用于在mimo窄帶電力線通信中的碰撞率降低的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于在ΜΙΜΟ窄帶電力線通信中的碰撞率降低的系統(tǒng)和方 法
[0001] 優(yōu)先權(quán)的聲明和相關(guān)專利申請
[0002] 本正式申請基于下列在先的美國臨時專利申請（一個或更多）要求優(yōu)先權(quán)：（i) 以 Mostafa Sayed Ibrahim, Il Han Kim, Tarkesh Pande 和 Anuj Batra 的名義于 2014 年 9 月 30 日提交的申請?zhí)枮?62/057, 649 的 "FRAME STRUCTURE AND ROBUST PREAMBLE DETECTION FOR M頂0 NARROWBAND POWER LINE COMMUNICATION(用于fflMO窄帶電力線通信 的幀結(jié)構(gòu)和魯棒前導檢測）";（ii)以Mostafa Sayed Ibrahim, Il Han Kim, Tarkesh Pande 和Anuj Batra的名義于2014年9月30日提交的申請?zhí)枮?2/057,661的"CYCLIC SHIFT SELECTION FOR THE TRANSMISSION OF M頂0 NARROWBAND POWER LINE COMMUNICATION(用 于ΜΙΜΟ窄帶電力線通信傳輸?shù)难h(huán)移位選擇）";和（iii)以Mostafa Sayed Ibrahim, Il Han Kim, Tarkesh Pande和Anuj Batra的名義于2014年9月30日提交的申請?zhí)枮?62/057, 669 的"COLLISION RATE REDUCTION TECHNIQUE FOR M頂0 NARROWBAND POWER LINE COMMUNICATION(用于MMO窄帶電力線通信的碰撞率降低技術(shù)）"；其中的每個因此通過引 用全面地并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 所公開的實施例通常涉及包括電力線通信的通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0004] 電力線通信（PLC)包括用于通過相同媒介（即，電線或?qū)w）通信數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其 還用來將電力傳輸?shù)阶≌?、樓宇以及其他場所。一旦應用PLC系統(tǒng)，其可以使能大量應用， 包括，例如，自動讀表和加載控制（即，實用型應用）、汽車使用（如，充電電動汽車）、家庭 自動化（如，控制家用電器、燈等）和/或計算機網(wǎng)絡(luò)（如，互聯(lián)網(wǎng)接入）等。
[0005] 以3至500kHz頻帶運行的窄帶電力線通信（NB-PLC)作為支持新興的智能電網(wǎng)應 用的方案已經(jīng)獲益，其旨在優(yōu)化電網(wǎng)的效率和可靠性。由于PLC比現(xiàn)存的電力線設(shè)施更低 的布局成本，其對于智能電網(wǎng)應用特別有吸引力。
[0006] 已知PLC信道是對于數(shù)字通信具有高度挑戰(zhàn)性的環(huán)境，因為其不得不對抗能夠高 度隨機的脈沖噪聲的爆發(fā)。進一步地，PLC的頻率選擇性信道能夠明顯限制系統(tǒng)性能和數(shù) 據(jù)速率。
[0007] 多輸入多輸出（MHTO)PLC被視為有前途的技術(shù)，其用于提高數(shù)據(jù)速率同時提供應 對PLC環(huán)境中遭遇的嚴酷情況的魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在MMO PLC通信中，前導（preamble)結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠是至關(guān)重要的，其能夠有效 用以執(zhí)行最初的接收機同步。另外，具有傳統(tǒng)NB-PLC標準的MIMO幀結(jié)構(gòu)的后向兼容性在 市場能力和可用性方面是重要問題。
[0009] 本專利申請公開具有可執(zhí)行程序指令于其上的系統(tǒng)、方法、設(shè)備、裝置和相關(guān)計算 機可讀媒介，以提供或以其他方式有助于在PLC網(wǎng)絡(luò)中的基于MMO數(shù)據(jù)通信。概括地，公 開以適當?shù)恼活l分復用（OFDM)調(diào)制方案運行的PLC網(wǎng)絡(luò)的各方面，以生成具有適當前導 部分的MMO幀，其配置為提供與傳統(tǒng)PLC裝置的后向兼容性并且有助于不同接收器任務(wù) (如，幀檢測和符號定時、信道估計和自動增益控制（AGC))，其包括在脈沖噪聲和PLC網(wǎng)絡(luò) 的頻率選擇性信道出現(xiàn)時的魯棒前導檢測。
[0010] 在一個方面中，公開一種在PLC網(wǎng)絡(luò)中運行的MMO幀生成方法的實施例，該PLC 網(wǎng)絡(luò)包括一個或更多[MO PLC裝置和根據(jù)傳統(tǒng)PLC數(shù)據(jù)傳輸標準、使用OFDM運行的一個或 更多傳統(tǒng)PLC裝置。PLC網(wǎng)絡(luò)可以配置為支持M頂0信道，其具有N t個傳輸階段（transmit phase)或端口和Nr個接收端口。所聲明的實施例還包括在對應于MMO幀的第一傳輸階 段的MMO PLC裝置的第一傳輸端口處，生成或提供與傳統(tǒng)PLC數(shù)據(jù)傳輸標準（如，IEEE 1901. 2標準）兼容的傳統(tǒng)前導（L-前導）部分，接著是包括傳統(tǒng)FCH數(shù)據(jù)和兼容MMO的 FCH數(shù)據(jù)的第一幀控制頭（FCH)部分。包括多個分量的第一兼容MMO的前導（M-前導）部 分在FCH部分之后，其中，每個分量包括SYNCM符號和相關(guān)的保護間隔以及SYNCP符號和相 關(guān)的保護間隔，其中，SYNCM符號和相關(guān)的保護間隔合稱為SI，SYNCP符號和相關(guān)的保護間 隔合稱為S2。第一載荷數(shù)據(jù)部分在M-前導部分之后，作為第一傳輸階段的一部分。在MMO PLC裝置的余下的傳輸端口處，其對應于MIMO幀的余下的傳輸階段，分別提供由選擇數(shù)量 (CS-L)循環(huán)移位的L-前導部分和FCH部分，接著是由選擇數(shù)量（CS-M)循環(huán)移位的對應的 M-前導部分和各自載荷數(shù)據(jù)部分，其中，在M頂0 PLC裝置的傳輸端口處的操作在生成MMO 幀方面在時域上大體上是同步的。
[0011] 在另一個方面中，公開一種混合前導檢測方法的實施例，其在PLC裝置處運行以 適于在使用OFDM調(diào)制方案的PLC網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)。所聲明的實施例還包括（如，在識別其 中存在前導時）基于延遲相關(guān)過程確定接收的PLC信號流中的前導開始（preamble start) 的最初估計；并且響應于在前導開始的最初估計附近的搜索范圍，基于涉及指示接收的 PLC信號流中的PLC幀的開始的已知前導序列的互相關(guān)（cr 〇 s s-corre I at i on)過程，確定前 導開始的最終估計。
[0012] 在又一個方面中，公開一種循環(huán)移位（CS)選擇方法的實施例，該方法操作用于 MHTO PLC網(wǎng)絡(luò)（如，[Ντ X Nr]網(wǎng)絡(luò)）。所聲明的實施例還包括獲得、生成或以其他方式配 置具有默認的CS數(shù)量的最初CS向量，其可以應用于在耦接到MMO信道的MMO傳輸器處 的MMO數(shù)據(jù)信號幀的不同的傳輸階段。將最初CS向量應用于MMO數(shù)據(jù)信號幀的一個或 更多部分時，L-前導部分和/或M前導部分中的至少一個經(jīng)過PLC網(wǎng)絡(luò)傳輸。隨后，MHTO 傳輸器監(jiān)控信道以便獲得確認（ACK)幀。如果在超時期間（timeout period)內(nèi)未從接收 器裝置接收到ACK信號幀，則最初CS向量在迭代過程中交叉或以其他方式重新排列以用于 重新傳輸M頂0數(shù)據(jù)信號幀，直到接收到ACK信號幀，從而，可以提供更優(yōu)的信道用于數(shù)據(jù)通 {目。
[0013] 在更進一步的方面中，公開一種碰撞率降低的方法的實施例，該方法操作用于 MHTO PLC網(wǎng)絡(luò)（如，[Ντ X Nr]網(wǎng)絡(luò)），其包括MMO裝置和傳統(tǒng)裝置。所聲明的實施例還 包括獲得、生成或以其他方式配置傳統(tǒng)FCH數(shù)據(jù)，并且使用適合的生成多項式（如，CRC5、 CRC8等）生成用于它的CRC序列。有意擾動傳統(tǒng)FCH數(shù)據(jù)的至少一部分以引入誤差于其 中。M頂O傳輸器編碼并且傳輸信號幀，其包括擾動后的傳統(tǒng)FCH數(shù)據(jù)和未擾動的傳統(tǒng)FCH 數(shù)據(jù)的CRC序列，其中，CRC序列將在傳統(tǒng)PLC接收器裝置處自動失效以便當傳統(tǒng)PLC接收 器裝置經(jīng)由PLC網(wǎng)絡(luò)接收MMO數(shù)據(jù)信號幀時，通過傳統(tǒng)PLC接收器裝置確保預定的退避時 間（如，最大退避時間）。在一個實施方式中，可以擾動傳統(tǒng)FCH數(shù)據(jù)以便最大化在擾動后 的FCH數(shù)據(jù)和未擾動的FCH數(shù)據(jù)之間的海明距離（Hamming distance)。在其他實施方式 中，可以通過反轉(zhuǎn)（inverting)所有或一部分比特、添加額外比特、刪除一個或更多比特等 擾動傳統(tǒng)FCH數(shù)據(jù)。
[0014] 在更進一步的方面中，可以根據(jù)本文的教導提供在MMO傳輸器或接收器裝置處 操作的方法的附加的或替代的實施例。在更進一步的相關(guān)方面中，公開包含程序指令或代 碼部分存儲于其上的永久的有形的計算機可讀媒介和裝置的實施例，以執(zhí)行本文所提出的 一個或更多過程、方法和/或方案。
【附圖說明】
[0015] 本公開的實施例通過示例而非限制的方式示出，在附圖中，相同附圖標記指代相 似元件。應當注意，在本公開中，對一個（"a"或"one"）實施例的不同參考不一定是相同 實施例，并且這種參考可以指至少一個。進一步地，當結(jié)合實施例描述具體特征、結(jié)構(gòu)或特 點時，認為將這種特征、結(jié)構(gòu)或特點與其他實施例結(jié)合在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)，無 論其是否明確描述。
[0016] 附圖結(jié)合到說明書中并且構(gòu)成其一部分以示出本公開的一個或更多示例實施例。 本公開的各種優(yōu)勢和特征將根據(jù)【具體實施方式】結(jié)合所附的權(quán)利要求以及參考所附的附圖 進行理解，在附圖中：
[0017] 圖1示出示例PLC網(wǎng)絡(luò)，其中，可以實施本專利申請的一個或更多實施例；
[0018] 圖2根據(jù)實施例示出用于經(jīng)由PLC信道通信的示例M頂0傳輸器/接收器系統(tǒng)；
[0019] 圖3示出示例MMO信道，其具有在圖2的實施例中運行的[Nt= 2]傳輸階段或 端口和[Nr= 4]接收路徑；
[0020] 圖4A根據(jù)實施例示出在MMO PLC系統(tǒng)中使用的示例多路徑OFDM傳輸器系統(tǒng)；
[0021] 圖4B根據(jù)實施例示出在M頂0 PLC系統(tǒng)中使用的示例多路徑OFDM接收器系統(tǒng)；
[0022] 圖5A示出根據(jù)使用OFDM的傳統(tǒng)窄帶PLC數(shù)據(jù)傳輸標準（如，IEEE1901. 2標準） 的示例PHY幀結(jié)構(gòu)；
[0023] 圖5B根據(jù)本專利申請的實施例示出用于在混合MM) PLC網(wǎng)絡(luò)中多階段傳輸?shù)氖?例PHY幀結(jié)構(gòu)，該M頂0 PLC網(wǎng)絡(luò)包括兼容M頂0的PLC裝置和傳統(tǒng)PLC裝置；
[0024] 圖5C和圖分別示出用于PLC網(wǎng)絡(luò)中的[2x 2] M頂0信道和[4x4] M頂0信道的 酉式空時傳輸結(jié)構(gòu)；
[0025] 圖5E根據(jù)實施例示出用于在單一 MM) PLC網(wǎng)絡(luò)中多階段傳輸?shù)氖纠齈HY幀結(jié) 構(gòu)；
[0026] 圖6A根據(jù)本公開的教導示出示例MM) PLC傳輸器裝置，其中，可以實施一個或更 多實施例；
[0027] 圖6B根據(jù)本公開的教導示出示例MM) PLC接收器裝置，其中，可以實施一個或更 多實施例；
[0028] 圖7A和圖7B根據(jù)一個或更多實施例示出示例M頂0幀生成方法的流程圖；
[0029] 圖8根據(jù)實施例示出示例前導檢測器的框圖；
[0030] 圖9A-圖9B和圖IOA-圖IOB示出并且舉例說明延遲關(guān)聯(lián)方案，其用于圖8的前 導檢測器的實施例；
[0031] 圖IlA和圖IlB根據(jù)延遲關(guān)聯(lián)方案的實施例不出延遲關(guān)聯(lián)量變曲線（profile)的 示例統(tǒng)計圖，以確定在MIMO信號中的前導開始的初始估計；
[0032] 圖12是示例前導檢測方法的流程圖，其用于圖8的前導檢測器的實施例；
[0033] 圖13是示例延遲關(guān)聯(lián)方法的流程圖，其用于圖8的前導檢測器的實施例；
[0034] 圖14示出示例互相關(guān)方案，以確定前導開始的最終估計，作為圖8的前導檢測器 的實施例的一部分；
[0035] 圖15A和圖15B根據(jù)圖14的互相關(guān)方案的實施例分別示出不具有和具有數(shù)據(jù)峰 值折疊 （data peak folding)的互相關(guān)量變曲線的示例統(tǒng)計圖；
[0036] 圖16是示例互相關(guān)方法的流程圖，其用于圖8的前導檢測器的實施例；
[0037] 圖17A和圖17B根據(jù)實施例示出用于前導符號的邊界校正方案；
[0038] 圖18是根據(jù)圖17A和圖17B的方案的實施例的一種符號邊界校正的方法的流程 圖；
[0039] 圖19A和