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多頻帶數據傳輸方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN200980127284.8

申請日:

2009.07.03

公開號:

CN102089991B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04B 3/54申請日:20090703|||公開
IPC分類號: H04B3/54; H04L5/02 主分類號: H04B3/54
申請人: 馬維爾西班牙有限責任公司
發明人: J·V·布拉斯科克拉雷特; S·伊蘭佐莫利內羅; A·巴德內斯科雷拉; J·L·戈恩扎勒茲莫雷諾; L·M·托雷斯坎頓
地址: 西班牙馬德里
優先權: 2008.07.14 ES P200802091
專利代理機構: 北京市金杜律師事務所 11256 代理人: 酆迅;黃倩
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法律狀態
申請(專利)號:

CN200980127284.8

授權公告號:

102089991B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2011.07.20|||2011.06.08

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種多頻帶數據傳輸方法,該方法可以用來通過同時使用多于一個的傳輸頻帶(9a,9b)(其中頻帶為連續頻率范圍)來傳輸數據以便增加可以在傳輸系統中使用的帶寬并且因而增加其總傳輸容量。該方法支持所述帶寬的使用而不增加與數字實現關聯的難度,簡化了用于分離不同頻帶(9a,9b)的模擬濾波器(7)的規定。

權利要求書

1.一種多頻帶數據傳輸方法,其中同時使用兩個或者更多個傳輸頻帶;其中模擬裝置在接收時分離不同頻帶,并且其中使用多載波調制;其特征在于:-在各種頻帶上進行傳輸和接收,以使得所有頻帶同時傳輸并且所有頻帶同時接收;并且-在所述頻帶的每個頻帶中使用的符號時間是用于所述各種頻帶的符號時間之中的最小符號時間一半的整數倍。2.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于實施所述方法的系統使用從電力網、同軸線纜和編織線對之中選擇的傳輸裝置。3.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于所述各種頻帶具有等于或者大于20MHz的帶寬。4.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于它包括:在所使用的所述頻帶中的每個頻帶中使用點數相同的直接離散傅里葉變換(DFT)和逆離散傅里葉變換(IDFT)作為在時間與頻率之間的轉換裝置。5.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于它包括:生成基帶信號并且在頻率上將它移向充分頻帶以在頻帶中傳輸。6.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于在傳輸中,所述模擬前端或者AFE對于所有頻帶是共用的。7.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于在傳輸中,所述模擬前端或者AFE對于所述頻帶中的每個頻帶是不同的。8.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于它包括:將獨立自動增益控制用于所述方法實施的所述系統所使用的所述頻帶中的每個頻帶。9.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于實施所述方法的系統的同步僅通過使用所述系統的多個頻帶之一來進行,其中所述頻帶是所使用的頻帶中頻率最低的頻帶。10.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于在兩個或者更多頻帶的處理中包括從頻域處理裝置、時域處理裝置和時間及頻率轉換裝置(直接離散傅里葉變換和逆離散傅里葉變換)以及前述裝置的組合之中選擇的重用裝置。11.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于按時段劃分信道,在這些時段中一個時段在所有頻帶上同時傳輸和接收,并且按時段劃分信道,在這些時段中使用所述頻帶使得多頻帶數據傳輸可以與異步使用所述頻帶的其它系統共享所述信道。12.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于它包括:通過對每個用戶選擇性地使用不同頻帶、對每個用戶選擇性地使用載波組、或者執行時間復用以向每個用戶傳輸,來向多個用戶傳輸。13.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其中多載波調制是OFDM,其特征在于它包括通過向不同用戶有選擇地指派不同載波組或者頻帶來使用正交頻分多址技術(OFDMA)。14.根據權利要求1所述的多頻帶數據傳輸方法,其特征在于它包括MIMO(多輸入多輸出)處理技術,以執行從所述各種頻帶的頻率復用、所述頻帶的空間復用和上述復用的組合之中選擇的復用。

說明書

多頻帶數據傳輸方法

技術領域

如在本說明書中陳述的那樣,本發明涉及一種多頻帶數據傳輸方法,該方法允許在實施它的系統中使用較大帶寬、根據通信中使用的信道來利用各種頻帶并且同步各種頻帶。

本發明的主要優點在于:當使用多個頻帶時系統帶寬得以增加并且同樣可傳輸信息量得以增加,而當同步這樣的頻帶時實現更容易的數字實施方式并且簡化模擬濾波器的規定(specification),這允許低成本地增加傳輸容量。

即使本發明的方法可以用于任何通信系統而無論傳輸裝置如何,但是它在暴露于某些頻率的噪聲或者干擾的裝置中尤為有用或者在最大可注入(injectable)功率譜密度與用作通信信道的電力網的情況一樣由于標準或者代碼而隨頻率變化的裝置中尤為有用,因為該方法可以使用與受噪聲或者干擾影響的頻率未重合的頻帶并且可以使各頻帶的特性適應標準或者代碼允許注入的功率譜密度。

背景技術

在多數通信系統中,增加帶寬轉化為較大傳輸容量。問題在于物理裝置或者通信信道往往具有一些如下頻率變量,利用這些頻率變量不可能使用比某些頻率分段或者頻帶更多的頻率分段或者頻帶。例如在電力網上,可以從30MHz注入的功率,由于現有代碼,相對于有可能在30MHz以下的頻率注入的功率而言變化。此外,電力網具有作為傳輸裝置而較不希望的其它特性:在調制頻率無線電頻帶(從88.5至108MHz)中有高噪聲電平、噪聲基礎隨頻率減少并且衰減隨頻率增加。

這樣,為了提高通信容量,通信系統必須使用某些頻帶(也就是頻率范圍),這意味著包括不同濾波器以分離各頻帶并且所考慮的系統的最終成本增加。本發明方法消除這一不便并且通過同步所用各種頻帶(這簡化這樣的濾波器并且降低它們的成本而且減少系統的最終成本)來允許實施它的系統是成本減少的系統。

在現有技術中,有與多頻帶傳輸關聯的各種技術。例如在專利WO2004/100392中示出了一種具有各種如下重疊子頻帶的系統,針對這些子頻帶通過數字濾波器組以數字方式進行分離。在本發明中,對頻帶進行同步并且進行模擬分離,因而簡化模擬前端(AFE)以及轉換器的設計,因為必須支持各頻帶的動態范圍與如果將頻帶視為單個模擬頻帶而將必須支持的動態范圍相比有所減少。此外,它允許針對各頻帶在模擬前端(AFE)的增益和噪聲基礎方面的優化設計。

用于使用較高頻帶的方法為業界所知并且已有多種實現成為可能,比如在專利US6985715和US2002/0010870中示出的實現。在任何情況下,這些專利僅示出了如何在頻率上增長以使用另一頻帶,并且它們并未同時使用這樣的頻帶,從而它們并未預見本發明的方法、也不能根據它們得出該方法。

另一方面,在專利WO2007039723中提出對如下不同頻帶操作的各種獨立和不同系統,這些頻帶具有對于各頻帶而言不同的物理部分(PHY)和裝置接入部分(MAC)。這樣做的不便在于:必須復制在數字水平的傳輸和接收鏈、模擬分離濾波器的成本較高并且在不同系統之間的防護組較大,本發明的方法利用在各種頻帶之間的同步解決了這一不便。

可以提到其它專利,比如US2008006310,其中出現可變符號時間概念、但是并非在多個頻帶中同時使用它的概念,這是不能根據這樣的描述來推斷的特征。

發明內容

為了實現目的并且避免在先前章節中指出的不便,本發明包括其中同時使用兩個或者更多傳輸頻帶的多頻帶數據傳輸方法、也就是用于傳輸和接收信號的連續頻率范圍;模擬裝置也在接收時分離不同頻帶并且使用多載波調制。該系統的特征在于同步實現在不同頻帶中的傳輸和接收,也就是說,所有頻帶同時傳輸并且所有頻帶同時接收;并且用于每個頻帶的符號時間是用于不同頻帶的符號時間的最小符號時間一半的整數倍。因此使系統的數字實現容易;簡化各種模擬濾波器的規定并且允許重用硬件。

盡管可以通過任何傳輸裝置在通信系統中使用該方法,但是用于增加傳輸容量的最充分(adequate)裝置為電力網、同軸線纜和編織線對(braided?pair)。

對于優選實施方式,為了最大化該方法的增益,頻帶的大小或者連續頻率范圍具有等于或者大于20MHz的帶寬。

另一方面,該方法可以利用時間和頻率轉換裝置在所使用的每個頻帶中使用點數相同的直接離散傅里葉變換(DFT)和逆離散傅里葉變換(IDFT)。

一種用于通過與基帶不同的頻帶傳輸的簡單形式包括起初生成基帶信號并且隨后將其在頻率上移動直至將其置于充分頻帶中。

使用本發明方法的系統可以使用模擬前端或者AFE作為用于所有頻帶的共同傳輸或者以別的方式對于每個頻帶而言不同的傳輸。兩種實施方式均有可能并且將取決于應用。

為了處理結果的最大優化,自動增益控制必須對于所使用的每個頻帶是獨立的,從而在一個頻帶上的增益不會預先安排用于其余頻帶的增益。

另一方面,沒有必要使用所有頻帶來實現該系統與網絡上的其它系統的同步任務。實施該方法的系統同步可以僅使用系統的多個頻帶之一來實現,其中這樣的頻帶優選為使用的頻帶之中的頻率較低的頻帶,因為就許多通信信道而言,這一頻帶是實現較大覆蓋的頻帶,因為它具有比較高頻率更少的衰減。

為了減少系統成本,可以將頻域內和在時間與頻率之間的轉換、直接離散傅里葉變換(DFT)和逆傅里葉變換(IDFT)的處理裝置重用于處理兩個或者更多頻帶。

另外,為了實施該方法,時間處理裝置可以重用于處理兩個或者更多頻帶,或者可以組合頻域處理裝置、時域處理裝置以及時間和頻率轉換裝置的重用。

在使用該方法時也可以將信道劃分成其中同時使用頻帶(也就是說,通過所有頻帶同時傳輸或者接收)的時段和其中獨立或者異步使用頻帶從而多頻帶數據傳輸系統可以與異步使用頻帶的其它系統共享信道的時段。為了向多個用戶傳輸,該方法可以對每個用戶使用不同頻帶,對每個用戶使用一組載波,或者在時間上執行復用以向每個用戶傳輸。

當多載波調制是OFDM(正交頻分復用)時,該方法可以通過向不同用戶指派不同載波組或者不同頻帶來應用正交頻分多址技術(OFDMA)。

最終,多頻帶傳輸方法可以包括MIMO(多輸入多輸出)處理技術。這允許通過頻分、空分或者二者的組合來復用頻帶。

下文為了便于更好地理解本說明書并且形成其完整一部分而提供體現本發明目的、出于信息目的而無限制性的一些附圖。

附圖說明

圖1以框圖形式示出了該方法的一種實施方式。

圖2示出了在該方法中使用的各種頻帶之間的時間關系。

圖3示出了針對兩個頻帶在頻率載波之間的間隔與符號持續時間之間的比率。

圖4表示針對電力網上的一種實施方式在各種頻帶中注入的功率。

圖5示出了當使用電力線作為通信裝置時在注入的功率譜密度與背景噪聲之間的比率。

圖6示出了當通過電力網進行通信時可以用于本發明的各種頻帶。

圖7表示如下實施例,其中通過串行處理各種頻帶來完成所述頻帶的數字部分中的處理。

圖8示出了用于產生同步和異步使用頻帶的兼容系統的形式。

圖9示出了用于使用兩個不同頻帶來執行向兩個用戶傳輸信息的三種不同情況。

圖10表示用于在本發明的方法中執行模擬前端的三種形式。

圖11示出了當向本發明的方法添加MIMO處理時可用頻帶和信道的各種例子。

具體實施方式

下文參照在附圖中采用的編號系統來描述用于實施本發明的各種例子。

對于下文將表示的實施方式的不同例子,已經選擇低電壓電力網作為通信方式。這一方式由于存在噪聲和它取決于頻率的性能而不利于較大部分的通信,利用該方式,本發明方法可以用來實現較大帶寬并且利用其可以在沒有高成本的情況下實現較大傳輸容量。

圖1示出了在該實施例的例子的不同塊之間的數據路由,其中使用多頻帶過程的系統準確地使用兩個頻帶。在傳輸器中有數據分離器(1)、繼而是裝置接入控制塊(2)。隨后,各頻帶由物理充分塊(3)和模擬前端(4)單獨地處理。最終通過信號組合塊(5)組合信號并且向通信信道(6)中引入它們。在接收器處,從信道(6)獲得信號并且通過信號分離濾波器(7)分離信號。用模擬前端(4)和不同物理充分塊(3)處理各頻帶,并且最終將數據移向裝置接入塊(2)并且通過數據組合塊(8)組合數據。

本發明是基于在不同頻帶上的同步傳輸和接收并且在各頻帶上使用如下符號時間,這些符號時間是在不同頻帶上使用的最小符號一半的倍數,這允許使用信號裝置接入控制塊(2)來控制向裝置的接入。通信裝置和不同頻帶的大小無關緊要,但是在將使用至少20MHz的帶寬的電力網、同軸線纜和編織線纜用作傳輸裝置的系統中獲得最佳結果,因為這樣可以避免具有大量噪聲或者干擾的頻帶或者頻率范圍。

在同步地傳輸和接收(也就是通過所有頻帶同時傳輸或者通過所有頻帶同時接收)時,如果頻帶獨立則模擬濾波器的規定較為放松,因為避免了必須接收很低的輸出信號而又在相鄰頻帶上傳輸功率大得多的信號。也減少了對頻帶之間防護頻帶大小的需要而且處理塊可以針對用于串行處理頻帶的傳輸和接收塊重用。

即使在一種實施方式中有可能使用相等頻帶,但是這并非嚴格要求。僅需不同頻帶的符號時間為各頻帶中使用的符號時間之中的最小時間一半的整數倍。

可以在圖2中觀察這一點,其中實施例的第一例子(9)示出了兩個頻帶的系統(9a,9b)中的比率,其中在具有最小頻率的頻帶(9a)傳輸一個符號的時間內,最大頻帶傳輸兩個符號(9b)。在這一例子中,如果快速傅里葉變換塊(FFT)用來在時間與頻率之間進行轉換并且所述FFT重用于所有頻帶,則它首先將處理具有最低頻率的頻帶的符號并且隨后處理另一頻帶的兩個符號,如此類推,而又以類似方式分發數據。在下一例子(10)中使用三個頻帶(10a,10b,10c),其中在第一頻帶(10a)傳輸一個符號的時間段中,第二頻帶(10b)傳輸兩個符號而第三頻帶(10c)傳輸三個符號。最后例子(11)使用兩個頻帶(11a,11b),其中比率為使用最小符號的頻帶符號一半的三倍。

使用一個符號大小還是另一個依賴于通信信道的特性。例如在低電壓電力網的情況下,已知發生以下失真,該失真由于存在多個路徑而相同信號在不同時間到達接收器所引起(延遲擴展)。這一效果隨頻率增加而減少,從而將優選使用短符號。

為了獲得更有利的系統,在實施例的另一例子中,可以在所有頻帶上使用相同數目的點,從而時間和頻率轉換裝置將在各頻帶中具有相同數目的點并且頻率處理將相同結構用于各頻帶。在圖1中可以觀察到的物理充分塊(3)中包括時間和頻率轉換裝置以及頻率處理。

在這一情況下,有可能改變載波之間的間隔,以使得生成的符號具有較長或者較短持續時間。可以在圖3中觀察例子。在所述圖中有兩個頻帶(26)和(27)的頻率表示(29)和另一時間表示(30),其中標記了頻率軸(13)和時間軸(28)。在這一圖中可以看出,如果復制載波之間的間隔,則當使用相同數目的載波時符號持續時間將減半而覆蓋的頻帶寬度將加倍。直接傅里葉變換和逆傅里葉變換(DFT/IDFT)的各點將對應于活躍或者不活躍載波,這在使系統適應可用帶寬時給予較大靈活性。在各頻帶中注入的功率可能不同,因為必須符合現有代碼或者標準,而且必須在同時考慮到信道中的這些頻率處的噪聲來計算它。圖4示出了在用于電力網和具有三個頻帶的系統的例子中的可注入功率譜密度的圖表。基于頻率(13),注入信號(12)的最大功率譜密度針對系統的三個頻帶中各頻帶而言是不同的。圖5示出了基于頻率(13)的注入功率譜密度(14)和背景噪聲(15)的限制。就這一信道性能而言,推薦將0至200MHz頻率范圍劃分成三個頻帶:0-30MHz、30-88MHz和108-200MHz。進行第一劃分以符合注入功率譜密度,而進行第二劃分以避免高噪聲頻帶(被調制的頻率無線電頻帶)。

一種用于在各頻帶中生成信號的形式包括在基帶中生成它并且隨后將它移向充分頻率。對于實施例的前例,當將2048點FFT以及50MHz的采樣頻率用于0至30MHz頻帶時,可以以100MHz將相同的2048點FFT用于30至88MHz頻帶,并且可以將類似FFT用于108至200MHz頻帶。如果在30至88MHz頻帶中包括防護頻帶,則通過減少它的大小直至頻帶為36至82MHz,可以通過應用50MHz的2048點FFT來生成這樣的減少頻帶。在圖6中示出了可以在實施例的各種例子中使用的頻帶。第一劃分(16)使用兩個頻帶:一個為0至30MHz而另一個為36至82MHz。第二劃分(17)使用三個頻帶:從0至30MHz、從36至82MHz和從108至208MHz。第三劃分(17)使用從0至30、36至82和108至308MHz的頻帶。第四劃分(18)使用從0至30MHz和36至236MHz的頻帶。為了減少系統實施方式的成本,可以在處理不同頻帶的信號時重用若干塊。可以在圖7的例子中觀察到這一點,其中已經從具有用于處理位于較高頻率的頻帶的塊(20)和用于處理較低頻率的塊(21)變成具有用于處理頻率信號的共同塊(22)、用于通過兩個頻帶傳輸的信號的頻率到時間轉換的共同塊(23)和用于在時間上處理傳輸的信號的共同塊(24)。在接收期間進行逆過程。可以重用或者非獨立地使用各種塊,換而言之,可以重用頻率過程和頻率到時間轉換,并且可以執行用獨立塊針對各頻帶在時間上的處理。在本發明方法中,總是在接收期間在模擬部分(理解為模擬前端-AFE-和轉換器)中在各頻帶中進行單獨過程。另一方面,模擬前端(AFE)在傳輸時可以對所有頻帶都是共用的或者可以對各頻帶而言不同。在使用自動增益控制(AGC)的情況下,所述控制也可以對于各頻帶而言獨立。在圖10中針對用于在應用本發明方法的系統中的傳輸的模擬前端(AFE)示出了三種實施例形式。在第一實施例(40)中,所有頻帶將單個AFE鏈用于傳輸,這意味著已經在數字模擬轉換器(DAC?44)前面以數字方式(43)添加它們(二者均包含在物理充分塊(3)中)、然后過濾(45)它們并且最終在模擬前端(4)中放大(線驅動器46)它們。在第二實施例(41)中,各頻帶用它自己的數字模擬轉換器(44)和它自己的濾波器(45)來單獨地處理,此后組合(47)信號并且最終放大(46)組合的結果。在第三實施例(42)中,各頻帶用它自己的數字模擬轉換器(44)、它自己的濾波器(45)和它自己的放大器(46)來單獨地處理,此后組合(47)各種信號。

利用總是通過所有頻帶同時傳輸,有可能使用系統的多個頻帶中的僅一個來同步系統。由于頻率最低的頻帶通常是大距離衰減最少的頻帶,所以最低頻率的頻帶將在實施例的另一例子中用來執行這樣的同步。另一方面,圖8示出了如何可以使同步使用頻帶的系統(比如在本發明方法中使用的系統)與異步使用頻帶的其它系統兼容。所述圖參照時間軸(28)和頻率軸(13)示出了頻帶的使用。起初,同步使用帶寬(31),然后有兩個異步頻帶(32),并且最終再次同步使用帶寬(31)。網絡協調器可以通過接入指派消息向裝置傳達各種時段的持續時間和時間位置。在任何情況下,并非必須使用整個頻帶來與單個用戶通信。在圖9中,針對使用兩個不同頻帶(33)和(34)的三種不同情況示出了在時間(28)和頻率(13)上的表示。在第一情況(35)下,各頻帶用來向不同用戶(38)和(39)傳輸數據。在第二情況(36)下,存在被定向到用戶(38)的用于第一頻帶(33)的載波和被定向到另一用戶(39)的相同頻帶(33)的載波(也使用第二頻帶(34)的所有載波)。在第三情況(37)下,每個用戶(38)和(39)在不同時間使用兩個完整頻帶。類似方案可以用來通過OFDMA技術從若干用戶向相同接收器傳輸數據。例如若干傳輸器可以同時使用不同頻帶或者載波組來向同一節點傳輸。如果向實施本發明方法的系統添加MIMO處理塊(為現有技術所知),則有可能如前所述在空間上以及在頻率上復用頻帶。可以在圖11中觀察這一點,其中X軸(48)對應于若干空間信道、Y軸(49)對應于頻率而Z軸(50)對應于可注入功率譜密度。在這一系統中,頻帶可以在不同頻率進行傳輸而不使用MIMO處理(51),或者可以通過空間上不同的信道在相同頻帶上傳輸它們并且使用MIMO處理以分離各種頻帶(52)的信息。也有可能如在第三種情況(53)下那樣同時進行二者。

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頻帶 數據傳輸 方法
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