用于生成用于MIMO窄带电力线通信的帧结构的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及生成用于MIMO窄带电力线通信的帧结构的方法和系统。一种可利用OFDM操作的、用于生成具有适当前导部分的MIMO帧(500B、500E)的PLC网络系统(100)和方法(700A、700B)，其配置为提供传统PLC装置(108-1至108-M)的后向兼容性，并且有助于不同接收器任务，如，帧检测和符号定时、信道估计和自动增益控制(AGC)等，其包括在存在脉冲噪声和PLC网络(100)的频率选择性信道时的鲁棒前导检测。

【技术实现步骤摘要】
优先权的声明和相关专利申请本正式申请基于下列在先的美国临时专利申请(一个或更多)要求优先权：(i)以MostafaSayedIbrahim,IlHanKim,TarkeshPande和AnujBatra的名义于2014年9月30日提交的申请号为62/057,649的“FRAMESTRUCTUREANDROBUSTPREAMBLEDETECTIONFORMIMONARROWBANDPOWERLINECOMMUNICATION(用于MIMO窄带电力线通信的帧结构和鲁棒前导检测)”；(ii)以MostafaSayedIbrahim,IlHanKim,TarkeshPande和AnujBatra的名义于2014年9月30日提交的申请号为62/057,661的“CYCLICSHIFTSELECTIONFORTHETRANSMISSIONOFMIMONARROWBANDPOWERLINECOMMUNICATION(用于MIMO窄带电力线通信传输的循环移位选择)”；和(iii)以MostafaSayedIbrahim,IlHanKim,TarkeshPande和AnujBatra的名义于2014年9月30日提交的申请号为62/057,669的“COLLISIONRATEREDUCTIONTECHNIQUEFORMIMONARROWBANDPOWERLINECOMMUNICATION(用于MIMO窄带电力线通信的碰撞率降低技术)”；其中的每个因此通过引用全面地并入。
所公开的实施例通常涉及包括电力线通信的通信领域。
技术介绍
电力线通信(PLC)包括用于通过相同媒介(即，电线或导体)通信数据的系统，其还用来将电力传输到住宅、楼宇以及其他场所。一旦应用PLC系统，其可以使能大量应用，包括，例如，自动读表和加载控制(即，实用型应用)、汽车使用(如，充电电动汽车)、家庭自动化(如，控制家用电器、灯等)和/或计算机网络(如，互联网接入)等。以3至500kHz频带运行的窄带电力线通信(NB-PLC)作为支持新兴的智能电网应用的方案已经获益，其旨在优化电网的效率和可靠性。由于PLC比现存的电力线设施更低的布局成本，其对于智能电网应用特别有吸引力。已知PLC信道是对于数字通信具有高度挑战性的环境，因为其不得不对抗能够高度随机的脉冲噪声的爆发。进一步地，PLC的频率选择性信道能够明显限制系统性能和数据速率。多输入多输出(MIMO)PLC被视为有前途的技术，其用于提高数据速率同时提供应对PLC环境中遭遇的严酷情况的鲁棒性。
技术实现思路
在MIMOPLC通信中，前导(preamble)结构的设计能够是至关重要的，其能够有效用以执行最初的接收机同步。另外，具有传统NB-PLC标准的MIMO帧结构的后向兼容性在市场能力和可用性方面是重要问题。本专利申请公开具有可执行程序指令于其上的系统、方法、设备、装置和相关计算机可读媒介，以提供或以其他方式有助于在PLC网络中的基于MIMO数据通信。概括地，公开以适当的正交频分复用(OFDM)调制方案运行的PLC网络的各方面，以生成具有适当前导部分的MIMO帧，其配置为提供与传统PLC装置的后向兼容性并且有助于不同接收器任务(如，帧检测和符号定时、信道估计和自动增益控制(AGC))，其包括在脉冲噪声和PLC网络的频率选择性信道出现时的鲁棒前导检测。在一个方面中，公开一种在PLC网络中运行的MIMO帧生成方法的实施例，该PLC网络包括一个或更多MIMOPLC装置和根据传统PLC数据传输标准、使用OFDM运行的一个或更多传统PLC装置。PLC网络可以配置为支持MIMO信道，其具有NT个传输阶段(transmitphase)或端口和NR个接收端口。所声明的实施例还包括在对应于MIMO帧的第一传输阶段的MIMOPLC装置的第一传输端口处，生成或提供与传统PLC数据传输标准(如，IEEE1901.2标准)兼容的传统前导(L-前导)部分，接着是包括传统FCH数据和兼容MIMO的FCH数据的第一帧控制头(FCH)部分。包括多个分量的第一兼容MIMO的前导(M-前导)部分在FCH部分之后，其中，每个分量包括SYNCM符号和相关的保护间隔以及SYNCP符号和相关的保护间隔，其中，SYNCM符号和相关的保护间隔合称为S1，SYNCP符号和相关的保护间隔合称为S2。第一载荷数据部分在M-前导部分之后，作为第一传输阶段的一部分。在MIMOPLC装置的余下的传输端口处，其对应于MIMO帧的余下的传输阶段，分别提供由选择数量(CS-L)循环移位的L-前导部分和FCH部分，接着是由选择数量(CS-M)循环移位的对应的M-前导部分和各自载荷数据部分，其中，在MIMOPLC装置的传输端口处的操作在生成MIMO帧方面在时域上大体上是同步的。在另一个方面中，公开一种混合前导检测方法的实施例，其在PLC装置处运行以适于在使用OFDM调制方案的PLC网络中接收数据。所声明的实施例还包括(如，在识别其中存在前导时)基于延迟相关过程确定接收的PLC信号流中的前导开始(preamblestart)的最初估计；并且响应于在前导开始的最初估计附近的搜索范围，基于涉及指示接收的PLC信号流中的PLC帧的开始的已知前导序列的互相关(cross-correlation)过程，确定前导开始的最终估计。在又一个方面中，公开一种循环移位(CS)选择方法的实施例，该方法操作用于MIMOPLC网络(如，[NTxNR]网络)。所声明的实施例还包括获得、生成或以其他方式配置具有默认的CS数量的最初CS向量，其可以应用于在耦接到MIMO信道的MIMO传输器处的MIMO数据信号帧的不同的传输阶段。将最初CS向量应用于MIMO数据信号帧的一个或更多部分时，L-前导部分和/或M前导部分中的至少一个经过PLC网络传输。随后，MIMO传输器监控信道以便获得确认(ACK)帧。如果在超时期间(timeoutperiod)内未从接收器装置接收到ACK信号帧，则最初CS向量在迭代过程中交叉或以其他方式重新排列以用于重新传输MIMO数据信号帧，直到接收到ACK信号帧，从而，可以提供更优的信道用于数据通信。在更进一步的方面中，公开一种碰撞率降低的方法的实施例，该方法操作用于MIMOPLC网络(如，[NTxNR]网络)，其包括MIMO装置和传统装置。所声明的实施例还包括获得、生成或以其他方式配置传统FCH数据，并且使用适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在电力线通信网络即PLC网络中可操作的多输入多输出帧即MIMO帧生成方法，所述PLC网络包括一个或更多MIMO PLC装置和根据传统PLC数据传输标准、使用正交频分复用调制方案即OFDM调制方案操作的一个或更多传统PLC装置，所述PLC网络可操作以支持具有NT个传输阶段或端口和NR个接收端口的MIMO信道，所述MIMO帧生成方法包括：在MIMO PLC装置的第一传输端口处生成与所述传统PLC数据传输标准兼容的传统前导部分即L‑前导部分；在所述L‑前导部分之后提供第一帧控制头部分即FCH部分，其中，所述FCH部分包括传统FCH数据和兼容MIMO的FCH数据；在所述FCH部分之后提供第一兼容MIMO前导部分即M‑前导部分，所述第一M‑前导部分包括多个分量，其中，每个分量包括SYNCM符号和相关保护间隔，二者合称为S1，以及SYNCP符号和相关保护间隔，二者合称为S2；在所述第一M‑前导部分之后提供第一载荷数据部分；以及在所述MIMO PLC装置的余下的传输端口处，生成由选择数量即CS‑L循环移位的L‑前导部分和FCH部分，接着是由选择数量即CS‑M循环移位的相应的M‑前导部分和各自的载荷数据部分，其中，在所述MIMO PLC装置的所述传输端口处的操作在生成MIMO帧方面在时域上大致同步。...

【技术特征摘要】
2014.09.30 US 62/057,649;2014.09.30 US 62/057,661;1.一种在电力线通信网络即PLC网络中可操作的多输入多输出帧即
MIMO帧生成方法，所述PLC网络包括一个或更多MIMOPLC装置和根
据传统PLC数据传输标准、使用正交频分复用调制方案即OFDM调制方
案操作的一个或更多传统PLC装置，所述PLC网络可操作以支持具有
NT个传输阶段或端口和NR个接收端口的MIMO信道，所述MIMO帧生
成方法包括：
在MIMOPLC装置的第一传输端口处生成与所述传统PLC数据传输
标准兼容的传统前导部分即L-前导部分；
在所述L-前导部分之后提供第一帧控制头部分即FCH部分，其中，
所述FCH部分包括传统FCH数据和兼容MIMO的FCH数据；
在所述FCH部分之后提供第一兼容MIMO前导部分即M-前导部分，
所述第一M-前导部分包括多个分量，其中，每个分量包括SYNCM符号
和相关保护间隔，二者合称为S1，以及SYNCP符号和相关保护间隔，
二者合称为S2；
在所述第一M-前导部分之后提供第一载荷数据部分；以及
在所述MIMOPLC装置的余下的传输端口处，生成由选择数量即
CS-L循环移位的L-前导部分和FCH部分，接着是由选择数量即CS-M
循环移位的相应的M-前导部分和各自的载荷数据部分，其中，在所述
MIMOPLC装置的所述传输端口处的操作在生成MIMO帧方面在时域上
大致同步。
2.根据权利要求1所述的MIMO帧生成方法，其中，所述传统PLC
数据传输标准包括IEEE1901.2标准，并且进一步地，其中，所述L-前导
部分包括8个SYNCP符号以及之后的1个完整的SYNCM符号和半个
SYNCM符号。
3.根据权利要求2所述的MIMO帧生成方法，其中，所述SYNCP
符号和所述SYNCM符号中的每个都是256采样长度。
4.根据权利要求1所述的MIMO帧生成方法，其中，用于各自NT个传输阶段的所述M-前导部分的所述多个分量配置为具有酉式空时传输
矩阵结构，以在所述OFDM方案中在信道估计期间最小化信道噪声。
5.根据权利要求1所述的MIMO帧生成方法，其中，不同CS-L数
量应用于在所述MIMOPLC装置的所述余下的传输端口处生成的所述L-
前导部分。
6.根据权利要求1所述的MIMO帧生成方法，其中，配置用于移位
所述L-前导部分的所述CS-L数量，以致所述传统PLC装置在PLC事务
中接收到MIMO帧时，能够检测在所述MIMO帧中的所述L-前导部分。
7.根据权利要求1所述的MIMO帧生成方法，其中，配置用于移位
所述M-前导部分和载荷数据部分的所述CS-M数量，以最小化在所述
M-前导部分和所述载荷数据部分之间的功率波动。
8.根据权利要求1所述的MIMO帧生成方法，其中，所述CS-L数
量和CS-M数量不同。
9.根据权利要求1所述的MIMO帧生成方法，在所述MIMOPLC
装置的所述余下的传输端口处生成的所述M-前导部分的一个或更多分量
的所述S1符号和S2符号乘以-1。
10.一种具有存储在其上的程序指令的永久电子存储媒介，所述程
序指令由多输入多输出电力线通信即MIMOPLC装置的一个或更多处理
器执行，所述MIMOPLC装置配置为在PLC网络中通信数据，所述PLC
网络包括一个或更多MIMOPLC装置和根据传统PLC数据传输标准、使
用正交频分复用调制方案即OFDM调制方案操作的一个或更多传统PLC
装置，在由所述处理器执行时，所述程序指令使所述PLC装置执行以下
操作：
生成具有对应于所述PLC装置的NT个传输端口的NT个传输阶段的
MIMO帧，所述MIMO帧用具有NR个接收路径的NTxNR个MIMO信
道操作，
其中，第一传输阶段包括与所述传统PLC数据传输标准兼容的
传统前导部分即L-前导部分，接着是包括传统FCH数据和兼容MIMO
的FCH数据的第一帧控制头部分即FCH部分，接着是第一兼容MIMO
前导部分即M-前导部分，所述第一M-前导部分包括对应于NT个接收路
径的多个分量，其中，每个分量包括SYNCM符号和相关保护间隔，二
者合称为S1，以及SYNCP符号和相关保护间隔，二者合称为S2，在所
述第一M-前导部分之后是第一载荷数据部分，
其中，余下的传输阶段包括由选择数量即CS-L循环移位的各自

【专利技术属性】
技术研发人员：M·S·易卜拉欣，II·H·金，T·潘德，A·巴特拉，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US