0014]圖6為描述引起對FM無線電接收的干擾的在圖5的測試布置中使用的信號的頻率掃描。【具體實施方式】
[0015]在下文中，描述了本發(fā)明的實施方式。重要的是，應(yīng)注意所有描述的實施方式可以以任何方式結(jié)合，即，并沒有某個所描述的實施方式不可以與其他的結(jié)合的限制。
[0016]在圖1中，描述了電力線通信調(diào)制解調(diào)器105的示意框圖。電力線通信調(diào)制解調(diào)器105包括發(fā)射器110，適配于將電力線120上的電力線信號發(fā)射至未示出的另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器。在多個載波中的至少一個載波上傳輸電力線信號。
[0017]在PLC系統(tǒng)中，電力線信號通常是OFDM (正交頻分復(fù)用)調(diào)制的，即，多個載波或子載波被用于發(fā)射有效載荷信號。OFDM是使用大量密集間隔的正交載波或子載波的多載波調(diào)制方案。用傳統(tǒng)的調(diào)制方案(諸如正交調(diào)幅(QAM))以低符號率調(diào)制各個載波或子載波，保持?jǐn)?shù)據(jù)率在相同帶寬中與傳統(tǒng)的個體載波調(diào)制方案相似。實際上，使用快速傅里葉變換(FFT)算法生成OFDM信號。OFDM對于單載波方案的主要優(yōu)勢在于其處理嚴(yán)重的信道狀態(tài)的能力，例如在沒有復(fù)雜均衡濾波器的情況下，處理由于多徑傳輸導(dǎo)致的長銅線處的高頻衰減、窄帶干擾和頻率選擇性衰落的能力。載波可用不同的星座調(diào)制以便使用不同的信道狀態(tài)。當(dāng)例如高信噪比(SNR)的良好信道狀態(tài)可用時，可使用高星座，低星座可用于例如低SNR的較差信道狀態(tài)。
[0018]電力線通信調(diào)制解調(diào)器105還包括處理器130。處理器130適配于將發(fā)射功率分配至多個載波中的個體載波，其中，位于第一頻率范圍內(nèi)的個體載波的發(fā)射功率的總和低于或等于第一頻率范圍的第一預(yù)定功率最大值。
[0019]第一預(yù)定功率最大值可預(yù)先存儲在電力線通信調(diào)制解調(diào)器105中(例如，在分開的存儲單元中)并被選擇使得一起使用或同時使用的個體載波的發(fā)射功率的總和足夠低以確保在FM調(diào)制頻率范圍內(nèi)的無線電廣播的接收的干擾(例如，在87MHz與108MHz之間)是可以忽略的。
[0020]選擇第一頻率范圍以便顧及所謂的“帶外”干擾，即第一頻率范圍通常大于不應(yīng)被擾亂的頻率范圍。例如，第一頻率范圍可能大于30MHz。在這種情況下，第一預(yù)定最大功率值將對頻率大于30MHz的所有載波的總和的提供發(fā)射功率的限制。發(fā)射功率的總和也可稱為第一頻率范圍內(nèi)的“總”發(fā)射功率或發(fā)射功率的“總量”。
[0021]在另外的實施方式中，處理器130可被進(jìn)一步配置成向位于第二、第三或另外的頻率范圍內(nèi)的多個載波中的個體載波分配發(fā)射功率，其中位于第二、第三或另外的頻率范圍內(nèi)的個體載波的發(fā)射功率的總和低于或等于第二、第三、或另外的頻率范圍內(nèi)的第二、第三或另外的預(yù)定功率最大值。
[0022]例如，第二預(yù)定最大值也可預(yù)先存儲在電力線通信調(diào)制解調(diào)器105中(例如，在未示出的存儲單元中)并對允許在第二頻率范圍內(nèi)一起或同時使用的載波的發(fā)射功率的總和提供限制。第二頻率范圍可以是例如FM調(diào)制的無線電廣播所處于的87MHz與108MHz之間的頻率范圍，使得對該特定區(qū)域，可以保證極低的發(fā)射功率。
[0023]然而，另外的頻率范圍的另外的預(yù)定功率最大值可由處理器130定義、存儲并考慮，以分配在另外的頻帶中的載波的發(fā)射功率。如果例如知道某頻率范圍更加嚴(yán)重地干擾無線電廣播，則該某頻率范圍的相應(yīng)預(yù)定功率最大值應(yīng)當(dāng)?shù)陀诰哂休^低干擾的其他頻率范圍。
[0024]圖2中示出了相應(yīng)電力線通信方法的簡單流程圖。[0025]在步驟S200中，對多個載波中的個體載波分配發(fā)射功率，其中位于第一頻率范圍內(nèi)的個體載波的發(fā)射功率的總和低于或等于第一頻率范圍的第一預(yù)定功率最大值。
[0026]在步驟S202中，用在步驟S200中確定的發(fā)射功率在多個載波中的至少一個載波上將電力線信號經(jīng)由電力線發(fā)射至電力線通信調(diào)制解調(diào)器。
[0027]在圖3中，描述了根據(jù)另外的實施方式的電力線系統(tǒng)300的示意框圖。電力線系統(tǒng)包括經(jīng)由電力線120連接的電力線調(diào)制解調(diào)器105和另外的電力線通信系統(tǒng)305。當(dāng)然，經(jīng)由電力線120連接的另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器或另外的電力線(未示出)也可以是電力線系統(tǒng)300的一部分。
[0028]另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器305也包括適于經(jīng)由電力線120發(fā)射電力線信號的發(fā)射器310和適于以與電力線通信調(diào)制解調(diào)器105的處理器130相同的方式分配載波的發(fā)射功率的處理器330。
[0029]此外，電力線通信調(diào)制解調(diào)器105包括適于接收從另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器305的發(fā)射器310發(fā)射的電力線信號的接收器140。另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器305包括適于接收從電力線通信調(diào)制解調(diào)器105的發(fā)射器110發(fā)射的電力線信號的接收器340。
[0030]通過電力線通信調(diào)制解調(diào)器、電力線通信系統(tǒng)和電力線通信方法，可以減少FM無線電廣播的接收的干擾。
[0031]現(xiàn)如今調(diào)節(jié)PLC/PLT/BPL應(yīng)用以將饋電PSD (功譜密度)限定到某個值，從而不會對使用相同頻率的裝置引起任何干擾?，F(xiàn)如今，PLC主要使用從2MHz到30MHz的頻率。永久陷波或動態(tài)陷波被插入到所分配的PLC頻譜以向無線電業(yè)務(wù)提供特殊的保護(hù)。當(dāng)將PLC調(diào)制解調(diào)器的允許頻率范圍擴大到大于30MHz時，有干擾FM無線電業(yè)務(wù)的風(fēng)險。即使FM無線電廣播頻譜(頻帶II從87MHz到108MHz)中存在深陷波，也可能會發(fā)生來自PLC的干擾。
[0032]通常經(jīng)由圖4中示意性示出的超外差接收器400接收FM無線電廣播。超外差接收器400包括天線410、第一放大器420、本機振蕩器430、第一混頻器440、濾波器450、第二放大器460、解調(diào)器470和第三放大器480。
[0033]在第一放大器420中來自天線410的信號被放大。在超外差接收器400中的本機振蕩器430產(chǎn)生正弦波，該正弦波在混頻器440中與該信號混頻，將該信號轉(zhuǎn)換成特定的中頻(IF)，通常是更低的頻率。IF信號本身被濾波器450過濾并被第二放大器460放大。解調(diào)器470使用IF信號而不是初始無線電頻率來再創(chuàng)造初始調(diào)制(諸如音頻)的副本，其可以被第三放大器480放大。
[0034]原則上，在第一放大器420之前，可只執(zhí)行簡單的濾波以抑制鏡像頻率，但是主要的濾波步驟在中頻范圍由濾波器450執(zhí)行。因此，第一放大器420以及混頻器440接收FM無線電廣播接收的頻率范圍外(“帶外”)的信號。那些由天線410獲取的帶外信號可使第一放大器420或混頻器440過載從而干擾FM無線電廣播的接收。
[0035]即使FM頻率由PLC陷波，對FM無線電接收的干擾也是明顯的。圖5中示出的實驗設(shè)置500可用于描述該影響。
[0036]噪聲發(fā)生器510 (相當(dāng)于PLC調(diào)制解調(diào)器)供給能量。FM帶隙濾波器520去除FM頻率內(nèi)的所有能量。帶外能量在同軸T連接器530中被加到無線電廣播信號并且被轉(zhuǎn)發(fā)至FM無線電接收器540的外部天線輸入。第一分級衰減器1550連接在FM帶隙濾波器520和同軸T連接器530之間并且第二分級衰減器S560連接在用于接收寬帶無線電信號的天線570和同軸T連接器530之間。
[0037]測試如下進(jìn)行:
[0038]?調(diào)諧到任何FM無線電業(yè)務(wù)(在87MHz〈f〈 108MHz內(nèi))
[0039]?調(diào)整分級衰減器S560以得到敏感的、幾乎不可接收的FM服務(wù)
[0040]?降低分級衰減器1550直至在FM服務(wù)中的干擾是明顯的[0041 ].使用頻譜分析儀驗證兩個信號的電平。
[0042]因此，即使在FM頻帶沒有干擾信號，在無線電中的FM音頻質(zhì)量的降級也是明顯的。
[0043]圖6示意性地示出了引起對在測量設(shè)置500的信號中使用的FM無線電接收的干擾的信號。頻帶II (87MHz到107MHz)被陷波。
[0044]低于80MHz或高于108MHz的頻率中的強帶外能量致使FM無線電540中的未濾波的或?qū)拵У慕邮諉卧?放大器、混頻器等)溢出(overflow)。
[0045]因此，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電力線通信調(diào)制解調(diào)器、電力線通信系統(tǒng)和電力線通信方法限制了來自PLC的帶外輻射的總能量。
[0046]將PLC傳輸?shù)?PSD限制為低值是不夠的，因為PLC調(diào)制解調(diào)器將明顯丟失它們的應(yīng)用范圍。PLC需要高PSD從而以高可能性到達(dá)室內(nèi)的所有插座。大的頻率分配使得能夠?qū)崿F(xiàn)高的PLC數(shù)據(jù)吞吐率。
[0047]根據(jù)另外的實施方式，電力線通信調(diào)制解調(diào)器105、305的處理器130、330可能會在高覆蓋度和數(shù)據(jù)吞吐量之間權(quán)衡，這取決于它們的應(yīng)用和在調(diào)制解調(diào)器之間的信道。
[0048]當(dāng)以良好覆蓋度(保證全信道的最低吞吐率)為目標(biāo)時，電力線通信調(diào)制解調(diào)器105,305的處理器130、330在更高的PSD的情況下分配更少的頻率。
[0049]當(dāng)以高數(shù)據(jù)速率(例如經(jīng)由室內(nèi)的短連接)為目標(biāo)時，電力線通信調(diào)制解調(diào)器105、305的處理器130、330在減少的PSD的情況下分配全部頻率。
[0050]控制饋送功率的總傳輸以不超過給定的限制，即，預(yù)定的功率最大值P=分配的帶寬*PSD。總功率限制P是所分配的帶寬(BW)乘以PSD。
[0051]電力線通信調(diào)制解調(diào)器105、305的處理器130、330可將總分配頻譜(所有的載波)降低至低PSD或其可僅降低某些載波的PSD。
[0052]根據(jù)另外的實施方式，處理器130、330可通過評估在相應(yīng)接收器140、340接收的電力線信號來確定網(wǎng)絡(luò)中的電力線120上的載波的信道狀態(tài)。信道狀態(tài)可以是例如信噪比SNR或者任何其他可能的信道狀態(tài)(誤比特率等)。
[0053]當(dāng)向其他電力線通信調(diào)制解調(diào)器發(fā)射功率信號時，處理器130、330能夠使用信道狀態(tài)本身來分配載波的發(fā)射功率。此外，信道狀態(tài)可經(jīng)由發(fā)射器反饋至電力線系統(tǒng)中的其他的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，使得那些其他的電力線通信調(diào)制解調(diào)器也可考慮反饋信道狀態(tài)。
[0054]在另外的實施方式中，處理器130、330被進(jìn)一步被配置為降低以下載波的發(fā)射功率，這些載波的所接收的信道狀態(tài)表示所接收的信道狀態(tài)比在另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器305處接收最大OFDM星座所需的信道狀態(tài)好。具有比最大可能的OFDM星座所需的更好的SNR的載波可被降低而不損失數(shù)據(jù)速率。[0055]在另外的實施方式中，處理器130、330被進(jìn)一步配置為降低以下載波的發(fā)射功率，這些載波的所接收的信道狀態(tài)表示在接收器處接收的功率電平高于其他載波的功率電平?？稍诎l(fā)射側(cè)減少在接收器處具有高電平的載波(由于衰落信道的可變化衰減)以便在接收器處生成平坦的頻譜。因此，正在接收的PLC調(diào)制解調(diào)器可提高接收放大器的增益以獲取對于所有載波都具有增加的SNR的信道。接收器的自動增益控制(AGC)可能在不產(chǎn)生剪波的情況下使用較高的值。
[0056]在另外的實施方式中，處理器130、330被進(jìn)一步配置為忽略以下載波(即對這些載波分配零發(fā)射功率)，這些載波的所接收的信道狀態(tài)表示信道狀態(tài)不足以在另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器305處接收最低可能的OFDM星座?？梢院雎阅切┮匀绱说偷男盘栯娖浇邮?，使得SNR小于最低可能的星座所需的SNR的載波。忽略它們減少了饋給能量而非吞吐率。
[0057]在另外的實施方式中，處理器130、330被進(jìn)一步配置成忽略以下載波(即向這些載波分配零發(fā)射功率)，這些載波的所接收的信道狀態(tài)表示信道狀態(tài)劣于其他載波。因此，在高位載荷的載波被忽略之前，提供低位載荷和吞吐量的具有低SNR的載波應(yīng)當(dāng)被忽略以優(yōu)化數(shù)據(jù)吞吐量。
[0058]根據(jù)無線電接收器的接收質(zhì)量，要反饋的總能量或功率對于各個頻帶來說可以是獨立。例如，在無線電接收器對更接近FM無線電頻譜的頻率的帶外干擾更敏感的情況下，在80MHz和87MHz之間的頻率范圍內(nèi)的載波可能具有比在73MHz到80MHz的頻率范圍內(nèi)的載波更低的分配總功率。
[0059]對于饋送至大于FM無線電頻譜(f>107MHz)的頻率范圍內(nèi)的PLC信號，可存在單獨的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種電力線通信調(diào)制解調(diào)器，包括: 發(fā)射器，被配置為經(jīng)由電力線向另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器發(fā)射在多個載波中的至少一個載波上的電力線信號；以及 處理器，被配置為將發(fā)射功率分配至所述多個載波中的個體載波，其中，位于第一頻率范圍內(nèi)的個體載波的所述發(fā)射功率的總和低于或等于所述第一頻率范圍的第一預(yù)定功率最大值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，其中，所述第一頻率范圍大于30MHz ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為向位于第二、第三或另外的頻率范圍內(nèi)的所述多個載波中的個體載波分配發(fā)射功率，其中，位于所述第二、第三或另外的頻率范圍內(nèi)的個體載波的所述發(fā)射功率的總和低于或等于所述第二、第三或另外的頻率范圍內(nèi)的第二、第三或另外的預(yù)定功率最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，其中，所述第二頻率范圍在87MHz與108MHz 之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為向所有的所述載波分配相同的發(fā)射功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為向所有的所述載波的子組分配減少的發(fā)射功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，進(jìn)一步包括接收器，被配置為接收來自所述另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器的電力線信號，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為基于所接收的電力線信號確定所述載波的信道狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為減少所述信道狀態(tài)表示所接收的信道狀態(tài)比在所述另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器處接收的最大OFDM星座所需的更好的載波的所述發(fā)射功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為減少所述信道狀態(tài)表示在所述接收器處接收的功率水平比其他載波的更高的載波的所述發(fā)射功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為忽略所述信道狀態(tài)表示所述信道狀態(tài)不足以在所述另外的電力線通信調(diào)制解調(diào)器處接收最低可能的OFDM星座的載波。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器， 其中，所述處理器被進(jìn)一步配置為忽略所述信道狀態(tài)表示所述信道狀態(tài)比其他載波的更差的載波。
12.一種電力線通信系統(tǒng)，包括至少兩個根據(jù)權(quán)利要求1至11所述的電力線通信調(diào)制解調(diào)器，所述電力線通信系統(tǒng)經(jīng)由電力線連接。
13.一種電力線通信方法，包括: 向多個載波中的個體載波分配發(fā)射功率，其中，位于第一頻率范圍內(nèi)的個體載波的所述發(fā)射功率的總和低于或等于所述第一頻率范圍的第一預(yù)定功率最大值；以及 用所分配的發(fā)射功率經(jīng)由電力線向電力線通信調(diào)制解調(diào)器發(fā)射在所述多個載波中的至少一個載波上的電力線信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電力線通信方法，進(jìn)一步包括: 向位于第二頻率范圍內(nèi)的個體載波分配發(fā)射功率，其中，位于第二頻率范圍內(nèi)的個體載波的所述發(fā)射功率的總和低于或等于所述第二頻率范圍的第二預(yù)定功率最大值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的電力線通信方法，進(jìn)一步包括: 確定來自所述電力線通信調(diào)制解調(diào)器的所述個體載波的信道狀態(tài)；并且 基于所述信道狀態(tài)向所述個體載波分配所述發(fā)射功率。
【文檔編號】H04H20/84GK103733529SQ201280022473
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月5日
【發(fā)明者】維爾納·貝施林, 安德烈亞斯·施瓦格爾 申請人:索尼公司