专利名称：三相模式中ofdm传输方法
技术领域：
本发明实施例总体涉及通信系统，更具体地涉及电力线上正交频分复用(OFDM) 通信的传输。
背景技术：
人们已经对使用电力线作为通信介质从而减小可靠通信的成本很感兴趣。这通常被称为电力线通信(PLC)。人们已经在PLC标准化方面做出了努力，如电力线相关的智能计量演进(PRIME)。在大多数PLC标准中，通信必须被支持三相，因为三相传输在大多数国家是电力线特性。然而，由于相间耦合，每个相上接收的信号不是完全独立的。例如，相II中的信号会对相I中的信号造成干扰。需要消除该干扰。而且，每个电力线传输相可以作为发射器到接收器的独立路径。这些独立路径可以用于增强所接收的信号质量。图13示出连接变电所1301到住宅130 -!!的典型电力配电系统。来自变电所 1301的中压(MV)电力线1303承载着数万伏范围内的电压。变压器1304将MV电力降压到低压(LV)线1305上的LV电力，该LV线承载100-M0VAC范围内的电压。变压器1304通常被设计为工作在非常低的频率，50-60HZ范围内。变压器1304不允许高频率(例如高于 IOOKHz的信号)在LV线1305和MV线1303之间通过。LV线1305经由电表1306a_n将电力馈送给顾客，电表通常安装在住宅130 -!!外面。断路器板(例如面板1307)提供了电表1306η和住宅1302η内的电线1308之间的接口。电线1308将电力输送到插座1310、开关1311和住宅1302η内其他电气设备。图13中示出的电力线拓扑结构可以用于将高速通信输送到住宅130加_11。电力线通信调制解调器131 -!!可以在电表1306a-n处耦合到LV电力线1305。PLC调制解调器 131 -!!用于在MV/LV线1303、1305上发送和接收数据信号。这类数据信号可以用于支持通信系统、高速因特网、电话、视频会议、视频传递和类似业务。通过在电力传输网络上输送电信和数据信号，就无需安装新缆线到每个用户130加-11。因此，通过利用现有的配电系统承载数据信号，显著节省成本是可能的。一种在电力线上传输数据的方法使用具有与电力信号不同频率的载波信号。载波信号由要传输的数据调制。替换地，PLC调制解调器1313 可以经由家庭电线1308耦合到MV/LV电力线，从而发送和接收数据信号。在住宅130 -!!处的PLC调制解调器131 -!!使用MV/LV电网来承载到集线器 1314或来自集线器1314的数据信号，而无需额外布线。集线器1314可以耦合到MV线1303 或LV线1305。调制解调器131 -!!可以支持如下应用高速宽带因特网链路、窄带控制应用和低带宽数据收集应用。在住宅环境中，调制解调器131 -!!可以使得住宅和建筑物在热和空气调节、照明以及安全方面实现自动化。在住宅外面，电力线通信网络提供街道照明控制和远程电表数据收集。使用电力线网络作为通信介质带来的问题是，电力线面临噪声和干扰。电力线易受例如来自广播无线电信号的噪声以及来自耦合到电力线的电气设备的噪声影响。噪声沿电力线传播并与通信信号组合，这会破坏通信信号。使用电力线网络的另一个问题是由缆线结构引起的。在MV和LV电力线上，缆线内部(inner section)包括一组相线，每个相线承载三个供电相之一。在射频上，这些分开的线之间的电容引起一根线上的信号泄露或耦合到邻近的线上。相线之间的耦合过程会引入相移或其他干扰。因此，在沿线传播后，每根线上的通信信号的分量不再彼此同相，而是具有不同的相位和幅度。这种耦合和干扰引起接收设备有问题，接收设备必须试图对已改变的接收到的信号进行解码并且重构原始信号。US 6373377B1涉及具有用于电力线连网的数字数据耦合的电源。该文献的电源位于计算机系统中，并通过数字耦合器耦合到网络接口。电路块将来自数字耦合器的数字信号转换为模拟信号。模拟前端放大模拟信号以便传输到电力线。us 6373377B1的电源在将数据信号分发到电力线的不同相之前不缩放或加权数据信号。US 6983027B2涉及适于接收OFDM信号的接收器。信号在天线处接收并且被转换到中频带信号，接着中频带信号被转换为数字信号。在数字信号内检测信息。从差分检测电路的输出产生信噪比(S·)。SNR指示OFDM信号的接收质量。US 6983027B2的接收器在将数据信号分发到电力线不同相之前不缩放或加权信号。US 7027483B2涉及通过电力线的超宽带通信的系统。该文献比较使用超宽带信号沿电力线传输数据和使用正交频分复用(OFDM)传输。注意，允许OFDM系统适应信道特性是非常复杂和昂贵。实际上，该文献提出使用具有为电力线传输优化的传输功率、脉冲包络形状和脉冲重现频率的超宽带信号。US 7027483B2的超宽带系统在分发数据信号到电力线不同相之前不缩放或加权数据信号。US 2009/0060060A1涉及经电力线网络从发射器到接收器传输OFDM调制信号。 单个信号是为多输入多输出(MIMO)模式中传输调制的。该系统仅能够在家庭电气系统的两个信道或两根电线上传输信号。单个接收器经包括三根电线和共模路径(common mode path)的四个信道接收ΜΙΜΟ传输。US 2009/0060060的传输系统在分发数据信号到电力线不同相之前不同时缩放或加权一个或更多数据信号。该文献没有公开识别PLC调制解调器使用的相。US 2010/0054314A1涉及初始化OFDM传输的调制解调器。OFDM符号中保护间隔或循环前缀的长度或持续时间是在每次调制解调器起动时新选择的。调制解调器接收预定义的线性频率调制的(LFM)扫描信号或伪噪声信号，其覆盖信道上所有频率。信道传递函数是从接收的信号估计的。输入滤波器是基于估计的传递函数合成的。多个保护间隔的样本是基于通信信道上冲击响应选择的。US2020/00M314A1的调制解调器初始化过程在分发数据信号到电力线不同相之前不同时缩放或加权一个或更多数据信号。
发明内容
本发明的实施例提供用于电力线通信的系统和方法，如在三相电力线网络上。单个数据流可以耦合到电力线网络的每个相，或多个信号可以耦合到每个相。每个相由分开的物理电力线承载，其用作传输介质。在不同电力线上承载的信号会经历相互干扰和/或耦合，这引起信号的失真。本发明实施例确定电力线如何彼此干扰和/或耦合，并生成对传输介质建模的矩阵。该矩阵可以用于在信号传输之前预编码信号，以便当信号在接收器接收时，可以中和传输介质对信号的影响。
接收器可以发送关于传输介质的信息到发射器，以便发射器可以确定如何预编码传输信号。例如，发射器可以发送已知信号到接收器，这允许接收器识别传输介质对已知信号的影响。替换地，发射器和接收器可以使用公共码本来对传输介质建模。接收器可以例如通过发送用于适当预编码数据的码本索引，通知发射器哪个码本条目用于预编码信号。在其他实施例中，发射器可以基于接收器发送的信号估计传输信道的效果。假定传输介质的影响在两个方向上都相似，则发射器可以使用这样接收的信号来确定什么预编码用于传输到接收器的信号。在传输介质上一次发送的独立信号的数目确定系统的“阶数(rank) ”。阶数为一的系统发送单个信号，其在传输线的每相上扩展。如这里所述，一阶系统使用波束形成(beam forming)在电力线网络上传输信号。二阶系统或三级系统分别通过将每个信号扩展到传输线上的每个相来在传输介质上发送两个或三个独立信号。如这里所述，二阶或更高阶系统使用相复用分发多个信号到每个电力线相。用于波束形成和相复用情形的发射器和接收器处理可以在信号处理单元中进行， 如微处理器或专用电路。在一个实施例中，信号处理单元输出三个分开的传输信号，这里每个信号相应于电力线相之一。信号处理单元可以通过模拟电路耦合到电力线，该模拟电路包括数字模拟转换器、滤波器和线驱动器。变压器和耦合电容器也可以用来耦合模拟电路/线驱动器到电力线网络。每个电力线相可以有一个模拟电路，或可切换连接到每个电力线相的单个模拟电路。接收的信号可以独立通过各电力线相的模拟电路/线驱动器传到信令处理单元。替换地，对于波束形成情形，接收的信号可以在例如加法滤波器(summing filter)中组合成单个接收的信号，该信号被提供给信号处理单元。
图1示出三相电力线通信系统；图2示出三相电力线通信系统内的信号处理；图3示出三相电力线通信系统内的波束形成；图4示出三相电力线通信系统内的相复用；图5示出三相电力线通信系统内的二阶传输相复用；图6示出电力线通信网络内的分集传输；图7示出示例性两相模式分集传输系统；图8示出实现三相分集传输的OFDM系统的示例性实施例；图9示出发射器和/或接收器电路到三相电力线之间的连接；图10示出发射器和/或接收器电路到三相电力线之间的替换连接；图11示出发射器和/或接收器电路到三相电力线之间的另一个替换连接；图12示出示例性三相电力线网络接收器；以及图13示出连接变电站到住宅的典型电力分发系统。
具体实施例方式本发明可以以以许多不同形式实施，且不能视为局限于这里为说明目的给出的示例性实施例。
通常，电力线传输系统包括连接到电力线网络的一个或更多相的发射器和接收器。图1示出发射器101和接收器102，其连接到电力线网络103的三个相11-13。三个分开的信号S1^3是在不同相11-13上传输的，且每个信号可以耦合和/或干扰其他相上的信号。结果，接收器102接收电力线网络103的11-13每个相上的传输信号S1^3的不同组合。因此，每个接收的信号^3不直接相应于同一相上传输的原始信号Sl-S3。这样的系统可以被建模为发射器101和接收器102之间的多输入多输出(MIMO)信道。图2示出电力线通信系统200，其中单个信号s通过发射器20耦合到电力线网络 203的所有可用相21-23。发射器处理和信号产生块204产生数据流s，其经耦合器205耦合到每个相。在接收器202，在块207中接收器处理之前，从所有相接收的信号I^r3在组合器206中组合。如图2所示的系统没有考虑实际电力线网络中相间耦合的变化度。接收的信号ri_r3不是各自直接相应于同一相上传输的原始信号S1_S3。相反，接收的信号ri_r3 各自相应于被相间耦合和干扰修改的原始信号。传输系统基于电力线网络203的实际状态修改传输的信号。系统200中传输信道可以建模为r=As+n公式1其中矢量〒=R S2 sjm = [rx r2 T3F分别表示发射信号和接收信号，且矩阵
权利要求
1.一种在电力线网络(30 上传输数据的方法，其包括 从接收器(30 接收用户相识别；产生要在所述电力线网络(303)上传输到所述接收器(302)的至少一个符号流； 使用加权矢量缩放所述至少一个符号流，从而产生多个缩放的符号流(S1, s2, ，所述加权矢量包括相应于电力线网络(303)的相(31，32，33)的多个加权(U1, U2，U3)，该缩放优化符号流以便在所述用户相上传输；以及在所述电力线网络(303)的相应相(31，32，33)上传输每个缩放的符号流(Sl，&，s3)。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在第一时间，在第一相上传输第一缩放的符号流，并在第二相上传输第二缩放的符号流；以及在第二时间，在所述第一相上传输所述第二缩放的符号流的负共轭转置，并在所述第二相上传输所述第一缩放的符号流的共轭转置。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括 接收在所述第一和第二时间传输的所述符号流；在接收器中组合所述符号流从而生成修改的接收信号；以及解码所述修改的接收信号。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述电力线网络(303)的相应相(31，32，33)上接收每个缩放的符号流(yi，y2，y3)； 对每个接收的缩放的符号流应用接收的符号加权(Vl，V2，V3)；以及组合加权的接收的缩放符号流(y1; I2, y3)。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括产生电力线耦合矩阵，其包括所述电力线网络(30 的发射端的每个相(31，32，33)和所述电力线网络(303)的接收端的每个相(31，32，33)之间的耦合系数；以及其中所述加权矢量是基于所述电力线耦合矩阵中的数据选择的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中发射器(301)基于接收器(302)的反馈产生所述电力线耦合矩阵，该接收器通过所述电力线网络(30 耦合到所述发射器(301)。
7.根据权利要求5所述的方法，其中发射器(301)基于从接收器(30 发送的信号生成所述电力线耦合矩阵，该接收器通过所述电力线网络(303)耦合到所述发射器(301)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中发射器(301)基于接收器(30 识别的码本索引从预定的码本选择所述加权矢量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述用户相识别是由所述接收器(302)中的零点交叉检测器(1411)确定的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中选择加权矢量从而优化所述电力线网络(303)上的性能标准，且所述性能标准包括信噪比(SNR)、误码率(BER)或电力线网络信道容量中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括耦合每个缩放的符号流到所述电力线网络(903A-C)相应相专用的线驱动器(902)、变压器(904)和耦合电容器(905)。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括耦合每个缩放的符号流到线驱动器(100 和变压器(1004)；以及将每个缩放的符号流从所述变压器(1004)切换(1006)到所述电力线网络相应相 (1003A-C)专用的耦合电容器(1005)。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括 耦合每个缩放的符号流到线驱动器(110 ；以及将每个缩放的符号流从所述线驱动器(1102)切换(1106)到所述电力线网络相应相 (1103A0-C)专用的变压器(1104)和耦合电容器(1105)。
14.一种发射器(401)，其包括信号产生电路004)，其生成一个或更多数据流(χι，χ2，χ3)；以及预编码电路005)，其以加权矢量缩放所述一个或更多数据流(Xl，x2, &)，从而生成多个缩放的数据流&，&，s3)，每个缩放的数据流(si，&，s3)适于在主循环Gl，42，43)的特定相上传输到接收器002)，并耦合每个缩放的数据流(Sl，s2, s3)到电力线网络003)的指定的相(41,42,43).
15.根据权利要求14所述的发射器001)，其中所述信号产生电路(404)识别与多个接收器(1312a-c)关联的相，且所述信号产生电路(404) —次仅为每个相生成一个数据流。
16.根据权利要求14所述的发射器G01)，进一步包括分集分发电路(602)，其耦合到预编码电路005)，所述分集分发电路(60 在第一时间发射第一缩放的数据流到电力线网络的第一相，并发射第二缩放的数据流到电力线网络 (604)的第二相；并在第二时间在第一相上发射修改版本的第二缩放的数据流，并在第二相上发射修改版本的第一缩放的数据流，其中所述修改版本(704)的第一缩放的数据流和第二缩放的数据流包括第一缩放的数据流和第二缩放的数据流的共轭转置。
17.根据权利要求14所述的发射器，进一步包括分开的线驱动器(902A-C)，其从所述预编码电路接收多个缩放的数据流中的每一个； 分开的变压器(904A-C)，其从相应线驱动器接收缩放的数据流； 分开的耦合电容器(905A-C)，其连接每个变压器到所述电力线网络的相之一。
18.根据权利要求14所述的发射器，进一步包括线驱动器(1002)，其从所述预编码电路接收多个缩放的数据流中的每一个； 变压器(1004)，其从所述线驱动器接收多个缩放的数据流中的每一个； 开关(1006)，其适于可切换地连接所述变压器(1004)到多个耦合电容器(1005)，所述耦合电容器(1005)中的每一个链接到所述电力线网络的相(1003A-C)之一。
19.根据权利要求14所述的发射器，进一步包括线驱动器(1102)，其从所述预编码电路接收多个缩放的数据流中的每一个； 开关(1106)，其适于可切换地连接所述线驱动器(1102)到多个变压器(1104)，所述变压器(1104)中的每一个通过耦合电容器(1105)耦合到所述电力线网络的相(1103A-C)。
20.一种耦合到电力线的接收器(302)，其包括零点交叉检测器(1411)，其适于识别与所述电力线(1401)关联的相； 处理器(1407)，其适于在所述电力线(1401)上发送相信号到远程发射器，所述相信号包括来自所述零点交叉检测器(1411)的信息；耦合器(1404)，其从所述电力线网络(1401)接收数据流；缩放电路(307)，其从所述耦合器(1404)接收所述数据流(y” y2, y3)，所述缩放电路 (307)施加信号加权(vi，v2，v3)到接收的数据流(yi，y2，y3)，从而生成加权的数据流；以及解码电路，其接收组合的加权数据流。
21.根据权利要求20所述的接收器(302)，进一步包括组合器(306)，其从所述缩放电路(307)接收加权的数据流，并在发送组合的数据流到所述解码电路之前组合所述加权的数据流。
22.根据权利要求20所述的接收器(302)，其中所述解码电路在第一时间接收第一组数据流，并在第二时间接收第二组数据流，所述解码电路组合所述第一和第二组数据流，从而在解码修改的接收信号之前生成修改的接收信号。
全文摘要
公开了用于电力线传输的系统和方法，其中发射器(301)和接收器(302)连接到电力线(303)的一个或更多相(31，32，33)。产生要在电力线网络(303)上传输的至少一个符号流(x)。至少一个符号流(x)是用加权矢量缩放的，从而产生多个缩放的符号流(s1，s2，s3)。加权矢量包括多个加权(u1，u2，u3)，每个都相应于电力线网络(303)的相(31，32，33)。每个缩放的符号流(s1，s2，s3)在电力线网络(303)的相应相(31，32，33)上传输。零点交叉检测器(1411)识别接收器(1312a-n)的相信息。集线器(1314)基于与接收器(1312a-n)关联的相使信号适于发送到接收器(1312a-n)。
文档编号H04L27/26GK102577292SQ201080044784
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月2日 优先权日2009年8月3日
发明者A·G·达巴克, B·N·瓦拉达拉贾恩, H·金 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司