PRIME装置、SFSK装置和G3装置在电力线通信中的共存.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201180020312.3

申请日:

2011.04.20

公开号:

CN102845039A

公开日:

2012.12.26

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04L 27/26申请日:20110420|||公开

IPC分类号:

H04L27/26; H04B3/54; H04B3/32; H04L29/08

主分类号:

H04L27/26

申请人:

德克萨斯仪器股份有限公司

发明人:

B·N·瓦拉达拉雅; A·G·达巴克; H·金; D·P·谢弗

地址:

美国德克萨斯州

优先权:

2010.04.20 US 61/325,858; 2010.05.17 US 61/345,388; 2011.04.05 US 13/079,858

专利代理机构:

北京纪凯知识产权代理有限公司 11245

代理人:

赵蓉民;李英

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内容摘要

遵循两个或者更多不同标准的通信装置,诸如基本节点(1005、1008、1011)和调制解调器(1006、1009、1012),在共享的通信信道上工作。为了避免相互干扰,根据第一标准工作的基本节点(1005)使用无竞争周期指定保留时间。通过不指派无竞争周期到根据第一标准工作的另一装置,基本节点(1005)允许根据第二标准工作的装置在保留时间期间通信。替代地,通过在传输之前修改数据包,使用第一标准的装置可以避免来自根据第二标准产生的传输的干扰。对应于第二标准中的前导码的前缀被添加到根据第一标准创建的数据包的开头。根据第二标准工作的装置观察前缀并且识别信道是活动的。第二标准装置退避传输因而最小化干扰。

权利要求书

1.一种用于减少共享通信介质上的干扰的方法,所述方法包括:
在根据第一标准工作的调制解调器中产生根据所述第一标准的数据帧;
将根据第二标准的报头数据添加到所述数据帧的开头以创建经修改的数据
帧;以及
使用根据所述第一标准工作的调制解调器在所述共享通信介质上传输所述
经修改的数据帧。
2.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括:
在根据第二标准工作的调制解调器接收所述经修改的数据帧;
解码所述经修改的数据帧内的第二标准报头数据;以及
延迟根据第二标准工作的调制解调器的传输同时尝试解码所述经修改的数
据帧。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一标准是电力线相关的智能
计量演化(PRIME)标准,以及其中所述第二标准是S-FSK(IEC 61334-5-1)
标准。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述数据帧是根据所述PRIME标
准的PHY层协议数据单元(PPDU),以及其中所述报头数据是根据所述S-FSK
标准的前导码和开始帧界定符即SFD。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一标准是G3标准,以及其
中所述第二标准是电力线相关的智能计量演化(PRIME)标准。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述数据帧是根据所述G3标准的
PHY层协议数据单元(PPDU),以及其中所述报头数据是针对PRIME PPDU的
前导码。
7.一种用于减小共享通信介质上的干扰的方法,所述方法包括:
在根据第一标准工作的基本节点中产生根据所述第一标准的指定无竞争周
期的数据帧;
利用根据所述第一标准工作的所述基本节点暂停来自在所述通信介质上工
作的全部节点的无竞争周期的指派;
允许根据第二标准工作的装置在所述无竞争周期期间传输;以及
在所述无竞争时段的结束处由根据所述第一标准工作的所述基本节点在所
述通信介质上传输。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述第一标准是电力线相关的智能
计量演化(PRIME)标准,以及其中所述第二标准是S-FSK(IEC 61334-5-1)
标准。
9.根据权利要求7所述的方法,其中,所述第一标准是电力线相关的智能
计量演化(PRIME)标准,以及其中所述第二标准是G3标准。
10.根据权利要求9所述的方法,所述方法还包括:
在所述无竞争周期结束之前,由所述根据所述第一标准工作的所述基本节
点在所述通信介质上传输PHY层协议数据单元(PPDU),其中所述PPDU不被
赋予地址到根据所述第一标准工作的已有节点。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,在竞争退避周期期间,PPDU造
成根据所述第二标准工作的装置在所述无竞争周期之后暂停传输。
12.一种用于在被根据多个标准工作的装置共享的信道上通信的系统,所
述系统包括:
根据第一通信标准工作的基本节点;以及
根据所述第一通信标准工作的多个调制解调器;
其中,所述基本节点工作以产生遵循所述第一通信标准的数据帧,所述数
据帧还包括位于所述数据帧的开始处的根据第二通信标准的报头数据。
13.一种用于在被根据多个标准工作的装置共享的信道上通信的系统,所
述系统包括:
根据第一通信标准工作的基本节点;以及
根据所述第一通信标准工作的多个调制解调器;
其中,所述基本节点工作以产生和传输根据所述第一通信标准指定针对所
共享信道的无竞争周期的数据帧,以及
其中所述基本节点暂停从所述多个调制解调器指派所述无竞争周期以允许
根据第二通信标准工作的装置在所述无竞争时段期间在所述共享信道上传输。
14.根据权利要求13所述的系统,其中,所述基本节点工作以在所述无竞
争周期的结束时向所述多个调制解调器传输数据。
15.根据权利要求13所述的系统,其中,所述第一通信标准是电力线相关
的智能计量演化(PRIME)标准,以及其中所述第二通信标准是G3标准;以及
其中,在所述无竞争周期的结束之前,所述基本节点工作以在所述共享信
道上传输PHY层协议数据单元(PPDU),所述PPDU不被赋予地址到所述多个
调制解调器的任意一个。

说明书

PRIME装置、S-FSK装置和G3装置在电力线通信中的共存

技术领域

本发明一般涉及电力线通信(PLC)装置,更具体地,涉及用于最小化由
来自根据不同的PLC标准工作的装置的传输造成的冲突的设备和方法。

背景技术

PRIME(电力线相关智能计量演化)标准定义针对在42-90kHz频带中的
使用正交频分复用(OFDM)的电力网络的PLC窄带数据传输系统的低层。

国际电工委员会(IEC)61334-5-1标准定义了60-76kHz频带中的低速电
力线通信。IEC 61334-5-1还被称为S-FSK(扩展频移键控),并且先前被称为
IEC 1334。为了简化下面的讨论,在本文件中S-FSK/IEC 61334-5-1标准被称
为“S-FSK”。

G3是促进在35-90kHz频带的智能输电网络实现中的互用性的基于
OFDM的电力线通信标准。

OpenMeter论坛,在其工作包2(Working Package 2)中,已经回顾了已
有的PLC技术并且确定研究区域和当前知识状态的差距。存在于PRIME和
S-FSK之间的共存缺口使PRIME和S-FSK之间的互用性受到挑战。

基于窄带OFDM(NB-OFDM)的电力线通信系统在智能输电网络技术中
正在得到普及。欧洲电力公司,特别是Iberdrola(PRIME)和ERDF(G3)
是部署用于先进计量的NB-OFDM PLC系统的先导。SAE和ISO把基于
PRIME和G3的NB-OFDM系统列入用于车辆充电应用的候选名单。受到这
些和其它可能的应用的激励,至少两个主要标准开发组织——IEEE和ITU,
现在正在规定基于NB-OFMD的通信系统。

发明内容

各种标准的相对普及度可能将在接下来几年在市场中确定。然而,必须
确保全部初生标准提供共存/互用方法。应注意以下几点:

可网络级别实现不同标准之间的互用性,因为大多数标准提供方法来会
合到IPv4在IPv6(或者在计量应用中,IEC 432)。因此,在PHY/MAC级别,
共存是更实际并且有效的目标。

在一些情况下通过频率分离自动实现PHY级别的非中断性共存。
European Cenelec规章通过将可用频带划分为公用事业公司拥有的频带、户内
频带和共享频带来便于这个做法。

Cenelec-C频带中的共存由Cenelec规章批准,利用使用中频带音调信号
以及管理每一个技术的占空比的规则。此方法的变形形式,涉及技术专有宽
带签名(而不是一般的音调),已经被宽带OFDM PLC系统采用。

尽管使用中频带信令实现了共存,但是它经常引起尤其是吞吐量的明显
损耗,并且带来关于在区域中针对不同技术的不同部署密度下接入规则的“公
平性”的问题。

在可能的情况下,优选地普及标准/联盟开发公平和有效的共存机制。公
开一种用于两个最普及的窄带OFDM标准即PRIME和G3共存的方法。由于
PRIME和G3是本领域中初始标准的强基础,因此实施方式提供一种新涌现
的窄带PLC技术之间无缝共存的路径。

附图说明

下面参照附图描述用于实现本发明原理的示例实施方式。

图1例示PRIME标准中使用的帧结构;

图2例示PRIME标准中的物理协议数据单元(PPDU);

图3列出PRIME OFDM符号的参数;

图4例示S-FSK PPDU结构;

图5例示针对PRIME和各种S-FSK传输的FFT输出能量;

图6例示当PRIME传输与S-FSK传输干扰时经匹配的滤波器输出噪声分
布;

图7例示添加了信道保留前言序列的PRIME PPDU;

图8例示包括前导码和报头/数据片段的G3PPDU;

图9例示具有作为前缀添加的PRIME前导码的G3PPDU结构;以及

图10是电力线通信(PLC)网络的框图。

具体实施方式

通过例示而不是通过限制来描述示例实施方式。

PRIME特征

图1例示PRIME标准中使用的帧结构101。PRIME以介质接入控制
(MAC)帧划分时间。在当前的PRIME规范中,每一个帧101持续565.248ms。
“基本节点”在每一个帧的开始处发射信标符号102。还分配信标时隙以切换用
于发射其自己的信标的节点。

信标发射后是共享竞争周期(SCP)103,期间全部PRIME节点可以竞争
接入。帧还可以包含基本节点可以分配专用于单独节点的可选的无竞争周期
(CFP)104。请注意基本节点还可以将CFP周期104保留为空。

PRIME标准的两个其它方面涉及与其它PLC标准的共存:(1)PRIME
节点如何感测信道来看信道是否忙,以及(2)当节点接入信道时PRIME传
输的实质。结合图2描述第二方面,其例示PRIME标准中的物理协议数据单
元(PPDU)201。每一个PPDU 201开始于前导码202,其为在2.048ms内从
42kHz到90kHz扫频的啁啾序列。前导码202之后是PRIME报头203和有
效负载204。报头203和有效负载204均是使用图3所示的PRIME OFDM符
号参数的OFDM传输。PRIME符号包含在频域中被不同调制的97个声调。
声调之间隔着约0.5kHz的间隔。

S-FSK特征

S-FSK标准规定Cenelec A频带中的两个载波。(CENELEC(欧洲电工标
准化委员会,法语:Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique)是针
对电力技术标准化的欧洲委员会。通过在300、600、1200或者2400bps的波
特率发射标记或者空间载波来传送每一个比特。为了这个讨论,使用Linky
轮廓线,其中两个载波在63.3和74kHz处,具有0.5%的公差,以及波特率
是2400bps。

不同于PRIME网络,S-FSK网络不同步到周期性的信标。然而,每一个
PPDU(称为S-FSK帧)的开始同步到AC主循环的过零点(在欧洲为20ms
周期)。此外,每一个S-FSK PPDU结构401,如图4中所示,是45字节长,
具有2字节前导码402和2字节的开始帧界定符(SFD)403。在2400bps的
波特率,PPDU持续时间长度是150ms,并且前导码持续时间是6.667ms。

无改变的PRIME和S-FSK的共存

以下分析是对已有的PRIME和S-FSK标准的可能共存的研究。

S-FSK传输对PRIME网络的影响

S-FSK传输会对PRIME信号造成窄带干扰。

干扰的程度在图5例示。曲线501示出当仅仅存在PRIME信号(1Vrms)
时的接收机处的快速傅里叶变换(FFT)输出。与期望的一样,FFT输出在
42-90kHz的频率中是平坦的。其它三个曲线示出来自S-FSK信号的最小
(502)、平均(503)和最大(504)FFT输出能量,也在1Vrms被归一化。
因为FFT输出能量依赖于S-FSK发射机在符号中发射的实际比特以及其相对
于PRIME符号的开始的相对相位,所以出现变化。所例示的曲线考虑了全部
可能值。

当S-FSK和PRIME信号以相同能量被接收时,从约61kHz到约75kHz
存在对PRIME的严重干扰。这是通过在每一个声调中设置针对信干比的5dB
粗略阈值,其为针对PRIME中的最低编码率的工作SNR。在两个峰值之间出
现的、对应于S-FSK传输中的标记和空间频率的PRIME传输中的一些声调可
以不被严重影响。然而,使用频率差分编码,它们将需要也被丢弃。当然,
S-FSK信号强度将不同于PRIME信号,并且相应地,不同数量的PRIME声
调将被S-FSK影响。表1列出针对各种相对信号强度的受影响声调的数量。
清楚地,如果S-FSK信号在PRIME信号以上5个dB,则将严重地影响PRIME
通信。

  SFSK-PRIME信号比(dB)
  受影响音调的近似数量(<5dB SNR)
  -20
  97(所有音调)
  -10
  61
  -5
  39
  0
  23
  10
  10
  15
  2

表1

类似全部OFDM系统,PRIME对窄带干扰具有一些内置抵抗。主要地,
这是通过检测窄带干扰并且或者擦除声调或者通过使用每声调(或者每子带)
噪声方差估计无保留地减少软信息的“置信度”来实现的。然而,清楚的是声调
的损耗将影响性能。基于以上的表1,估计PRIME可以承受在PRIME传输以
上最多5dB的S-FSK干扰。

PRIME传输对S-FSK网络的影响

进行模拟来估计当在附近发射相等能量的PRIME信号并且这些信号与
S-FSK信号干扰时S-FSK接收机看到的有效噪声能量。随机地产生多个
PRIME符号,针对能量归一化,并且使它们与空间和标记声调符号相关。得
到的噪声分布在图6绘出。有趣的是,标记声调(63kHz)601承受比空间声
调(602)高2dB的噪声。另外,标记声调(601)的噪声分布不是很高斯。
然而应注意,如果标记和空间频率或者在PRIME采样频率中存在部分到部分
变化,则这可能变化。

更重要的是,S-FSK接收机看到的Eb/N0针对两个声调都是约27dB。为
了估计得到的性能,参照表2中的第二列,其是从S-FSK标准中提取的。由
于S-FSK不具有前向纠错,所以如果大约300比特中的任何一个是错误的,
则S-FSK帧错误。为了实现可靠的通信,估计目标比特错误率/误码率(BER)
应小于0.1%,这将要求基于标准的非相干FSK接收机的至少12dB Eb/N0。
这比表2中的规范好5dB。(请注意表2中的Eb/N0限制应用作指导。它们比
理论上可实现结果高至少3dB)。

  BER
  -5dB<x<5dB
  x=±10dB
  x=±20dB
  10-5
  Eb/N0<21dB
  Eb/N0<17dB
  Eb/N0<7dB
  10-4
  Eb/N0<19dB
  Eb/N0<15dB
  Eb/N0<5dB
  10-3
  Eb/N0<17dB
  Eb/N0<13dB
  Eb/N0<3dB
  10-2
  Eb/N0<14dB
  Eb/N0<11dB
  Eb/N0<1dB
  10-1
  Eb/N0<10dB
  Eb/N0<7dB
  Eb/N0<-3dB
  2x 10-1
  Eb/N0<8dB
  Eb/N0<4dB
  Eb/N0<-5dB

表2

请注意以上分析一定程度上是乐观的,因为它测量相干匹配的滤波器的
输出端处的有效噪声。实际接收机可以实现非相干技术,在此情况下,它们
的有效Eb/N0将仅仅通过平均接收信号能量和平均噪声能量的比来确定,从
图5可见仅仅在大约10-15dB。即使利用这些乐观假设,S-FSK网络可以承
受来自处于S-FSK传输以上最多15dB的PRIME传输的干扰。

促进与S-FSK共存的PRIME轮廓线

以下讨论考虑可以会促进与S-FSK信号共存的可能的PRIME轮廓线(即,
对PRIME网络操作的小改变)。

仅实现技术(即,不对PRIME标准进行改变,但是对认证进行改变)并
且PRIME标准改变。

仅实现技术

对PRIME调制解调器的实现增强可以增强如以下讨论的与S-FSK网络的
共存。

实现技术1——PRIME接收机对S-FSK的容忍:认证试验可以被引入以
确保在存在S-FSK干扰的情况下PRIME兼容接收机良好工作。模拟指示利用
约-5dB信干比(SIR)应该可实现优异的性能。

实现技术2——增强的信道感测:如果PRIME节点感测信道忙于S-FSK
传输则可以避免与S-FSK传输的冲突。这可以通过添加针对在标记和空间频
率位置中能量的感测模式来进行。

实现技术3——基本节点调度:PRIME基本节点可以使用在PRIME帧中
可用的无竞争周期(CFP)来留出用于其它网络的S-FSK传输的无冲突时隙。
在此实现中,PRIME基本节点保留PRIME帧的一部分作为无竞争周期,但是
PRIME基本节点不分配这些保留的时隙到任何其相关联的PRIME发射机。

潜在地,S-FSK网络中的节点可以使用这些保留的时隙。然而,请注意
这个实现还可以要求某个方式来用信号通知S-FSK节点使用保留的时隙(而
不是PRIME信标时隙或者在SCP中保留的其它部分)。由于每一个S-FSK传
输持续150ms,所以保留的CFP应至少这样长。这的确导致可用于实际PRIME
传输的时间的减少,因此,减小PRIME吞吐量。以下讨论使能这种实现的技
术。

第一,如果基本节点是支持S-FSK和PRIME两者的双模式装置,则在仅
仅针对S-FSK保留的CFP时隙期间,基站可以启动S-FSK通信。双模式基本
节点还可以确保处于主-从模式的与其通信的装置同样这样做。

第二,为了防止其它装置开始未保留的传输,基本节点可以发射偶尔的
S-FSK前导码和SFD而不发射有效的S-FSK数据。这些发射可以占据仅仅4
个字节(或者13.3ms),并且将仅仅代表对PRIME的小的时间域脉冲干扰。
在感测信道时,S-FSK节点将观察S-FSK前导码和包头数据,因此应假设下
一150ms信道忙。

PRIME标准改变

对PRIME标准的增强将促进与S-FSK网络的共存,如以下讨论的。

标准增强1——使用前言序列的信道保留:此技术通过向全部PRIME
PPDU添加信道保留前言序列来实现,如图7所示。通过此修改,PRIME节
点感测用于PRIME和S-FSK传输两者的信道(参见以上的实现技术2)并且
仅仅如果信道针对两者都为空闲才传输。如果信道实际上空闲,则PRIME节
点发射总在AC主过零点开始的修改的PPDU(正好类似于S-FSK)并且其前
言是S-FSK前导码和SFD。PRIME接收机节点忽略它们将不理解或者解码的
S-FSK前言,并且将传输作为S-FSK包对待。然而,S-FSK接收机节点将前
言解码并且将其存在解释为意味着存在正在被发射的有效S-FSK帧。当
S-FSK接收机节点尝试解码期待的S-FSK帧时,将有很大可能性CRS失败,
因为数据实际上是PRIME PPDU。即使它不能解码数据,S-FSK接收机节点
仍相信另一个S-FSK节点正在发射——由于存在报头和SFD,并且因此将临
时停止其自己的发射并且将返回信道感测。

标准增强2——频率陷波:PRIME标准可以被修改以定义轮廓线,其中
PRIME载波被划分为子频带,例如,42-60kHz、60-75kHz和75-90kHz频带。
60-75kHz子频带交叠S-FSK频带中的标记和空间载波,如图5所例示。PRIME
数据会在第一和第三子频带上传递(即,在S-FSK频带之外),使用当前的
PRIME报头和数据结构。应为第三子频带添加导频声调。关于如何使用中间
子频带的一些可能变化包括:

在中间子频带发射零并且使用窗口来减少从第一和第三子频带的溢出。
这将最小化对S-FSK装置的干扰。

仅仅如果信道感测不揭示频带中的活动S-FSK发射则发射数据。完成这
点的一个可能方式是仅仅在第一和第三子频带中发射前导码和报头,该报头
指示第二子频带是否在使用中。这个机会性技术将增加吞吐量。还可以在第
三子频带上完成单独的编码。当然,这个技术将不阻止在PRME PPDU的中
间开始的S-FSK发射。

必须注意的是即使在陷波载波上没有发射数据,则其它载波中的一些将
仍受到来自S-FSK载波的溢出的影响,如图5所示。进一步分析可以用于量
化来自载波陷波的增益。

标准增强3——ROBO模式:共存挑战的一个问题是PRIME通信受到
S-FSK发射的长频域拖尾的影响。这些在全部PRIME声调上作为噪声基底出
现。通过向PRIME添加更鲁棒的通信模式,即使存在这种拖尾仍可以实现可
靠性。

S-FSK变化以促进与PRIME的共存

因为S-FSK已经具有安装的基站,并且假设将不能够明显地改变这些存
在/遗留的装置。将促进共存的一个增强是使用滤波器来削减S-FSK声调的长
频域拖尾。具体地,如果一些滤波被并入S-FSK传输以截止超过60-75kHz
频带的发射,对PRIME接收机的影响将被减轻。

关于PRIME和S-FSK装置的共存的结论

由于PRIME和S-FSK标准的当前状态,共存是可能的但是又一些受限制。
仅仅如果来自S-FSK装置的干扰是超过PRIME信号的5dB或者更小,则
PRIME装置可以工作。S-FSK装置对PRIME传输稍微更加免疫,但是即使
S-FSK传输仅仅能够容忍超过它们约10-15dB的PRIME传输。请注意这两种
严重干扰两者在实际中将发生,假定干扰源可能位于更接近接收机而不是发
射机的位置。

实现改进,包括更好的调度和感测,强制的高性能接收机等可以改进这
个情形。具体地,如果PRIME基本节点能够控制或者影响S-FSK装置的传输
时间,则调度可以帮助。

对PRIME标准的简单修改可以帮助避免时分(信道保留序列)和频域(载
波陷波)中两者引起的冲突。

G3特征

G3规范在PHY(物理层)也使用OFDM,具有类似于PRIME PPDU(图
2)的PPDU结构。然而,在PHY级别,两个标准之间的一个差异是G3使用
具有640微秒长度的由(缩放的)基本序列的9.5个重复组成的更长前导码。
图8例示G3 PPDU 801,其中包括前导码802和报头/数据片段803。PRIME
前导码是G3基本序列的3.2倍,但是PRIME前导码仅仅是整个GE重复前导
码的约三分之一。

PRIME和G3之间的第二个差异是G3使用无信标网络。

G3装置在非集中式/分散网络中工作,其中路由是基于邻居发现的每节点
的。因此,不同于PRIME(参见图1),G3不需要在每个帧中传输信标。

PRIME前导码的相对短,以及帧结构的差异,可以被使用以实现如以下
讨论的PRIME和G3标准之间的共存。

PRIME和G3的共存

此处公开两种技术来实现PRIME和G3网络之间的共存。第一种技术涉
及添加PRIME前导码作为前缀到G3PPDU。这会确保两个标准之间的基本共
存。第二种技术涉及在PRIME帧中保留用于G3传输的时隙。这会通过迫使
两个标准之间的信道时分来确保高性能。

添加前缀到PRIME和/或G3PPDU

针对PRIME和G3的共存挑战,如当前定义的,是PRIME和G3不能够
感测彼此的传输并且相应地退避以避免冲突。这是因为每一个技术使用不同
的签名序列(前导码)来指示信道占用。这可以通过以下方法中的一种来解
决。

添加“频带使用中”前导码到PRIMEPPDU和G3PPDU两者。PRIME
装置和G3装置将均能够感测到这个新定义的前导码并且如果在信道上识别
出传输则将退避。这个修改会要求PRIME规范和G3规范两者的改变以及对
已有规范兼容的装置的改变。

添加更短的PRIME前导码作为前缀到G3前导码。这会产生图9所示的
PPDU结构901用于G3传输。经修改的G3 PPDU 901包括PRIME前导码前
缀902,以及标准G3前导码802和报头/数据片段803。尽管PRIME前导码
用250kHz采样频率定义,但是容易将它重采样到400kHz从而G3发射机将
继续用400kHz时钟运行。由于图9中提出的改变(即,作为前缀添加到G3
PPDU结构的PRIME前导码),在信道竞争中可以预见以下行为。

PRIME装置对具有前缀的已修改的G3传输的响应

PRIME装置,包括那些已经部署的,将感测在G3PPDU前缀中传输的
PRIME前导码。PRIME装置将尝试解码报头并且将可能以高概率失败。然而,
PRIME装置将信道视为忙碌并且将退避,以不与进行中的G3传输干扰,这
些传输看上去为到PRIME装置的未解码PRIME传输。

另外,先进PRIME装置可以还包括G3前导码和报头,如果该装置能够
进行这种操作。先进PRIME装置将接着精确地确定由于G3传输引起信道忙
多长时间。

G3装置对PRIME传输的响应

G3装置将接收PRIME前导码并且将尝试检测G3前导码,该尝试将失败。
在一个实施方式中,G3装置应该假设信道忙了最长的PRIME报头持续时间,。
在替代实施方式中,G3前导码可以被添加到PRIME PPDU中。G3接收机将
仅仅扫描G3前导码(没有从当前G3改变),之后它们将仅仅使有效的报头
通过用于G3PPDU并且将针对PRIME PPDU退避。

另外,一些先进G3装置可以解码PRIME报头,并且精确地确定由于
PRIME传输引起信道忙多长时间。

在PRIME PPDU中用于G3传输的时间保留

通过允许PRIME和G3装置感测彼此的传输并且因此避免冲突,前导码
前缀化确保PRIME和G3之间的基本共存。然而,通过两个标准之间的更多
协调和兼容标准的网络,可以进一步增强性能。一种这样做的方式是利用
PRIME帧结构。

假设PRIME基本节点能够感测电学上附近的G3装置的存在。这不是不
实际的,因为基本节点功能上是集中器,必须使用附近的全部电力线通信标
准读取计量表。例如,不同的公共服务公司可以在相同地理区域中不运行独
立的集中器。当PRIME基本节点知道附近存在的G3装置时,PRIME基本节
点可以使用PRIME帧中的无竞争周期(CFP)以提供无冲突时隙用于G3传
输。为了实现这些,集中器将帧的一部分宣告为无竞争,但是不将可用时隙
给予任何PRIME节点。相反,该时隙被留下用于来自G3节点的传输。在
PRIME共享竞争周期中,PRIME节点和GE节点两者将竞争接入。这个相同
技术可以在以下方式中增进。

如果PRIME基本节点还具有向G3节点广播可用CFP的功能,则G3节
点可以使用此知识并且将在PRIME共享竞争周期中不与PRIME节点竞争。

替代地,PRIME基本节点可以发送具有非常小的PRIME有效负载并且不
被赋予地址到任何已有PRIME节点的干扰PPDU。如果此干扰PPDU在共享
竞争周期和信标周期开始之前被发送,则接收到前导码的G3节点将试着解码
G3报头但是失败。G3节点将接着退避相对长的时间,潜在地针对最长可能
G3包的持续时间。通过整个技术,网络可以实现PRIME传输和G3传输之间
的近乎完美的时分,而不必须修改装置来实现互用性。

关于PRIME和G3装置的共存的结论

PRIME和G3是两种最著名的用于Cenelec-A频带中的电力线通信的窄带
OFDM标准。通过仅仅添加2.048ms的PRIME前导码作为前缀到G3PPDU
可以实现基本共存。这会导致G3开销的微小增加,但是应该不影响G3性能。
通过在PRIME帧中创建无竞争周期,PRIME基本节点可以改进共存,但是抑
制分配这些时隙到任何PRIME节点。这创建其中G3节点可以发射/传输的时
隙而没有来自PRIME的干扰的危险。如果PRIME基本节点能够构建有效的
G3包来承载关于至G3节点的无竞争指派的信息,则此关系可以被进一步增
强。此功能要求的唯一变化是添加不同的控制包到G3,而不改变PHY。

示例系统

图10是使用通过使用变压器1004耦合的中间电压(MV)线1002和低
电压线(LV)1003的电力线通信(PLC)网络1001的高级别框图。在所例示
的示例中,多个装置,诸如基本节点和调制解调器,使用PLC网络1001来通
信。这些装置使用不同标准,诸如PRIME标准、S-FSK标准或者G3标准来
通信。单个MV线1002或者LV线1003可以携带来自不同标准的信号。如以
上讨论的,使用相同线路的多个技术或者标准的存在可以导致使用一个或者
更多个技术或者标准的装置中的干扰并且退化性能。

在PLC网络1001中,基本节点1005根据PRIME标准工作。PRIME基
本节点1005与PRIME调制解调器1006通信来与计量表1007交换数据,例
如针对MV/LV线1002/1003的计量表1007。基本节点1008也在PLC网络1001
上,使用MV/LV线1002/1003,根据诸如S-FSK或者G3这样的不同(即,
非PRIME)标准工作。S-FSK或者G3基本节点1008与相应的S-FSK或者
G3调制解调器1009通信以与诸如计量表1010这样的装置交换数据。应理解
的是基本节点1008和调制解调器1009可以使用S-FSK或者G3标准(或者
甚至两种标准),但是在图10中显示在同一装置中以简化图示。此外,任意
数量的附加调制解调器1012还可以耦合到LV线1003。调制解调器1012可
以遵循PRIME、S-FSK或者G3标准以与基本节点通信并且促进与装置1013
的数据交换。

尽管示出耦合到MV线1002,但是基本节点1005和/或基本节点1008可
以替代地通过基本节点1011耦合到LV线1003,如例示的。基本节点1005、
1008、1011例如可以是集中器或者其它装置,其用作网络或者通信技术的主
机。另外,应理解的是装置1007、1010、1013不限于公用事业计量表,但是
可以包括将受益或者需要与基本节点交换数据的任意装置,包括例如,家用
网络、接入点、基站、皮单元/毫微微单元、电力车辆充电站等。

如以上讨论的,PRIME基本节点1005和S-FSK/G3基本节点1008的同
时传输而没有进一步的协调或者修改,有可能造成相互干扰和系统退化。此
处公开的修改和调整会允许两个(或者更多个)PLC技术在网络1001上共存。
这将允许公用事业提供商升级或者转换其网络从一个技术到另一个技术。另
外,这将允许在MV/LV线上使用不同技术,MV/LV线在不同的公用事业提
供商之间或者在解除管制的公用事业环境中共享。

在一个实施方式中,PRIME基本节点1005检测S-FSK装置在网络1001
上存在并且维持至少5dB的信干比(SIR)。替代地,PRIME基本节点1005
可以检测信道何时忙于S-FSK传输,接着退避直至信道完成传输为止。PRIME
基本节点1005可以通过监视针对S-FSK的标记和空间频率位置来识别S-FSK
传输。在另一个实施方式中,通过指定PRIME帧的一部分作为无竞争周期
(CFP),PRIME基本节点1005可以调度传输。不指派此CFP到调制解调器
1006或者某个其它PRIME装置,但是允许S-FSK/G3基本节点1008或者
S-FSK/G3调制解调器1009在此周期中传输。

在其它实施方式中,PRIME基本节点1008可以添加S-FSK信道预留序
列,诸如前导码和SFD,将其添加到PRIME PPDU的开头。S-FSK基本节点
1008和S-FSK调制解调器1009会检测此序列并且会退避,因为它们假设另
一个S-FSK装置正在传输。

PRIME基本节点1005和调制解调器1006还可以使用频率陷波。通过仅
仅在期待的S-FSK频带以上和以下的子频带中发射,没有数据应该承受来自
同时S-FSK传输的干扰。因为S-FSK传输的长频域拖尾,所以PRIME基本
节点1005和调制解调器1006可以针对其传输使用更鲁棒的编码,以补偿
S-FSK信号拖尾创建的“噪声”。

通过在其相应的PPDU上使用公共的“频带使用中”前导码,PRIME装置
1005、1006和G3装置1008、1009可以避免相互干扰。另一装置将检测到该
前导码并且将退避。替代地,G3装置1008、1009将添加PRIME前导码作为
前缀到G3PPDU。结果,PRIME装置1005、1006将感测PRIME前导码并且
将识别信道忙,因而允许G3装置传输。

在另一个实施方式中,PRIME基本节点1005可以传输不被赋予地址到
PRIME调制解调器1006或者任何其它活动PRIME装置的干扰PPDU。干扰
PPDU可以具有最小有效负载。G3装置1008、1009检测PPDU并且不能够对
其解码。结果,G3装置将退避以允许被解析的内容作为另一个G3传输继续。
在此退避周期中,PRIME装置能够传输而没有干扰。

从以上说明和附图给出的教导,本发明所属的技术领域的技术人员将得
到本发明的很多修改和其它实施方式。因此,应理解本发明不限于公开的具
体实施方式。尽管在此采用了具体术语,但是仅仅以通用和描述性的意义来
使用,而不是为了限制。

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1、(10)申请公布号 CN 102845039 A(43)申请公布日 2012.12.26CN102845039A*CN102845039A*(21)申请号 201180020312.3(22)申请日 2011.04.2061/325,858 2010.04.20 US61/345,388 2010.05.17 US13/079,858 2011.04.05 USH04L 27/26(2006.01)H04B 3/54(2006.01)H04B 3/32(2006.01)H04L 29/08(2006.01)(71)申请人德克萨斯仪器股份有限公司地址美国德克萨斯州(72)发明人 BN瓦拉达拉雅 。

2、AG达巴克H金 DP谢弗(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司 11245代理人赵蓉民 李英(54) 发明名称PRIME装置、S-FSK装置和G3装置在电力线通信中的共存(57) 摘要遵循两个或者更多不同标准的通信装置,诸如基本节点(1005、1008、1011)和调制解调器(1006、1009、1012),在共享的通信信道上工作。为了避免相互干扰,根据第一标准工作的基本节点(1005)使用无竞争周期指定保留时间。通过不指派无竞争周期到根据第一标准工作的另一装置,基本节点(1005)允许根据第二标准工作的装置在保留时间期间通信。替代地,通过在传输之前修改数据包,使用第一标准的装置可以。

3、避免来自根据第二标准产生的传输的干扰。对应于第二标准中的前导码的前缀被添加到根据第一标准创建的数据包的开头。根据第二标准工作的装置观察前缀并且识别信道是活动的。第二标准装置退避传输因而最小化干扰。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.10.22(86)PCT申请的申请数据PCT/US2011/033164 2011.04.20(87)PCT申请的公布数据WO2011/133619 EN 2011.10.27(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书9页 附图7页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 7 页1/2。

4、页21.一种用于减少共享通信介质上的干扰的方法,所述方法包括:在根据第一标准工作的调制解调器中产生根据所述第一标准的数据帧;将根据第二标准的报头数据添加到所述数据帧的开头以创建经修改的数据帧;以及使用根据所述第一标准工作的调制解调器在所述共享通信介质上传输所述经修改的数据帧。2.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括:在根据第二标准工作的调制解调器接收所述经修改的数据帧;解码所述经修改的数据帧内的第二标准报头数据;以及延迟根据第二标准工作的调制解调器的传输同时尝试解码所述经修改的数据帧。3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一标准是电力线相关的智能计量演化(PRIME)标准,以及其中所述。

5、第二标准是S-FSK(IEC 61334-5-1)标准。4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述数据帧是根据所述PRIME标准的PHY层协议数据单元(PPDU),以及其中所述报头数据是根据所述S-FSK标准的前导码和开始帧界定符即SFD。5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第一标准是G3标准,以及其中所述第二标准是电力线相关的智能计量演化(PRIME)标准。6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述数据帧是根据所述G3标准的PHY层协议数据单元(PPDU),以及其中所述报头数据是针对PRIME PPDU的前导码。7.一种用于减小共享通信介质上的干扰的方法,所述方法包括:在根据第一标准工作的基。

6、本节点中产生根据所述第一标准的指定无竞争周期的数据帧;利用根据所述第一标准工作的所述基本节点暂停来自在所述通信介质上工作的全部节点的无竞争周期的指派;允许根据第二标准工作的装置在所述无竞争周期期间传输;以及在所述无竞争时段的结束处由根据所述第一标准工作的所述基本节点在所述通信介质上传输。8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述第一标准是电力线相关的智能计量演化(PRIME)标准,以及其中所述第二标准是S-FSK(IEC 61334-5-1)标准。9.根据权利要求7所述的方法,其中,所述第一标准是电力线相关的智能计量演化(PRIME)标准,以及其中所述第二标准是G3标准。10.根据权利要求9所述。

7、的方法,所述方法还包括:在所述无竞争周期结束之前,由所述根据所述第一标准工作的所述基本节点在所述通信介质上传输PHY层协议数据单元(PPDU),其中所述PPDU不被赋予地址到根据所述第一标准工作的已有节点。11.根据权利要求10所述的方法,其中,在竞争退避周期期间,PPDU造成根据所述第二标准工作的装置在所述无竞争周期之后暂停传输。12.一种用于在被根据多个标准工作的装置共享的信道上通信的系统,所述系统包括:根据第一通信标准工作的基本节点;以及权 利 要 求 书CN 102845039 A2/2页3根据所述第一通信标准工作的多个调制解调器;其中,所述基本节点工作以产生遵循所述第一通信标准的数据。

8、帧,所述数据帧还包括位于所述数据帧的开始处的根据第二通信标准的报头数据。13.一种用于在被根据多个标准工作的装置共享的信道上通信的系统,所述系统包括:根据第一通信标准工作的基本节点;以及根据所述第一通信标准工作的多个调制解调器;其中,所述基本节点工作以产生和传输根据所述第一通信标准指定针对所共享信道的无竞争周期的数据帧,以及其中所述基本节点暂停从所述多个调制解调器指派所述无竞争周期以允许根据第二通信标准工作的装置在所述无竞争时段期间在所述共享信道上传输。14.根据权利要求13所述的系统,其中,所述基本节点工作以在所述无竞争周期的结束时向所述多个调制解调器传输数据。15.根据权利要求13所述的系。

9、统,其中,所述第一通信标准是电力线相关的智能计量演化(PRIME)标准,以及其中所述第二通信标准是G3标准;以及其中,在所述无竞争周期的结束之前,所述基本节点工作以在所述共享信道上传输PHY层协议数据单元(PPDU),所述PPDU不被赋予地址到所述多个调制解调器的任意一个。权 利 要 求 书CN 102845039 A1/9页4PRIME 装置、 S-FSK 装置和 G3 装置在电力线通信中的共存技术领域0001 本发明一般涉及电力线通信(PLC)装置,更具体地,涉及用于最小化由来自根据不同的PLC标准工作的装置的传输造成的冲突的设备和方法。背景技术0002 PRIME(电力线相关智能计量演化。

10、)标准定义针对在42-90kHz频带中的使用正交频分复用(OFDM)的电力网络的PLC窄带数据传输系统的低层。0003 国际电工委员会(IEC)61334-5-1标准定义了60-76kHz频带中的低速电力线通信。IEC 61334-5-1还被称为S-FSK(扩展频移键控),并且先前被称为IEC 1334。为了简化下面的讨论,在本文件中S-FSK/IEC 61334-5-1标准被称为“S-FSK”。0004 G3是促进在35-90kHz频带的智能输电网络实现中的互用性的基于OFDM的电力线通信标准。0005 OpenMeter论坛,在其工作包2(Working Package 2)中,已经回顾了。

11、已有的PLC技术并且确定研究区域和当前知识状态的差距。存在于PRIME和S-FSK之间的共存缺口使PRIME和S-FSK之间的互用性受到挑战。0006 基于窄带OFDM(NB-OFDM)的电力线通信系统在智能输电网络技术中正在得到普及。欧洲电力公司,特别是Iberdrola(PRIME)和ERDF(G3)是部署用于先进计量的NB-OFDM PLC系统的先导。SAE和ISO把基于PRIME和G3的NB-OFDM系统列入用于车辆充电应用的候选名单。受到这些和其它可能的应用的激励,至少两个主要标准开发组织 IEEE和ITU,现在正在规定基于NB-OFMD的通信系统。发明内容0007 各种标准的相对普。

12、及度可能将在接下来几年在市场中确定。然而,必须确保全部初生标准提供共存/互用方法。应注意以下几点:0008 可网络级别实现不同标准之间的互用性,因为大多数标准提供方法来会合到IPv4在IPv6(或者在计量应用中,IEC 432)。因此,在PHY/MAC级别,共存是更实际并且有效的目标。0009 在一些情况下通过频率分离自动实现PHY级别的非中断性共存。European Cenelec规章通过将可用频带划分为公用事业公司拥有的频带、户内频带和共享频带来便于这个做法。0010 Cenelec-C频带中的共存由Cenelec规章批准,利用使用中频带音调信号以及管理每一个技术的占空比的规则。此方法的变。

13、形形式,涉及技术专有宽带签名(而不是一般的音调),已经被宽带OFDM PLC系统采用。0011 尽管使用中频带信令实现了共存,但是它经常引起尤其是吞吐量的明显损耗,并且带来关于在区域中针对不同技术的不同部署密度下接入规则的“公平性”的问题。0012 在可能的情况下,优选地普及标准/联盟开发公平和有效的共存机制。公开一种说 明 书CN 102845039 A2/9页5用于两个最普及的窄带OFDM标准即PRIME和G3共存的方法。由于PRIME和G3是本领域中初始标准的强基础,因此实施方式提供一种新涌现的窄带PLC技术之间无缝共存的路径。附图说明0013 下面参照附图描述用于实现本发明原理的示例实。

14、施方式。0014 图1例示PRIME标准中使用的帧结构;0015 图2例示PRIME标准中的物理协议数据单元(PPDU);0016 图3列出PRIME OFDM符号的参数;0017 图4例示S-FSK PPDU结构;0018 图5例示针对PRIME和各种S-FSK传输的FFT输出能量;0019 图6例示当PRIME传输与S-FSK传输干扰时经匹配的滤波器输出噪声分布;0020 图7例示添加了信道保留前言序列的PRIME PPDU;0021 图8例示包括前导码和报头/数据片段的G3PPDU;0022 图9例示具有作为前缀添加的PRIME前导码的G3PPDU结构;以及0023 图10是电力线通信(。

15、PLC)网络的框图。具体实施方式0024 通过例示而不是通过限制来描述示例实施方式。0025 PRIME特征0026 图1例示PRIME标准中使用的帧结构101。PRIME以介质接入控制(MAC)帧划分时间。在当前的PRIME规范中,每一个帧101持续565.248ms。“基本节点”在每一个帧的开始处发射信标符号102。还分配信标时隙以切换用于发射其自己的信标的节点。0027 信标发射后是共享竞争周期(SCP)103,期间全部PRIME节点可以竞争接入。帧还可以包含基本节点可以分配专用于单独节点的可选的无竞争周期(CFP)104。请注意基本节点还可以将CFP周期104保留为空。0028 PRI。

16、ME标准的两个其它方面涉及与其它PLC标准的共存:(1)PRIME节点如何感测信道来看信道是否忙,以及(2)当节点接入信道时PRIME传输的实质。结合图2描述第二方面,其例示PRIME标准中的物理协议数据单元(PPDU)201。每一个PPDU 201开始于前导码202,其为在2.048ms内从42kHz到90kHz扫频的啁啾序列。前导码202之后是PRIME报头203和有效负载204。报头203和有效负载204均是使用图3所示的PRIME OFDM符号参数的OFDM传输。PRIME符号包含在频域中被不同调制的97个声调。声调之间隔着约0.5kHz的间隔。0029 S-FSK特征0030 S-F。

17、SK标准规定Cenelec A频带中的两个载波。(CENELEC(欧洲电工标准化委员会,法语:Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique)是针对电力技术标准化的欧洲委员会。通过在300、600、1200或者2400bps的波特率发射标记或者空间载波来传送每一个比特。为了这个讨论,使用Linky轮廓线,其中两个载波在63.3和74kHz处,具有0.5%的公差,以及波特率是2400bps。0031 不同于PRIME网络,S-FSK网络不同步到周期性的信标。然而,每一个PPDU(称说 明 书CN 102845039 A3/9页6为S-FSK帧)。

18、的开始同步到AC主循环的过零点(在欧洲为20ms周期)。此外,每一个S-FSK PPDU结构401,如图4中所示,是45字节长,具有2字节前导码402和2字节的开始帧界定符(SFD)403。在2400bps的波特率,PPDU持续时间长度是150ms,并且前导码持续时间是6.667ms。0032 无改变的PRIME和S-FSK的共存0033 以下分析是对已有的PRIME和S-FSK标准的可能共存的研究。0034 S-FSK传输对PRIME网络的影响0035 S-FSK传输会对PRIME信号造成窄带干扰。0036 干扰的程度在图5例示。曲线501示出当仅仅存在PRIME信号(1Vrms)时的接收机。

19、处的快速傅里叶变换(FFT)输出。与期望的一样,FFT输出在42-90kHz的频率中是平坦的。其它三个曲线示出来自S-FSK信号的最小(502)、平均(5 03)和最大(504)FFT输出能量,也在1Vrms被归一化。因为FFT输出能量依赖于S-FSK发射机在符号中发射的实际比特以及其相对于PRIME符号的开始的相对相位,所以出现变化。所例示的曲线考虑了全部可能值。0037 当S-FSK和PRIME信号以相同能量被接收时,从约61kHz到约75kHz存在对PRIME的严重干扰。这是通过在每一个声调中设置针对信干比的5dB粗略阈值,其为针对PRIME中的最低编码率的工作SNR。在两个峰值之间出现。

20、的、对应于S-FSK传输中的标记和空间频率的PRIME传输中的一些声调可以不被严重影响。然而,使用频率差分编码,它们将需要也被丢弃。当然,S-FSK信号强度将不同于PRIME信号,并且相应地,不同数量的PRIME声调将被S-FSK影响。表1列出针对各种相对信号强度的受影响声调的数量。清楚地,如果S-FSK信号在PRIME信号以上5个dB,则将严重地影响PRIME通信。0038 SFSK-PRIME信号比(dB) 受影响音调的近似数量(5dB SNR)-20 97(所有音调)-10 61-5 390 2310 1015 20039 表10040 类似全部OFDM系统,PRIME对窄带干扰具有一些。

21、内置抵抗。主要地,这是通过检测窄带干扰并且或者擦除声调或者通过使用每声调(或者每子带)噪声方差估计无保留地减少软信息的“置信度”来实现的。然而,清楚的是声调的损耗将影响性能。基于以上的表1,估计PRIME可以承受在PRIME传输以上最多5dB的S-FSK干扰。0041 PRIME传输对S-FSK网络的影响说 明 书CN 102845039 A4/9页70042 进行模拟来估计当在附近发射相等能量的PRIME信号并且这些信号与S-FSK信号干扰时S-FSK接收机看到的有效噪声能量。随机地产生多个PRIME符号,针对能量归一化,并且使它们与空间和标记声调符号相关。得到的噪声分布在图6绘出。有趣的是。

22、,标记声调(63kHz)601承受比空间声调(602)高2dB的噪声。另外,标记声调(601)的噪声分布不是很高斯。然而应注意,如果标记和空间频率或者在PRIME采样频率中存在部分到部分变化,则这可能变化。0043 更重要的是,S-FSK接收机看到的Eb/N0针对两个声调都是约27dB。为了估计得到的性能,参照表2中的第二列,其是从S-FSK标准中提取的。由于S-FSK不具有前向纠错,所以如果大约300比特中的任何一个是错误的,则S-FSK帧错误。为了实现可靠的通信,估计目标比特错误率/误码率(BER)应小于0.1%,这将要求基于标准的非相干FSK接收机的至少12dB Eb/N0。这比表2中的。

23、规范好5dB。(请注意表2中的Eb/N0限制应用作指导。它们比理论上可实现结果高至少3dB)。0044 BER -5dBx5dB x10dB x20dB10-5Eb/N021dB Eb/N017dB Eb/N07dB10-4Eb/N019dB Eb/N015dB Eb/N05dB10-3Eb/N017dB Eb/N013dB Eb/N03dB10-2Eb/N014dB Eb/N011dB Eb/N01dB10-1Eb/N010dB Eb/N07dB Eb/N0-3dB2x 10-1Eb/N08dB Eb/N04dB Eb/N0-5dB0045 表20046 请注意以上分析一定程度上是乐观的,因。

24、为它测量相干匹配的滤波器的输出端处的有效噪声。实际接收机可以实现非相干技术,在此情况下,它们的有效Eb/N0将仅仅通过平均接收信号能量和平均噪声能量的比来确定,从图5可见仅仅在大约10-15dB。即使利用这些乐观假设,S-FSK网络可以承受来自处于S-FSK传输以上最多15dB的PRIME传输的干扰。0047 促进与S-FSK共存的PRIME轮廓线0048 以下讨论考虑可以会促进与S-FSK信号共存的可能的PRIME轮廓线(即,对PRIME网络操作的小改变)。0049 仅实现技术(即,不对PRIME标准进行改变,但是对认证进行改变)并且PRIME标准改变。0050 仅实现技术0051 对PRI。

25、ME调制解调器的实现增强可以增强如以下讨论的与S-FSK网络的共存。0052 实现技术1PRIME接收机对S-FSK的容忍:认证试验可以被引入以确保在存在S-FSK干扰的情况下PRIME兼容接收机良好工作。模拟指示利用约-5dB信干比(SIR)应该说 明 书CN 102845039 A5/9页8可实现优异的性能。0053 实现技术2增强的信道感测:如果PRIME节点感测信道忙于S-FSK传输则可以避免与S-FSK传输的冲突。这可以通过添加针对在标记和空间频率位置中能量的感测模式来进行。0054 实现技术3基本节点调度:PRIME基本节点可以使用在PRIME帧中可用的无竞争周期(CFP)来留出用。

26、于其它网络的S-FSK传输的无冲突时隙。在此实现中,PRIME基本节点保留PRIME帧的一部分作为无竞争周期,但是PRIME基本节点不分配这些保留的时隙到任何其相关联的PRIME发射机。0055 潜在地,S-FSK网络中的节点可以使用这些保留的时隙。然而,请注意这个实现还可以要求某个方式来用信号通知S-FSK节点使用保留的时隙(而不是PRIME信标时隙或者在SCP中保留的其它部分)。由于每一个S-FSK传输持续150ms,所以保留的CFP应至少这样长。这的确导致可用于实际PRIME传输的时间的减少,因此,减小PRIME吞吐量。以下讨论使能这种实现的技术。0056 第一,如果基本节点是支持S-F。

27、SK和PRIME两者的双模式装置,则在仅仅针对S-FSK保留的CFP时隙期间,基站可以启动S-FSK通信。双模式基本节点还可以确保处于主-从模式的与其通信的装置同样这样做。0057 第二,为了防止其它装置开始未保留的传输,基本节点可以发射偶尔的S-FSK前导码和SFD而不发射有效的S-FSK数据。这些发射可以占据仅仅4个字节(或者13.3ms),并且将仅仅代表对PRIME的小的时间域脉冲干扰。在感测信道时,S-FSK节点将观察S-FSK前导码和包头数据,因此应假设下一150ms信道忙。0058 PRIME标准改变0059 对PRIME标准的增强将促进与S-FSK网络的共存,如以下讨论的。006。

28、0 标准增强1使用前言序列的信道保留:此技术通过向全部PRIMEPPDU添加信道保留前言序列来实现,如图7所示。通过此修改,PRIME节点感测用于PRIME和S-FSK传输两者的信道(参见以上的实现技术2)并且仅仅如果信道针对两者都为空闲才传输。如果信道实际上空闲,则PRIME节点发射总在AC主过零点开始的修改的PPDU(正好类似于S-FSK)并且其前言是S-FSK前导码和SFD。PRIME接收机节点忽略它们将不理解或者解码的S-FSK前言,并且将传输作为S-FSK包对待。然而,S-FSK接收机节点将前言解码并且将其存在解释为意味着存在正在被发射的有效S-FSK帧。当S-FSK接收机节点尝试解。

29、码期待的S-FSK帧时,将有很大可能性CRS失败,因为数据实际上是PRIME PPDU。即使它不能解码数据,S-FSK接收机节点仍相信另一个S-FSK节点正在发射由于存在报头和SFD,并且因此将临时停止其自己的发射并且将返回信道感测。0061 标准增强2频率陷波:PRIME标准可以被修改以定义轮廓线,其中PRIME载波被划分为子频带,例如,42-60kHz、60-75kHz和75-90kHz频带。60-75kHz子频带交叠S-FSK频带中的标记和空间载波,如图5所例示。PRIME数据会在第一和第三子频带上传递(即,在S-FSK频带之外),使用当前的PRIME报头和数据结构。应为第三子频带添加导。

30、频声调。关于如何使用中间子频带的一些可能变化包括:0062 在中间子频带发射零并且使用窗口来减少从第一和第三子频带的溢出。这将最小化对S-FSK装置的干扰。说 明 书CN 102845039 A6/9页90063 仅仅如果信道感测不揭示频带中的活动S-FSK发射则发射数据。完成这点的一个可能方式是仅仅在第一和第三子频带中发射前导码和报头,该报头指示第二子频带是否在使用中。这个机会性技术将增加吞吐量。还可以在第三子频带上完成单独的编码。当然,这个技术将不阻止在PRME PPDU的中间开始的S-FSK发射。0064 必须注意的是即使在陷波载波上没有发射数据,则其它载波中的一些将仍受到来自S-FSK。

31、载波的溢出的影响,如图5所示。进一步分析可以用于量化来自载波陷波的增益。0065 标准增强3ROBO模式:共存挑战的一个问题是PRIME通信受到S-FSK发射的长频域拖尾的影响。这些在全部PRIME声调上作为噪声基底出现。通过向PRIME添加更鲁棒的通信模式,即使存在这种拖尾仍可以实现可靠性。0066 S-FSK变化以促进与PRIME的共存0067 因为S-FSK已经具有安装的基站,并且假设将不能够明显地改变这些存在/遗留的装置。将促进共存的一个增强是使用滤波器来削减S-FSK声调的长频域拖尾。具体地,如果一些滤波被并入S-FSK传输以截止超过60-75kHz频带的发射,对PRIME接收机的影。

32、响将被减轻。0068 关于PRIME和S-FSK装置的共存的结论0069 由于PRIME和S-FSK标准的当前状态,共存是可能的但是又一些受限制。仅仅如果来自S-FSK装置的干扰是超过PRIME信号的5dB或者更小,则PRIME装置可以工作。S-FSK装置对PRIME传输稍微更加免疫,但是即使S-FSK传输仅仅能够容忍超过它们约10-15dB的PRIME传输。请注意这两种严重干扰两者在实际中将发生,假定干扰源可能位于更接近接收机而不是发射机的位置。0070 实现改进,包括更好的调度和感测,强制的高性能接收机等可以改进这个情形。具体地,如果PRIME基本节点能够控制或者影响S-FSK装置的传输时。

33、间,则调度可以帮助。0071 对PRIME标准的简单修改可以帮助避免时分(信道保留序列)和频域(载波陷波)中两者引起的冲突。0072 G3特征0073 G3规范在PHY(物理层)也使用OFDM,具有类似于PRIME PPDU(图2)的PPDU结构。然而,在PHY级别,两个标准之间的一个差异是G3使用具有640微秒长度的由(缩放的)基本序列的9.5个重复组成的更长前导码。图8例示G3 PPDU 801,其中包括前导码802和报头/数据片段803。PRIME前导码是G3基本序列的3.2倍,但是PRIME前导码仅仅是整个GE重复前导码的约三分之一。0074 PRIME和G3之间的第二个差异是G3使用。

34、无信标网络。0075 G3装置在非集中式/分散网络中工作,其中路由是基于邻居发现的每节点的。因此,不同于PRIME(参见图1),G3不需要在每个帧中传输信标。0076 PRIME前导码的相对短,以及帧结构的差异,可以被使用以实现如以下讨论的PRIME和G3标准之间的共存。0077 PRIME和G3的共存0078 此处公开两种技术来实现PRIME和G3网络之间的共存。第一种技术涉及添加PRIME前导码作为前缀到G3PPDU。这会确保两个标准之间的基本共存。第二种技术涉及在PRIME帧中保留用于G3传输的时隙。这会通过迫使两个标准之间的信道时分来确保高性说 明 书CN 102845039 A7/9。

35、页10能。0079 添加前缀到PRIME和/或G3PPDU0080 针对PRIME和G3的共存挑战,如当前定义的,是PRIME和G3不能够感测彼此的传输并且相应地退避以避免冲突。这是因为每一个技术使用不同的签名序列(前导码)来指示信道占用。这可以通过以下方法中的一种来解决。0081 添加“频带使用中”前导码到PRIMEPPDU和G3PPDU两者。PRIME装置和G3装置将均能够感测到这个新定义的前导码并且如果在信道上识别出传输则将退避。这个修改会要求PRIME规范和G3规范两者的改变以及对已有规范兼容的装置的改变。0082 添加更短的PRIME前导码作为前缀到G3前导码。这会产生图9所示的PP。

36、DU结构901用于G3传输。经修改的G3 PPDU 901包括PRIME前导码前缀902,以及标准G3前导码802和报头/数据片段803。尽管PRIME前导码用250kHz采样频率定义,但是容易将它重采样到400kHz从而G3发射机将继续用400kHz时钟运行。由于图9中提出的改变(即,作为前缀添加到G3PPDU结构的PRIME前导码),在信道竞争中可以预见以下行为。0083 PRIME装置对具有前缀的已修改的G3传输的响应0084 PRIME装置,包括那些已经部署的,将感测在G3PPDU前缀中传输的PRIME前导码。PRIME装置将尝试解码报头并且将可能以高概率失败。然而,PRIME装置将信。

37、道视为忙碌并且将退避,以不与进行中的G3传输干扰,这些传输看上去为到PRIME装置的未解码PRIME传输。0085 另外,先进PRIME装置可以还包括G3前导码和报头,如果该装置能够进行这种操作。先进PRIME装置将接着精确地确定由于G3传输引起信道忙多长时间。0086 G3装置对PRIME传输的响应0087 G3装置将接收PRIME前导码并且将尝试检测G3前导码,该尝试将失败。在一个实施方式中,G3装置应该假设信道忙了最长的PRIME报头持续时间,。在替代实施方式中,G3前导码可以被添加到PRIME PPDU中。G3接收机将仅仅扫描G3前导码(没有从当前G3改变),之后它们将仅仅使有效的报头。

38、通过用于G3PPDU并且将针对PRIME PPDU退避。0088 另外,一些先进G3装置可以解码PRIME报头,并且精确地确定由于PRIME传输引起信道忙多长时间。0089 在PRIME PPDU中用于G3传输的时间保留0090 通过允许PRIME和G3装置感测彼此的传输并且因此避免冲突,前导码前缀化确保PRIME和G3之间的基本共存。然而,通过两个标准之间的更多协调和兼容标准的网络,可以进一步增强性能。一种这样做的方式是利用PRIME帧结构。0091 假设PRIME基本节点能够感测电学上附近的G3装置的存在。这不是不实际的,因为基本节点功能上是集中器,必须使用附近的全部电力线通信标准读取计量表。例如,不同的公共服务公司可以在相同地理区域中不运行独立的集中器。当PRIME基本节点知道附近存在的G3装置时,PRIME基本节点可以使用PRIME帧中的无竞争周期(CFP)以提供无冲突时隙用于G3传输。为了实现这些,集中器将帧的一部分宣告为无竞争,但是不将可用时隙给予任何PRIME节点。相反,该时隙被留下用于来自G3节点的传输。在PRIME共享竞争周期中,PRIME节点和GE节点两者将竞争接入。这个相同技术可以在以下方式中增进。0092 如果PRIME基本节点还具有向G3节点广播可用CFP的功能,则G3节点可以使用说 明 书CN 102845039 A10。

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