专利名称：具有卷积码的链接重复码的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及通信系统，并更具体涉及使用链接重复码编码报文的方法。
背景技术：
在电力线作为通信媒体使用中对降低可靠通信的成本很有兴趣。这一般称为电力线通信(PLC)。已有PLC的标准化成就，例如电力线相关的智能计量演进(PRIME)，其是基于在40-90kHz CENELEC A波段中操作的OFDM(正交频分复用)的电力线技术的标准草案。 在此涉及的当前或现有PRIME标准是PRIME联盟技术工作组制定的PRIME Rl. 3E标准草案 ("PRIME Rl. 3E”)及其较早版本。图1图解连接变电站101到住宅10 -!!的通常配电系统。源自变电站101的中压(MV)电力线103运送几十千伏范围中的电压。变压器104逐步降低MV电到在LV线105 上的低压(LV)电，LV线105运送100-240VAC范围中的电压。变压器104通常经设计在 50-60HZ范围中的非常低频率操作。变压器104不允许高频率，例如大于IOOKHz的信号经过LV线105和MV线103之间。LV线105经通常安放在住宅ΙΟΜ-η外面的仪表106a_n向客户供电。断路器面板例如面板107在仪表106η和住宅102η内电线108之间提供接口。 电线108输送电力到出口 110、开关111和住宅102η内的其它电气设备。在图1中图解的电力线拓扑可用来输送高速通信到住宅lOh-n。电力线通信调制解调器llh-n可在仪表106a-n耦合到LV电力线105。PLC调制解调器用来经由MV/LV线103、105传输并接收数据信号。这样的数据信号可用来支持通信系统、高速互联网、通话、视频会议、视频输送和相似服务。通过经由输电网络传送电信和数据信号，不需要安装新电缆到每个订户lOh-n。因此，通过使用现有配电系统运送数据信号，显著的成本节省是可能的。经由电力线传输数据的一个方法使用具有不同于电力信号的频率的载波信号。载波信号通过传输的数据调制。可替换地，PLC调制解调器113可经家庭电线108耦合到MV/LV电力线从而传输和接收数据信号。在订户lOh-n的PLC调制解调器llh-n使用MV/LV电网运送数据信号到集线器 114并从集线器114运送数据信号，而不需要另外配线。集中器114可耦合到MV线103或 LV线105。调制解调器11 -!!可支持应用例如高速宽带互联网链路、窄带控制应用和低带宽数据收集应用。在家庭环境中，调制解调器llh-n可使在热和空气调节、照明和安全中的家庭和建筑自动化成为可能。在家庭之外，电力线通信网络提供街道照明控制和远程电表数据收集。使用电力线网络作为通信媒体的问题是电力线受到噪声和干扰。电力线缆易受例如源自AM波段广播无线电信号、海上通信和耦合到电力线的电气装置的噪声。噪声沿电力线传播并与通信信号结合，其可污染通信信号。使用电力线网络的另一问题由电缆的结构导致。在MV和LV电力线上，电缆的内截面包含一群相位线，每个都运送三个供电相位的一个。在无线电频率，这些分离电线之间的电容导致在一条线上的信号泄漏或耦合到邻近线上。在相位线之间的耦合过程可引入相移或其它干扰。因此，在沿电线传播之后，每条线上通信信号的分量不再相互在相位中，但具有不同相位和振幅。这样的耦合和干扰导致必须试图解码修改的接收信号并重建原信号的接收装置的问题。现有I3RIME系统在低压(LV)电力线上操作良好。然而，通道环境在中压(MV)线上更严峻。例如，MV线具有比LV线更高的背景噪声公里，并因此可靠通信在MV线上可以不可能。
发明内容
本发明的实施例通过改变在当前PRIME系统中使用的前向纠错(FEC)，在PLC网络的严峻通道环境中提供更可靠通信。在此描述的解码系统可与现有PRIME Rl. 3E标准草案共存，并可简单实施而不需要对raiME Rl. 3E标准草案的重大改变。本公开描述具有链接重复码的新解码方案，其解决关联经由有噪声的MV和LV电力线传输的问题。与raiME Rl. 3E标准草案当前向后兼容的PHY层协议数据单元(PPDU)格式同样在此描述。(“PHY”=在国际标准化组织的开放系统互连成就的开放系统互连模型的物理层。)在下面描述的修改I3RIME系统在此称为“鲁棒(robust) PRIME” 系统。本发明的实施例向当前PRIME系统提供更鲁棒的编码。编码可包括例如添加Reed Solomon码(RS码)或重复码到传输的PPDU，因此其数据可在经由有噪声MV和LV线传输之后恢复。当前I3RIME系统支持多达63个OFDM符号，其中在有效载荷中每个OFDM符号运送96个数据副载波和1个导频副载波。RS码支持多达255个输出字节的最大值，其限制可同时RS编码的符号的数量。调制类型同样影响可同时RS编码的符号的数量。本发明的实施例划分数据，该数据通过鲁棒I3RIME系统传输进入可通过RS编码器处理的较小子部件。 例如，如果鲁棒PRIME系统需要传输63个符号，那么这些符号必须首先分割进入较小群，该较小群每个都不再具有可为选择的调制方法RS编码的符号。鲁棒PRIME系统可预定义其中巨大符号群分割为子群的方式，因此每个鲁棒PRIME发射器和接收器以相同方式对待每个群。在一个实施例中鲁棒I3RIME系统使用修改的PPDU报头支持鲁棒MCS。为支持鲁棒数据解码，接收器必须能够解码报头。因此，提高报头的鲁棒性是可取的。在一个实施例中，保留为报头使用最鲁棒(即最低数据率)MCS的当前PRIME方法学。可替换实施例为报头译码使用比数据译码更鲁棒的方案。具有鲁棒I3RIME格式的PPDU必须与具有当前I3RIME格式的PPDU共存。在一个实施例中，PRIME R1.3E接收器必须能够鉴别并解码接收的I3RIME Rl. 3E PPDU，并且必须不解码鲁棒PRIME PPDU为PRIME Rl. 3E PPDU。在优选实施例中，选择鲁棒PRIME PPDU的报头因此I3RIME R1.3E接收器未必得到假阳性CRC。鲁棒I3RIME接收器可接收并解码I3RIME Rl. 3E和鲁棒I3RIME PPDU。PPDU报头的格式应经选择符合这些条件。在一个实施例中，发射器包含卷积译码器和耦合到卷积译码器的鲁棒解码器。卷积译码器和鲁棒解码器从媒体访问控制(MAC)层接收数据并创造编码信号。差分调制器从编码信号生成差分调制信号。耦合到差分调制器的正交频分复用(OFDM)电路生成适应在电力线网络上传输的OFDM输出信号。鲁棒编码器可以是耦合到卷积译码器输出或耦合到差分调制器输入的重复2码电路。鲁棒编码器可添加重复N码到源自MCA层的数据代替重复2码。可替换地，鲁棒编码器可在卷积译码器之前添加外码。外码可以是Reed Solomon 码。鲁棒译码器可使源自MAC层的数据分割为子群，子群的每个具有低于256字节的大小。 每个子群的大小可基于差分调制器应用的调制的类型选择。在另一实施例中，设备调制并编码信号。源自媒体访问控制(MAC)层的数据卷积译码。源自MAC层的数据的鲁棒编码在卷积译码之前或之后执行。编码数据差分调制，然后正交频分复用从而创造适应在电力线网络上传输的OFDM输出信号。鲁棒编码器可以是重复2编码或重复N编码。鲁棒编码可在卷积译码之前添加外码。鲁棒编码可以是在卷积译码之前执行的Reed Solomon编码。在进一步实施例中，通过从电力线网络接收PHY协议数据单元(PPDU)并解码PPDU 中的第一报头来解码信号。系统然后检验第一报头是否根据第一格式成功解码。PPDU中的第二报头然后解码，并且系统检验第二报头是否根据第二格式成功解码。PPDU中的有效载荷然后根据第一或第二格式解码。第一格式可以是I3RIME R1.3E格式。第二格式可鉴别在I3RIME Rl. 3E格式中不可用的调制和解码。解码PPDU有效负荷的方法依靠第一报头和第二报头的一个或两个是否成功解码来确定。
图1图解三相电力线通信的系统；图2图解根据I3RIME Rl. 3E标准草案的PHY发射器的组件；图3图解在卷积译码器的输出使用重复码的PHY发射器的组件；图4图解重复码在交织器方框之后放置的PHY发射器的组件；图5图解其中添加外码例如Reed Solomon码的PHY发射器的组件；图6图解具有根据I3RIME Rl. 3E标准草案的标题字段的报文；图7图解根据一个实施例的例子鲁棒I3RIME报文格式；图8图解根据I3RIME Rl. 3E标准草案的PPDU标题字段；图9图解由PRIME Rl. 3E接收器用来解码接收的PPDU的例子过程；图10图解由鲁棒I3RIME接收器用来解码接收的PPDU的例子过程，以及图11图解其中在卷积译码器之前添加外码例如Reed Solomon码，或在卷积译码器之后添加重复2码的PHY发射器的组件；图12A图解频域差分调制的差分二进制相移键控(DBPSK)映射；图12B图解频域差分调制的差分四进制相移键控(DQPSK)映射；图12C图解频域差分调制的差分八进制相移键控(D8PSK)映射；图13图解根据一个实施例的在快速傅里叶逆变换(IFFT)中的副载波映射；图14图解根据可替换实施例的数据帧结构；图15图解根据可替换实施例的确认(ACK)/否定确认(NACK)帧；图16A图解根据可替换实施例的二进制相移键控(BPSK)、差分二进制相移键控 (DBPSK)和鲁棒调制(R0B0)的数据译码；图16B图解根据可替换实施例的差分四进制相移键控(DQPSK)译码；图17图解根据一个实施例的IFFT的输入/输出配置；
图18图解电力线通信传输和/或接收器电路到三条相位电力线之间的连接；图19图解电力线通信传输和/或接收器电路和三条相位电力线之间的可替换连接；以及图20图解电力线通信传输和/或接收器电路和三条相位电力线之间的另一可替换连接。
具体实施例方式现在在此参考附图更完全描述本发明。然而本发明可用许多不同形式实施并且不应解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例因此本公开彻底且完整，并向本领域技术人员完全传达本发明的保护范围。本领域技术人员可以能够使用本发明的各种实施例。图2图解根据现有I3RIME标准的I3RME PHY Rl. 3E发射器200。PHY层从媒体访问控制(MAC)层接收PHY层协议数据单元(PPDU)输入。PPDU经过循环冗余检查(CRC)方框201，然后在卷积译码器202中译码并在扰码器203中扰码。扰码器203的输出在交织器 204中交织，然后在副载波调制器205中调制。调制使用差分二进制相移键控(DBPSK)、差分四进制相移键控(DQPSK)或差分八进制相移键控(D8PSK)方案。OFDM在快速傅里叶逆变换(IFFT)方框206和循环前缀生成器207中执行。发射器200中的前向纠错(FEC)是约束长度7的比率1/2卷积译码。示出在现有PRIME标准中描述的传输方法，例如在发射器200中采用的调制和编码在通常LV网络中同样良好工作。然而，需要一些改变增强严峻通道环境中，例如在较嘈杂的MV网络中的性能。特定地，另一调制和编码方案(MCS)可添加到I3RIME标准从而为可靠通信降低最低可容忍信噪比(SNR)。然而，对调制和编码方案的提出的改变导致降低的数据率。现在的PRIME标准草案支持六种MCS =DBPSK, DQPSK或D8PSk调制，每个都具有或没有比率1/2卷积码。观察到这些调制和编码方案的最低数据率需要近4db SNR从而在添加的白高斯噪声(AWGN)通道上实现10_5位错误率(BER)。可期望I3RIME系统在较低SNR操作。为在较低SNR运行，PRIME系统需要更鲁棒的调制和编码方案(MSC)，其可因此降低系统的数据率。在一个实施例中，可通过在卷积码的输出添加重复码来增强MCS组。例如，图3图解在卷积译码器302的输出使用重复2码301的PHY发射器300。重复2码已知在AWGN通道上给予3dB SNR改善，并可为其它通道剖面提供更高级增强。在图3中示出的发射器实施例的一个优点是其实施简单。由于对现有I3RIME标准的最小改变，重复2码可添加到现有I3RIME PHY发射器。理解重复N码可在需要时代替重复2码添加。图4图解另一实施例，其中重复码401在PHY发射器中交织器方框402之后放置。 重复码401可以是重复2码或重复N码。图5图解进一步实施例，其中外码例如Reed Solomon码添加到PHY发射器500。 Reed Solomon码(RS码)501在卷积译码器502之前作为外码添加。众所周知Reed Solomon 码用于纠正突发错误。基于一个PPDU中符号的数量并使用(ialois域(GF) 28，RS参数(n， k，t)可如下面描述确定。卷积码输出位的数量通过OFDM符号的数量(Nsym)、每符号调制载波的数量(Nsc，在raiME Rl. 3E中等于96)和每调制载波的位的数量(Nmb，对于DBPSK、DQPSK 和D8PSK分别等于1、2和幻的乘积给定。因此，Reed Solomon码输出字节的数量如下计算Nrs_out = \、{Ν· ·Ns^Nmb*Rcc)-Pcc)Eq. 1
O其中速率Rrc是1或1/2，并且填充位(pad bits) Pcc的数量对于速率1和1/2分别是0或8。缩短的Reed Solomon码(255，255_2*t)可用于t = 4和t = 8。为编码有效性， 一个实施例使用t = 4。在图1中示出的公式为全部情况起作用，除了在1. Nes_out < t 这在每PPDU的符号数量降至低于最低数量时发生，该最低数量取决于使用的调制和编码方案。在一个实施例中，小的PPDU大小(即低于最小数量)对于启用 Reed-Solomon 编码无效。2. Nes_out > 255 这在例如速率1/2编码的DBPSK的OFDM符号数量超过42时，或在速率1/2编码的DQPSK的OFDM符号数量超过21时，或在速率1/2编码的D8PSK的OFDM 符号数量超过14时发生。在一个实施例中，为处理Nks_ott > 255的报文，输入报文分段为接近相等大小的 Reed Solomon 报文。分段的数量计算为 S = ceil (NKS_0UT)/255。定义 Nsec = floor (NES_0UT/ S)并且Mseg = mod (NKS_。UT，S)，源自第s段的Reed Solomon输出字节的数量对于s = 1，…， Mseg 等于(1+Nsec)并且对于 s = +1，Mseg,…，S 等于 Nsec。表1、2禾口 3分别为DBPSK、DQPSK和D8PSK提供Reed Solomon参数。RS码参数仅取决于OFDM符号的数量和选择的调制方案。在PPDU报头中不需要其它参数化表明该RS 译码器信息。到RS译码器输入的补充位的数量不超过6个字节。因此，可使用PPDU报头中的字段记录补充长度信息。对于具有每PPDU39个OFDM符号的DBPSK，具有该方案的一个PPDU可运送 ((39 · 96 · 1 · 1/2)-8) = 1864位作为到卷积译码器的输入。由于卷积编码的I3RIME有效载荷格式中的八个冲洗位(flushing bits)，这对应η = 233个字节。对应k可通过t决定。如在表1中示出，RS编码为多达42个OFDM符号与DBPSK合作。对于具有每PPDU 多于42个OFDM符号的DBPSK，超过η的值。例如，对于具有43个OFDM符号的DBPSK，一个 PPDU可运送((43 · 96 · 1 · 1/2)-8) = 2056位作为到卷积译码器的输入，这对应大于255 限制的η = 257字节。在此情况下，43个OFDM符号可分为符号的两个或更多子群(例如一群21个OFDM符号和一群22个OFDM符号)。两个子群的OFDM符号然后由RS译码器使用表1中的数据分离译码。两个RS译码器输出的产生位然后由卷积译码器译码。为节省报头信息位，结合可在一个实施例中预定义。为匹配PPDU大小，另8个零可用来使卷积译码器转入零状态。在43个OFDM符号的PPDU的上面例子中，两群21和22个符号分离编码。 这为两群符号从表1分别导致η = 125和η = 131。通过使另8个零放置到卷积译码器， 源自卷积译码器的输出位数量是(125 · 8+131 · 8+8+8) · 2 = 41 位，其符合4U8/96 = 430FDM符号。对于大于43的PPDU长度，相似处理可通过使PPDU分解为两个或更多较小符
8号子集来应用。具有多于42个OFDM符号的PPDU的RS译码的最优结合可通过模拟确定。 对于其它MCS方案，相同论证可为DBPSK情况如上面描述应用。PPDU报文可按需要分离设计。 在下面表1中示出的数据对应DBPSK RS译码器。
权利要求
1.一种发射器(1100)，包含卷积编码器(1103)；耦合到所述卷积编码器B (110 的鲁棒编码器，所述卷积编码器(110 和鲁棒编码器从媒体访问控制(MAC)层接收数据并创造编码信号；从所述编码信号生成调制信号的调制器(1107)；以及耦合到所述差分调制器的正交频分复用OFDM电路(1108，1109)，其生成适应在电力线网络上传输的OFDM输出信号。
2.根据权利要求1所述的发射器，其中所述鲁棒编码器是耦合到所述卷积编码器的输出的重复2码电路(301)。
3.根据权利要求1所述的发射器，其中所述鲁棒编码器是耦合到所述差分调制器的输入的重复2码电路001)。
4.根据权利要求1所述的发射器，其中所述鲁棒编码器添加重复N码到源自所述MAC 层的所述数据。
5.根据权利要求1所述的发射器，其中所述鲁棒编码器在所述卷积编码器之前添加外码。
6.根据权利要求1所述的发射器，其中所述鲁棒编码器是耦合到卷积编码器(502)的输入的Reed Solomon编码器(501)。
7.根据权利要求6所述的发射器，其中所述ReedSolomon编码器(501)将源自所述 MAC层的所述数据分为子群，每个所述子群具有少于256字节的大小。
8.根据权利要求7所述的发射器，其中每个子群的所述大小基于所述差分调制器 (1107)采用的调制的类型而被选择。
9.一种发射器，包含外码电路(1102)；耦合到所述外码电路(1102)的输出的卷积编码器(1103)；耦合到所述卷积编码器(1102)的输出的重复N编码器(1104)，所述外码电路(1102)、 所述卷积编码器(1103)和所述重复N编码器(1104)从媒体访问控制(MAC)层接收数据并创造编码信号；从所述编码信号生成差分调制信号的差分调制器(1107)，其中差分调制跨越邻近频率音调执行；以及耦合到所述差分调制器(1107)的正交频分复用(OFDM)电路(1108，1109)，其生成适应在电力线网络上传输的OFDM输出信号。
10.根据权利要求9所述的发射器，其中所述重复N编码器是重复2码电路(1104)。
11.根据权利要求9所述的发射器，其中所述外码电路是ReedSolomon编码器(1102)。
12.根据权利要求11所述的发射器，其中所述ReedSolomon编码器(110 将源自所述MAC层的所述数据分为子群，每个所述子群具有少于256字节的大小。
13.根据权利要求12所述的发射器，其中每个子群的所述大小基于所述差分调制器采用的调制的类型而被选择。
14.一种调制和编码信号的方法，包含卷积编码(30 源自媒体访问控制(MAC)层的数据；在所述卷积编码之前(301)或之后(401)鲁棒编码源自所述MAC层的所述数据；差分调制编码数据；以及正交频分复用(OFDM)差分调制的编码数据，从而生成适应在电力线网络上传输的 OFDM输出信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述鲁棒编码是重复N编码。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述鲁棒编码是重复N重复编码。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述鲁棒编码在所述卷积编码之前添加外码。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述鲁棒编码是在所述卷积编码之前执行的 Reed Solomon 编石马。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包含将源自所述MAC层的所述数据分为子群，每个所述子群具有少于256字节的大小。
20.根据权利要求19所述的方法，其中每个子群的所述大小基于所述差分调制采用的调制的类型而被选择。
21.一种解码信号的方法，包含从电力线网络接收PHY协议数据单元(PPDU) (1002)；解码所述PPDU中的第一报头(1103)；检验所述第一报头是否根据第一格式成功解码(1005)；解码所述PPDU中的第二报头(1106)；检验所述第二报头是否根据第二格式成功解码(1107)；以及根据所述第一或第二格式解码所述PPDU中的有效载荷(1108，1109)。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一格式是TOMER1.3E格式。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第二格式鉴别所述raiMERl. 3E格式中不可用的调制和编码。
24.根据权利要求21所述的方法，其中在所述第一报头被成功解码(1004)并且所述第二报头不被成功解码(1007)时，所述PPDU有效载荷根据所述第一格式被解码(1009)。
25.根据权利要求21所述的方法，其中在所述第一报头被成功解码(1004)并且所述第二报头被成功解码(1007)时，所述PPDU有效载荷根据所述第二格式被解码(1008)。
26.根据权利要求21所述的方法，其中在所述第一报头不被成功解码(1004)并且所述第二报头被成功解码(1011)时，所述PPDU有效载荷根据所述第二格式被解码(1012)。
全文摘要
本发明公开一种调制和编码信号的系统和方法。源自媒体访问控制(MAC)层的数据被卷积编码(1103)。源自MAC层的数据的鲁棒编码(1102，1104)在卷积编码(1103)之前或之后执行。编码数据被差分调制(1107)，然后被正交频分复用(1108)从而创造适应在电力线网络上传输的OFDM输出信号。鲁棒编码可以是重复2编码(1104)或重复N编码(1102)。鲁棒编码可在卷积编码(1103)之前添加外码(1102)。鲁棒编码可以是在卷积编码之前执行的Reed Solomon编码(1102)。鉴别鲁棒编码的可选报头(702)也与解码报头(702)的方法一起被公开。
文档编号H04L27/26GK102577295SQ201080047235
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月18日 优先权日2009年8月19日
发明者A·G·达巴克, B·N·瓦拉达拉贾恩, I·H·金 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司