CN103138805A - 电力线载波的传输方法、装置以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电力线载波的传输方法、装置以及系统，该方法包括：通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息；根据干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点；基于分布式MIMO分集来控制选择出的发送节点发送数据信息，使得至少一个接收节点接收数据信息。通过本发明实施例，可以大大提升传输信号的抗干扰性，有效性以及传输速率。

Description

电力线载波的传输方法、装置以及系统

技术领域

本发明实施例涉及一种电力线载波（PLC，Power Line Carrier）网络传输领域，尤其涉及一种电力线载波的传输方法、装置以及系统。

背景技术

随着通信技术的发展，多媒体终端对网络的需求急剧增强。PLC通信技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式，该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后利用电线进行信号传输；接收信息的适配器再把高频信号从电流中分离出来，并传送到计算机或电话以实现信息传递。

PLC技术最大的优势是不需要重新布线，在现有电线上可以实现数据语音和视频等多业务的承载。终端用户只需要插上电源插头就可以实现因特网接入、电视频道接收节目、打电话或者可视电话等功能，从而实现四网（电力、视频、音频以及数据）合一。

但是，发明人发现，由于在PLC通信网络中噪声类型较为丰富，特别是与工频（例如50HZ）同步的周期噪声对通信质量产生了极大的干扰，PLC传输达不到理想的通信质量。对如何提升PLC网络的抗噪声性能以及提升传输速率成为了一个迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明实施例提供一种电力线载波的传输方法、装置以及系统。目的在于提升PLC网络的抗噪声性能以及提升传输速率。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种电力线载波的传输方法，所述方法包括：

通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息；

根据所述干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点；

基于分布式MIMO分集来控制所述发送节点发送数据信息，使得至少一个接收节点接收所述数据信息。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种电力线载波的传输装置，所述传输装置包括：

信息获得单元，通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息；

选择单元，根据所述干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点；

控制单元，基于分布式MIMO分集来控制所述发送节点发送数据信息，使得至少一个接收节点接收所述数据信息。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种电力线载波的传输系统，所述传输系统包括：

如上所述的传输装置；

至少一个发送节点，所述发送节点基于分布式MIMO分集来发送数据信息；

至少一个接受节点，接收所述发送节点发送的数据信息。

本发明实施例的有益效果在于：通过基于时基自恢复的时频分析技术，获得精确的信道噪声和干扰时频分布信息；为分布式MIMO系统选取合适的节点作为信息分集广播的发送节点，并估算出精确的信道矩阵；然后，利用所估算出的信道矩阵作为节点发送信道的信道矩阵，通过分布式MIMO分集发送技术来发送数据信息；并且，接收节点接收到采用了空间分集和空间复用技术的信号。由此，大大提升了传输信号的抗干扰性，有效性以及传输速率。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，来表示实施本发明的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的范围不受此限制。相反，本发明包括落入所附权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

参照以下附图，将更好地理解本发明的许多方面。附图中的组成部分不一定按比例绘制，重点在于清楚地例示出本发明的原理。为了便于例示和描述本发明的一些部分，可以将附图中的对应部分在尺寸上放大，例如，放大得相对于其他部分比在根据本发明实际制成的示例性设备中的要大。在本发明的一个图或实施方式中示出的部件和特征可以与一个或更多个其它图或实施方式中示出的部件和特征相结合。此外，在附图中，相同的标号在全部图中都标示对应的部分，并且可以用来标示一个以上实施方式中的相同或类似部分。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，例示了本发明的优选实施方式，并与文字说明一起用来解释本发明的原理，其中对于相同的要素，始终用相同的附图标记来表示。

在附图中：

图1是本发明实施例的传输方法的一流程图；

图2是本发明实施例的时频分析的一示例图；

图3是本发明实施例的发送和接收数据信息的一示意图；

图4是本发明实施例的传输装置的一构成示意图；

图5是本发明实施例的信息获得单元的一构成示意图。

具体实施方式

针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征使用。

应当强调的是，术语“包括”当在本说明书中使用时用来指所述特征、要件、步骤或组成部分的存在，但不排除一个或更多个其它特征、要件、步骤、组成部分或它们的组合的存在或增加。

实施例1

本发明实施例提供一种电力线载波的传输方法，应用于PLC网络的多个节点之间进行通信。

图1是本发明实施例的传输方法的一流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤101，通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息；

步骤102，根据干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点；

步骤103，基于分布式MIMO分集来控制选择出的发送节点发送数据信息，使得至少一个接收节点接收数据信息。

在本实施例中，可以结合时频分析技术和分布式MIMO技术来实现PLC的传输。其中，MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）技术是无线通信领域智能天线技术的重大突破，该技术可以利用多根发送天线和多根接收天线，采用分集技术获取空间分集度（发送分集度和接收分集度）以提高信息传输的可靠性。

MIMO技术利用不同收发天线间的空间信道，采用空间复用技术同时传输多个数据流以增加信息传输的有效性。由于各发送天线同时发送的信号占用同一频带，所以能在不额外增加带宽的前提下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，极大地提高信息传输速率和改善信息传输性能。

而时频分析即时频联合域分析（JTFA，Joint Time-Frequency Analysis）的简称，可以作为分析时变非平稳信号的有力工具，成为现代信号处理研究的一个热点。时频分析作为一种新兴的信号处理方法，近年来受到越来越多的重视。时频分析方法提供了时间域与频率域的联合分布信息，清楚地描述了信号频率随时间变化的关系。时频分析的基本思想是：设计时间和频率的联合函数，用它同时描述信号在不同时间和频率的能量密度或强度。时间和频率的这种联合函数简称为时频分布，利用时频分布来分析信号，能给出各个时刻的瞬时频率及其幅值，并且能够进行时频滤波和时变信号研究。

本发明正是利用了分布式MIMO分集和时频分析的原理，提供一种将分布式MIMO技术和时频分析技术相结合的PLC传输方法。本发明基于时频分析来获得节点间噪声及干扰的时频分布信息，并估算信道参数。在此基础上结合分布式MIMO技术，可以选取最合适的发送节点，采取分布式MIMO分集技术以广播的形式进行信息发送。

值得注意的是，本发明的分布式MIMO是指协调分布于网络中的多个节点，来共同完成MIMO动作，以避免单一节点故障或干扰。这是一种通信思维体系，并不限于采用天线等具体部件。至于分布式MIMO的具体内容细节，可以参考现有技术。

在具体实施时，步骤101中通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息，具体可以包括：对输入的干扰信号进行非线性处理；获得与工频同步的时基，并基于该时基来控制快速傅里叶变换（FFT，Fast Fourier Transform）的数据长度以及窗口信息；按照工频信号周期内的不同位置进行傅里叶变换，并进行累积平均后得到噪声在时间和频率两个维度上的分布信息。

在具体实施时，对输入的干扰信号进行非线性处理可以包括：绝对值幅度检波或者平方率幅度检波。并且，还可以包括：对输入的干扰信号进行预滤波。

图2是本发明实施例的时频分析的一示例图。如图2所示，可以对输入的干扰信号进行预处理，包括采用预滤波器201进行滤波。因此，如果知道时变干扰信号的频率分布范围，可以在非线性处理之前增加预滤波器，由此提高时变干扰包络的精度。

如图2所示，还可以通过绝对值幅度检波器202等进行非线性处理，信号经过低通滤波器203之后可以送入锁相环。通过误差提取器204、环路滤波器205、分频器206以及数控振荡器207处理之后，可以获得与工频同步的时基。并可以基于该时基，通过窗口控制器208来控制FFT的数据长度以及窗口信息等；并且通过FFT处理器209，可以按照工频信号周期内的不同位置进行傅里叶变换。然后可以通过平均器210进行累积平均后，得到噪声在时间和频率两个维度上的分布信息。

值得注意是，附图2所示的结构仅是对时频分析的示意性说明，但本发明不限于此，例如可以不进行预滤波，或者可以采用平方率幅度检波等等；可以根据实际情况确定具体的实施方式。

在本实施例中，通过时频分析对信道噪声及干扰时频分布的获取，可以对信道参数进行估计。也就是说，通过基于时基自恢复的时频分析，可以对电力线网络上的各种噪声特性，如平稳宽带噪声、工频同步周期噪声、窄带干扰等进行精确分析。在获取信道噪声及干扰时频分布后，可以估算节点间的信道参数以获取分布式MIMO技术需要的信道矩阵。

在基于时基自恢复的时频分析中，时基可以与50Hz工频信号同步，将工频周期精确划分成FFT窗口，得到每个窗口的噪声频率分布，并通过累积平均提高估计的精度。根据噪声的时频分布，系统可以自适应改变调制模式、编码方式、接收分集等策略，规避干扰，提高通信可靠性。

在本实施例中，可以根据干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点。然后，选择出的至少一个发送节点，可以基于分布式MIMO分集来发送数据信息。

在具体实施时，发送节点可以是两个或两个以上，但本发明不限于此，当选择单个发送节点时，也可以采用MIMO的原理实现，可以根据实际情况确定具体的方式。

在具体实施时，发送节点的信息可以基于分布式MIMO分集技术进行广播发送，在时频分析的基础上，合适的节点作为发送节点可以估算MIMO系统中信道矩阵，采用分布式MIMO分集技术进行信息的分集发送。发送节点可以向传输范围内的节点，通过分布式MIMO广播形式传输所需传输的信息。

在本实施例中，至少一个接收节点可以为信宿节点，并且信宿节点对接收到的完整的数据信息进行处理。或者，至少一个接收节点可以为中继节点，并且中继节点可以与其他节点通过分布式MIMO对数据信息进行中继转发。

在具体实施时，各个接收节点接收来自发送节点的、通过分布式MIMO分集发送的信息。接收节点可以是信宿，在接收到完整信息后对数据进行处理；或者作为中继节点，接收到信息后进行校验，并与合适的节点采用分布式MIMO技术对信息的中继进行转发。由此，可以多空间通道地传送和接收数据，提高系统抗噪声能力，提升系统的传输可靠性，增加系统的传输速率及有效性。

图3是本发明实施例的发送和接收数据信息的一示意图。如图3所示，进行时频分析之后，可以基于时频分析所获取的各个节点间的时频分布信息，估算信道参数并选取合适的节点（例如3个节点）作为发送节点。例如，信道参数可以为{h₁₁，h₁₂,h₁₃;h₂₁,h₂₂,h₂₃;h₃₁,h₃₂,h₃₃；…}。这3个发送节点可以按照分布式MIMO分集发送技术发送所需要发送的信息。

如图3所示，多个接收节点可以分别对发送节点发送的信息进行接收，接收节点可以作为信宿接收到信息后进行校验（例如，独立验证或者合作验证），然后对信息进行相应的处理。接收节点也可以作为中继节点，在验证了信息的完整性之后（例如，独立验证或者合作验证），根据时频分析的结果选取合适的节点再次通过分布式MIMO技术将信息广播发送。

由上述实施例可知，通过基于时基自恢复的时频分析技术，可以获得精确的信道噪声和干扰时频分布信息；可以为分布式MIMO系统选取合适的节点作为信息分集广播的发送节点，并估算出精确的信道矩阵；然后，利用所估算出的信道矩阵作为节点发送信道的信道矩阵，通过分布式MIMO分集发送技术来发送数据信息；并且，接收节点接收到采用了空间分集和空间复用技术的信号。由此，大大提升了传输信号的抗干扰性，有效性以及传输速率。

实施例2

本发明实施例提供一种电力线载波的传输装置，对应于实施例1所述的传输方法。与实施例1相同的内容不再赘述。

图4是本发明实施例的传输装置的一构成示意图，如图4所示，该传输装置400包括：信息获得单元401，选择单元402和控制单元403。

其中，信息获得单元401通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息；选择单元402根据干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点；控制单元403基于分布式MIMO分集来控制选择出的所述发送节点发送数据信息，使得至少一个接收节点接收所述数据信息。

在本实施例中，该传输装置可以设置于PLC网络中，例如可以是PLC局端设备的一部分。但本发明不限于此，可以根据实际情况确定具体的实施方式。

图5是本发明实施例的信息获得单元401的一构成示意图，如图5所示，该信息获得单元401可以包括：非线性处理单元501，参数获得单元502和信息处理单元503。

其中，非线性处理单元501对输入的干扰信号进行非线性处理；参数获得单元502获得与工频同步的时基，并基于时基来控制快速傅里叶变换的数据长度以及窗口信息；信息处理单元503按照工作频率信号周期内的不同位置进行快速傅里叶变换，并进行累积平均后得到噪声在时间和频率两个维度上的分布信息。

在具体实施时，信息获得单元401可以采用如图2所示的结构。例如，非线性处理单元501可以通过预滤波器201、绝对值检波器202和低通滤波器203等实现；参数获得单元502可以通过锁相环和窗口控制器208等实现；信息处理器503可以通过FFT处理器209和AR平均器210等实现。但本发明不限于此，可以根据实际情况确定具体的实施方式。

由上述实施例可知，通过基于时基自恢复的时频分析技术，可以获得精确的信道噪声和干扰时频分布信息；可以为分布式MIMO系统选取合适的节点作为信息分集广播的发送节点，并估算出精确的信道矩阵；然后，利用所估算出的信道矩阵作为节点发送信道的信道矩阵，通过分布式MIMO分集发送技术来发送数据信息；并且，接收节点接收到采用了空间分集和空间复用技术的信号。由此，大大提升了传输信号的抗干扰性，有效性以及传输速率。

实施例3

本发明实施例还提供一种电力线载波的传输系统，该传输系统可以包括：如上述实施例2所述的传输装置、至少一个发送节点以及至少一个接收节点。传输系统的其他部分可以参考现有技术。

其中，传输装置可以通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息；根据干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点；以及基于分布式MIMO分集来控制选择出的发送节点发送数据信息。发送节点可以基于分布式MIMO分集来发送数据信息。接收节点可以接收发送节点发送的数据信息。

由上述实施例可知，通过基于时基自恢复的时频分析技术，可以获得精确的信道噪声和干扰时频分布信息；可以为分布式MIMO系统选取合适的节点作为信息分集广播的发送节点，并估算出精确的信道矩阵；然后，利用所估算出的信道矩阵作为节点发送信道的信道矩阵，通过分布式MIMO分集发送技术来发送数据信息；并且，接收节点接收到采用了空间分集和空间复用技术的信号。由此，大大提升了传输信号的抗干扰性，有效性以及传输速率。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

在此公开了本发明的特定实施方式。本领域的普通技术人员将容易地认识到，本发明在其他环境下具有其他应用。实际上，还存在许多实施方式和实现。所附权利要求绝非为了将本发明的范围限制为上述具体实施方式。另外，任意对于“用于……的装置”的引用都是为了描绘要素和权利要求的装置加功能的阐释，而任意未具体使用“用于……的装置”的引用的要素都不希望被理解为装置加功能的元件，即使该权利要求包括了“装置”的用词。

尽管已经针对特定优选实施方式或多个实施方式示出并描述了本发明，但是显然，本领域技术人员在阅读和理解说明书和附图时可以想到等同的修改例和变型例。尤其是对于由上述要素（部件、组件、装置、组成等）执行的各种功能，除非另外指出，希望用于描述这些要素的术语（包括“装置”的引用）对应于执行所述要素的具体功能的任意要素（即，功能等效），即使该要素在结构上不同于在本发明的所例示的示例性实施方式或多个实施方式中执行该功能的公开结构。另外，尽管以上已经针对几个例示的实施方式中的仅一个或更多个描述了本发明的具体特征，但是可以根据需要以及从对任意给定或具体应用有利的方面考虑，将这种特征与其他实施方式的一个或更多个其他特征相结合。

Claims (10)

1.一种电力线载波的传输方法，其特征在于，所述方法包括：

通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息；

根据所述干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点；

基于分布式MIMO分集来控制所述发送节点发送数据信息，使得至少一个接收节点接收所述数据信息。

2.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所述通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息，具体包括：

对输入的干扰信号进行非线性处理；

获得与工频同步的时基，并基于所述时基来控制快速傅里叶变换的数据长度以及窗口信息；

按照工作频率信号周期内的不同位置进行快速傅里叶变换，并进行累积平均后得到噪声在时间和频率两个维度上的分布信息。

3.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述干扰时频分布信息来改变分布式MIMO的调制模式、编码方式或者接收分集。

4.根据权利要求2所述的传输方法，其特征在于，对输入的干扰信号进行非线性处理包括：绝对值幅度检波或者平方率幅度检波。

5.根据权利要求4所述的传输方法，其特征在于，所述方法还包括：对输入的干扰信号进行预滤波。

6.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所述至少一个接收节点为信宿节点，并且所述信宿节点对接收到的完整的数据信息进行处理。

7.根据权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所述至少一个接收节点为中继节点，并且所述中继节点与其他节点通过分布式MIMO对所述数据信息进行中继转发。

8.一种电力线载波的传输装置，其特征在于，所述传输装置包括：

信息获得单元，通过时频分析获得多个节点之间的信道噪声以及干扰时频分布信息；

选择单元，根据所述干扰时频分布信息估算信道参数，并选择至少一个节点作为发送节点；

控制单元，基于分布式MIMO分集来控制所述发送节点发送数据信息，使得至少一个接收节点接收所述数据信息。

9.根据权利要求8所述的传输装置，其特征在于，所述信息获得单元具体包括：

非线性处理单元，对输入的干扰信号进行非线性处理；

参数获得单元，获得与工频同步的时基，并基于所述时基来控制快速傅里叶变换的数据长度以及窗口信息；

信息处理单元，按照工作频率信号周期内的不同位置进行快速傅里叶变换，并进行累积平均后得到噪声在时间和频率两个维度上的分布信息。

10.一种电力线载波的传输系统，其特征在于，所述传输系统包括：

如权利要求8或9所述的传输装置；

至少一个发送节点，所述发送节点基于分布式MIMO分集来发送数据信息；

至少一个接受节点，接收所述发送节点发送的数据信息。

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