DE60207613T2

DE60207613T2 - Zeitsynchronisierung für daten, die über ein powerline-modem-netzwerk übertragen werden

Info

Publication number: DE60207613T2
Application number: DE60207613T
Authority: DE
Inventors: Robert Louis LITWIN; Kumar Ramaswamy
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: JP4360522B2; EP1464136B1; DE60207613D1; KR20040007487A; JP2005500712A; WO2002082712A2; CN100481748C; CN1630991A; BR0208321A; US6834091B2; MXPA03009069A; MY128467A; EP1464136A2; AU2002256080A1; WO2002082712A3; US20020141523A1

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Sachgebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf Stromleitungs-Modem-Netzwerke, und insbesondere auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Zeitsynchronisation für Daten in Vorrichtungen eines Stromleitungs-Modem-Netzwerks.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Stromleitungs-Modems kommunizieren durch Verwendung eines Stromnetzwerks als Übertragungsmedium. Stromleitungs-Modems werden in einer Vorrichtung verwendet, um eine Kommunikation mit einer Haupt-Vorrichtung oder einem Steuergerät zu errichten. Die auf der Stromleitung ausgeführte Kommunikation sieht die Fähigkeit irgend einer anschließbaren Vorrichtung vor, um auf dem Stromleitungs-Netzwerk zu kommunizieren. Solche Vorrichtungen auf dem Stromleitungs-Netzwerk können Daten einschließlich digital komprimierter Video- oder Bilddaten gemeinsam benutzen.
Wenn digital komprimierte Daten über ein Netzwerk übertragen werden, muss die zeitliche Synchronisation zwischen einem Sender der Daten und einem Empfänger der Daten aufrecht erhalten werden, um die Bilder mit einer richtigen Rate anzuzeigen. In konventionellen Systemen wird üblicherweise in den Datenstrom ein Zeitstempel eingefügt. Der Zeitstempel liefert eine Referenz für die Rate, mit der die Bilder angezeigt werden sollten, um die richtige Anzeigerate zu erzielen. Die Einfügung des Zeitstempels in den Datenstrom verschwendet jedoch Bandbreite, die sonst für die Übertragung von Daten verfügbar wäre.
Es gibt jedoch einen Kompromiss zwischen der Einfügung einer Frequenz und der verschwendeten Bandbreite. Die Einfügung von Zeitstempeln hält oft die Takte besser synchronisiert, aber höhere Frequenzraten erfordern mehr Bandbreite.
Daher besteht ein Bedarf für eine Datensynchronisation zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung in einem Stromleitungs-Modem-Netzwerk. Ein weiterer Bedarf besteht für die Synchronisation zwischen den Vorrichtungen, was eine größere Menge an verfügbarer Bandbreite vorsieht und die Synchronisation von Videosignalen selbst für asynchrone Vorrichtungen erlaubt.
Aus EP-A-0 998 053 ist ein Zweikanal-Transceiver bekannt, der mit zwei verschiedenen Frequenzen arbeitet. Von dem Transceiver wird ein Pilotton übertragen, wenn er den zweiten Kanal verwendet, um zu bewirken, dass die älteren Übertragungen synchronisiert bleiben.
EP-A-0 946 003 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung von Laufzeitverzögerungen und ein Verfahren zur Feststellung einer Prozessor-Takt-Drift in einem Kommunikationssystem.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zur Synchronisation eines Stromleitungs-Modem-Netzwerks für eine Mehrzahl von Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sieht eine Mehrzahl von Vorrichtungen vor, die ein Stromleitungs-Modem und eine Taktschaltung zum Synchronisieren einer Datenrate aufweisen. Das Stromleitungs-Modem erlaubt eine Datenübertragung zwischen der Mehrzahl von Vorrichtungen über ein Stromleitungs-Netzwerk auf Datenträgern. Es wird ein Synchronisationssignal über das Stromleitungs-Netzwerk übertragen.
Das Synchronisationssignal enthält einen Träger, der auf einer anderen Frequenz als die Datenträger arbeitet, und versorgt jede der Mehrzahl von Vorrichtungen mit einer Zeitreferenz, um die Datenrate zu synchronisieren.
Ein Stromleitungs-Netzwerk mit Datensynchronisation gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Mehrzahl von Vorrichtungen, von denen jede ein Stromleitungs-Modem und eine Taktschaltung zum Synchronisieren einer Datenrate aufweist. Das Stromleitungs-Modem erlaubt eine Datenübertragung zwischen der Mehrzahl von Vorrichtungen über das Stromleitungs-Netzwerk auf Datenträgern. Eine Haupt-Vorrichtung (master) weist ein Stromleitungs-Modem auf, das mit dem Stromleitungs-Netzwerk verbunden ist und enthält eine Taktübertragungs-Schaltung. Die Taktübertratungs-Schaltung erzeugt ein Synchronisationssignal über dem Stromleitungs-Netzwerk, und das Synchronisationssignal enthält einen Träger, der mit einer anderen Frequenz als die Datenträger arbeitet. Das Synchronisationssignal liefert jeder der Mehrzahl von Vorrichtungen eine Zeitreferenz, um die Datenrate zu synchronisieren.
Die Übertragung des Synchronisationssignals über eine Mehrzahl von Trägern, die mit einer anderen Frequenz als die Datenträger arbeiten, ist vorzuziehen. Der Schritt der Übertragung eines Synchronisationssignals kann den Schritt enthalten, einen laufenden Zeitstempel an die Mehrzahl von Vorrichtungen zu senden. Jede der Mehrzahl von Vorrichtungen reagiert (sounds off) dann während eines zugeordneten Zeitschlitzes, und es wird eine Fehler-Abweichung zwischen dem zugeordneten Zeitschlitz und der Reaktion (sounding off) der Vorrichtung bestimmt. Zu der Mehrzahl der Vorrichtungen wird ein Korrekturfaktor übertragen, um die Synchronisation der Taktschaltung der Vorrichtungen, die eine Fehler-Abweichung enthalten können, zu korrigieren.
Dieses und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen stellen dar:
1 ein Blockschaltbild/Flussdiagramm eines Systems/Verfahrens zum Synchronisieren eines Stromleitungs-Netzwerks gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 ein Diagramm, das die Zeitschlitzzuordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die vorliegende Erfindung synchronisiert Vorrichtungen durch Verwendung einer oder mehrerer Hilfsträger-Frequenzen, die ein Synchronisationssignal an alle Vorrichtungen in einem Stromleitungs-Modem-Netzwerk liefern. Ein Stromleitungs-Modem-Netzwerk enthält eine Mehrzahl von Stromleitungs-Modem-Vorrichtungen. Vorrichtungen, die von den Stromleitungs-Modems bedient werden, können Vorrichtungen enthalten, die Videobilder anzeigen und abspielen können. Die vorliegende Erfindung sorgt für eine Synchronisation solcher Vorrichtungen, um die richtige Anzeigerate zu gewährleisten. Durch Verwendung zusätzlicher Hilfsträger können Synchronisationssignale über das Netzwerk ohne Verminderung der Bandbreite der Daten-Hilfsträger verteilt werden.
Vorzugsweise erlauben die Synchronisationssignale verschiedenen Vorrichtungen mit verschiedenen Normen (z.B. Betriebsfrequenzen) Timing-Referenzen von demselben Synchronisations-Hilfsträger abzuleiten.
Stromleitungs-Modems kommunizieren durch Verwendung eines Strom-Netzwerks als Übertragungsmedium. Stromleitungs-Modems werden in einer Vorrichtung verwendet, um eine Kommunikation mit einer Hauptvorrichtung oder Steuereinheit zu errichten. Eine auf einer Stromleitung ausgeführte Kommunikation sieht die Fähigkeit von anschließbaren Vorrichtungen vor, auf dem Stromleitungs-Netzwerk zu kommunizieren. Stromleitungs-Vorrichtungen können Vorrichtungen sein, die Videosignale anzeigen können. Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Weg, um eine Zeitsynchronisation für Vorrichtungen vorzusehen, die digital komprimierte Videodaten oder andere Arten von Daten, die eine Zeitreferenz (z. B. MPEG-Daten für Video) benötigen, über ein Stromleitungs-Modem-Netzwerk zu übertragen. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem digital komprimierte Videosignale über ein Stromleitungs-Netzwerk übertragen werden, wird die zeitliche Synchronisation zwischen einem Sender und einem Empfänger gemäß Timing-Informationen aufrecht erhalten, die über eine Hilfsträger-Frequenz übertragen werden, um die Bilder mit der richtigen Rate anzuzeigen.
Es wird nun in größeren Einzelheiten auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugsziffern für gleiche Teile oder ähnliche Elemente in allen Ansichten verwendet werden. In 1 ist ein Blockschaltbild eines veranschaulichenden erfindungsgemäßen Netzwerks 10 dargestellt.
Ein Stromleitungs-Netzwerk 12, das ein drahtgebundenes elektrisches Stromsystem für eine Wohnung oder ein Gebäude enthalten kann, ist mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen verbunden. Diese Vorrichtungen können VCR/SVD- oder andere Medienspieler (z.B. CD und so weiter) sein, ein Fernsehempfänger, ein Monitor oder irgendeine andere Anzeigevorrichtung, die Videosignale wiedergeben kann, und die an das elektrische Stromsystem angeschlossen werden kann. Diese Liste ist nicht erschöpfend, und es können andere Vorrichtungen von der Erfindung ins Auge gefasst werden.
1 veranschaulicht ein Netzwerk mit drei Vorrichtungen. Eine Vorrichtung 14 enthält eine Haupt-Vorrichtung (master), und Vorrichtungen 16 und 18 enthalten Tochter-Vorrichtungen (slaves) (mit Tochter 1 bzw. Tochter 2 bezeichnet). Jede der Vorrichtungen 14, 16 und 18 enthält ein Stromleitungs-Modem 20. Jedes Modem kann über das Stromleitungs-Netzwerk 12 kommunizieren, das eine Kommunikation zwischen den Vorrichtungen 16 und 18 selbst und/oder der Hauptvorrichtung 14 erlaubt. Jede der Vorrichtungen 16 und 18 enthält eine Taktsynchronisations-Schaltung 22, und die Hauptvorrichtung 14 enthält eine Taktsynchronisations-Schaltung 24. Jedes Netzleitungs-Modem 20 enthält einen Sender/Empfänger 26, der Daten auf vorbestimmten Daten-Hilfsträger-Frequenzen oder Daten-Hilfsträgern 28 sendet und empfängt.
Netzleitungs-Modems 20 verwenden ein Mehrträger-Modulations-format, in dem Daten auf mehreren Daten-Hilfsträgern 28 gleichzeitig übertragen werden. Ein solches Format gibt Modems 20 die Fähigkeit, Hilfsträger abzuschalten, die Störungen empfangen. Anstatt einen Zeitstempel in den Datenstrom selbst einzufügen, verwendet die Erfindung einen vollständig getrennten Hilfsträger oder Synchronisationsträger 30 (oder Gruppen von Hilfsträgern, falls einer durch Störungen verloren geht), um die zeitliche Synchronisation von verschiedenen Vorrichtungen auf dem Stromleitungs-Netzwerk 12 zu handhaben. Da Modems mehrere Hilfsträger verwenden können, kann vorteilhafterweise eine Hinzufügung oder die zugeordnete Verwendung eines vorhandenen Hilfsträgers zur Synchronisation in vorhandenen Systemen leicht auszuführen sein.
Die Takt-Synchronisations-Schaltung 24 erzeugt den Synchronisationsträger 30. Taktschaltungen 22 warten auf den Synchronisationsträger 30 und verwenden das Signal, um von dem Empfänger 26 empfangene Daten zu synchronisieren. Ein besonderes nützliches Merkmal der vorliegenden Erfindung erlaubt asynchronen Vorrichtungen synchronisierte Videosignale anzeigen zu können. Wenn zum Beispiel MPEG-Synchronisation bei einem Synchronisations-Hilfsträger 30 erfolgt, der von den Daten getrennt ist, bedeutet dies, dass Vorrichtungen (z.B. die Vorrichtungen 16 und 18), die Daten mit verschiedenen Raten verarbeiten können, während alle Vorrichtungen auf den Synchronisations-Hilfsträger 30 warten, um Timing-Informationen abzuleiten, die verwendet werden, um die MPEG-Videosignale wiederzugeben. Andere mögliche Datenformate sind Video-, Audio- oder andere Anwendungen.
In 2 mit forgesetztem Bezug auf 1 verwendet eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine geschlitzte Zeitstruktur nur bei dem Synchronisations-Hilfsträger 30. Die Tabelle in 2 zeigt Zeitschlitze 1 bis 5 für die Hauptvorrichtung 14 und die Tochtervorrichtungen 1 und 2 (16 bzw. 18). Dieses veranschaulichte Beispiel ist ein Netzwerk mit einer Haupt- und zwei Tochtervorrichtungen; jedoch wird ein Netzwerk mit mehreren Töchtern und sogar ein hierarchisches System von Hauptvorrichtungen ins Auge gefasst. Die Hauptvorrichtung (14) sendet einen Zeitstempel während eines Schlitzes (Schlitz 1) aus, um eine Referenz für die Töchter (16 und 18) zu erzeugen. Jede Tochter spricht dann auf die Hauptvorrichtung während des der Tochter zugeordneten Zeitschlitzes an. Bei diesem Beispiel ist der Zeitschlitz der Tochter 1 der Schlitz 2, während der Zeitschlitz der Tochter 2 der Schlitz 3 ist. Infolge möglicher Abweichungen in ihren Takten können die Töchter 1 und 2 in ihrer Reaktion (sounding off) entweder früh oder spät sein. Synchronisationsfehler manifestieren sich selbst bei Verwendung dieses Reaktionsverfahrens. Der Fehler kann als Offset zwischen dem Zeitschlitz-Startpunkt der Tochter und dem aktuell übertragenen Reaktions-Startpunkt bestimmt werden, was durch die Fehler 54 und 56 angezeigt wird. Aufgrund von möglichen Fehlern 54 und 56 sendet die Hauptvorrichtung dann jeder Tochter einen Korrekturfaktor 58 und 60 zu, um den Takt von Tochter 1 und 2 einzustellen. Die Korrekturfaktoren werden während zugeordneten Schlitzen, z.B. den Schlitzen 4 und 5, gesendet. Vorrichtungen mit unterschiedlichen Normen, z.B. unterschiedlichen Betriebsfrequenzen oder unterschiedlichen Synchronisationsbedürfnissen dürfen eine Timing-Referenz von dem Synchronisations-Hilfsträger(n) 30 ableiten. Außerdem können Informationen auf jedem Synchronisations-Hilfsträger 30 synchron mit den Informationen auf den Daten-Hilfsträgern 28 sein. Dies erlaubt sowohl schnellen als auch langsamen Vorrichtungen, dieselbe Zeitbasis-Referenz zu verwenden.
Jede Vorrichtung in dem System kann eine Taktauflösung haben, die sich von einer synchronisierenden Hilfsträger-Frequenz unterscheidet. Während der Synchronisations-Hilfsträger eine bestimmte Auflösung vorsieht, vorzugswei se die höchste Auflösung in dem System, können die Vorrichtungen selbst einen Mechanismus haben, um diese Informationen zu interpretieren, um ihre eigenen Takte zu aktualisieren, die eine andere Auflösung haben können. Bei einer Ausführungsform kann dies durch Fallenlassen der Bits niedrigerer Ordnung erzielt werden, die die Auflösung des Taktsignals spezifizieren.
Viele Stromleitungs-Modems verwenden ein Mehrträger-Modulations-Format. Ein mögliches Verfahren ist die Verwendung eines orthogonalen Frequenz-Multiplex (OFDM), obwohl andere Mehrträger-Modulations-Schemata ebenso gut verwendet werden können. Je nach Ausführung können die Hilfsträger für solche Systeme in Frequenzbereichen zwischen etwa 1 und etwa 30 MHz liegen. Die Hilfsträger können zwischen jedem Frequenzintervall einen Abstand aufweisen, jedoch ist eine solche Ausführung nicht erforderlich. Mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fügen einen oder mehrere zusätzliche Hilfsträger bei dem nächsten verfügbaren Fequenzintervall (Frequenzintervallen) für Synchronisationszwecke hinzu oder ordnen alternativ mehrere Daten-Hilfsträger für Synchronisationszwecke zu.

Claims

Verfahren zum Synchronisieren eines Stromleitungs-Netzwerks (10) für eine Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) umfassend die Schritte: Vorsehen einer Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18), von denen jede ein Stromleitungs-Modem (20) und eine Taktschaltung (22) zur Synchronisation einer Datenrate aufweist, wobei das Stromleitungs-Modem (20) eine Datenübertragung zwischen der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) über das Stromleitungs-Modem-Netzwerk (10) auf Datenträgern (28) erlaubt; und Übertragen eines Synchronisationssignals über das Stromleitungs-Netzwerk (10), wobei das Synchronisationssignal an jede der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) eine Zeitreferenz liefert, um die Datenrate zu synchronisieren, wobei das Synchronisationssignal ein Träger (30) ist, der auf einer Frequenz arbeitet, die sich von den Datenträgern (28) unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Synchronisationssignal-Träger (30) eine geschlitzte Zeitstruktur mit Zeitschlitzen aufweist, die der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) zum Ansprechen auf das Synchronisationssignal zugeordnet sind, und wobei jede der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) während eines entsprechenden zugeordneten Zeitschlitzes auf dem Synchronisationssignal-Träger (30) reagiert (sounds off), um die Synchronisation anzuzeigen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Übertragung eines Synchronisationssignals die Übertragung des Synchronisationssignals über eine Mehrzahl von Trägern (30) enthält, die mit einer anderen Frequenz als die Datenträger (28) arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Übertragung eines Synchronisationssignals den Schritt des Sendens eines laufenden Zeitstempels an die Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt der Bestimmung einer Fehlerabweichung zwischen dem einer Vorrichtung (16, 18) zugeordneten Zeitschlitz und dem Reagieren (sounding off) der Vorrichtung (16, 18) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt der Übertragung eines Korrekturfaktors an jede der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) umfasst, um die Synchronisation der Taktschaltung (22) von allen Vorrichtungen (16, 18), die Fehlerabweichungen enthalten, zu korriegieren.
Stromleitungs-Netzwerk (10) mit Datensynchronisation, umfassend: eine Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18), die jeweils ein Stromleitungs-Modem (20) und eine Taktschaltung (22) aufweisen, um eine Datenrate zu synchronisieren, wobei das Stromleitungs-Modem (22) eine Datenübertragung zwischen der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) über das Stromleitungs-Netzwerk (10) auf Datenträgern (18) erlaubt; und eine Hauptvorrichtung (14), die ein Stromleitungs-Modem (20) aufweist, das mit dem Stromleitungs-Netzwerk (10) verbunden ist und eine Taktübertragungs-Schaltung (24) zur Erzeugung eines Synchronisations signals und zur Übertragung des Synchronisationssignals über das Stromleitungs-Netzwerk (10) enthält; wobei das Synchronisationssignal jede der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) mit einer Zeitreferenz zum Synchronisieren der Datenrate versorgt, wobei das Synchronisationssignal ein Träger (30) ist, der mit einer anderen Frequenz als die Datenträger (28) arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Synchronisationssignal-Träger (30) eine geschlitzte Zeitstruktur mit Zeitschlitzen aufweist, die der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) zum Ansprechen auf das Synchronisationssignal zugeordnet sind, und wobei die Vorrichtungen (16, 18) Mittel aufweisen, um während eines entsprechenden zugeordneten Zeitschlitzes auf dem Synchronisationssignal-Träger (30) zu reagieren (sound off), um die Synchronisation anzuzeigen.
Netzwerk nach Anspruch 6, bei dem das Synchronisationssignal eine Mehrzahl von Trägern (30) enthält, die mit anderen Frequenzen als die Datenträger (20) arbeiten.
Netzwerk nach Anspruch 6, bei dem das Synchronisationssignal einen laufenden Zeitstempel enthält, um jede der Mehrzahl von Vorrichtungen (16, 18) zum Reagieren während des entsprechenden zugeordneten Zeitschlitzes zu veranlassen.
Netzwerk nach Anspruch 18, das ferner Mittel umfasst, um jeder Vorrichtung (16, 18) durch die Hauptvorrichtung (14) einen Korrekturfaktor zu senden, um die Synchronisation der Taktschaltung (22) jeder Vorrichtung (16, 18) zu korrigieren, die Fehler-Abweichungen enthält, wobei die Fehler-Abweichung eine Differenz zwi schen einem einer Vorrichtung (16, 18) zugeordneten Zeitschlitz und dem Reagieren der Vorrichtung (16, 18) ist.