减少电力线载流信号与VDSL型信号之间的干扰的方法和装置

摘要

本发明涉及减少电力线(Le)上传输的载流信号(S

说明书

本发明涉及减少电力线上传输的载流信号和位于电力线附近的电话 线上传输的VDSL型信号之间的干扰的方法和装置。

公知地，数字服务例如互联网、互联网电话或高清电视往往被运营 商组合以三重显示的方式提供，同时由电话网和电力网布置在用户家中。

图1示出了用于将这种数字服务分布在用户住宅的系统的实施例。

系统SYST包括网络设备ER，其位于本地回路终端并且通常被称为 DSLAM(数字用户线接入复用器)。该网络设备的作用是收集在与之连 接的电话线上通过的数据流量，以及一旦各种数据被时分复用就将该流 量重定向至互联网。网络设备ER还进行反向操作，包括将到达网络设备 ER且用于用户的通信数据进行去复用，并通过电话线Lext输送这些数据 的载波信号。一般来说，线路Lext由一对铜电缆形成，其在图1上用两 根平行线示意性表示。

用户的家用设备可包括连接到专用电话网的电话机P1和P2，所述专 用电话网由一对铜电缆形成，所述铜电缆在图1由两根平行线示意性示 出并指定为线路Lpots。电话机P1和P2通过仅使电话信号通过的滤波器、 或者通过集中有这种滤波功能的分离器SPL(英文为Master splitter)经 由线路Lpots连接到线路Lext。

用户的家用设备还包括网关GW，其用于接收在其端口之一E上的 线路Lext的信号，网关GW的端口E可直接连接于线路Lext，或连接于 分离器SPL的端口OSPL。

网关GW包括调制解调器MDSL，其连接于网关GW的端口E和网 关GW的另一以太网端口S。调制解调器MDSL集成到网关GW，或位 于网关GW的外部。

调制解调器MDSL的类型取决于所采用的传输技术(标准)。历史 上采用了(现在仍在采用)ADSL(英文为Asymmetric Digital Subscriber  Line，非对称数字用户线)技术，而本发明涉及VDSL(英文为Very high  bit rate DSL，极高比特率DSL)型技术，更具体地涉及VDSL2标准(ITU  G.993.2)。

VDSL型技术定义了信号处理链路，以使数据在发射器和一个或多个 接收器之间传输。

在发射器侧，被传输的数据通常根据FEC(英文为Forward Error  Code，前向错误码)型错误校正码来编码，然后所获得的代码则与QAM (Quadrature Amplitude Modulation，正交调幅调制)或PSK(Phase Shift  Keying，相移键控)型调制的星座图的符号相匹配。这些符号下面被称 为QAM符号，其长度取决于所采用的调制星座的尺寸：4QAM、 16QAM、…、BPSK(二进制移项键控)。然后，每个QAM符号的比特 通过OFDM(英文为Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频 分复用)型多载频调制进行传输，其频率被称为载频，各载频彼此正交 并且分布在预定频面的保留频带中。然后，OFDM符号被发送到传输信 道上。

例如对VDSL2技术而言，保留频带为2至30Mhz(兆赫)，并且 定义了两个频面(频面9997和9998)，其中一个用于传输上行信号，即 从用户设备向外部网络传输，另一个用于传输下行信号，即从外部网络 向用户设备传输。频面由以下公式限定：

F_k＝F₀+k.Δ_F(1)

其中，F_k是索引为k的载频，，这里T_S是OFDM符号的持续 时间以及F₀是初始载频。对于为232μs(微秒)的持续时间T_S来说，频 率增量Δ_F的值等于8.6125kHz(千赫)或4.3125kHz。

在接收器侧，如此传输的QAM符号根据对接收到的OFDM符号的 解调获得，然后在对误差校正码解码之后，根据发射器使用的星座通过 对QAM符号的解调来获得数据。

VDSL型技术采用被称为比特加载的方法，以使QAM符号比特分配 于不同的载频。该方法由设备ER实施。设备ER根据载频F_k下电话线的 传输信道的估计信噪比来为每个载频F_k分配若干比特。将比特分配到不 同的载频是彼此独立地进行的。

通常采用两种方法来实现用于分配待传输的QAM符号比特的方法。

根据第一种方法，在每个载频的传输功率的最大值遵循具体的谱密 度曲线的限制条件下，使传输信道的容量达到最大。

图2示出了25KHz-30MHz的保留频带上根据VDSL型技术的载频 的功率谱密度曲线。可注意到，根据VDSL技术的功率谱密度曲线 PSDVDSL在保留频带上不是恒定的。实际上，从25KHz到12MHz，曲 线PSDVSDL形成水平部分。相反，超过12MHz后，曲线PSDVDSL减 小直至30MHz频带的极限边缘。曲线PSDVDSL的减小使得VDSL型信 号在12MHz-30MHz频率范围的载频上的传输具有更大的干扰敏感度。

根据第二种方法，使每个载频发射的功率在固定传输容量的限制条 件下达到最小。

图3是时序图，其示出了根据电话线的传输信道的估计信噪比 SNRVDSL对频面的不同载频分配比特的实施例。时序图的上部示出了随 载频F_k而变化的被分配的比特数NVDSL，这里，载频F_k的标号为1至 17。垂直轴上具有每个频率F_k被分配的比特数，中心为每个载频F_k的矩 形表示围绕每个载频的频带宽度。时序图的下部示出了在电话线Lpots 的VDSL信道上的估计信噪比SNR的实施例。

根据该实施例，信噪比SNRVDSL非常大，频率7和8尤其如此， 对于频率7和8而言，分配了最大比特数并遵循了功率谱密度曲线 PSDVDSL。尤其是对于载频3、14、15、16或17来说，信噪比SNRVDSL 非常小，所分配的比特数非常少。

图1所示的配线系统的特点是利用电力网(这里是用户家中的电力 网，在图1用线路Le示意性地示出)向不同的用户设备输送线路Lext 承载的高流速的信号，因此，用户设备物理上可远离网关GW。

下面讨载流线(CPL)或PLC(电力线通信)或在该电力网上使用 的BPL(电力线宽带)。

载流线CPL例如可依照Homeplug AV标准(HomePlug电力线联盟， “HomePlug AV基本技术规格”，版本1.0.00，2005年12月)、或者例如 ITU G.hn标准或者基于UPA/OPERA公司或Panasonic公司开发的技术。

这些标准(或技术)采用的传输方式与VDSL型标准(技术)的相 同，即，采用FEC型的误差校正码、QAM或PSK式调制以及OFDM式 多载频调制。

就ITU G.hn标准而言，预定的频带为2至30MHz，或约为1至 80MHz，频面由公式(1)限定，根据Homeplug AV标准，OFDM符号 的持续时间的数值为40.95μs，或为11.611μs，并且功率谱密度PSDCPL 在整个预定频带上一直保持恒定的曲线。

类似于VDSL型技术(标准)的原理，同样采用了将QAM符号比 特分配给不同载频的方法，但这一次考虑载流线上的传输信道的估计信 噪比。

CPL技术(标准)的实现需要使用特殊的调制解调器(被称为载流 调制解调器)，其连接于电力网。因此，载流调制解调器还具有实现载 频分配比特的方法的器件。

根据图1所示的系统的实施例，作为说明示出了两个载流调制解调器 CPL1和CPL2。调制解调器CPL1一方面例如通过以太网电缆ETH连接 于网关GW的端口S，另一方面连接于网关GW附近的专用电网的电插 座PE1。调制解调器CPL2一方面连接于用户的设备EQ1，另一方面连接 于位于设备EQ1附近的专用电网的另一插座PE2。例如，设备EQ1是机 顶盒STB，机顶盒STB具有视频流译码器并通过视频电缆CTV连接于 电视机TV。

因此，设备EQ1的指定信号承载的数据从网络设备ER经由线路Lext 和网关GW传输到调制解调器CPL1。然后调制解调器CPL1获得载有这 些数据的载流信号。该信号接下来可通过专用电力网的任意电插座获取， 尤其是通过连接调制解调器CPL2的电插座PE2获取。然后，调制解调 器CPL2从该载流信号获得信号，并将其经由以太网链路ETH输送到设 备EQ1。

图1所示的用户家中数字服务的配线系统是系统的实施例，其可扩 展到例如大楼中一组用户的数字服务配线系统。实际上，在这种情况下， 网络设备ER收集不同用户的电话线上通过的数据通信，并将这些不同的 数据通信输送到互联网。另一方面，该设备将到达其的通信数据去复用， 并通过电话线Lext将这些数据的载频信号输送到网关，在这种情况下， 所述网关为连接于每个用户的家用设备的网关GW。在这种情况下，电 话线Lext可位于电力网的线路附近。

已经指出，当采用VDSL和CPL技术时，一旦电力网的线路位于电 话网的线路附近，电力网承载的信号与电话网承载的信号就相互干扰。

实际上，因为这些技术采用相同的频带和相同的多载频调制原理(这 里是OFDM)，并且电话线Lpots往往位于电力线附近，如图1中区域 Z1和Z2所示的线路Lpots和Le彼此靠近，所以这些线路彼此耦合，即 这些线路承载的信号相互进行辐射干扰。

此外，因为调制解调器MDSL和载流调制解调器(CPL1)必须彼此 靠近，且所有调制解调器必须被供电，所以用于上述数字服务配线系统 的调制解调器通常由电力网的同一支线供电，即由图1所示的电源PW 供电，从而在这些调制解调器之间产生传导干扰。

这两种类型的干扰会污染由电话线Lpots和电力线Le承载的信号， 这种污染尤其表现为电话线Lpots承载的信号在传输方面的流量损失。

为了弄清这些干扰已经进行过一些研究。具体可引用Lukasz  Zbydniewski等人的文献，其标题为“Performance analysis of uncoded/coded  windowed-OFDM and circular wavelet-OFDM transmission in PLC channel  with bit-loading”，发表于Signals and Electronic Systems，2008年，ICSES’08， 在美国新泽西州Piscataway市召开的IEEE国际会议，2008-09-14，第 423-426页；或引用Akiyama等人的文献，其标题为“Influence of a PLC  signal induces into the modem on the communication performance of  VDSL”，发表于Electromagnetic Compatibility，2003，EMC’03，2003年5 月11至16日在土耳其伊斯坦布尔召开的IEE国际研讨会，IEEE，第1 卷，2003-05-11，第197-200页；或者美国专利申请US 2008/247537 A1。

Hazen M.E.的文献、标题为“The Technology Behind HomePlug AV  Powerline Communications”，发表于Computer，IEEE Service Center，LOS  ALAMITOS，CA US，第41卷，第6本，2008年6月1日，第90-92页， 提出了减少这些干扰的方法，其包括使用或不使用载流线上的数据载频。 这种方法没有考虑电力线和电话线之间的耦合。

因此，一般来说，本发明的目的之一是减少电力线上传输的载流信 号和电力线附近的电话线上传输的VDSL型信号之间的干扰，无论这些 线路是用户家中数字服务配线系统的组成部分，或是用于将数据传输到 多用户家用设备的系统的组成部分。

为此，根据本发明的实施例之一，本发明涉及减少电力线上传输的 载流信号和电力线附近的电话线上传输的VDSL型信号之间的干扰的方 法。所述信号在不同的频面上以分配到分布在同一频带中的载频上的比 特的形式对数据进行传输，所述方法的特征在于，其包括三个步骤，第 一个步骤是确定用于传输VDSL型信号的频面的至少一个载频，该载频 被称为VDSL频率，其功率谱密度级大于预定阈值，第二个步骤是确定 用于传输载流信号的另一频面的至少一个载频，该载频被称为CPL频率， 其与至少一个如此确定的VDSL频率是公共的，第三个步骤是减少被分 配给如此确定的每个CPL频率的比特数。

CPL技术(标准)的比特分配方法在将待被传输的比特分配到载频 时仅考虑了电力线的传输信道上的估计信噪比，因此忽略了彼此靠近的 电话线和电力线之间的耦合效应。

本申请的发明人注意到，电话线和电力线之间的这种耦合效应主要 是由电力线上用于传输OFDM符号的某些载频的高功率电平所造成的。 此外，还注意到，尽管VDSL技术和CPL技术的频面不同，但是这些载 频中的某些载频具有共同的数值，即，与VDSL技术的载频的数值相同 或相近。

因此，通过将用于传输VDSL型信号的载频的功率谱密度级与预定 的阈值比较，本发明的方法可确定干扰VDSL型信号的载流信号的载频， 并通过减少先前分配给这些载频的比特数来降低这些载频的功率电平。

根据本发明的另一实施例，本发明涉及包括用于执行减少电力线上 传输的载流信号与上述电话线上传输的VDSL型信号之间干扰的方法的 装置的设备。

根据本发明的另一实施例，本发明还涉及具有这种设备的载流调制 解调器。

下面参照附图对实施例进行说明，本发明的上述特征和其它特征将 更清楚地呈现，在附图中：

图1示出了将数字服务分布到用户住宅的的系统的实施例；

图2示出了根据VDSL技术的载频的功率谱密度曲线；

图3是时序图，示意性地示出了根据估计的信噪比SNRVDSL，对频 面的载频进行比特分配的实施例；

图4示出了实现根据本发明的减少干扰的方法的实施例。

下文中，在电话线承载的信号是VDSL2型信号的情况下来描述本发 明。但是，很明显，本发明也可应用其它类型的信号，只要这些信号采 用多载频编码方法。

图4示出了根据本发明的减少干扰的方法的实施例。

图4上部的时序图复现了图3所示的比特分配的实施例。

减少干扰的方法包括步骤1，其确定用于传输VDSL型信号S_VDSL的 频面的至少一个载频F_VDSL，该至少一个载频F_VDSL被称为VDSL频率， 其功率谱密度级大于预定的阈值Th。可注意到，如图4所示，预定的阈 值Th作为分配给载频的最大比特数。这个步骤相当于确定与该比特数成 比例的最大功率谱密度级。

因此，根据该实施例，如图所示，频率7、8和11被确定为频率F_VDSL。

可注意到，在步骤1中考虑了用于VDSL技术的两个频面(997/998) 中的每个频面的载频。因此，在VDSL2的情况下，要分析25kHz至12MHz 的频带和12MHz至30MHz的频带中的载频的功率谱密度级。

减少干扰的方法还包括步骤2，其确定用于传输载流信号的频面的至 少一个载频F_CPL，该至少一个载频F_CPL被称为CPL频率，并与至少一个 如上确定的频率F_VDSL是公共的。

根据一个实施方式，当CPL频率和VDSL频率之间分离的距离小于 预定的最大距离D时是公共的，所述预定的最大距离D可为零(即，VDSL 频率和CPL频率相等)或者从严格意义或从广义上来说大于零。

优选地，该距离由信号S_VDSL的载频的Sinc函数被限制该Sinc函数 的二次波瓣的滤波器加权后的结果与载流信号S_CPL的载频的Sinc函数被 限制该Sinc函数的二次波瓣的滤波器加权后的结果之间的差异来限定。

图4中部所示的时序图示出了根据在电力线Le上的估计信噪比并遵 循CPL技术(标准)限定的功率谱密度曲线要求的限制条件来对频面上 的载频进行比特分配的实施例。这里，距离D广义上大于0。根据该实 施例，传输载流信号S_CPL所使用的频面的频率6、7和8被确定为与标号 7的频率F_VDSL是公共的。同样，频率7、8和9被确定为与标号8的频 率F_VDSL是公共的，频率10、11和12被确定为与标号11的频率F_VDSL是公共的。归根结蒂，根据该实施例，传输载流信号S_CPL使用的频面所 包括的频率6至12都是在步骤2期间确定的频率F_CPL。

所述方法还包括步骤3，其用于减少被分配给如此确定的每个频率 F_CPL的当前比特数N_CPL。

根据一个实施方式，将分配给频率F_CPL的比特数N_CPL减少，直至该 频率F_CPL对信号S_VDSL的干扰由用于对信号S_VDSL携带的数据进行编码的 误差校正码补偿。

通过减少分配给每个频率F_CPL的比特数，功率谱密度级降低，从而 减少了信号S_CPL对信号S_VDSL的干扰。但是，被发送的总比特数小于这种 减少之前的总比特数，从而引起传输流量下降。

根据本方法可保持恒定传输流量的一个变体，将不再分配到频率F_CPL的比特分配到用于传输信号S_CPL的频面的、不是频率F_CPL的至少一个载 频F_k。因此，该方法通过降低引起这些干扰的CPL频率的频谱密度级减 少了信号S_CPL和S_VDSL之间的干扰，并通过将这些比特分布在对信号S_VDSL没有产生明显干扰的载频上来保持恒定的载流传输流量。

图4下部所示的时序图示出了执行上述方法时用于给定的调制图的 载频比特分配。根据该实施例，每个频率F_CPL的比特数被除以2。因此， 分配于频率6至12中的每个频率的比特数被除以2。此外，根据该实施 例，假定频率3、14、15和16中的每个都具有在电力线的传输信道上估 计出的高信噪比。因此，将不再分配给频率F_CPL的比特分配在这三个频 率上，显然，这三个频率本身不是频率F_CPL。

如上述部分所述，每个载频以及每个频率F_CPL都携带具有QAM(或 PSK)符号比特。

根据一个变体，将用于获得其比特分配于不同载频的QAM符号的对 传输数据的调制替换为要求较小符号长度的另一种调制。

例如，假定原本使用16QAM调制，可将其替代为4QAM调制以使 符号长度除以4。

本发明的减少干扰的方法可在QAM符号比特已经分配给用于在电 力线和电话线上传输的频面的不同载频后单独使用。

但是，该方法优选重复进行，因为电话线尤其是电力线上的传输信 道的特性变化很大，特别是因为在电力线Le上的家用设备的开启和停止 而导致。

因此，根据一个实施方式，上述方法周期性地重复。

根据另一实施方式，一旦电力线上的传输信道的特性和/或电话线上 传输信道的特性发送变化，则方法重复进行。

根据本发明的另一方面，本发明涉及用于减少载流信号S_CPL和信号 S_VDSL之间的干扰的设备。

该设备包括用于执行将若干比特分配到电力线上的传输所使用的频 面上的每个载频的方法的装置。

具体来说，该设备包括用于获得在电话线上的传输使用的频面上的 载频的装置，以及用于确定这些载频的功率谱密度级是否大于阈值Th的 装置。

该设备还包括用于确定与如此确定的频率F_VDSL公共的载频F_CPL的装 置，以及用于减少分配到如此确定的每个频率F_CPL的比特数N_CPL的装置。

根据本发明的另一方面，本发明涉及载流调制解调器CPL1、CPL2， 其例如以数字形式实现用于将若干比特分配到在电力线上的传输所使用 的频面的每个载频的方法。载流调制解调器的特点在于，其也以数字形 式实现上述设备的各装置。为此，根据一个实施方式，用于获得在电话 线上的传输所使用的频面的载频的设备的各装置被设计为在载流线的传 输信道上寂静期间(即，当没有任何OFDM符号在该信道上传输时)放 大VDSL信号，以使该信号承载的OFDM符号被载流调制解调器的 OFDM接收器接收。