干擾消除的制作方法
【專利說明】干擾消除
[0001]本發(fā)明涉及用于降低發(fā)射機中的干擾的方法和儀器。更特別涉及通過電力線的通信，諸如通過建筑物中的環(huán)形主電路的通信。
[0002]為了在無線信道或有線信道上進行通信，常見的做法是，將頻譜劃分為多個信道(頻分復用)。數(shù)據(jù)通過與載波信號混頻被調(diào)制到特定的信道中，并且對其進行濾波以限制所發(fā)送能量的帶寬，使得帶外輻射的能量足夠小而不干擾相鄰信道中的通信。雖然理論上可能提供產(chǎn)生要發(fā)送信號的任何程度的濾波，并且對所接收的信號進行濾波以去除來自相鄰信道的能量，但是要達到高等級的信號抑制需要很大的成本和功率損失。此外，雖然在數(shù)字域中產(chǎn)生在頻域上制約地非常好的信號，理論上是可能的，但是在實際中，信號是通過模擬電路耦合到介質(zhì)的?，F(xiàn)實世界的模擬部件不可避免的非線性引起信號失真，導致一些能量被輻射到帶外。
[0003]為了接收這種已調(diào)制的信號，將信號下變頻到基帶是必要的，下變頻的操作是通過將已調(diào)制信號與載頻的副本混頻，并且對混頻器的輸出進行濾波以提取所期望的信息攜帶成分來完成。這種混頻可以在數(shù)字域或模擬域完成，然而，數(shù)字混頻要求在非常高的速率下對數(shù)據(jù)采樣，這提高了功率并且因此提高了數(shù)字部件的成本。所以，常規(guī)的做法是，在模擬域執(zhí)行下變頻，接著通過對混頻器的輸出進行濾波以限制帶寬，并且然后使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)采樣到數(shù)字域。
[0004]圖1示出了典型的全雙工通信系統(tǒng)的信道化，其中發(fā)送(Tx)信道和接收(Rx)信道在頻域上以明顯大于帶寬的距離分開。曲線示出了發(fā)射機中心頻率處歸一化為OdB的本地發(fā)射譜。這是Tx濾波器的輸出處的典型信號。圖2示出了全雙工通信系統(tǒng)的相似的信道化，其中，信道間隔相對于信道帶寬明顯地更小。該曲線示出了具有60dB接收路徑衰減的、在介質(zhì)接口處的典型的接收信號的Rx譜。在這種情況下，下變頻之后，Tx信號仍然是相鄰于Rx信號，并且因此需要更陡峭的濾波器滾降以便阻止Tx能量出現(xiàn)在Rx信號中。這意味著明顯更復雜和更昂貴的解決方案是必需的。
[0005]除此之外，由于混頻器中的非線性，會發(fā)生少量的擴展。由于近端發(fā)射機出現(xiàn)在接收鏈中的混頻器輸出處，這導致少量能量進入感興趣頻帶。雖然相比所發(fā)送的總能量，這是衰減的，但是相比考慮了信號傳輸損耗后的所接收的來自遠端發(fā)射機的能量，它仍然是非常顯著的。因此，(近端)所發(fā)送能量的該剩余成分可能限制可達到的靈敏度。
[0006]由于模擬域中的濾波器的滾降經(jīng)常顯著地受到成本制約的限制，所以期望的是，保持Tx信道和Rx信道之間的大信道間隔，該信道間隔比信道帶寬大。發(fā)送信道和接收信道之間使用大信道間隔意味著，在采樣以數(shù)字化信號之前，通過在接收鏈中的濾波器的近端發(fā)射機信號在帶外衰減更多。
[0007]信號的采樣導致信號中所有的能量被獲取。存在于采樣帶寬外的任何能量都被混疊到所采樣的信號中。這一旦發(fā)生，能量就是在感興趣信號的帶寬內(nèi)并且不能被單純的濾波過程去除。在典型的無線通信系統(tǒng)中解決這個問題的方案是，在Tx信道和Rx信道之間使用信道間隔，其中該信道間隔大于信道所攜帶的信號的帶寬。這樣，在接收信道下變頻之后，來自發(fā)送信道的任何能量和所期望的接收信道能量都具有大的頻率偏移，并且可以在采樣之前，使用單純的低通或帶通濾波器將其有效地去除。然而，增加信道間隔本身意味著頻譜帶寬沒有得到有效使用。
[0008]由于頻譜可用性和頻譜許可，所以并不總是可能給用于發(fā)送和接收的信道分配具有所期望的寬的間隔，并且這兩條信道在很窄的頻譜窗內(nèi)彼此相鄰是必需的。用于電力線通信的CENELEC頻帶B的使用就是這樣的一個例子，其中從95KHZ到125KHz的頻譜可供使用，不受訪問限制，只受關于最大發(fā)送功率和這個頻譜外的雜散輻射的規(guī)定的限制。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于全雙工通信的收發(fā)機，其包括:
[0010]發(fā)射機，其具有:
[0011]第一振蕩器電路，其用于產(chǎn)生發(fā)送載波信號；以及
[0012]第一混頻器，其用于通過將要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號與發(fā)送載波信號混頻，對要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號進行上變頻，所述數(shù)據(jù)信號包括多個數(shù)據(jù)符號；以及
[0013]接收機，其具有:
[0014]第二振蕩器電路，其用于產(chǎn)生接收載波信號；以及
[0015]第二混頻器，其用于通過將所接收的信號與接收載波信號混頻，對所接收的信號進行下變頻，
[0016]其中，對第一振蕩器和第二振蕩器進行控制，使得在每個所發(fā)送的數(shù)據(jù)符號開始處的發(fā)送載波信號和接收載波信號之間具有預定的相位關系，
[0017]收發(fā)機還包括干擾消除電路，其適用于基于要發(fā)送的數(shù)字信號和所述預定的相位關系，產(chǎn)生存在于所接收信號中的干擾成分的估計，并且使用所述估計對干擾進行補償。
[0018]這里，“預定(predetermined) ”的相位關系意味著可預測的、已知的相位關系。例如，在每個符號開始處的相位差可以假定為一組離散值中的一個值，并且每個符號的值是已知的。一般而言，系統(tǒng)將容忍距離精確的、所期望的關系的少量偏差。因此，在實踐中，如果每個載波的相位在每個符號開始處的名義期望值的±10°之內(nèi)，則“預定”關系可以考慮為是被滿足的。更優(yōu)選的是，所述預定的相位關系將滿足在±5°內(nèi)，還要更優(yōu)選的是在±2° 內(nèi)。
[0019]干擾成分包括來自發(fā)射機的串擾。一般而言，這將依賴于正在被發(fā)送的數(shù)據(jù)信號的內(nèi)容以及接收機載波相位和發(fā)送載波相位之間的關系。
[0020]實施在兩個載波信號間的預定的相位關系可以允許由已發(fā)送信號在所接收的信號中引起的干擾被預測并被補償。相應地，這可以使得相對接近間隔的Tx信道和Rx信道進行有效的全雙工通信，而沒有明顯增加所使用的部件的成本。例如，可以避免昂貴的濾波和混頻解決方案的要求。
[0021]接收載波信號是本地振蕩器信號，其被用來將所接收的信號下混頻到中頻或基帶。
[0022]載波信號優(yōu)選的是周期性的，通常包括正弦波或方波。發(fā)送載波和接收載波優(yōu)選地處于不同頻率。這意味著發(fā)送載波和接收載波不能被鎖相為總是具有恒定(或零)偏移。因此，如果載波處于相同的頻率，簡單的干擾消除方法將起作用，但是當載波處于不同頻率時，簡單的干擾消除方法將不再有效。第一振蕩器和第二振蕩器可以共享一些部件和/或作為時間基準標記的公共主時鐘信號。
[0023]在一些實施例中，第二混頻器是模擬部件并且接收機還包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器被布置為對由第二混頻器所產(chǎn)生的下變頻信號數(shù)字采樣。可選的是，第一混頻器也可以是模擬部件。
[0024]這代表外差接收機的結(jié)構(gòu)，其中在進行數(shù)字化之前，在模擬域執(zhí)行下混頻。干擾補償方法在這樣的實施例中可能是特別有利的，因為它能夠放寬模擬部件的性能規(guī)范。傳統(tǒng)的最小化串擾的方法可以依賴于指定非常優(yōu)質(zhì)的模擬部件，例如，指定具有非常陡峭的滾降的濾波器和/或高度線性的第二混頻器。這些部件通常會很昂貴。通過提供對干擾效果進行補償?shù)目商娲姆绞?，本方法在不犧牲信號質(zhì)量的情況下，可以使得要使用的模擬部件的成本更低。
[0025]本干擾補償方法可以幫助解決使用低成本外差解決方案時的一些具體的困難:由于模擬混頻器和/或濾波器中的非線性引起的信號的擴展；混頻之前的接收機帶通濾波器的響應不佳；以及能引起帶外噪聲混疊的相對低的采樣速率。
[0026]在其他實施例中，第二混頻器實現(xiàn)于數(shù)字域。即，使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對所接收的信號直接采樣，并且濾波和下混頻都被數(shù)字地執(zhí)行(例如，使用數(shù)字信號處理器執(zhí)行)。在這種情況下，數(shù)字實現(xiàn)可以(理論上)避免非線性和達到任意陡峭的濾波器滾降。然而，這個直接采樣接收機通常將需要更高速率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和更復雜的數(shù)字濾波器，更高速率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和更復雜數(shù)字濾波器都可能以昂貴的成本實現(xiàn)。此外，接收機可以具有線路接口，該線路接口是模擬部件。這個部件可能呈現(xiàn)非線性，造成通過傳統(tǒng)的數(shù)字方法不能補償?shù)母蓴_。因此，本干擾補償?shù)姆椒▽χ苯硬蓸咏邮諜C也是有利的。
[0027]在訓練時段期間，發(fā)射機優(yōu)選地適用于發(fā)送多個不同的數(shù)據(jù)符號或多個不同的數(shù)據(jù)符號序列；干擾消除電路優(yōu)選地適用于在訓練時段期間記錄由每個不同的數(shù)據(jù)符號或數(shù)據(jù)符號序列在接收機處所產(chǎn)生的干擾信號；并且干擾消除電路優(yōu)選地適用于在全雙工通信期間，通過根據(jù)由發(fā)射機所發(fā)送的數(shù)據(jù)符號或所發(fā)送的數(shù)據(jù)符號的序列選擇所記錄的干擾信號中的一個干擾信號，產(chǎn)生干擾成分的估計。
[0028]在訓練時段期間，遠端發(fā)射機優(yōu)選地應該是靜默的，這樣來自近端發(fā)射機的干擾是接收機處所接收的唯一信號。在訓練時段期間，收發(fā)機記錄由(近端)發(fā)射機產(chǎn)生的干擾以提供一組所記錄的干擾信號，并且可以平均幾個完全相同的信號以減少來自所估計的干擾中的高斯噪聲成分。在全雙工通信期間，收發(fā)機使用這些所記錄的干擾信號來預測接收信號中的本地發(fā)射機的干擾成分。通過選擇對應于全雙工模式中所發(fā)送的數(shù)據(jù)符號或數(shù)據(jù)符號序列的早期記錄的干擾信號，預測干擾成分。
[0029]在訓練時段期間，發(fā)射機優(yōu)選的適用于發(fā)送多個不同的數(shù)據(jù)符號序列，該多個序列包括給定長度的所有可能序列。
[0030]例如，如果每個序列包括兩個符號，并且每個符號可以有兩個可能的狀態(tài)或值，則將存在四種可能的序列。待被使用的序列的長度取決于干擾路徑的“記憶”。序列應該優(yōu)選地長于所期望的接收機處的干擾的持續(xù)時間，其中所期望的接收機處的干擾是由發(fā)射機處的任何給定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變而引起的。這通常將依賴于收發(fā)機的設計，例如，依賴于在發(fā)射機和接收機中的任