CN103329452A - 用于使用传输功率掩码来传输信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使用传输功率掩码来传输信号的方法和设备，所述信号由经由至少一个物理链路与收发机B连接的收发机A传输。根据本发明，传输功率掩码根据相对于物理链路的阻抗的传递函数S11来自适应，从而将信号传输期间的功率损耗考虑在内。

Description

用于使用传输功率掩码来传输信号的方法和设备

发明领域

本发明涉及一种用于在电信网络中使用传输功率掩码来传输信号的方法，以及一种用于实现所述方法的设备。

本发明适用于有线或无线电信网络中数字数据传输领域。

相关技术的状态

在这样的通信网络中，数字数据在能够经由包括通信信道的物理链路来接收和发送数字数据的设备之间交换。

该通信网络例如可涉及用于传送电力的网络，其中物理链路由电缆或线缆组成，所述电缆或线缆可以是固定安装（分布网络、内部或外部通信网络）或移动安装（飞机、船舶、汽车等中的供电或通信网络）中使用的输电线缆或通信线缆。这样的电缆或线缆在某些情况下适于以非常低的频率来传送高电压，例如，对于欧洲而言220V/50Hz。

在这种类型的通信网络中，与各种类型的信息有关的数字数据可同时载波电流技术来传输。

在这些通信网络中（尤其在用于传送电力的网络）中产生的技术问题在于：能够确保到物理链路的最优信号注入，从而抵消收发机传送的信号与远程接收机接收的信号之间的功率损耗。

事实上，在用于传送电能的网络中，诸如电缆之类的物理链路不适于以高频率传送电压，如由诸如载波-电流调制解调器之类的这些收发机所使用的。

事实上，数据传输可能遭受各种现象且尤其遭受反射现象，因为由收发机传输并进而被注入到物理链路中的信号由于物理链路所体现的阻抗间断性而被部分地反射，其原因例如与连接至链路的多个接头和其他旁路或设备相关联，或者在于线缆没有配对并且通常具有完全不同的长度。

由此，作为这些反射的结果，由收发机传输的电能的一部分返回至设备，从而限制了所注入的信号的射程。

以此方式，如图1所示，当收发机在物理链路中传输被标记为X的频率信号，该信号的一部分被反射为回波S11.X，而信号的另一部分S0.X被注入到物理链路中。下文中将使用术语回波来指示返回到已经传输了信号的收发机的功率。

分别作为被反射的信号和被注入的信号的传递函数的两个量S11和S0通过以下关系而相关：

|S0|²≤1

|S11|²=1-|S0|²

由于参数S0具有小于1的模，这种现象通过所传输的功率损耗来表达。

关于传输功率掩码，重要的是要注意到在国家或国际规章上下文中常规地使用电信系统。规章授权机构从而定义了一般以传输掩码为形式来表达的最大授权功率水平。该掩码被固定并且设定所传输的信号功率。结果，由收发机传输的信号X将具有应该等于或尽可能地接近于传输掩码的功率的、注入到物理链路中的功率。

从而清楚的是，如果传递函数S11精确已知，则将可能最优地调整所传输的功率从而不超过由恒定基准值授权的最大值。以此方式，传输信号的收发机能够通过传输X/S0而非X来修改所传输的信号的功率以使得所注入的信号由S0.X/S0=X组成。

在现有技术中，已知在图2中示出的以这一原理为特征的关于国际申请WO2010/037957的文档，该文档描述了一种用于估算这一回波以能够在考虑了这一估算的情况下传输信号并从而能够适应传输功率掩码的方法。

然而，这一方法的主要缺点在于：在所接收的信号H.X的基础上执行对回波H的估算是不准确的，因为估算出的回波H包含具有传递函数H=S11+H_imp的收发机接收链缺陷，其中H_imp表示接收链的缺陷的传递函数。

这些缺陷由此将误差引入对这一回波的估算，并且经延伸，将误差引入对要被注入到物理链路中的功率的确定。

此外，这种误差可能产生通信网络中最大授权功率水平的过冲。

本发明的描述

本发明提出了改进对由收发机传输的信号与被注入到物理链路中且被远程接收机接收的的信号之间的功率损耗的判断，从而抵消数据传输中它们的功率损耗。

出于这一目的，本发明的一个方面涉及一种用于使用传输功率掩码来传输信号的方法，所述信号由收发机A传输，收发机A经由至少一个物理链路与收发机B连接，其中所述传输功率掩码根据相对于物理链路的阻抗的传递函数S11来自适应，从而将信号传输期间的功率损耗考虑在内。

根据特定实施例：

-所述方法包括初始化步骤，该初始化步骤进一步包括用于测量收发机A的传输链的构成元件的各端子处的电压V_Ref、V_Ana以及用于确定S11的子步骤；

-所述初始化步骤在可配置的预定义时间执行；

-多个传输功率掩码被定义并且被周期性地选择在信号传输期间使用，以及

-测量子步骤通过使用收发机A的接收链内的开关的连接器（14、13）的激活来执行。

本发明还涉及经由至少一个物理链路到收发机B的使用传输功率掩码的信号收发机，包括：

-数据传输链，以及

-包括开关的数据接收链。

根据特定实施例：

-数据传输链包括：

·数字信号处理模块；

·数模转换模块；

·防混叠滤波器；

·放大器；

·保护性电阻器，以及

·耦合设备；

-数据接收链包括：

·耦合设备；

·带通滤波器；

·可变增益放大器；

·模数转换模块；

·开关，以及

·数字信号处理模块；

-所述开关包括：

·自传输链的以下构成元件之一上游连接的端子1：位置8处的保护性电阻器、位置9处的放大器、或位置10处的防混叠滤波器，以及

·自接收链的带通滤波器上游连接11的端子4、5、6；

-适于控制开关的连接器12、13、14的激活的控制模块；

-所述控制模块与用于测量数字信号处理模块所接收的信号的模块相接合，从而根据开关的连接器12、13、14的激活来确定每一个接收到的信号的电压V_Ref、V_Ana，以及

-所述收发机是包括开关的载波电流调制解调器。

附图简述

在参考所附附图阅读以下描述之后，本发明的其他特征和优点将浮现，附图中示出：

-图1，收发机中功率损耗的示意性表示；

-图2，文档WO2010/037957中描述的方法的示意性视图；

-图3，根据本发明的一个实施例的收发机；

-图4A，收发机的数据传输链；

-图4B，收发机的数据接收链；

-图5，示出了测量使用电阻器R_mes的负载的阻抗的图；

-图6A、6B和6C，根据本发明的一个实施例的判断包括开关的收发机中的回波的示意性视图；

-图7，在另一实施例中一种用于测量基准电压的方法；

-图8，本发明的一个实施例，其中开关具有五个输入/输出端子；

-图9，本发明的一个实施例，其中开关位于可变增益放大器和带通滤波器之间，以及

-图10，本发明的一个替换实施例，其中开关位于模数转换模块和可变增益放大器之间。

为了更清楚，贯穿所有附图用相同的参考标号来标识相同或相似的元件。

实施例的详细描述

在一实施例的一示例中，图3描述了根据本发明的一个实施例的收发机。

在本实施例中，收发机被认为涉及在其中物理链路由电缆或线缆组成的用于传送电力的网络中使用的载波电流调制解调器。本发明的一实施例的这一示例因此落在通常被称为电力线传输（PLT）的载波电流数据传输范围内。

所涉及的线缆可以是固定安装（分布网络、内部或外部通信网络）或移动安装（飞机、船舶、汽车等上的供电或通信网络）中的电力传输线缆或通信线缆。所涉及的线缆可以是以下任何一种类型：同轴线或双绕线、平行线或成对线、低电压电线（110V/220V）、中电压电线（～15kV）、电话线缆、双绞线、同轴线缆等。

在这样的网络中，收发机A能够经由物理链路将数字数据传输到收发机B。

出于这一目的，收发机A或B包括数据传输链和数据接收链。

图4A中示出的数据传输链包括：

-数字信号处理模块；

-数模转换模块；

-防混叠滤波器；

-放大器；

-保护性电阻器，以及

-耦合设备（或耦合溶液）。

应该注意，无论存在的负载大小如何，保护性电阻器确保了放大器的稳定性。

此外，数字信号处理模块尤其适于修改由收发机传输到充当远程接收机的另一收发机的信号功率。

图4B中示出的数据接收链包括：

-耦合设备（或耦合溶液）；

-带通滤波器；

-可变增益放大器；

-模数转换模块；

-开关，以及

-数字信号处理模块。

开关以非限制性的方式可位于以下任一种情况中的位置处：

-如图9所示的在可变增益放大器和带通滤波器之间，或

-如图10所示的在模数转换模块和可变增益放大器之间，或

-如图3所示的在耦合设备（或耦合溶液）与带通滤波器之间。

该开关以非限制性的方式包括三个输入端子1、2、3和三个输出端子4、5、6。

端子2一般自位置7处的保护性电阻器下游连接。

端子7自传输链的以下构成元件之一上游连接：

-位置8处的保护性电阻器；

-位置9处的放大器，以及

-位置10处的防混叠滤波器。

端子4、5、6自带通滤波器上游连接11。

端子3连接至耦合设备，并从而实现传入信号在数字信号处理模块上被接收，如图6A所示。

在替换实施例中，端子1可自以下元件之一上游连接：

-位置9处的放大器，或

-位置10处的防混叠滤波器。

以此方式，来自防混叠滤波器和/或放大器的误差可在作出测量期间被考虑在内。

应该注意，在图8所示的另一实施例中，开关包括自带通滤波器上游连接11的五个输入端子和五个输出端子。五个输入端子分别按照以下来连接：

-自位置7处的保护性电阻器下游连接；

-连接到耦合设备；

-自位置8处的保护性电阻器上游连接；

-自放大器9上游连接，以及

-自位置10处的防混叠滤波器上游连接。

该开关连接到控制连接器12、13和14的激活的控制模块。

该控制模块以非限制性的方式位于数字信号处理模块中。

该控制模块与用于测量数字处理模块中接收的信号的模块接合，从而基于连接器12、13和14的激活来确定每一个接收到的信号的电压，如图6A、6B和6C中所示。

该测量模块还以非限制性的方式位于数字信号处理模块中。

一旦测量了接收到的信号的电压，测量模块就将所述电压传输给处理装置以计算电力线所呈现的阻抗。

出于这一目的，在本发明的实施例中，收发机的接收链用于测量自传输链的保护性电阻器的下游电压（V_Ana：测试电压）和上游电压（V_Ref：基准电压），所述电压从而成为测量电阻器R_mes。

由此，该阻抗计算包括：如图5所示的确定使用电子电路中的电阻器的负载的阻抗以及包括测量电阻器R_mes和要被测量的阻抗Z。

该阻抗通过使用以下公式所执行的运算来获得：

$Z=\frac{\mathrm{Rmes}}{\frac{\mathrm{VRef}}{\mathrm{VAna}}-1}$

其中V_Ref是点Ref（基准电压）处的电压，V_Ana（测试电压）是点Ana处的电压。应该注意，如果V_Ref和V_Ana是复电压，则所计算的阻抗也是复数的。

在根据本发明的方法中，收发机A根据传输功率掩码、等于或尽可能地接近于由传输链的数字信号处理模块定义的最大授权功率水平来传输信号。

出于这一目的，该方法包括由收发机A实现的初始化步骤，包括以下子步骤：

-由控制模块激活开关的连接器14从而将信号X路由至接收链，如图6B所示；

-由传输链的数字信号处理模块传输第一信号X；

-由测量模块测量自保护性电阻器上游的电压V_Ref；

-由控制模块停用开关的连接器14；

-由控制模块激活开关的连接器13从而将信号X路由至接收链，如图6C所示；

-由测量模块测量自保护性电阻器下游的电压V_Ana；

-由控制模块停用开关的连接器13；

-确定明显未考虑接收链的阻抗的传递函数S11。

两个测量子步骤由能够测量由收发机A的数字信号处理模块接收到的信号的测量模块执行。

或者，可以指定测量模块可涉及收发机的元件，其中接收链被再现并且从而可在其上执行与物理链路的阻抗有关的常规测量。

处理装置稍后基于使用以下公式的运算来确定传递函数S11：

$S11=\frac{(Z-Z0)}{(Z+Z0)}$ 其中： $Z=\frac{\mathrm{Rmes}}{\frac{\mathrm{VRef}}{\mathrm{VAna}}-1},$ 并且Z0=50Ω

应该注意，Z0指的是通过其来作出注入功率测量的阻抗的基准阻抗。在通常被称为PLT的电力线传输的上下文中，标准化组织将测量阻抗定义为值50欧姆。

一旦确定了传递函数S11，与数字信号处理模块相关联的收发机处理装置根据传递函数S11来定义功率掩码以对注入到物理链路中的功率损耗进行补偿。

这样的自适应由信号处理模块来执行，信号处理模块进而能够通过传输X/S0而非X来修改所传输的信号的功率以使得所注入的信号由S0.X/S0=X组成。

X是收发机A传输的信号的频率，而S0.X是注入到物理链路中的这一信号的另一部分。S0是注入信号的传递函数，并且包括：|S0|²=1-|S11|²

使功率掩码进行自适应进而包括增加/降低要被注入到物理链路中的功率，以使得收发机B接收到的功率大于在不应用自适应功率掩码情况下接收到的功率。以此方式，改进或提升了服务的吞吐速度和/或质量。

在另一实施例中，用于初始化收发机的步骤可系统性地根据特定条件而先于自适应步骤：

-改变收发机A的配置参数：射频（RF）的改变；

-码元时间的改变，

-对物理链路特性的改变的检测。

事实上，一旦要更新功率掩码，就执行这一初始化步骤。该初始化步骤可以被编程为根据由与收发机A的处理装置相关联的收发机A的数字信号处理模块检测到的事件来定期或周期性地运行。

在另一实施例中，传递函数S11还可以在收发机A每次作出数据传输时持续地（或不定时地）确定以便持续地（或不定时地）估算和调整功率掩码以适应每一传输。

此外，在一个特定实施例中，传递函数S11的进度还可随着时间在与物理链路与干线电压的同步周期变化相对应的一时间段内确定，以在稍后为每一变化时间段定义合适的功率掩码。

以此方式，要理解本发明不先于所述和所示出的实施例的示例。此外，本发明不先于这种类型的载波电流数据传输，并且还可应用于其他类型的有线传输或无线传输。

Claims (12)

1.一种用于使用传输功率掩码来传输信号的方法，所述信号由收发机A传输，收发机A经由至少一个物理链路与收发机B连接，其中所述传输功率掩码根据相对于物理链路的阻抗的传递函数S11来自适应，从而将信号传输期间的功率损耗考虑在内。

2.如先前权利要求所述的方法，其特征在于，包括初始化步骤，所述初始化步骤进一步包括用于测量收发机A的传输链的构成元件的端子处的电压（V_Ref、V_Ana）以及用于确定S11的子步骤。

3.如先前权利要求所述的方法，其特征在于，所述初始化步骤在可配置的预定义时间执行。

4.如先前权利要求中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，多个传输功率掩码被定义并且被周期性地选择在信号传输期间使用。

5.如权利要求2至4中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述测量子步骤通过使用所述收发机A的接收链内的开关的连接器（14、13）的激活来执行。

6.一种经由至少一个物理链路到收发机B的使用传输功率掩码的信号收发机，其特征在于，所述收发机包括数据传输链和数据接收链和处理装置，所述数据传输链包括数字信号处理模块，所述数据接收链包括开关，所述处理装置被安排成具有适于根据相对于物理链路的阻抗的传递函数S11来使所述传输功率掩码进行自适应，从而将信号传输期间的功率损耗考虑在内的所述数字信号处理模块。

7.如先前权利要求所述的收发机，其特征在于，所述数据传输链包括：

-数字信号处理模块；

-数模转换模块；

-防混叠滤波器；

-放大器；

-保护性电阻器，以及

-耦合设备。

8.如权利要求6或7中的任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述数据接收链包括：

-耦合设备；

-带通滤波器；

-可变增益放大器；

-模数转换模块；

-开关，以及

-数字信号处理模块。

9.如权利要求6至8中的任一项权利要求所述的收发机，其特征在于，所述开关包括：

-自所述传输链的以下构成元件之一上游连接的端子（1）：位置（8）处的保护性电阻器、位置（9）处的放大器、或位置（10）处的防混叠滤波器，以及

-自所述接收链的带通滤波器上游连接（11）的端子（4、5、6）。

10.如权利要求6至9中的任一项权利要求所述的收发机，其特征在于，包括适于控制所述开关的连接器（12、13、14）的激活的控制模块。

11.如先前权利要求所述的设备，其特征在于，所述控制模块与用于测量所述数字信号处理模块所接收的信号的模块相接合，从而根据所述开关的连接器（12、13、14）的激活来确定每一个接收到的信号的电压（V_Ref、V_Ana）。

12.如权利要求6至11中的任一项权利要求所述的收发机，其特征在于，所述收发机是包括开关的载波电流调制解调器。

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