CN101772901A - 用于在电力线信道上传输信号的方法和电力线通信调制解调器 - Google Patents

Abstract

提供一种用于在电力线信道上传输信号的方法，其中在一组副载波上对所述信号进行OFDM调制，所述副载波由频率分隔来分隔，所述方法包括从所述电力线信道接收噪声信号，确定具有第一分辨带宽的多个细频带内所述接收噪声信号的相应信号值，其中所述第一分辨带宽小于所述频率分隔，基于所述相应信号值来确定所述多个细频带的第一受干扰的频带，在传输所述第一受干扰的频带中的信号之前对所述信号进行陷波。还提供一种对应的电力线通信调制解调器。

Description

用于在电力线信道上传输信号的方法和电力线通信调制解调器

技术领域

本发明的实施例涉及用于在电力线信道上传输信号的方法。本发明进一步的实施例涉及电力线通信调制解调器。

背景技术

电力线通信(PLC)，也被称作电力网(mains)通信、电力线传输(PLT)、宽带电力线(BPL)、电力带(power band)或电力线联网(PLN)，是描述用于将配电导线用于数据的同时分配的几个不同系统的术语。载波能通过在标准50Hz或60Hz交变电流(AC)上叠加模拟信号来传送声音和数据。对于室内应用，PLC设备可以使用家庭电力接线作为传输介质。

电力线通信可能对无线电广播台或其他外部传输有干扰。今天，电力线通信调制解调器具有用于业务无线电频带的固定的陷波滤波器。动态或智能的陷波概念使得PLC调制解调器能够检测无线电广播台的侵入噪声(ingress)。侵入噪声是在对应于无线电广播台频带的频带内的干扰或噪声分量。因此，电力线通信应略去已检测出的无线电台的频率。

本发明的一个目的是提供用于在电力线信道上传输信号的方法以及增强PLT系统吞吐量的相应电力线通信调制解调器。

该目的分别通过如权利要求1所述的用于在电力线信道上传输信号的方法以及如权利要求13所述的电力线通信调制解调器来解决。

在从属权利要求中定义了进一步的实施例。

从对附图和随后说明的思考将明白本发明的进一步的细节。

附图说明

图1示出本发明一个实施例的步骤，

图2示出本发明的进一步实施例的步骤，

图3a到3e示出本发明的进一步实施例的示范频率图，

图4示出本发明的进一步实施例的步骤，

图5示出根据本发明的进一步实施例的电力线通信调制解调器的框图，

图6示出根据本发明的进一步实施例的电力线通信调制解调器的框图，以及

图7示出根据本发明的进一步实施例的电力线通信调制解调器的框图；

具体实施方式

以下描述了本发明的实施例。重要的是要注意到，可以以任何方式组合所有以下描述的实施例，也就是说，没有某些描述的实施例不可与其他实施例组合的限制。

在图1中，在步骤S100中经由电力线信道接收噪声信号。本说明中使用的措词“噪声信号”也涵盖“混合噪声”，其包括噪声、无线电广播的干扰信号或侵入噪声以及有效负载信号的混合。使用措词

“噪声信号”以强调至少一种干扰信号(例如广播台或某些白噪声)存在于该“噪声信号”内并干扰或将干扰有效负载信号的接收。

在PLT系统中，对信号进行OFDM调制(正交频分复用)，例如使用多个副载波以用于传输信号。OFDM是多载波调制方案，其使用大量的紧密间隔的正交副载波。通过常规调制方案(如正交幅度调制(QAM))以低符号速率来调制每个副载波，在相同带宽中保持与常规单载波调制方案类似的数据率。实践中，使用快速傅立叶变换算法来生成OFDM信号。OFDM相对于单载波方案的主要优势是其无需复合均衡滤波器而应付严峻信道状况(例如，长铜导线上的高频衰减，多路径传输引起的频率选择性衰落和窄带干扰)的能力。

在步骤S102中，在具有第一分辨带宽的多个细频带内确定所述接收的噪声信号的相应信号值，其中第一分辨带宽小于用于信号的OFDM调制的副载波的频率分隔。信号值可例如是频带内噪声信号的能量或功率。

遍及本说明使用措词“细频带”和(见下文)“粗频带”以定义那些频带的带宽的关系。“粗频带”的带宽大于“细频带”的带宽。

在步骤S104中，基于相应信号值来确定所述多个细频带的第一受干扰的频带。在本步骤S104内，可确定外部无线电传输的干扰部分，即，落入用于传输OFDM调制信号的频率间隔的信道上的元线电传输信号。

在步骤S106中，在经由电力线信道传输信号之前，从所述信号陷波(即，滤出)确定的第一受干扰的频带。

陷波步骤可通过使用所谓的陷波滤波器来执行，例如具有对应一组滤波器系数的数字滤波器，其计算成在它的输出基本上仅传递“陷波的”或“阻塞的”的频带之外的频率分量。

通过本发明的实施例，有可能识别无线电广播台的侵入噪声在其发生的确切频率。

短波无线电台通常使用10kHz带宽并对准到5kHz的整数倍的频率栅格(frequency grid)(或光栅(raster))。今天的OFDM电力线通信调制解调器使用19kHz和60kHz之间的载波间距。如果这些调制解调器使用快速傅立叶变换来测量电力线上的噪声，它们能够分隔频率点等于载波间距(频率分隔)。为了保护短波无线电台不受来自于电力线通信系统的干扰，将冲突频带从电力线通信频谱中滤出。因此，经由更精确地检测固定无线电台的干扰信号或侵入噪声，更精确地安置陷波滤波器是可能的。可以用比不那么精确安置的陷波滤波器更小的抑制带宽来执行更精确安置的陷波滤波器，以便保证无线电台与电力线通信系统的频带不冲突。因此，在陷波滤波器的抑制带宽以外可使用用于传输电力线信号的附加副载波。因此，可提高传输带宽而且能在OFDM调制方案内使用可能更高的星座(constellation)。

图2中示出用于本发明的进一步实施例的步骤，其中在步骤S100中接收噪声信号后，在步骤S200中确定具有第二分辨带宽的多个粗频带内的所述接收的噪声信号的相应噪声值。

如果所述第二分辨带宽等于所述频率分隔，则电力线通信调制解调器内的相同单元，即，快速傅立叶变换(FFT)算法，可被用于在该组副载波上调制信号以及用于在所述多个粗频带中划分频率间隔。

然而，也可能使用大于或小于频率分隔的第二分辨带宽。

在步骤S202中，基于所述相应信号值来确定所述多个粗频带的第二受干扰的频带。例如，受干扰的频带的相应信号值可高于预定阈值，从而指示在所述受干扰的频带内存在某一不想要的噪声或附加信号。

在步骤S204中，通过在所述第二受干扰的频带内的第一位置将具有小于所述第二分辨带宽的带宽的第一陷波滤波器应用到所述接收的噪声信号来确定第一滤波的信号值。当在受干扰的频带内的第一位置应用具有较小带宽的第一陷波滤波器时，所述受干扰的频带内的噪声信号的一部分将被陷波或滤出，使得第一滤波的信号值将依赖于干扰信号的位置。

在步骤S206中，通过在第二受干扰的频带内的第二位置将具有小于第二分辨带宽的带宽的第二陷波滤波器应用到所述接收的噪声信号来确定第二滤波的信号值。第一滤波的信号值和第二滤波的信号值将依赖于受干扰的频带内干扰信号的确切位置。因此，在干扰信号在第一陷波滤波器的带宽内的情况下，则第一滤波的信号值将低于第二滤波的信号值，因为干扰信号将不会从第二陷波滤波器被滤出。可将第一陷波滤波器实现为具有第一组滤波器系数的数字滤波器，并且可将第二陷波滤波器实现为具有第二组滤波器系数的数字滤波器。

在步骤S104中，基于所述第一滤波的信号和所述第二滤波的信号的比较来确定具有比受干扰的粗频带带宽小的带宽的第一受干扰的频带。例如，第一受干扰的频带对应于上面给出的例子中第一陷波滤波器的第一位置和带宽，其中第一滤波的信号值低于第二滤波的信号值。

在步骤S106中，在传输信号前在第一受干扰的频道中对所述信号进行陷波，从而增加用于电力线信号的传输的可能带宽并降低来自于干扰信号的影响。同时降低电力线通信对无线电广播台服务的接收的影响。

在进一步的实施例中，所述第一陷波滤波器和所述第二陷波滤波器具有相同的带宽，使得能使用类似的滤波器算法。

在进一步的实施例中，通过在所述第二受干扰的频带内的对应多个位置将具有比所述第一分辨带宽小的带宽的多个陷波滤波器应用到所述接收噪声信号来确定多个滤波的信号值，而且确定所述受干扰的频带的所述步骤基于多个滤波的信号值的比较。当使用此类多个滤波的信号值时，能更精确地检测干扰信号的确切位置。

在进一步的实施例中，基于所述陷波滤波器的带宽、副载波的频率分隔和短波无线电传输系统的无线电信号信道间隔来确定所述多个陷波滤波器的数量。当修改所述多个陷波滤波器的数量时，有可能覆盖整个频率分隔以便确定干扰的无线电信号的确切位置。

在进一步的实施例中，陷波滤波器的位置等于短波无线电传输系统的潜在的无线电信号信道位置。例如，已知短波无线电台通常使用10kHz带宽并对准到5kHz的整数倍的频率栅格，如上文已经描述的。当将陷波滤波器直接安置在短波无线电台的信道的载波上并根据无线电台信号的带宽来修改陷波滤波器的带宽时，陷波的效果在滤波的信号值中非常清晰地呈现。

根据进一步的实施例，相等地间隔陷波滤波器的位置，使得陷波滤波器的位置对应于无线电信号的相等间隔的信道位置。

根据进一步的实施例，对于多个第二受干扰的频带，并行执行第一滤波的信号值和/或第二滤波的信号值的确定。当使用快速傅立叶变换以确定相应信号值时，可并行地将陷波滤波器应用到接收的噪声信号并为所述第二受干扰的频带的每个确定第一和/或第二滤波的信号值。

在进一步的实施例中，陷波滤波器可用于在传输之前对信号进行陷波和用于过滤接收的噪声信号。因此，仅须实现一个陷波滤波器。

在进一步的实施例中，由第一快速傅立叶变换来执行确定相应信号值的步骤，而且传输所述信号的步骤基于具有比所述第一快速傅立叶变换大的分辨带宽的第二快速傅立叶变换。因此，对于传输信号，使用的计算功率要少于用于检测无线电广播台的侵入噪声的计算功率。因为通常对于传输信号比对于检测侵入噪声更频繁地使用快速傅立叶变换，既然无线电广播台的信道不那么经常改变，通过本实施例可以节省计算功率。

图3a中绘出示范频率图，其中频率栅格300显示具有5kHz间距的短波无线电传输系统的可能位置。通过用于OFDM调制信号的2kFFT(快速傅立叶变换)计算了2048点，使得对于40MHz带宽，在OFDM信号的副载波之间产生19,5kHz的间距。在图3a中示意性地绘出对应的分辨带宽(ResBW)302。

如从图3a中可见，四个可能位置304、306、308、310在分辨带宽302内对于短波(SW)无线电台的幅度调制(AM)信号的载波305、307、309、311是可能的。具有载波305、307、309、311的这些信号中的每一个将干扰接收的信号并将导致检测到的相应信号值中的增强噪声。对于每个载波，还绘出对应的下边带(LSB)和上边带(USB)。因为不清楚载波是否在位于分辨带宽302一端的位置304、310，所以为了在电力线信道上传输信号，不仅必须对对应于分辨带宽302的载波而且必须对邻近副载波进行陷波，因为否则位于位置304的第一载波的下边带或载波位置310的上边带将被干扰或将干扰电力线传输。

通常，电力线通信调制解调器不能解调无线电服务。

图3b中绘出相同的频率栅格300和分辨带宽302，但仅有一个具有载波320和下边带322和上边带324的干扰信号318。另外，绘出第一陷波滤波器的传递曲线326。第一陷波滤波器以分辨带宽302内的第一位置304为中心。因为没有干扰信号318的部分被陷波，所以第一滤波的信号值将与没有第一陷波滤波器的情况基本上相同。

图3c中绘出第二陷波滤波器的传递曲线328，该滤波器以分辨带宽302内的第二位置306为中心。下边带322将被传递曲线328部分地陷波。因此，相应第二滤波的信号值将低于第一滤波的信号值或考虑到整个分辨带宽302的信号值。

图3d中绘出第三陷波滤波器的传递曲线330，该滤波器以分辨带宽302内的频率栅格300的第三位置308为中心。第三陷波滤波器的传递曲线330以与干扰的无线电传输信号的载波320的位置相同的位置为中心，并且可从具有第三组滤波器系数的数字滤波器得到。因为将对载波320以及无线电传输信号的下边带322和上边带324的主要部分进行陷波，所以第三滤波的信号值将低于第一或第二滤波的信号值，也将低于对于整个分辨带宽302的信号值。

图3e中在频率栅格300的分辨带宽302内的第四位置310绘出第四传递曲线332。仅有上边带324的一部分被陷波，使得第四滤波的信号值的值将大于传递曲线330的第三滤波的信号值。

因而，将对于分辨带宽302内频率栅格300的所有可能来移动或调谐传递曲线326、328、330和332，在该分辨带宽中已检测受干扰的信号。当比较相应滤波的信号值时，能通过比较在每个调谐步骤之后快速傅立叶变换的输出来检测位置308处侵入噪声的频率位置。

很显然，通过比较快速傅立叶变换的相应输出也能检测多于一个位置处的侵入噪声。

图4中绘出一个进一步的实施例的步骤。在步骤S400中，测量频带中的噪声并在步骤S402中在快速傅立叶变换的分辨带宽内识别侵入噪声。在步骤S404中，将陷波滤波器调谐到光栅频率K，即，分辨带宽内光栅的第一频率。在下一步骤S406中识别潜在侵入噪声。在步骤S408中，通过检查光栅频率的数量是否大于分辨带宽和光栅的间距(即5kHz)的比值，来检查是否已经完成最后的调谐步骤。在数量还没有达到最后数量的情况下，在步骤S410中，数量增加1并用增加的数量K再次执行步骤S404。在已经执行最后的调谐步骤的情况下，在步骤S412中，对传输陷波滤波器编程以仅略去从滤波的信号值的最小值已确定的10kHz频带。考虑到图3A到3E的例子，将用于传输的陷波滤波器编程到第三位置308，从而阻止无线电信号和电力线通信信号之间的任何干扰。

图5中绘出电力线通信调制解调器500的框图，其包括接收器502、处理器504、噪声检测单元506和传输器508。配置接收器502以接收电力线信道510上的信号，其中所述信号在一组副载波上被OFDM调制，所述副载波由频率分隔来分隔。

接收器502连接到处理器504，其配置成确定具有第一分辨带宽的多个细频带内的接收信号的相应信号值，其中第一分辨带宽小于频率分隔。处理器504连接到噪声检测单元506，其配置成基于相应信号值来确定所述多个细频带的第一受干扰的频带，并且噪声检测单元506连接到传输器508，其配置成通过陷波滤波器510来陷波第一受干扰的频带中的信号。

电力线通信调制解调器500可使用更高数量的副载波以用于对信号进行OFDM调制，因为如上已经解释的，更少的副载波必须由陷波滤波器510来陷波。

图6中绘出电力线通信的进一步的实施例600。图6中，绘出电力线通信调制解调器600中的传输数据路径602和接收数据路径603。在传输数据路径602上，在前向纠错块604中对想要传输的信号进行前向纠错(FEC)，之后在正交幅度调制器606中对其进行正交幅度调制(QAM)。在适合于执行快速傅立叶变换或逆向快速傅立叶变换(IFFT)的处理器608中，组合信号被确定并经由可编程陷波滤波器610传输到数模转换器(DAC)612，然后在电力线信道614上传输。

当从电力线信道614接收信号时，在转换器块612中对该信号进行模数转换(ADC)，之后处理器608为多个频带计算信号值。在噪声检测单元620中使用信号值的输出，噪声检测单元620连接到配置成对陷波滤波器610编程的陷波滤波器控制单元622。因此，依赖于识别的噪声或识别的信号值的位置以及相应频带，可以用正确带宽和在正确位置对可编程陷波滤波器610进行编程，以便抑制或陷波信号的某些部分，信号的这些部分在其他情况下将干扰无线电广播台的信号或将被其干扰。另一方面，将处理器608的结果输入正交幅度调制解调器622，之后输入逆向正向纠错块624以获得接收信号630。

图7中绘出电力线通信调制解调器的进一步的实施例700，其中以相同引用标记绘出与图6实施例类似的单元。电力线通信调制解调器的该实施例具有可编程陷波滤波器700，其不仅位于传输路径602中而且在接收路径603中，或可选地能由传输路径602和接收路径603之间的切换器701来切换。另外，陷波滤波器移动控制单元702连接到噪声检测单元以及连接到陷波滤波器单元622。陷波滤波器移动控制单元702配置成将所述可编程陷波滤波器的位置移动到第二受干扰的频带内的多个位置中，以便将该陷波滤波器调谐到快速傅立叶变换的分辨带宽内的不同位置。在处理器608中实现FFT过程以便在噪声检测单元620中识别来自于外部无线电源的干扰信号的确切位置。

通过本发明的实施例，即使快速傅立叶变换的大小设计成提供频域中的更大分辨带宽，也能识别电力线通信系统内的10kHz侵入噪声。可容易地重用已经可用于在传输路径略去陷波的频率的可编程陷波滤波器700。因此，可增强电力线通信调制解调器的性能，即数据吞吐量和覆盖范围，并促进与非电力线通信应用的共存。可对可编程陷波滤波器进行编程以提供对准到短波无线电广播的光栅频率的10kHz陷波。可在感兴趣的频率点将陷波顺序地调谐到快速傅立叶变换的分辨带宽内的每个光栅频率。通过对每个调谐步骤之后的傅立叶变换之后的结果进行比较，能将侵入噪声定位到10kHz频带。这对于已检测到侵入噪声的每个频带可并行执行。侵入噪声通过比较噪声测量是否提高阈值来检测。

在数据接收模式中，电力线通信调制解调器也可检测窄带干扰源(interferer)的侵入噪声。可将这些频率从接收的通信频谱中陷波出去。这在OFDM数据的解调之前除去不想要的窄带信号侵入噪声。因此可重用用于在传输频谱中插入陷波的可编程陷波滤波器700。

备选的是，当测量噪声时，使用具有更高分辨带宽(即，具有4096点的4k-FFT，而不是具有2048点的2k-FFT)的更大快速傅立叶变换大小可提高电力线通信调制解调器的分辨带宽，以便确定受干扰的细频带。

Claims (20)

1.一种用于在电力线信道上传输信号的方法，其中在一组副载波上对所述信号进行OFDM调制，所述副载波由频率分隔来分隔，所述方法包括：

从所述电力线信道接收噪声信号；

确定具有第一分辨带宽的多个细频带内所述接收的噪声信号的相应信号值，其中所述第一分辨带宽小于所述频率分隔；

基于所述相应信号值来确定所述多个细频带的第一受干扰的频带；

在传输所述第一受干扰的频带中的信号之前对所述信号进行陷波。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定相应信号值的所述步骤包括：

确定具有第二分辨带宽的多个粗频带内所述接收的噪声信号的相应信号值；

基于所述相应信号值来确定所述多个粗频带的第二受干扰的频带；

通过在所述第二受干扰的频带内的第一位置将具有小于所述第二分辨带宽的带宽的第一陷波滤波器应用到所述接收的噪声信号来确定第一滤波的信号值；以及

通过在所述第二受干扰的频带内的第二位置将具有小于所述第二分辨带宽的带宽的第二陷波滤波器应用到所述接收的噪声信号来确定第二滤波的信号值，以及其中确定所述第一受干扰的频带的所述步骤还基于所述第一滤波的信号和所述第二滤波的信号之间的比较。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二分辨带宽等于所述频率分隔。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述第一陷波滤波器和所述第二陷波滤波器具有相同的带宽。

5.根据权利要求2至4所述的方法，其中确定相应信号值的所述步骤还包括：

通过在所述第二受干扰的频带内对应的多个位置将具有小于所述第一分辨带宽的带宽的多个陷波滤波器应用到所述接收的噪声信号来确定多个滤波的信号值，以及其中确定所述受干扰的频带的所述步骤基于所述多个滤波的信号值的比较。

6.根据权利要求5所述的方法，其中基于所述陷波滤波器的带宽、所述频率分隔和潜在冲突的短波无线电传输系统的无线电信号信道间隔来确定所述多个陷波滤波器的数量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述陷波滤波器的所述位置等于所述短波无线电传输系统的潜在无线电信号信道位置。

8.根据权利要求2至7所述的方法，其中所述位置相等地间隔。

9.根据权利要求2至8所述的方法，其中确定所述第一滤波的信号值和/或所述第二滤波的信号值的所述步骤对于多个第二受干扰的频带并行地执行。

10.根据权利要求2至9所述的方法，其中具有所述第一陷波滤波器的带宽的陷波滤波器用于在传输前对所述信号进行陷波的所述步骤。

11.根据权利要求2至10所述的方法，其中具有所述第一陷波滤波器的带宽的陷波滤波器用于从接收的通信频谱对受干扰的频带进行陷波。

12.根据权利要求1至11所述的方法，其中确定相应信号值的所述步骤通过快速傅立叶变换来执行。

13.根据权利要求1所述的方法，其中确定相应信号值的所述步骤通过第一快速傅立叶变换来执行，并且传输所述信号的所述步骤基于具有大于所述第一快速傅立叶变换的分辨带宽的第二快速傅立叶变换。

14.一种电力线通信调制解调器，包括：

接收器，配置成接收电力线信道上的噪声信号，其中在一组副载波上对所述信号进行OFDM调制，所述副载波由频率分隔来分隔；

处理器，配置成确定具有第一分辨带宽的多个细频带内所述接收的噪声信号的相应信号值，其中所述第一分辨带宽小于所述频率分隔；

噪声检测单元，配置成基于所述相应信号值来确定所述多个细频带的第一受干扰的频带；以及

传输器，配置成在传输所述第一受干扰的频带中的信号之前对所述信号进行陷波。

15.根据权利要求14所述的电力线通信调制解调器，其中所述处理器还配置成确定具有第二分辨带宽的多个粗频带内所述接收的噪声信号的相应信号值，以及其中所述噪声检测单元还配置成基于所述相应信号值来确定所述多个粗频带的第二受干扰的频带，所述调制解调器还包括：

陷波滤波器单元，配置成在所述第二受干扰的频带内的第一位置提供具有小于所述第二分辨带宽的带宽的第一陷波滤波器，以及配置成在所述第二受干扰的频带内的第二位置提供具有小于所述第二分辨带宽的带宽的第二陷波滤波器。

16.根据权利要求15所述的电力线通信调制解调器，其中所述第二分辨带宽等于所述频率分隔。

17.根据权利要求15至16所述的电力线通信调制解调器，其中所述陷波滤波器单元包括：

可编程陷波滤波器，以及

陷波滤波器控制单元，配置成控制所述可编程陷波滤波器的位置和带宽。

18.根据权利要求17所述的电力线通信调制解调器，还包括：

陷波滤波器移动控制单元，配置成将所述可编程陷波滤波器的位置移动到所述第二受干扰的频带内的多个位置中。

19.根据权利要求15至18所述的电力线通信调制解调器，还包括：

切换器，在传输路径中的传输位置和接收路径中的接收位置之间切换所述陷波滤波器单元。

20.根据权利要求15至19所述的电力线通信调制解调器，其中所述处理器包括配置成确定所述第一和/或粗频带中所述接收的信号的所述相应信号值的快速傅立叶变换单元。

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