專利名稱：通過載波電流傳輸數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過載波電流傳輸數(shù)據(jù)的領(lǐng)域。
本發(fā)明尤其涉及一種傳輸數(shù)據(jù)的方法和實施OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)的一種調(diào)制解調(diào)器。
由歐洲的專利申請EP 1 011 235 (Nortel)構(gòu)成的現(xiàn)有技術(shù)公開一種在載波電流上應(yīng)用OFDM的通訊系統(tǒng)。通過輸入信號的限幅(clipping)增強噪聲控制。
作為現(xiàn)有技術(shù)的歐洲專利申請EP 1 014 640 (Nortel)還公開一種采用了該OFDM技術(shù)的通訊系統(tǒng)。這些技術(shù)方案是為了造成在該基站和從屬站之間的同步，再補充了特別的符號和并使用了更長的保護(hù)。
在PCT WO 01/95518(Conexant)專利申請中提出了用于在載波電流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中雙頻帶調(diào)制的方法和裝置。該發(fā)明采用了OFDM技術(shù)且可以靜態(tài)方式從一頻帶傳送到另一頻帶。
在歐洲的專利申請EP 1 018 826 (PolyTrax)中還提出了在采用了OFDM技術(shù)的載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法。在該發(fā)明中，通過在時間信號上設(shè)置一非矩形窗(去除二個載波之一)改進(jìn)了信號，通過安裝一個其系數(shù)給定的濾波器來改進(jìn)信號。
作為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利US 5 610 908 (BBC)還公開一種可降低峰值平均比(peak to mean ratio)的系統(tǒng)。
由作為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利US 6 473453(Secrétariat d’Etat àlaDéfense Britannique)還公開一種實施八信道多路復(fù)用傳輸技術(shù)方案的高頻通訊系統(tǒng)。這八個信道容納頻率擴展的信號。這種解決方案對于抑制有關(guān)狹窄頻帶上的干擾特別有效。
作為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利US 5 684 450 (Norweb)還公開一種在載波電流上采用OFDM技術(shù)的電力傳輸網(wǎng)，包括實施濾波和用于引入大于1MHz的信號的模擬部分，設(shè)計了用于計算良好阻抗的終端裝置。
作為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利US 6 282 405 (Norweb)還公開一種以非常普遍的方式實施該OFDM技術(shù)的電力分配與遠(yuǎn)程通訊的混和網(wǎng)。
作為現(xiàn)有技術(shù)的美國專利US 6 456 657 (Bell Canada)還公開一種實施該OFDM技術(shù)的濾波器組系統(tǒng)。該系統(tǒng)可分解一大頻帶系統(tǒng)，在該信道上對每個子頻帶進(jìn)行多路復(fù)用，且接收時重建該信號。
由PCT專利申請WO 02/51089(Conexant)的現(xiàn)有技術(shù)還公開一種在該載波電流上采用OFDM技術(shù)的周期性噪聲同步系統(tǒng)。該發(fā)明的目的是在兩個噪聲峰值之間傳輸數(shù)據(jù)符號。
由美國專利US 6 373 377的現(xiàn)有技術(shù)還公開一種用于傳輸數(shù)據(jù)的帶耦合的供電系統(tǒng)。
在現(xiàn)有技術(shù)中還己知，美國專利US 6249 213 (INTEL)“Method fortransmitting information over an alternating current power linethrough a plurality of frequency orthogonal subchannels”(通過多個正交頻率子信道在交流電路中傳輸信息的方法)。在該美國專利中的實施方式中描述了一種通過交流電路傳輸信息的方法。用于傳輸信息的頻率信道被選擇并分解為多個正交頻率的子信道。測試每個正交頻率的子信道以便確定一個傳輸特征值，該值又用來確定正交頻率子信道的傳輸比特密度。信息被分為多個子數(shù)據(jù)塊。每個子數(shù)據(jù)塊相應(yīng)于正交頻率信道中的一個，且每個子數(shù)據(jù)塊的大小以相應(yīng)的傳輸比物密度為基礎(chǔ)確定。每個子數(shù)據(jù)塊被調(diào)制以通過相應(yīng)的正交頻率的子信道進(jìn)行傳輸。每個數(shù)據(jù)的子模塊幾乎都是通過相應(yīng)的正交頻率的子信道同步進(jìn)行傳輸?shù)摹?br> Intel的該美國專利US 6249 213尤其涉及在電力線路上傳輸數(shù)據(jù)。但是，但是其完全沒有涉及動態(tài)激活和分配子頻帶所需的步驟。這些步驟在根據(jù)本發(fā)明的方法中是非常重要的。不僅如此，實現(xiàn)基于每個子頻帶的計算與基于其它子頻帶的計算是完全獨立的這種方式完全沒有出現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中。
本發(fā)明通過將所述頻帶分割為N個子頻帶(N為大于等于2的整數(shù))、且基于每個子頻帶進(jìn)行的計算獨立于基于其它子頻帶進(jìn)行的計算以及通過一軟件工具以動態(tài)方式激活所述子頻帶來克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。此外，通過使用OFDM符號的大小為小于512的載波而使OFDM符號的同步保持簡單而低成本。
為此，本發(fā)明涉及一種采用頻帶在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括·將所述頻帶分割為N個子頻帶，N為大于等于2的整數(shù)；·在每個所述子頻帶上實施OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)；·基于每個子頻帶進(jìn)行計算操作；其特征在于，·基于每個子頻帶進(jìn)行的計算獨立于基于其它子頻帶執(zhí)行的計算；·所述子頻帶以動態(tài)方式被激活和分配。
根據(jù)一種特定的實施方式，子頻帶N的數(shù)目等于7。
根據(jù)一種特定的實施方式，所述OFDM符號的大小等于256個載波。
根據(jù)一種優(yōu)選變型，所述子頻帶通過軟件工具以動態(tài)方式被激活和分配。
根據(jù)另一種優(yōu)選變型，所述子頻帶通過物理裝置(un moyenmatériel)以動態(tài)方式被激活和分配。
本發(fā)明還涉及實施所述方法的一種調(diào)制解調(diào)裝置，包括濾波裝置，F(xiàn)FT計算裝置，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置，放大裝置和子頻帶的激活和分配裝置。
通過對下述結(jié)合附圖對作為非限定性實施例的一種實施方式的描述，可以更好的理解本發(fā)明，附圖如下-

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的方法的總體原理；
-圖2表示接收器的模擬部分；-圖3表示頻帶說明；-圖4示出該分析濾波器組(banc du filtre d′analyse)的狀態(tài)；-圖5示出在一子頻帶上的同步流；-圖6示出幀符號相關(guān)原理；-圖7表示同步塊狀態(tài)；-圖8示出頻率錯誤的平均和糾錯原理；-圖9表示在子頻帶上的解調(diào)流；-圖10示出在子頻帶上的調(diào)制結(jié)構(gòu)；和-圖11表示該發(fā)送的模擬部分。
根據(jù)本發(fā)明的方法是以用于在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的頻帶的使用為基礎(chǔ)的。一非限定性的實施例包括采用1，6MHz至30MHz的頻帶。根據(jù)本發(fā)明的方法的原理是將該頻帶分割成多個子頻帶(兩個或更多)，以動態(tài)方式獨立且激活每個子頻帶，在每個子頻帶使用OFDM技術(shù)。
在載波電流上的傳輸采用高級信號處理技術(shù)，通過電容或電感耦合調(diào)制在電力供電線路上調(diào)制授權(quán)頻率(例如1.6MHz至30MHz)。采用這種耦合以便一方面高頻信號(大于50Hz)和低電壓可在供電線路上傳輸，且另一方面在這些電纜中的高頻信號可在該系統(tǒng)內(nèi)被還原。
對于接收來說，被調(diào)制的信號在該電線中被還原，其粗略地進(jìn)行濾波然后放大，之后被數(shù)字化以便根據(jù)其所被分割的子頻帶進(jìn)行分析。每個子頻帶以同樣的方法逐個地被處理。該信號是同步且多路復(fù)用的，以便消除頻率誤差，然后在頻域內(nèi)傳送。此處，可得到關(guān)于信道變化的信息以便在隨后解調(diào)時更好地糾正由于信道造成的失真。因而控制塊還原信息以便向更高層傳輸。
為了傳輸，該控制塊一個接一個地發(fā)送子頻帶數(shù)據(jù)。它們被調(diào)制，然后在時域內(nèi)傳送。然后通過合成濾波信息被轉(zhuǎn)換到其所占據(jù)的子頻帶上。此處數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換為模擬信號，濾波是為了刪除超過1，6-30MHz的成分，然后放大。最后，該信號通過耦合在電線上傳輸。
發(fā)送和接收電路相當(dāng)不同且僅僅處于管理層和耦合層，如圖1所示，在此詳細(xì)描述。
接收——模擬部分借助于用于低頻的并聯(lián)電容器和低通濾波器，該接收濾波高頻信號以只保護(hù)有用頻帶(在本發(fā)明的該實施例中為1.6-30MHz)。此處是該濾波器的特征例子-8級橢圓形濾波-0-30MHz通帶-帶阻為-50dB-通帶內(nèi)的振蕩＜1dB-通帶轉(zhuǎn)換->帶阻＜2MHz然后其以不同增益放大信號以對信號進(jìn)行動態(tài)控制。
最后，一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器可將信號數(shù)字化。
例如-14比特和64MHz圖2示出該接收器的模擬部分。
濾波信號的數(shù)字化處理的第一個步驟是濾波，這是本發(fā)明創(chuàng)新內(nèi)容的核心。在本發(fā)明的該實施例中，涉及七個子頻帶。顯然該例子不是限制性的。該濾波允許在7個不同的路徑上進(jìn)行恢復(fù)，在7個子頻帶內(nèi)容納的信號如下(TBC)·子頻帶1-2->10MHz·子頻帶22->12MHz·子頻帶36->18MHz·子頻帶410->22MHz
·子頻帶514->26MHz·子頻帶618->30MHz·子頻帶722->34MHz實施該濾波嚴(yán)格限制于信號的OFDM結(jié)構(gòu)。因而盡管未使用毗鄰子頻帶內(nèi)的載波，還是允許在不同的子頻帶之間有重疊。這個小訣竅可降低濾波的復(fù)雜性，完全保持頻譜的高效能。此處在每個子頻帶所用的頻率為·子頻帶12->6MHz·子頻帶26->10MHz·子頻帶310->14MHz·子頻帶414->18MHz·子頻帶518->22MHz·子頻帶622->26MHz·子頻帶726->30MHz圖3示出不同的頻帶。
濾波是通過一個分析濾波器組實現(xiàn)的。該結(jié)構(gòu)可將7個子頻帶中的每個頻帶的信號分割開且在低頻帶上進(jìn)行傳輸?？傤l帶的八個采樣允許按子頻帶采樣，濾波后其被實時(en temps)多路復(fù)用。
圖4示出了該分析濾波器組的組成。
同步在發(fā)射器和接收器之間的同步在各個頻帶上以獨立方式實現(xiàn)。因而采樣根據(jù)其所涉及的頻帶被一個接一個地進(jìn)行處理和保存。該同步以檢測自相關(guān)的符號和保護(hù)間隔(un intervalle de garde)為基礎(chǔ)。其可設(shè)置傅里葉變換窗以在頻域內(nèi)傳送。
圖5示出在一子頻帶上的同步流。
同步符號在幀開始發(fā)送，其包括在該時間內(nèi)重復(fù)的己知信息。對符號的一半(la moitiédu symbole)的相關(guān)處理允許在其它符號之中標(biāo)識該符號。然后，在該符號的最后，采用保護(hù)間隔，其為該符號開始部分的復(fù)制。對該保護(hù)長度的相關(guān)處理可準(zhǔn)確地找到該傅里葉變換窗。
圖6示出該幀符號的相關(guān)原理。
一旦輸入符號被接收并被檢測到，在經(jīng)過復(fù)合相乘后，該同步塊就將其發(fā)送給傅里葉變換。這樣做允許從主要在接收下游的所進(jìn)行的計算開始對時間信號進(jìn)行糾錯。在該幀開頭，不進(jìn)行糾錯。
由此，不同子頻帶的采樣此時是沒有關(guān)聯(lián)的。子頻帶256個采樣接256個采樣地一部分接一部分地被處理。
圖7示出該同步塊的組成。
傅里葉變換在一最佳實施例中，在每個子頻帶中的OFDM信號包括256個載波(porteuse)。為了符合頻帶結(jié)構(gòu)，即使只采用了128個載波，也需要進(jìn)行256個點的傅里葉變換。對于一個子頻帶內(nèi)的256個時間采樣，計算相應(yīng)于256個載波的256個頻率采樣。
這里所用的結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的，是以蝴蝶原理為基礎(chǔ)。對于256個點且其中128個點是空的來說，這種結(jié)構(gòu)對于速度和面積來說是優(yōu)選的，其可以大約256個循環(huán)的等待期(latence)進(jìn)行該計算。
頻率糾錯如大多數(shù)的通訊介質(zhì)一樣，電流會在所用頻率上造成錯誤?？赡軙胁ǚ拖辔簧系恼`差，這兩個參數(shù)在該時間域內(nèi)產(chǎn)生。為了對其糾錯，本發(fā)明的解決方案依賴于兩種手段的使用包含所有所用載波的已知完整的參考符號且以規(guī)律間隔發(fā)送在每個數(shù)據(jù)符號內(nèi)的參考載波(導(dǎo)頻)。這樣替換對于發(fā)射機和接收機來說是已知的。
根據(jù)參考符號，可估計對于載波全體的相位和波幅的糾錯。
根據(jù)隨后的符號，使用上述得到的值且關(guān)注導(dǎo)頻值。對于這些，我們計算旋轉(zhuǎn)角并由此借助線性回歸推斷出所有其它載波的旋轉(zhuǎn)角。中心載波的旋轉(zhuǎn)角度被稱為Delta，且在時域內(nèi)該角被應(yīng)用于隨后的符號。圖5示出在子頻帶上的同步流，且圖8示出頻率誤差的平均和糾錯原理。
解調(diào)最后被糾錯的載波可以被解調(diào)。為此，發(fā)射機和接收機是配合的，以便對每個子頻帶的8個載波的16個組中的每一組使用特定的調(diào)制。對這些組的每個組，可采用一種適合于噪聲級的調(diào)制0-不進(jìn)行調(diào)制1-相位調(diào)制(BPSK)2-正交相位調(diào)制(QPSK)4-16位正交幅度調(diào)制(QAM16)6-64位正交幅度調(diào)制(QAM64)8-256位正交幅度調(diào)制(QAM256)參考符號以及導(dǎo)頻不被解調(diào)。此外，在每個子頻帶上的某些載波是被禁止的，因為其被其它優(yōu)先服務(wù)使用，它們不被解調(diào)。
該解調(diào)器能計算在每個載波上的信噪比。這是通過借助于通道值解調(diào)載波、通過再調(diào)制以找到期待的理論值以及通過確定其區(qū)別來實現(xiàn)的。
圖9示出在一子頻帶上的解調(diào)流。
所有的解調(diào)值都被存儲，且調(diào)制信息被傳送到控制器。信噪比的全部信息被傳送到控制器。
控制對載波電流上傳輸?shù)募夹g(shù)方案的控制是在一微控制器內(nèi)實現(xiàn)的，其直接控制該發(fā)送調(diào)制器和接收解調(diào)器。該微控制器一些接一些地處理不同子頻帶。根據(jù)其合適的軟件構(gòu)造(動態(tài)裝載的打包程序)，激活或不激活這些子頻帶且賦予它們不同的數(shù)據(jù)流。
因而其并不管理數(shù)據(jù)，而是接收數(shù)據(jù)可用性信息且順序地控制調(diào)制和解調(diào)。按照同樣方式，其通知高層(錯誤糾正編碼，MAC層，等等)數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送或接收。
此外，該控制器是唯一用于每個載波和所計算的信噪比的調(diào)制主管。該控制器決定改變調(diào)制。
發(fā)射-調(diào)制該調(diào)制器與解調(diào)器匹配可以發(fā)現(xiàn)一些功能是類似的。這涉及對存儲的數(shù)據(jù)在該控制器級調(diào)制。這些數(shù)據(jù)可根據(jù)質(zhì)量由0，1，2，4，6或8進(jìn)行調(diào)制。在每個載波上，可阻止調(diào)制以不妨礙某些限制頻率(陷波的概念)。在一符號內(nèi)的兩個導(dǎo)頻上，可利用一己知數(shù)據(jù)進(jìn)行強制調(diào)制。
圖10表示在一子頻帶上的該調(diào)制的結(jié)構(gòu)。
為了限制信息傳輸，每個子頻帶只有128個活動載波被傳輸。在下游(特別是在傅里葉反變換中)將增加128個空載波，以構(gòu)建每個子頻帶256個點。
倍增調(diào)制器只需要6個動態(tài)比特用于調(diào)制。每個載波的頻率元素與一個復(fù)數(shù)相乘且該動態(tài)目前是14比特。用于倍增的復(fù)數(shù)可分解為-用于更好地適應(yīng)電磁限制的波幅；-用于避免下游計算飽和的相位。
傅里葉反變換該步驟允許利用128個有用的頻率元素構(gòu)成256個點的時間信號(signal temporel)。
合成濾波該合成濾波可將相應(yīng)于不同子頻帶的不同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到相關(guān)頻率帶內(nèi)。所用結(jié)構(gòu)是在接收時所用的雙重分析濾波器數(shù)據(jù)按每塊256個時間樣本一個子頻帶接一個子頻帶地到達(dá)。256個符號之后，加入32個時間樣本的一個保護(hù)間隔。每個子頻帶的數(shù)據(jù)交錯體現(xiàn)。
模擬部分通過將數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號來開始發(fā)送。
通過轉(zhuǎn)換器，該信號被濾波以增強采樣頻率的效果且避免在用于載波電流上傳輸?shù)脑擃l帶之外產(chǎn)生干擾。此處，濾波特征為-8級橢圓形濾波-0-30MHz通帶-帶阻為-50dB-通帶內(nèi)的振蕩＜1dB-通帶轉(zhuǎn)換->帶阻＜2MHz之后，信號在耦合前被放大。放大率是固定的(增益為2)。
圖11為該傳輸?shù)哪M部分。
這里以實施例的方式描述了本發(fā)明。當(dāng)然對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員可制造出不同的發(fā)明變型而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1、一種利用頻帶在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括·將所述頻帶分割為N個子頻帶，N為大于等于2的整數(shù)；·在每個所述子頻帶上實施OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)，所述子頻帶以動態(tài)方式被激活和分配；·基于每個子頻帶執(zhí)行計算操作；其特征在于·基于每個子頻帶實施的計算獨立于基于其它子頻帶實施的計算；·所述方法還包括使用一組濾波器將所述頻帶分割為N個子頻帶。
2、如權(quán)利要求1所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述濾波器組執(zhí)行相互重疊的子頻帶濾波。
3、如權(quán)利要求2所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于在所述重疊內(nèi)出現(xiàn)的頻率不被使用。
4、如權(quán)利要求1所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于子頻帶N的數(shù)目等于7。
5、如權(quán)利要求1～4之一所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述OFDM符號大小等于256個載波。
6、如權(quán)利要求1～5之一所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述子頻帶通過一軟件工具以動態(tài)方式被激活和分配。
7、如權(quán)利要求1～5之一所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述子頻帶通過一物理裝置以動態(tài)方式被激活和分配。
8、實施上述權(quán)利要求之一所述方法的調(diào)制解調(diào)設(shè)備，包括濾波裝置，F(xiàn)FT計算裝置，模數(shù)字?jǐn)M轉(zhuǎn)換裝置，放大裝置和子頻帶激活和分配裝置。
權(quán)利要求
1.一種利用頻帶在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括●將所述頻帶分割為N個子頻帶，N為大于等于2的整數(shù)；●在每個所述子頻帶上實施OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)；●基于每個子頻帶進(jìn)行計算操作；其特征在于●基于每個子頻帶的計算獨立于基于其它子頻帶的計算；●所述子頻帶以動態(tài)方式被激活和分配。
2.如權(quán)利要求1所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于子頻帶N的數(shù)目等于7。
3.如權(quán)利要求1或2所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述OFDM符號大小等于256個載波。
4.如權(quán)利要求1～3之一所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述子頻帶通過一軟件工具以動態(tài)方式被激活和分配。
5.如權(quán)利要求1～3之一所述的在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述子頻帶通過一物理裝置以動態(tài)方式被激活和分配。
6.實施上述權(quán)利要求之一所述方法的調(diào)制解調(diào)裝置，包括濾波裝置，F(xiàn)FT計算裝置，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，放大裝置和子頻帶激活和分配裝置。
全文摘要
一種采用頻帶在載波電流上傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括將所述頻帶分割為N個子頻帶，N為大于等于2的整數(shù)；在每個所述子頻帶上實施OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)；基于每個子頻帶進(jìn)行計算操作。本發(fā)明的其特征在于基于每個子頻帶的計算獨立于基于其它子頻帶的計算，所述子頻帶以動態(tài)方式被激活和分配。本發(fā)明還涉及實施所述方法的調(diào)制解調(diào)裝置。
文檔編號H04B3/54GK1781262SQ200480011638
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者約瑟夫·弗呂奧夫, 亞歷山大·迪布瓦 申請人:速比特技術(shù)公司