CN103733529B - 电力线通信调制解调器、电力线通信系统及电力线通信方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种电力线通信调制解调器，包括：发射器，被配置为经由电力线向另外的电力线通信调制解调器发射在多个载波中的至少一个载波上的电力线信号；以及处理器，被配置为向多个载波中的个体载波分配发射功率，其中，位于第一频率范围内的个体载波的发射功率的总和低于或等于第一频率范围的第一预定功率最大值。还提供了相应的电力线通信系统和电力线通信方法。

Description

电力线通信调制解调器、电力线通信系统及电力线通信方法

技术领域

本发明涉及电力线通信调制解调器、电力线通信系统以及电力线通信方法。

背景技术

电力线通信（PLC），又称为电源通信、电力线传输（PLT）、宽带电力线（BPL）、功率带或电力线联网（PLN），是描述使用配电线来同时分配数据的方法的术语。载波可以通过在标准的50Hz或60Hz交流电（AC）上叠加模拟信号来传递语音和数据。对于室内应用，PLC设备可以将家用电力配线用作传输介质。

电力线通信（PLC）可能会干扰固定的无线电广播或其他的外部传输。现如今，PLC调制解调器或PLC装置具有业余无线电频段的固定陷波滤波器。固定陷波滤波器可实现为具有高抑制和非常陡的斜坡。

动态陷波或智能陷波的概念使得PLC调制解调器能够检测在3MHz与30Mhz之间的短波频率范围内的固定无线电广播站的进入。出版物ETSI TS 105 578;Power lineTelecommunications;″Coexistence between PLT modems and short wave radiobroadcasting services″;ETSI 2008描述自适应频率陷波技术，其在一方面对数据生产量和QoS（服务质量）要求具有最小的影响，并且在另一方面拒绝在PLT（电力线电信）和短波无线电广播之间的干扰。

现如今，PLC调制解调器仅以非常有限的功谱密度（PSD）来使用大于30MHz的频率范围。然而，为了达到较高的数据速率或覆盖度，预见到在那些频率中启用PLC的较高的馈电限制。因而，有高可能性观察到来自PLC的对调频（FM）无线电广播的干扰。

需要改善现有技术的电力线通信调制解调器和系统以便减少对在大于30MHz的频率范围内发射和接收的信号的影响。

该目的分别通过根据本发明的电力线通信调制解调器、电力线通信系统和电力线通信方法来解决。

根据以下实施方式的描述连同附图，本发明的细节将变得更加明显。

附图说明

图1为示出根据实施方式的电力线通信调制解调器的示意框图。

图2为根据另外的实施方式的操作电力线通信系统的方法的简化流程图。

图3为示出根据实施方式的电力线通信系统的示意框图。

图4为用于接收FM无线电广播的现有技术超外差接收器的示意框图。

图5为用于评估带外PLC干扰对FM无线电接收的影响的测试布置的示意框图。

图6为描述引起对FM无线电接收的干扰的在图5的测试布置中使用的信号的频率扫描。

具体实施方式

在下文中，描述了本发明的实施方式。重要的是，应注意所有描述的实施方式可以以任何方式结合，即，并没有某个所描述的实施方式不可以与其他的结合的限制。

在图1中，描述了电力线通信调制解调器105的示意框图。电力线通信调制解调器105包括发射器110，适配于将电力线120上的电力线信号发射至未示出的另外的电力线通信调制解调器。在多个载波中的至少一个载波上传输电力线信号。

在PLC系统中，电力线信号通常是OFDM（正交频分复用）调制的，即，多个载波或子载波被用于发射有效载荷信号。OFDM是使用大量密集间隔的正交载波或子载波的多载波调制方案。用传统的调制方案（诸如正交调幅（QAM））以低符号率调制各个载波或子载波，保持数据率在相同带宽中与传统的个体载波调制方案相似。实际上，使用快速傅里叶变换（FFT）算法生成OFDM信号。OFDM对于单载波方案的主要优势在于其处理严重的信道状态的能力，例如在没有复杂均衡滤波器的情况下，处理由于多径传输导致的长铜线处的高频衰减、窄带干扰和频率选择性衰落的能力。载波可用不同的星座调制以便使用不同的信道状态。当例如高信噪比（SNR）的良好信道状态可用时，可使用高星座，低星座可用于例如低SNR的较差信道状态。

电力线通信调制解调器105还包括处理器130。处理器130适配于将发射功率分配至多个载波中的个体载波，其中，位于第一频率范围内的个体载波的发射功率的总和低于或等于第一频率范围的第一预定功率最大值。

第一预定功率最大值可预先存储在电力线通信调制解调器105中（例如，在分开的存储单元中）并被选择使得一起使用或同时使用的个体载波的发射功率的总和足够低以确保在FM调制频率范围内的无线电广播的接收的干扰（例如，在87MHz与108MHz之间）是可以忽略的。

选择第一频率范围以便顾及所谓的“带外”干扰，即第一频率范围通常大于不应被扰乱的频率范围。例如，第一频率范围可能大于30MHz。在这种情况下，第一预定最大功率值将对频率大于30MHz的所有载波的总和的提供发射功率的限制。发射功率的总和也可称为第一频率范围内的“总”发射功率或发射功率的“总量”。

在另外的实施方式中，处理器130可被进一步配置成向位于第二、第三或另外的频率范围内的多个载波中的个体载波分配发射功率，其中位于第二、第三或另外的频率范围内的个体载波的发射功率的总和低于或等于第二、第三、或另外的频率范围内的第二、第三或另外的预定功率最大值。

例如，第二预定最大值也可预先存储在电力线通信调制解调器105中（例如，在未示出的存储单元中）并对允许在第二频率范围内一起或同时使用的载波的发射功率的总和提供限制。第二频率范围可以是例如FM调制的无线电广播所处于的87MHz与108MHz之间的频率范围，使得对该特定区域，可以保证极低的发射功率。

然而，另外的频率范围的另外的预定功率最大值可由处理器130定义、存储并考虑，以分配在另外的频带中的载波的发射功率。如果例如知道某频率范围更加严重地干扰无线电广播，则该某频率范围的相应预定功率最大值应当低于具有较低干扰的其他频率范围。

图2中示出了相应电力线通信方法的简单流程图。

在步骤S200中，对多个载波中的个体载波分配发射功率，其中位于第一频率范围内的个体载波的发射功率的总和低于或等于第一频率范围的第一预定功率最大值。

在步骤S202中，用在步骤S200中确定的发射功率在多个载波中的至少一个载波上将电力线信号经由电力线发射至电力线通信调制解调器。

在图3中，描述了根据另外的实施方式的电力线系统300的示意框图。电力线系统包括经由电力线120连接的电力线调制解调器105和另外的电力线通信系统305。当然，经由电力线120连接的另外的电力线通信调制解调器或另外的电力线（未示出）也可以是电力线系统300的一部分。

另外的电力线通信调制解调器305也包括适于经由电力线120发射电力线信号的发射器310和适于以与电力线通信调制解调器105的处理器130相同的方式分配载波的发射功率的处理器330。

此外，电力线通信调制解调器105包括适于接收从另外的电力线通信调制解调器305的发射器310发射的电力线信号的接收器140。另外的电力线通信调制解调器305包括适于接收从电力线通信调制解调器105的发射器110发射的电力线信号的接收器340。

通过电力线通信调制解调器、电力线通信系统和电力线通信方法，可以减少FM无线电广播的接收的干扰。

现如今调节PLC/PLT/BPL应用以将馈电PSD（功谱密度）限定到某个值，从而不会对使用相同频率的装置引起任何干扰。现如今，PLC主要使用从2MHz到30MHz的频率。永久陷波或动态陷波被插入到所分配的PLC频谱以向无线电业务提供特殊的保护。当将PLC调制解调器的允许频率范围扩大到大于30MHz时，有干扰FM无线电业务的风险。即使FM无线电广播频谱（频带II从87MHz到108MHz）中存在深陷波，也可能会发生来自PLC的干扰。

通常经由图4中示意性示出的超外差接收器400接收FM无线电广播。超外差接收器400包括天线410、第一放大器420、本机振荡器430、第一混频器440、滤波器450、第二放大器460、解调器470和第三放大器480。

在第一放大器420中来自天线410的信号被放大。在超外差接收器400中的本机振荡器430产生正弦波，该正弦波在混频器440中与该信号混频，将该信号转换成特定的中频（IF），通常是更低的频率。IF信号本身被滤波器450过滤并被第二放大器460放大。解调器470使用IF信号而不是初始无线电频率来再创造初始调制（诸如音频）的副本，其可以被第三放大器480放大。

原则上，在第一放大器420之前，可只执行简单的滤波以抑制镜像频率，但是主要的滤波步骤在中频范围由滤波器450执行。因此，第一放大器420以及混频器440接收FM无线电广播接收的频率范围外（“带外”）的信号。那些由天线410获取的带外信号可使第一放大器420或混频器440过载从而干扰FM无线电广播的接收。

即使FM频率由PLC陷波，对FM无线电接收的干扰也是明显的。图5中示出的实验设置500可用于描述该影响。

噪声发生器510（相当于PLC调制解调器）供给能量。FM带隙滤波器520去除FM频率内的所有能量。带外能量在同轴T连接器530中被加到无线电广播信号并且被转发至FM无线电接收器540的外部天线输入。第一分级衰减器I550连接在FM带隙滤波器520和同轴T连接器530之间并且第二分级衰减器S560连接在用于接收宽带无线电信号的天线570和同轴T连接器530之间。

测试如下进行：

●调谐到任何FM无线电业务（在87MHz<f<108MHz内）

●调整分级衰减器S560以得到敏感的、几乎不可接收的FM服务

●降低分级衰减器I550直至在FM服务中的干扰是明显的

●使用频谱分析仪验证两个信号的电平。

因此，即使在FM频带没有干扰信号，在无线电中的FM音频质量的降级也是明显的。

图6示意性地示出了引起对在测量设置500的信号中使用的FM无线电接收的干扰的信号。频带II（87MHz到107MHz）被陷波。

低于80MHz或高于108MHz的频率中的强带外能量致使FM无线电540中的未滤波的或宽带的接收单元（放大器、混频器等）溢出（overflow）。

因此，根据本发明的实施方式的电力线通信调制解调器、电力线通信系统和电力线通信方法限制了来自PLC的带外辐射的总能量。

将PLC传输的PSD限制为低值是不够的，因为PLC调制解调器将明显丢失它们的应用范围。PLC需要高PSD从而以高可能性到达室内的所有插座。大的频率分配使得能够实现高的PLC数据吞吐率。

根据另外的实施方式，电力线通信调制解调器105、305的处理器130、330可能会在高覆盖度和数据吞吐量之间权衡，这取决于它们的应用和在调制解调器之间的信道。

当以良好覆盖度（保证全信道的最低吞吐率）为目标时，电力线通信调制解调器105、305的处理器130、330在更高的PSD的情况下分配更少的频率。

当以高数据速率（例如经由室内的短连接）为目标时，电力线通信调制解调器105、305的处理器130、330在减少的PSD的情况下分配全部频率。

控制馈送功率的总传输以不超过给定的限制，即，预定的功率最大值P=分配的带宽*PSD。总功率限制P是所分配的带宽（BW）乘以PSD。

电力线通信调制解调器105、305的处理器130、330可将总分配频谱（所有的载波）降低至低PSD或其可仅降低某些载波的PSD。

根据另外的实施方式，处理器130、330可通过评估在相应接收器140、340接收的电力线信号来确定网络中的电力线120上的载波的信道状态。信道状态可以是例如信噪比SNR或者任何其他可能的信道状态（误比特率等）。

当向其他电力线通信调制解调器发射功率信号时，处理器130、330能够使用信道状态本身来分配载波的发射功率。此外，信道状态可经由发射器反馈至电力线系统中的其他的电力线通信调制解调器，使得那些其他的电力线通信调制解调器也可考虑反馈信道状态。

在另外的实施方式中，处理器130、330被进一步被配置为降低以下载波的发射功率，这些载波的所接收的信道状态表示所接收的信道状态比在另外的电力线通信调制解调器305处接收最大OFDM星座所需的信道状态好。具有比最大可能的OFDM星座所需的更好的SNR的载波可被降低而不损失数据速率。

在另外的实施方式中，处理器130、330被进一步配置为降低以下载波的发射功率，这些载波的所接收的信道状态表示在接收器处接收的功率电平高于其他载波的功率电平。可在发射侧减少在接收器处具有高电平的载波（由于衰落信道的可变化衰减）以便在接收器处生成平坦的频谱。因此，正在接收的PLC调制解调器可提高接收放大器的增益以获取对于所有载波都具有增加的SNR的信道。接收器的自动增益控制（AGC）可能在不产生剪波的情况下使用较高的值。

在另外的实施方式中，处理器130、330被进一步配置为忽略以下载波（即对这些载波分配零发射功率），这些载波的所接收的信道状态表示信道状态不足以在另外的电力线通信调制解调器305处接收最低可能的OFDM星座。可以忽略那些以如此低的信号电平接收，使得SNR小于最低可能的星座所需的SNR的载波。忽略它们减少了馈给能量而非吞吐率。

在另外的实施方式中，处理器130、330被进一步配置成忽略以下载波（即向这些载波分配零发射功率），这些载波的所接收的信道状态表示信道状态劣于其他载波。因此，在高位载荷的载波被忽略之前，提供低位载荷和吞吐量的具有低SNR的载波应当被忽略以优化数据吞吐量。

根据无线电接收器的接收质量，要反馈的总能量或功率对于各个频带来说可以是独立。例如，在无线电接收器对更接近FM无线电频谱的频率的带外干扰更敏感的情况下，在80MHz和87MHz之间的频率范围内的载波可能具有比在73MHz到80MHz的频率范围内的载波更低的分配总功率。

对于馈送至大于FM无线电频谱（f>107MHz）的频率范围内的PLC信号，可存在单独的限制。

Claims (15)

1.一种电力线通信调制解调器，包括：

发射器，被配置为经由电力线向另外的电力线通信调制解调器发射在多个载波中的至少一个载波上的电力线信号；以及

处理器，被配置为将发射功率分配至位于第一频率范围内的所述多个载波中的个体载波，其中，所述位于第一频率范围内的个体载波的所述发射功率的总和低于或等于所述第一频率范围的第一预定功率最大值，并且所述发射功率是基于所述第一频率范围的无线电广播干扰值而确定的。

2.根据权利要求1所述的电力线通信调制解调器，其中，所述第一频率范围大于30MHz。

3.根据权利要求1或2所述的电力线通信调制解调器，其中，所述处理器被进一步配置为向位于第二、第三或另外的频率范围内的所述多个载波中的个体载波分配发射功率，其中，位于所述第二、第三或另外的频率范围内的个体载波的所述发射功率的总和低于或等于所述第二、第三或另外的频率范围内的第二、第三或另外的预定功率最大值。

4.根据权利要求3所述的电力线通信调制解调器，其中，所述第二频率范围在87MHz与108MHz之间。

5.根据权利要求4所述的电力线通信调制解调器，其中，所述处理器被进一步配置为向所有的所述载波分配相同的发射功率。

6.根据权利要求4所述的电力线通信调制解调器，其中，所述处理器被进一步配置为向所有的所述载波的子组分配减少的发射功率。

7.根据权利要求6所述的电力线通信调制解调器，进一步包括接收器，被配置为接收来自所述另外的电力线通信调制解调器的电力线信号，其中，所述处理器被进一步配置为基于所接收的电力线信号确定所述载波的信道状态。

8.根据权利要求7所述的电力线通信调制解调器，其中，所述处理器被进一步配置为减少所述信道状态表示所接收的信道状态比在所述另外的电力线通信调制解调器处接收的最大OFDM星座所需的更好的载波的所述发射功率。

9.根据权利要求7或8所述的电力线通信调制解调器，其中，所述处理器被进一步配置为减少所述信道状态表示在所述接收器处接收的功率水平比其他载波的更高的载波的所述发射功率。

10.根据权利要求9所述的电力线通信调制解调器，其中，所述处理器被进一步配置为忽略所述信道状态表示所述信道状态不足以在所述另外的电力线通信调制解调器处接收最低可能的OFDM星座的载波。

11.根据权利要求10所述的电力线通信调制解调器，

其中，所述处理器被进一步配置为忽略所述信道状态表示所述信道状态比其他载波的更差的载波。

12.一种电力线通信系统，包括至少两个根据权利要求1至11所述的电力线通信调制解调器，所述电力线通信系统经由电力线连接。

13.一种电力线通信方法，包括：

向位于第一频率范围内的多个载波中的个体载波分配发射功率，其中，所述位于第一频率范围内的个体载波的所述发射功率的总和低于或等于所述第一频率范围的第一预定功率最大值，并且所述发射功率是基于所述第一频率范围的无线电广播干扰值而确定的；以及

用所分配的发射功率经由电力线向电力线通信调制解调器发射在所述多个载波中的至少一个载波上的电力线信号。

14.根据权利要求13所述的电力线通信方法，进一步包括：

向位于第二频率范围内的个体载波分配发射功率，其中，位于第二频率范围内的个体载波的所述发射功率的总和低于或等于所述第二频率范围的第二预定功率最大值。

15.根据权利要求13或14所述的电力线通信方法，进一步包括：

确定来自所述电力线通信调制解调器的所述个体载波的信道状态；并且

基于所述信道状态向所述个体载波分配所述发射功率。