专利名称：通过载波电流传输数据的方法
技术领域：
本发明涉及通过载波电流传输数据的领域。
本发明尤其涉及一种传输数据的方法和实施OFDM(正交频分复用)技术的一种调制解调器。
由欧洲的专利申请EP 1 011 235 (Nortel)构成的现有技术公开一种在载波电流上应用OFDM的通讯系统。通过输入信号的限幅(clipping)增强噪声控制。
作为现有技术的欧洲专利申请EP 1 014 640 (Nortel)还公开一种采用了该OFDM技术的通讯系统。这些技术方案是为了造成在该基站和从属站之间的同步，再补充了特别的符号和并使用了更长的保护。
在PCT WO 01/95518(Conexant)专利申请中提出了用于在载波电流网络系统中双频带调制的方法和装置。该发明采用了OFDM技术且可以静态方式从一频带传送到另一频带。
在欧洲的专利申请EP 1 018 826 (PolyTrax)中还提出了在采用了OFDM技术的载波电流上传输数据的方法。在该发明中，通过在时间信号上设置一非矩形窗(去除二个载波之一)改进了信号，通过安装一个其系数给定的滤波器来改进信号。
作为现有技术的美国专利US 5 610 908 (BBC)还公开一种可降低峰值平均比(peak to mean ratio)的系统。
由作为现有技术的美国专利US 6 473453(Secrétariat d’Etat àlaDéfense Britannique)还公开一种实施八信道多路复用传输技术方案的高频通讯系统。这八个信道容纳频率扩展的信号。这种解决方案对于抑制有关狭窄频带上的干扰特别有效。
作为现有技术的美国专利US 5 684 450 (Norweb)还公开一种在载波电流上采用OFDM技术的电力传输网，包括实施滤波和用于引入大于1MHz的信号的模拟部分，设计了用于计算良好阻抗的终端装置。
作为现有技术的美国专利US 6 282 405 (Norweb)还公开一种以非常普遍的方式实施该OFDM技术的电力分配与远程通讯的混和网。
作为现有技术的美国专利US 6 456 657 (Bell Canada)还公开一种实施该OFDM技术的滤波器组系统。该系统可分解一大频带系统，在该信道上对每个子频带进行多路复用，且接收时重建该信号。
由PCT专利申请WO 02/51089(Conexant)的现有技术还公开一种在该载波电流上采用OFDM技术的周期性噪声同步系统。该发明的目的是在两个噪声峰值之间传输数据符号。
由美国专利US 6 373 377的现有技术还公开一种用于传输数据的带耦合的供电系统。
在现有技术中还己知，美国专利US 6249 213 (INTEL)“Method fortransmitting information over an alternating current power linethrough a plurality of frequency orthogonal subchannels”(通过多个正交频率子信道在交流电路中传输信息的方法)。在该美国专利中的实施方式中描述了一种通过交流电路传输信息的方法。用于传输信息的频率信道被选择并分解为多个正交频率的子信道。测试每个正交频率的子信道以便确定一个传输特征值，该值又用来确定正交频率子信道的传输比特密度。信息被分为多个子数据块。每个子数据块相应于正交频率信道中的一个，且每个子数据块的大小以相应的传输比物密度为基础确定。每个子数据块被调制以通过相应的正交频率的子信道进行传输。每个数据的子模块几乎都是通过相应的正交频率的子信道同步进行传输的。
Intel的该美国专利US 6249 213尤其涉及在电力线路上传输数据。但是，但是其完全没有涉及动态激活和分配子频带所需的步骤。这些步骤在根据本发明的方法中是非常重要的。不仅如此，实现基于每个子频带的计算与基于其它子频带的计算是完全独立的这种方式完全没有出现在现有技术中。
本发明通过将所述频带分割为N个子频带(N为大于等于2的整数)、且基于每个子频带进行的计算独立于基于其它子频带进行的计算以及通过一软件工具以动态方式激活所述子频带来克服了现有技术的缺陷。此外，通过使用OFDM符号的大小为小于512的载波而使OFDM符号的同步保持简单而低成本。
为此，本发明涉及一种采用频带在载波电流上传输数据的方法，包括·将所述频带分割为N个子频带，N为大于等于2的整数；·在每个所述子频带上实施OFDM(正交频分复用)技术；·基于每个子频带进行计算操作；其特征在于，·基于每个子频带进行的计算独立于基于其它子频带执行的计算；·所述子频带以动态方式被激活和分配。
根据一种特定的实施方式，子频带N的数目等于7。
根据一种特定的实施方式，所述OFDM符号的大小等于256个载波。
根据一种优选变型，所述子频带通过软件工具以动态方式被激活和分配。
根据另一种优选变型，所述子频带通过物理装置(un moyenmatériel)以动态方式被激活和分配。
本发明还涉及实施所述方法的一种调制解调装置，包括滤波装置，FFT计算装置，数字模拟转换装置，放大装置和子频带的激活和分配装置。
通过对下述结合附图对作为非限定性实施例的一种实施方式的描述，可以更好的理解本发明，附图如下-
图1示出根据本发明的方法的总体原理；
-图2表示接收器的模拟部分；-图3表示频带说明；-图4示出该分析滤波器组(banc du filtre d′analyse)的状态；-图5示出在一子频带上的同步流；-图6示出帧符号相关原理；-图7表示同步块状态；-图8示出频率错误的平均和纠错原理；-图9表示在子频带上的解调流；-图10示出在子频带上的调制结构；和-图11表示该发送的模拟部分。
根据本发明的方法是以用于在载波电流上传输数据的频带的使用为基础的。一非限定性的实施例包括采用1，6MHz至30MHz的频带。根据本发明的方法的原理是将该频带分割成多个子频带(两个或更多)，以动态方式独立且激活每个子频带，在每个子频带使用OFDM技术。
在载波电流上的传输采用高级信号处理技术，通过电容或电感耦合调制在电力供电线路上调制授权频率(例如1.6MHz至30MHz)。采用这种耦合以便一方面高频信号(大于50Hz)和低电压可在供电线路上传输，且另一方面在这些电缆中的高频信号可在该系统内被还原。
对于接收来说，被调制的信号在该电线中被还原，其粗略地进行滤波然后放大，之后被数字化以便根据其所被分割的子频带进行分析。每个子频带以同样的方法逐个地被处理。该信号是同步且多路复用的，以便消除频率误差，然后在频域内传送。此处，可得到关于信道变化的信息以便在随后解调时更好地纠正由于信道造成的失真。因而控制块还原信息以便向更高层传输。
为了传输，该控制块一个接一个地发送子频带数据。它们被调制，然后在时域内传送。然后通过合成滤波信息被转换到其所占据的子频带上。此处数字信号被转换为模拟信号，滤波是为了删除超过1，6-30MHz的成分，然后放大。最后，该信号通过耦合在电线上传输。
发送和接收电路相当不同且仅仅处于管理层和耦合层，如图1所示，在此详细描述。
接收——模拟部分借助于用于低频的并联电容器和低通滤波器，该接收滤波高频信号以只保护有用频带(在本发明的该实施例中为1.6-30MHz)。此处是该滤波器的特征例子-8级椭圆形滤波-0-30MHz通带-带阻为-50dB-通带内的振荡＜1dB-通带转换->带阻＜2MHz然后其以不同增益放大信号以对信号进行动态控制。
最后，一模拟数字转换器可将信号数字化。
例如-14比特和64MHz图2示出该接收器的模拟部分。
滤波信号的数字化处理的第一个步骤是滤波，这是本发明创新内容的核心。在本发明的该实施例中，涉及七个子频带。显然该例子不是限制性的。该滤波允许在7个不同的路径上进行恢复，在7个子频带内容纳的信号如下(TBC)·子频带1-2->10MHz·子频带22->12MHz·子频带36->18MHz·子频带410->22MHz
·子频带514->26MHz·子频带618->30MHz·子频带722->34MHz实施该滤波严格限制于信号的OFDM结构。因而尽管未使用毗邻子频带内的载波，还是允许在不同的子频带之间有重叠。这个小诀窍可降低滤波的复杂性，完全保持频谱的高效能。此处在每个子频带所用的频率为·子频带12->6MHz·子频带26->10MHz·子频带310->14MHz·子频带414->18MHz·子频带518->22MHz·子频带622->26MHz·子频带726->30MHz图3示出不同的频带。
滤波是通过一个分析滤波器组实现的。该结构可将7个子频带中的每个频带的信号分割开且在低频带上进行传输。总频带的八个采样允许按子频带采样，滤波后其被实时(en temps)多路复用。
图4示出了该分析滤波器组的组成。
同步在发射器和接收器之间的同步在各个频带上以独立方式实现。因而采样根据其所涉及的频带被一个接一个地进行处理和保存。该同步以检测自相关的符号和保护间隔(un intervalle de garde)为基础。其可设置傅里叶变换窗以在频域内传送。
图5示出在一子频带上的同步流。
同步符号在帧开始发送，其包括在该时间内重复的己知信息。对符号的一半(la moitiédu symbole)的相关处理允许在其它符号之中标识该符号。然后，在该符号的最后，采用保护间隔，其为该符号开始部分的复制。对该保护长度的相关处理可准确地找到该傅里叶变换窗。
图6示出该帧符号的相关原理。
一旦输入符号被接收并被检测到，在经过复合相乘后，该同步块就将其发送给傅里叶变换。这样做允许从主要在接收下游的所进行的计算开始对时间信号进行纠错。在该帧开头，不进行纠错。
由此，不同子频带的采样此时是没有关联的。子频带256个采样接256个采样地一部分接一部分地被处理。
图7示出该同步块的组成。
傅里叶变换在一最佳实施例中，在每个子频带中的OFDM信号包括256个载波(porteuse)。为了符合频带结构，即使只采用了128个载波，也需要进行256个点的傅里叶变换。对于一个子频带内的256个时间采样，计算相应于256个载波的256个频率采样。
这里所用的结构是传统的，是以蝴蝶原理为基础。对于256个点且其中128个点是空的来说，这种结构对于速度和面积来说是优选的，其可以大约256个循环的等待期(latence)进行该计算。
频率纠错如大多数的通讯介质一样，电流会在所用频率上造成错误。可能会有波幅和相位上的误差，这两个参数在该时间域内产生。为了对其纠错，本发明的解决方案依赖于两种手段的使用包含所有所用载波的已知完整的参考符号且以规律间隔发送在每个数据符号内的参考载波(导频)。这样替换对于发射机和接收机来说是已知的。
根据参考符号，可估计对于载波全体的相位和波幅的纠错。
根据随后的符号，使用上述得到的值且关注导频值。对于这些，我们计算旋转角并由此借助线性回归推断出所有其它载波的旋转角。中心载波的旋转角度被称为Delta，且在时域内该角被应用于随后的符号。图5示出在子频带上的同步流，且图8示出频率误差的平均和纠错原理。
解调最后被纠错的载波可以被解调。为此，发射机和接收机是配合的，以便对每个子频带的8个载波的16个组中的每一组使用特定的调制。对这些组的每个组，可采用一种适合于噪声级的调制0-不进行调制1-相位调制(BPSK)2-正交相位调制(QPSK)4-16位正交幅度调制(QAM16)6-64位正交幅度调制(QAM64)8-256位正交幅度调制(QAM256)参考符号以及导频不被解调。此外，在每个子频带上的某些载波是被禁止的，因为其被其它优先服务使用，它们不被解调。
该解调器能计算在每个载波上的信噪比。这是通过借助于通道值解调载波、通过再调制以找到期待的理论值以及通过确定其区别来实现的。
图9示出在一子频带上的解调流。
所有的解调值都被存储，且调制信息被传送到控制器。信噪比的全部信息被传送到控制器。
控制对载波电流上传输的技术方案的控制是在一微控制器内实现的，其直接控制该发送调制器和接收解调器。该微控制器一些接一些地处理不同子频带。根据其合适的软件构造(动态装载的打包程序)，激活或不激活这些子频带且赋予它们不同的数据流。
因而其并不管理数据，而是接收数据可用性信息且顺序地控制调制和解调。按照同样方式，其通知高层(错误纠正编码，MAC层，等等)数据已经发送或接收。
此外，该控制器是唯一用于每个载波和所计算的信噪比的调制主管。该控制器决定改变调制。
发射-调制该调制器与解调器匹配可以发现一些功能是类似的。这涉及对存储的数据在该控制器级调制。这些数据可根据质量由0，1，2，4，6或8进行调制。在每个载波上，可阻止调制以不妨碍某些限制频率(陷波的概念)。在一符号内的两个导频上，可利用一己知数据进行强制调制。
图10表示在一子频带上的该调制的结构。
为了限制信息传输，每个子频带只有128个活动载波被传输。在下游(特别是在傅里叶反变换中)将增加128个空载波，以构建每个子频带256个点。
倍增调制器只需要6个动态比特用于调制。每个载波的频率元素与一个复数相乘且该动态目前是14比特。用于倍增的复数可分解为-用于更好地适应电磁限制的波幅；-用于避免下游计算饱和的相位。
傅里叶反变换该步骤允许利用128个有用的频率元素构成256个点的时间信号(signal temporel)。
合成滤波该合成滤波可将相应于不同子频带的不同数据转换到相关频率带内。所用结构是在接收时所用的双重分析滤波器数据按每块256个时间样本一个子频带接一个子频带地到达。256个符号之后，加入32个时间样本的一个保护间隔。每个子频带的数据交错体现。
模拟部分通过将数字信号转为模拟信号来开始发送。
通过转换器，该信号被滤波以增强采样频率的效果且避免在用于载波电流上传输的该频带之外产生干扰。此处，滤波特征为-8级椭圆形滤波-0-30MHz通带-带阻为-50dB-通带内的振荡＜1dB-通带转换->带阻＜2MHz之后，信号在耦合前被放大。放大率是固定的(增益为2)。
图11为该传输的模拟部分。
这里以实施例的方式描述了本发明。当然对于本领域的技术人员可制造出不同的发明变型而不脱离本发明的保护范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1、一种利用频带在载波电流上传输数据的方法，包括·将所述频带分割为N个子频带，N为大于等于2的整数；·在每个所述子频带上实施OFDM(正交频分复用)技术，所述子频带以动态方式被激活和分配；·基于每个子频带执行计算操作；其特征在于·基于每个子频带实施的计算独立于基于其它子频带实施的计算；·所述方法还包括使用一组滤波器将所述频带分割为N个子频带。
2、如权利要求1所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于所述滤波器组执行相互重叠的子频带滤波。
3、如权利要求2所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于在所述重叠内出现的频率不被使用。
4、如权利要求1所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于子频带N的数目等于7。
5、如权利要求1～4之一所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于所述OFDM符号大小等于256个载波。
6、如权利要求1～5之一所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于所述子频带通过一软件工具以动态方式被激活和分配。
7、如权利要求1～5之一所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于所述子频带通过一物理装置以动态方式被激活和分配。
8、实施上述权利要求之一所述方法的调制解调设备，包括滤波装置，FFT计算装置，模数字拟转换装置，放大装置和子频带激活和分配装置。
权利要求
1.一种利用频带在载波电流上传输数据的方法，包括●将所述频带分割为N个子频带，N为大于等于2的整数；●在每个所述子频带上实施OFDM(正交频分复用)技术；●基于每个子频带进行计算操作；其特征在于●基于每个子频带的计算独立于基于其它子频带的计算；●所述子频带以动态方式被激活和分配。
2.如权利要求1所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于子频带N的数目等于7。
3.如权利要求1或2所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于所述OFDM符号大小等于256个载波。
4.如权利要求1～3之一所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于所述子频带通过一软件工具以动态方式被激活和分配。
5.如权利要求1～3之一所述的在载波电流上传输数据的方法，其特征在于所述子频带通过一物理装置以动态方式被激活和分配。
6.实施上述权利要求之一所述方法的调制解调装置，包括滤波装置，FFT计算装置，模拟/数字转换装置，放大装置和子频带激活和分配装置。
全文摘要
一种采用频带在载波电流上传输数据的方法，包括将所述频带分割为N个子频带，N为大于等于2的整数；在每个所述子频带上实施OFDM(正交频分复用)技术；基于每个子频带进行计算操作。本发明的其特征在于基于每个子频带的计算独立于基于其它子频带的计算，所述子频带以动态方式被激活和分配。本发明还涉及实施所述方法的调制解调装置。
文档编号H04B3/54GK1781262SQ200480011638
公开日2006年5月31日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年4月30日
发明者约瑟夫·弗吕奥夫, 亚历山大·迪布瓦 申请人:速比特技术公司