CN200780038709.9
2007.08.30
CN101584172A
2009.11.18
驳回
无权
发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H04L 27/26申请公布日:20091118|||专利申请权的转移IPC(主分类):H04L 27/26变更事项:申请人变更前权利人:诗科技有限公司变更后权利人:深圳市科瑞华电子有限公司变更事项:地址变更前权利人:英国维尔京群岛变更后权利人:518000 广东省深圳市福田区深南大道与彩田交汇处嘉麒豪庭A座1203登记生效日:20100324|||实质审查的生效|||公开
H04L27/26; H04L25/02; H04L5/02; H04B3/54; H04L1/00
H04L27/26
诗科技有限公司
大卫·惠勒
英国维尔京群岛
2006.10.17 GB 0620600.7
深圳中一专利商标事务所
张全文
在一个电力线通信系统中，在一个源终端和多个远程终端间使用定义多个子载波的频谱来建立数据通信，其中，所述频谱具有频率响应特性，所述频谱的频率响应被确定，所述频谱中的N个信道根据所述频率响应被分配，各信道包括相同数量的M个子载波，以及通过优化法确定最终的中心频率，以使所述频谱频率的容量得到完全利用。
1、 一种源终端和多个远程终端间通过宽带频谱进行数据通信的管理方法，其中所述源终端和各远程终端间的所述频谱具有不同频率响应的特性，所述方法包括：为各远程终端确定所述频谱的所述频率响应；依照所述频率响应在所述频谱内分配N个信道，各信道具有大致相等的带宽；和通过优化法确定所述信道的最终中心频率，以充分利用所述频谱的可用容量。2、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述频率响应的步骤包括从所述源终端向所述多个远程终端发射一个宽带信道探测帧，以及接收从所述远程终端向所述源终端返回的响应所述宽带信道探测的信噪比(SNR)信息。3、 根据权利要求2所述的方法，其中，所述宽带信道探测帧包括待优化的覆盖所述信道的K个等间隔子载波。4、 根据上述任一权利要求所述的方法，其中，所述分配N个信道的步骤包括通过选择具有N个最大SNR的N个子载波来确定所述信道的初始中心频率。5、 根据上述任一权利要求所述的方法，其中，所述优化法包括给所述信道分配信道参数和基于所述分配的信道参数确定所述信道的容量。6、 根据权利要求5所述的方法，其中，所述分配信道参数的步骤包括给各个所述信道分配相同数量的均匀围绕所述的初始中心频率的M个相邻子载波，以便各信道占据特定的带宽，以及基于所述SNR分配适当的发射比特到各信道和发射功率到各子载波以查找信道容量。7、 根据权利要求5和6所述的方法，其中，所述分配信道参数的步骤是为由信道的不同信道带宽导致的不同的M值而执行，以及为了所述源终端和远程终端间随后的通信，选择能提供最佳容量的信道参数。8、 根据上述任一权利要求所述的方法，还包括下述步骤：从所述源终端向所述多个远程终端发射一个窄带探测帧；以及接收所述多个远程终端向所述源终端返回的响应所述窄带探测的信道增益矢量。9、 根据权利要求8所述的方法，还包括在源终端基于所述信道求逆增益矢量执行信道求逆。10、 根据上述任一权利要求所述的方法，还包括周期性执行宽带探测和窄带探测的步骤，以在数据通信中的监测频率响应。11、 一种通过频谱在源终端和多个远程终端间建立数据通信的方法，其中，所述源终端和各远程终端间的频谱以不同频率响应为特性，所述方法包括：从所述源终端向所述多个远程终端发射一探测字段；通过所述探测字段向至少一个远程终端要求信道测量结果；要求所述至少一个远程终端向所述源终端发射所述信道测量结果；以及从所述源终端发射响应信号场中信道测量结果的信令信息，以使所述远程终端能在之后的数据通信中进行窄带信道解码。12、 根据权利要求11所述的方法，其中，所述探测字段包括宽带探测字段和窄带探测字段中的任一个。13、 一种用于具有宽带频谱的数据通信系统的设备，其中，任两个通信终端间的所述频谱具有频率响应的特性，所述设备包括：用于得到所述频谱的所述频率响应的单元；信道分配单元，用于在所述频谱中分配N个信道，各信道包括与所述频率响应一致的覆盖特定带宽的固定数量的子载波；以及信号处理单元，用于采用优化法确定所述信道的最终中心频率，以使所述频谱的可用容量被完全利用。14、 根据权利要求13所述的设备，其中，所述用于得到所述频率响应的单元构造为通过一个宽带探测帧给多个远程终端进行宽带探测，以从所述远程终端得到SNR信息。15、 根据权利要求14所述的设备，其中，所述宽带信道探测帧包括待优化的覆盖所述信道的K个等间隔子载波。16、 根据权利要求13至15任一项所述的设备，其中，所述信道分配单元构造为通过选择具有N个最大SNR的N个子载波来分配所述信道的初始中心频率。17、 根据权利要求13至16任一项所述的设备，其中，所述信号处理单元用于向所述信道分配信道参数，基于所述分配的信道参数确定所述信道的容量和为所述源终端和远程终端间随后的通信选择提供最佳容量的所述信道参数。18、 如权利要求13至17任一项所述的设备，其中，所述用于得到所述频率响应的单元进一步构造为通过一个窄带探测帧给多个远程终端进行窄带探测，以从所述远程终端得到信道增益矢量。19、 如权利要求13至18任一项所述的设备，其中，所述信号处理单元进一步构造为基于所述信道求逆增益矢量执行信道求逆。20、 如权利要求13至19任一项所述的设备，其中，所述用于得到所述频率响应的单元进一步构造为周期性地进行宽带探测和窄带探测，以监测数据通信中的所述频率响应。21、 一种计算机程序产品，包括计算机可执行指令，用于配置通用计算机控制通信设备以执行权利要求1至12任一项所述的方法。22、 一种存储有计算机可执行指令的存储介质，其当在控制通信设备的通用计算机上执行时，使所述设备配置为执行权利要求1至12任一项所述的方法。
数据通信 技术领域 本发明涉及数据通信，特别涉及通过电力线网络进行的数据通信。 背景技术 电力线通信使用电力配线同时分发数据，例如音频、视频和声音。电力线通信具有一个优点，普通家庭或办公室输入、输出的电力配线可支持多种频率。由于电流使用50或60Hz的信号，可在同样的配线上采用更高频率传输数据而不会引入额外的干扰。 如图1所示的电力线信道10以在具有高信噪比(signal to noise ratio，SNR)区域12和低SNR区域14的两节点之间有频率响应为特征。低SNR区域14可能为宽频，在这些区域内，通信受限甚至间或中断。电力线信道的有效频谱从0.5MHz到32MHz，但该频谱内却很少有超过15MHz的有效频谱。 当前的电力线通信技术，例如电力线网络，采用宽带正交调频多路复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM)来控制有效的电力线频谱频率从1MHz到28MHz，并结合强大的前向纠错(forward error correction，FEC)编码来规避低SNR区域。进一步地，电力线网络也提供了不增加OFDM子载波来规避低SNR区域的方法。然而，这会携带一个信号头以通知接收者每帧所用的子载波，还不包括子载波引起的可用硬件没有被完全利用。电力线网络的另一个缺点是由于其使用紧密布置的3070个子载波而使硬件复杂，深交错和增强编码结合占据了相当多的死区。对于所有的应用，这一等级的复杂度不是必需的。 一种由费希尔，R.F.H.和胡贝尔，J.B.提出的分散多路传输的负载功率分配演算法，“一种新的分散多路传输的负载功率分配演算法”，《美国电机电子工程师协会的全球通信论文集》(IEEE Proceedings Globecomm)，第724-728页。在这篇论文中，高数据传输率被分配给高SNR载波，低数据传输率被分配给低SNR载波。不使用非常低SNR的子载波。通过改变信号分布群的大小来实现自适应数据传输率，例如从幅移键控(Amplitude Shift Keying，ASK)为2到正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)为1024或者更高设置。进一步地，也要被重新分配发射功率以使各子载波的SNR最大化。 然而，这个例子没有为能够优化通过宽带或窄带信道探测的点对多点和点对点通信的协议，和通过优化带宽和中心频率来避免低SNR区域的多元信道分配提供灵活性。从窄带探测探测值可以得出，通过发射器的信道求逆以及与信道响应相匹配的循环前缀标识的优化，可用大大提高信道容量。 发明内容 本发明第一方面提供一种使得一个源终端能与多个远程终端进行通信的协议，该协议使得源终端可以发射探测信道的宽带宽和窄带宽的字段(即探测字段)，通过探测字段要求一个或多个远程终端的信道测量结果(measurements)，要求向源终端返回这些测量结果，以及在字段中提供全部所需信令信息，使得一个远程终端能对在相同协议中包含数据字段的窄带信道进行解码。 本发明的另一方面是提供一种源终端与多个远程终端间通过宽带频谱进行数据通信的管理方法，其中所述源终端和各远程终端间的所述频谱具有不同频率响应的特性，所述方法包括：为各远程终端决定所述频谱的所述频率响应；依照所述频率响应在所述频谱内分配N个信道，各信道具有大致相等的带宽；和通过优化法确定所述信道的最终中心频率，以充分利用所述频谱的可用容量。 优选地，所述确定所述频率响应的步骤包括从所述源终端向所述多个远程终端发射一个包括待优化的覆盖所述频带的K个等间隔子载波的宽带信道探测帧，以及接收从所述远程终端向所述源终端返回的响应所述宽带信道探测的信噪比(signal-to-noise，SNR)信息。 在本发明的一个实施例中，所述分配N个信道的步骤包括通过选择具有N个最大SNR的N个子载波来确定所述信道的初始中心频率。 优选地，所述优化法包括为所述信道的分配信道参数和基于所述信道参数确定所述信道的容量。 优选地，所述分配信道参数的步骤包括为各所述信道分配相同数量的匀称地围绕所述的初始中心频率的M个相邻子载波，以便各信道占据特定的带宽，以及基于所述SNR分配适当的发射比特(bits)到各信道和发射功率到各子载波以查找信道容量。 优选地，为能给信道产生不同信道带宽的不同M值执行所述分配信道参数的步骤，以及为了所述源终端和远程终端间随后的通信，选择能提供最佳容量的信道参数。 在以上方面的另一个实施例中，提供从所述源终端向所述多个远程终端发射一个窄带探测帧，以及接收从所述多个远程终端向所述源终端返回的响应所述窄带探测的信道增益矢量的步骤。 在以上方面的再一个实施例中，提供源终端基于所述信道求逆增益矢量而执行的信道求逆的步骤。 在以上方面的又一个实施例中，提供使用信道增益矢量来确定信道延迟扩展和使用所述延迟扩展来确定从标志到最小标志间接口的最优间隔的步骤。 优选地，所述进行宽带探测和窄带探测的步骤是周期性进行，以便在数据通信期间监控所述频率响应。 本发明的另一方面提供一种用于具有宽带频谱的数据通信系统的设备，任意两个通信终端间的频谱以频率响应为特性，所述设备包括：用于获取所述频谱的频率响应的单元；信道分配单元，用于在所述频谱中分配N个信道，各信道包括与所述频率响应一致的覆盖特定带宽的固定数量的子载波；以及信号处理单元，用于采用优化法确定所述信道的最终中心频率，以便于所述频谱的可用容量被完全利用。 附图说明 以下结合附图描述本发明的实施例，其中： 图1示出具有高SNR区域和低SNR区域的电力线信道的例子； 图2示出依据本发明实施例提供的包括一个源节点和多个远程节点的电力线通信网络； 图3示出依据本发明实施例提供的信道优化的整个流程图； 图4示出依据本发明实施例提供的包括包传输字段及其各自频率覆盖范围的协议； 图5示出代表F2字段中数据和导频子载波的频域； 图6示出依据本发明实施例提供的F2同步字段； 图7示出依据本发明实施例提供的F2信号字段； 图8示出依据本发明实施例提供的F2探测字段； 图9示出依据本发明实施例提供的F3同步字段； 图10示出依据本发明实施例提供的F3探测字段； 图11示出依据本发明实施例提供的优化信道参数的方法的示意图； 图12示出依据本发明实施例提供的各信道包括一个F2探测子载波的四个最优信道的例子； 图13示出依据本发明实施例提供的各信道包括两个F2探测子载波的四个最优信道的例子； 图14示出依据本发明实施例提供的各信道包括三个F2探测子载波的四个最优信道的例子； 图15示出依据本发明实施例提供的各信道包括六个F2探测子载波的四个最优信道的例子； 图16示出从信道优化法得到各子载波具有普通调制但可能各信道相异的信道容量图； 图17示出依据本发明实施例提供的具有最佳信道带宽的四个最佳信道的例子； 图18示出依据本发明实施例提供的系统构造示意图； 图19示出依据本发明实施例提供的四信道发射端的构造示意图； 图20示出依据本发明实施例提供的采用OFDM系统调制的代表一个信道数据和导频音的频域。 具体实施方式 以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅作为实例，并不用于限定本发明的保护范围。 图2示出了本发明一个实施例提供的电力线通信环境，通过该实施例对本发明的具体实施方式进行说明。电力线网状网络20包括多个通过电力线信道10接入电力线通信的远程节点24，电力线信道10建立在源节点22到远程节点24之间。 图3示出了本发明实施例提供的信道管理30的实现流程。在网络内部源节点和远程节点间的连接建立完成和状态稳定后就开始信道管理，即步骤34。为了优化，源节点还初始化和维护一个点对点连接表。在步骤36中，源节点可以向远程节点发射包含F2探测字段的组播或单播管理帧。F2信号字段中的比特通知接收节点检测F2探测字段的值。在步骤38中，远程节点返回包含其频域SNR矩阵的响应。在步骤40中，源节点采集并处理SNR矩阵(此步骤为优化步骤)。处理结果为一组信道中心频率、带宽、调制类型和各信道的分配功率。在步骤42中，源节点发射包含F3探测字段的单播管理帧。F2信号字段中的位代表接收节点在F3探测字段的执行测量值。在步骤44中，向远程节点发射的F3字段都采用正确格式(即包括优化的中心频率、带宽、调制类型和各信道的分配功率)，远程节点返回包含信道增益矢量的响应。信道增益矢量用于修改功率分配增益和相信息，使得步骤46中源节点能实现信道求逆以及优化知道端对端信道脉冲响应的循环前缀长度。接下来的通信使用信道求逆和优化后的循环前缀来进行。 信道管理过程执行定期探测以从F3探测字段的探测值获取SNR增益和信道增益及状态信息。用这些信息来更新存储信息和追踪信道轮廓的缓慢变化。信道管理进一步执行定期探测以从F2探测字段获取宽带SNR测量值。用这些测量值来更新信道参数。 包传输格式： 如图4所示，包60包含4个不同的帧，即F1帧62、F2帧74、F3帧76和F4帧72。F1帧62用于仲裁许可一个节点控制媒介。各远程节点可以通过F1帧62的结尾知道其是否已经失去仲裁权。此外，一个没有失去仲裁权的节点可以控制媒介。然后，这个节点可以传输F2帧74和F3帧76。接着，节点可以分享围绕已知协议的F4帧72。 F2帧格式： 在本实施例中，所有远程节点都配置为对包传输60的F2信号字段66进行解码。该字段包含F2探测字段67、F3探测字段69、F3数据字段70、F3帧76的调制和编码信息。正如上述优化所定义的，它传播F2和F3探测字段的长度、信道数量、中心频率、带宽、调制方式和循环前缀长度，连同其它的一些必需数据，例如以字节计F3数据字段的有效载荷的长度。其中，F2和F3探测字段的长度在其不存在时为零。因此，F2帧通过宽带信道78(采用组播方式)发射，而F3帧则通过优化的信道配置80(采用点对点的方式)发射，优化的信道配置80由上述描述方法确定。 图5示出了包含一个F2帧的频域子载波100。包含以104、106、108、110、112和114为一组的8个数据子载波，和以102、116、118为一组的3个导频子载波，共57个子载波。数据子载波104、106和导频子载波102由OFDM信道调制器0构成。数据子载波108、110和导频子载波116由OFDM信道调制器1构成。数据子载波112、114和导频子载波118由OFDM信道调制器2构成。 F2同步字段格式： 如图4所示，F2帧74包括前同步信号、F2同步字段64、信号字段66和F2探测字段67，信号字段66，其传输信令信息。F2同步字段64包括N个重复的训练字段94，如图6所示。训练字段以具有57个子载波的频域定义。该字段携带一个为接收方和发射方所知的57位的BPSK调制模式。数据子载波和导频子载波被视为一组连续的模式传输子载波。所以，在变换到时域后，形成N个副本。在如图6所示的实施例中，N＝3，各同步标志都具有循环前缀98。 一般地，接收端通过如图6所示实施例中的F2同步字段执行处理。这使得接收端可以优化其自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)92、估计和消除频偏、估计信道增益和噪音功率96。每个同步字段持续2μs，并且具有一个2μs循环前缀。所以，F2同步字段64持续N×4μs。 F2信号字段格式： 在本发明的一个实施例中，F2信号字段66包含如表1所示的调制数据字段。 比特 名称 描述 详情 7 F0 信道0中心 FC＝F0×1.25MHZ，0≤F0＜128 7 F1 信道1中心 同F0 7 F2 信道2中心 同F0 7 F3 信道3中心 同F0 3 BW 带宽 0＝9MHZ 1＝6MHZ 2＝4.5MHZ 3＝3MHZ 4＝2MHZ 5＝1.5MHZ 6＝1.0MHZ 7＝0.5MHZ 3 M0 信道0调制 0＝BPSK 1＝QPSK 2＝16-QAM 3＝64-QAM 4＝256-QAM 5＝1024-QAM ＞5保留 3 M1 信道1调制 同M0 3 M2 信道2调制 同M0 3 M3 信道3调制 同M0 3 CP 作为部分快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform Algorithm， FFT)长度的循环前缀 0＝1 1＝1/2 2＝1/4 3＝1/8 4＝1/16 ＞4保留 2 FEC1 卷积编码收缩率 0＝1/2 1＝2/3 2＝3/4 3＝5/6 2 WS F2探测字段的标志数 0＝0个标志 1＝16个标志 2＝32个标志 3＝64个标志 2 NS F3探测字段的标志数 同WS 2 ST 数据流 0＝1个数据流 1＝2个数据流 2＝3个数据流 3＝4个数据流 2 CH 发射信道 0＝1个信道 1＝2个信道 2＝3个信道 3＝4个信道 16 LT 长度 F3数据字段数据有效载荷的 字节数 - 到第96位保留 写0 8 CRC 8位循环冗余码校验(Cyclic Redundancy Check，CRC) 6 TAIL 卷积编码跟踪位 写0表1F2信号字段格式 采用1/2速率对第96位信号字段进行卷积编码，以产生192个编码位。这些编码位为交错块，采用BPSK调制。编码位被发射到具有9个导频载波的48个子载波，共57个带宽为500kHz的载波，包括均匀从0.5MHz到28.5MHz散开。因此，需要4个标志(192/48)来传输编码信息。图5显示了代表信号字段标志子载波的频域。 因为采用宽带发射信号字段标志，所以信号字段标志需要一个长循环前缀。那些适用于2μs标志124的循环前缀122应该为2μs，结果为4μs标志。如图7中所示的4个标志构成一个信号字段66，其传输持续16μs。 F2探测字段格式： 如图8所示，F2探测字段67由0或多个F2探测标志127组成，每个之前有一个循环前缀126。F2探测标志由BPSK调制的一个伪随机位流构成，该伪随机位流在数据子载波和导频子载波的频域上。发射方和接收方都知道该伪随机位流。信号字段包括数据字段WS(宽带探测)，WS通知发射方和接收方有多少个F2探测标志。这可以用于通知远程节点返回SNR测量结果，SNR测量结果在专属信道的检测帧的当前帧F2探测字段获得。 F3帧格式： F3帧由前同步信号、F3同步字段68、F3探测字段69和F3数据字段70构成，用于传输有效载荷。F3帧由从信道1到4的OFDM调制数据构成。各OFDM信道调制器使用与F2信号字段所使用的布局相同的数据子载波和导频子载波。图20示出了涉及信道中心频率的频域350中16个数据子载波354和3个导频子载波352的分布情况。图中的频率被标准化到子载波带宽。 F3同步字段格式： F3同步字段68包括N个图9所示的训练字段。各信道调制一个训练字段，训练字段在频域中定义拥有一个19-子载波序列，该19-子载波序列为发射方和接受方所共知。在转换到时域后形成N个副本，各标志133前有一循环前缀131。图8所示的实施例中，形成N＝3个同步标志。 一般地，接收方在如图8所示例的同步字段中执行操作。这使得接收方可以优化其AGC132、估算和消除频偏、估算信道增益和噪声功率134。F3同步字段的持续时间是可变的，因为其依赖于信道带宽，而信道带宽又受优化流程影响。 F3探测字段格式： 如图10所示，F3探测字段69包括可变数量的以循环前缀136引导的F3探测标志138。F3探测标志由BPSK调制的一个伪随机位流构成，该伪随机位流在数据子载波和导频子载波的频域上。发射方和接收方都知道该伪随机位流。信号字段66包括数据字段NS(窄带探测)，NS通知发射方和接收方有多少个F3探测标志。F3探测标志大于或等于零。当为零时，F3探测字段不存在。计算各子载波(包括导频位置)的SNR和信道增益，并且计算结果通过管理帧的通用层2返回传输节点。 F3数据字段格式： F3数据字段携带可以为任意上层帧类型的有效载荷数据。一般地，这些帧包括源和目标终端地址，其后还跟随有管理帧、控制帧或数据帧。至少一个管理帧定义为携带从远程终端返回给源终端的F2或F3探测字段的测量值。其它管理帧只关注控制特征，这不在本发明设计的范围内。 F3数据字段实际上由信号字段中按照转入信息调制的OFDM标志构成。这样的设计遵从公知的OFDM调制原理，该调制原理延伸到多信道、自适应位速率、自适应循环前缀和自适应带宽，按照本发明的技术要求实现。 从探测帧获取的信道参数优化法： 下面结合图11至图17，对只要从F2或F3探测字段返回SNR型(SNRprofile)的对数就选择最优信道使用的方法进行详细描述。 信道容量，作为“容量切口”设置为： C=∫log2[1+γ(f)γGAP]df---(1)]]> 以比特每秒记。对于多载波系统，子载波的带宽为W Hz，积分可以用K个活动子载波的总和替换。 C=WΣk=0K-1log2[1+γ(k)γGAP]=WΣk=1K-1Bk=WBtot---(2)]]> 子载波k支持的位数设定为Bk。将SNR均值定义为为γ，将每个子载波的位数均值定义为Bav，这样可以重写为： C=WKlog2[1+γ‾γGAP]=WKBav---(3)]]> 对于高SNR，SNR均值可以近似为： γ‾=(Πk=0K-1γ(k))1K---(4)]]> 在对数域的计算方法为： log2γ‾=1KΣk=0K-1log2(γ(k))---(5)]]> 所以，作为一级近似值，信道容量(以bps为单位)依赖于SNR的几何平均值或等效于SNR对数的平均值。 下面描述寻找相等带宽的各包含M个子载波的信道的方法(这里，信道中的子载波必需相邻，且信道不能重叠)。 在本发明实施例中，使用的信道用i＝0...imax-1索引，其中，imax介于2到4之间。子载波的总数Mtot接管使用的信道。子载波集被定义为列出属于相应信道的子载波指示k的集合Ii。集合I=I0∪I1...Iimax-1]]>指示所有使用的子载波。 子载波位的优化遵从菲舍尔，R.F.H.，J.B.提出的等效法(equivalent methods)“一种新分离多路传输的负载功率分配演算法”，《美国电机电子工程师协会的全球通信论文集》(IEEE Proceedings Globecom)，第724-728页，1996，和宾汉，J.A.C提出的“调制解调器设计中的理论和应用”，韦利出版社1988，但是为了适用于2至4个信道进行改进，这里，信道中子载波SNR已知。 参见图11，在步骤144中，通过将读取到的SNR型放入SNR表格中以开始进行信道参数优化。在步骤146中，整理SNR表格以查找最优信道。在本实施例中，最优信道的数量为4。然而，本领域普通技术人员均知道最优信道的数量可以为大于1的任何数。显然，使用的“最优”4个信道为具有最大SNR的子载波。 在步骤152中，以1个载波中的4个信道开始进行优化。因为调制仅需要支持4个载波而不是57个载波，这4个载波能被以扩大57/4倍的发射功率来发射。所以，与宽带探测帧相比，各3信道在接收端出现时其SNR增加了57/4倍。 在步骤154中，功率和比特被分配到各信道，且在步骤156中计算所支持的比特总数。在步骤157中，如果任一信道所支持的比特总数＜1，则该信道不能进行BPSK调制。在步骤159中，信道数减1，且比特被重新分配。对2个子载波的四个最佳信道重复上述步骤，直至对所有信道组合都完成其支持的总比特数的比较。在步骤162中，选择容量最大的组合方式。 参见图12至17，对本发明的实现方式进行进一步的描述。如图12所示，SNR型172的取样频率为500kHz。将SNR型172排序，并显示4个通道174、176、178和180具有的最高SNR。在本发明实施例中，循环182代表了比特数(非量化)，通过这些比特数来加载子载波，其值在7到8之间。交叉点184为在BPSK和1024-QAM间产生的正交调幅构象的可量化比特的实际数量。在本发明实施例中，256-QAM的各子载波加载8比特。容量为8比特×4个子载波×500kHz＝16Mbps。 图13示出了本发明实施例提供的各包含2个子载波的4个最佳信道194、196、198和200。第4个信道占据了SNR带，下一个最高的SNR最高点位于该带。此时，各子载波携带6个比特，所以此时的容量为24Mbps。 图14示出了本发明实施例提供的包含3个子载波的各信道210。由图可以看出一些子载波不再支持64-QAM，必需退回到各子载波仅使用4比特的16-QAM。此时容量为(6×6+6×4)×500kHz＝30Mbps。容量继续增长，但不再逞线性增长。 作为通过增加信道带宽以进行的优化，图16示出了各步骤的信道容量。包含12个F2探测子载波的信道具有最佳的容量。为了发射F3字段，公共信道带宽设置为12×500kHz＝6MHz。 图17示出了最佳选择信道260和每个信道中各子载波的电源预设配置264、266、268和270，电源预设配置等同于各子载波标志错误的可能性。 下面对整理和寻找最佳信道的方法进行描述。对从k到k+L-1的L个邻近子载波的SNR对数取平均值，得到包含L个子载波的信道的平均SNR型，这里称为平均L阶矩阵。矩阵中最大的k0是包含子载波k0到k0+L-1的最佳信道。为了找到下一个最佳信道，在平均L阶矩阵中从k0-L+1到k0+L-1间插入0，确保数组的起始或结尾没有被读取以形成修正的平均L阶矩阵。修改后的平均L阶矩阵中的下一最大系数k1为下一最佳无重叠信道。重复这个过程，直到4个信道都被选出。如果整个修正的平均L阶矩阵在任一阶段都为0，这说明可用带宽中适应的信道少于4个，并且信道分配早已结束。 图12至15和图17示出了通过独立子载波优化272达到位元负载。作为本发明的一个优选实施例，每个信道272而不是每个子载波采用普通调制格式。 下面示出了实现步骤。通过优化法来实现，优化法寻找速率和功率分布来达到具有已知错误率的最大容量。 步骤1.定义想要的错误率，这相等于定义一个容量缺口。容量缺口从纠错编码增益和多级调制间隙(free distance)得到，容量缺口的确定在本文范围外，但是，在实践中我们选取5≤γGAP≤10。 步骤2.假设发射功率均匀分布到使用的子载波。这意味着SNR以下面的系数从探测帧获得增长 γM(k)=γ(k)KMtot]]> 步骤3.指定k∈I，采用(5)式计算子载波SNR均值γI。 步骤4.指定k∈Ii，采用(5)式计算各信道子载波SNR均值。 步骤5.计算比特数的平均值，也就是信道支持的子载波SNR型。这近似与考虑信道SNR支持的比特数均值相同。 Bav=1Klog2(1+γI‾γGAP)]]> 步骤6.将比特分配到信道 Bi=Bav+log2γIi‾-log2γI‾,i=0,...,imax-1]]> 步骤7.如果所有的Bi≤0，则说明该信道不支持通信。如果任一Bi≤0，则排除信道i，imax递减，修改I和Mtot以反映信道减少一个，返回步骤2. 步骤8.Bi量化为允许的比特数，其被给以正方形的QAM构象BPSK到64-QAM，BQi∈{1，2，4，6} 步骤9.支持信道的比特率通过下式计算 C=WMtotimaxΣi=0imax-1BQi]]> 步骤10.重新分配总的发射功率PT，以使每个信道的可能错误率有一个相等的增益。 Pi=PT2BQi/γIi‾Σj2BQi/γIj‾,i=0,...,imax-1]]> 这意味着每个信道的功率在均值的+/-6dB范围内变化，在量化比特解决方案间有2比特的差别。 通过F3探测字段的测量结果进行窄带探测信道求逆 探测字段66包含数据字段窄带探测(Narrowband Sounding，NS)。该字段用于要求接收节点在一个专用信道检测帧中向发射节点返回F3探测字段69的信道增益测量结果。信道增益测量结果允许发射方在发射前反转信道(等于增益和相位，而最后部分仅等于增益)。在通过信道后，接收节点将会看见一个平坦的预量化信道。其优点是OFDM标志可以和一个较短的循环前缀一起发射，这样允许更高的连接网数据吞吐量。 如上面讨论的，从宽带探测帧得到的SNR型设计为辅助信道参数选择。本发明实施例的第二部分用于确认所选信道在接收节点表现相同。因为为了克服码间干扰(ISI)而被OFDM标志要求的循环前缀可以造得更短，所以这样做是有益的。 F3探测字段包含位于数据标志前的发射节点和接收节点都知道的引用标志。OFDM接收方为各引用的双音频m计算信道增益H(m，n)。通过用被发射的双音频振幅来划分接收到的双音频振幅，以确定信道增益。 H(m,n)=r(m,n)s(m,n)]]> 可以通过几个引用标志n来对信道增益求平均值，以得到一个稳定的估量，各子载波噪音的最大可能估量可以通过下面的准则确定，即一旦达到稳定信道增益就采用对保留的F3探测标志进行操作。 σ^m2=1NΣn|H^(m)s(m,n)-r(m,n)|2]]> 这里，s(m，n)为发射标志。 接收节点负责为其接收到的每一个F3探测字段计算信道增益和噪音差异。这些通过一个专用信道检测帧合并返回。 g(m)=H(m)σm]]> 发射节点使用返回的信道增益g(m)，所以其可以在发射节点反转信道。因此，对于优化的帧，各子载波的功率分配在振幅和相位中成为各子载波的信道增益，采用下式分配 G(m)=PT2BQm/2g(m)*/|g(m)|2Σj2BQj/2g(j)*/|g(j)|2,m=0,...,Mtot-1]]> 发射节点负责保持滚动估计信道增益。在调制解调器架构的信道扩张区应用信道增益的方法在后面描述。注意，通过噪音标志偏差恢复返回的信道增益。这意味着对于电力线通信中的普通非平坦式噪声功率谱，接收方可见信道的增益并不完全相等。 系统结构 图18示出了本发明实施例提供的系统结构。图18中所示的系统结构包括一个管理网格和执行信道优化的控制器296，该控制器296也操作主机接口和介质访问控制(Medium Access Control，MAC)层协议。 控制器296中运行处理网格中节点管理的软件292。该软件还扩展到为各节点安排信道探测和收据信道资料，这是本发明所特有的。该软件为各节点维护一个表298，在点对点通信中供发射调制解调器304使用。F2和F3的成帧协议和调制解调器采用多频灵敏自适应OFDM信道进行跨信道通信的方式，优化的程序和利用优化结果的最终调制解调器的结构依照本发明具体实施例。 发射调制解调器 参见图19，对系统发射方310进行简单介绍。 系统发射方310的构架包括： 1.通过扰频器314、卷积编码器316和穿孔块318进行的信道编码阶段。发射方产业的技术人员均知道可以使用任何一种标准信道编码技术，例如，里德所罗门、里德所罗门连接维特比、涡轮乘积码或卷积码、或低密度奇偶校验(low-density parity check，LDPC)码。 2.通过串流剖析器320将比特分配到信道。 3.4个支持自适应位元载入的16数据的子载波OFDM引擎。 4.插补器340、频率移动器342和结合器344。 为了使发射调制解调器能够用于低成本的硬件中，对其结构进行详细说明。接下来的设计细节确保以下： ●最短标志有最小为50％的保护间隔——这简化了分界线和FFT的实现，特别是避免了对缓冲存储器的需求。 ●FFT为32个样本点，16个激活数据子载波和3个导频信道。 ●稀疏FFT允许低复杂度内插滤波。 ●调制解调器和模拟子系统的最大系统时钟都为64MHz。 图20所示为子系统对可用的32个子载波频率带中的16个数据354和3个导频信道352进行调制的结果。 插补器340，由本领域的任一技术人员设计来提供可变标志期间和优化过程所要求的信道带宽。作为本发明的优选实施例，在三个阶段执行插补。第一个阶段是使用半带滤波器用2进行固定插值。第二个阶段是使用半宽滤波器或丙带滤波器用2或3进行插值，第三个阶段是使用级联积分梳状滤波器用1、2、4、8或16进行插值。 现已通过软件的实现对本发明进行了描述。该软件的实现可以用作独立软件产品，例如负载在光盘或者依靠信号等存储介质上。进一步地，可以依靠升级软件或插入到已有软件中实现。 本发明可以上面那样实现，然而，还可以单独用硬件实现，例如用在专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)。 读者可以意识到上述仅为本发明的一个实施例，在不同的实施例中实现本发明将会有其它的方面、特征、变更和优点。本发明请求保护的范围参见随附的权利要求，并可结合上述描述以及附图内容加以解释，并不限于权利要求。
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在一个电力线通信系统中，在一个源终端和多个远程终端间使用定义多个子载波的频谱来建立数据通信，其中，所述频谱具有频率响应特性，所述频谱的频率响应被确定，所述频谱中的N个信道根据所述频率响应被分配，各信道包括相同数量的M个子载波，以及通过优化法确定最终的中心频率，以使所述频谱频率的容量得到完全利用。 。
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