CN102480310A - 动态传输功率控制方法及电力线通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动态传输功率控制方法，用于一种电力线通信系统中。该动态传输功率控制方法包括有搜集一数据；以及根据一非平坦传输功率频谱密度屏蔽及该数据，调整一遵循传输功率频谱密度屏蔽；其中，该遵循传输功率频谱密度屏蔽符合该非平坦传输功率频谱密度屏蔽的规定，该非平坦传输功率频谱密度屏蔽包括对应于多个频带的多个参考功率频谱密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态传输功率控制方法及电力线通信系统，尤其涉及一种可用来搜集通信数据及/或预测数据，以产生效能相关的操作并最大化吞吐量(throughput)的动态传输电力线控制方法及电力线通信系统。
背景技术
在电力线通信(Power Line Communication)系统中，往往必须根据不同国家的规定，调整所使用主动子载波的总传输功率及/或功率频谱密度(PowerSpectral Density，PSD)的幅度作为遵循传输功率频谱密度屏蔽(TransmitPower Spectral Density mask，Transmit PSD mask)，以最大化实体层吞吐量(throughput)。其中，遵循传输功率频谱密度屏蔽须符合传输功率频谱密度屏蔽的规定，即该遵循传输功率频谱密度屏蔽的功率频谱密度须等于或者低于该传输功率频谱密度屏蔽的参考功率频谱密度。
举例来说，传统电力线通信系统只在低频带(例如低于30MHz)中传输信号，而在所规定的传输功率频谱密度屏蔽中低频带的子载波的参考功率频谱密度都相同，即为一平坦传输功率频谱密度屏蔽(flat transmit PSD mask)。如此一来，由于具有较高功率频谱密度的传输信号可使接收端得到较高吞吐量，因此传统电力线通信系统以等同于传输功率频谱密度屏蔽的低频带中参考功率频谱密度的遵循传输功率频谱密度屏蔽的功率频谱密度进行信号传输。
然而，目前电力线通信系统可能会在低频带及高频带(大于30MHz)中进行信号传输，而在所规定的传输功率频谱密度屏蔽中，虽然高频带的子载波的各参考功率频谱密度相同，但各高频带的参考功率频谱密度都低于低频带的参考功率频谱密度，即为一非平坦传输功率频谱密度屏蔽。在此情况下，上述传统的操作机制可能导致目前电力线通信系统的接收端仅具有低吞吐量，因此尚无适用于目前电力线通信系统的特定操作机制。
有鉴于此，实有必要提供一种可用于须符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽的电力线通信系统的操作机制。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种可用来搜集通信数据及/或预测数据，以产生效能相关的操作并最大化吞吐量的动态传输电力线控制方法及电力线通信系统。
本发明公开一种电力线通信方法，用于一种电力线通信系统中。该动态传输功率控制方法包括有：搜集一资料；以及根据一非平坦传输功率频谱密度屏蔽及该数据，调整一遵循传输功率频谱密度屏蔽；其中，该遵循传输功率频谱密度屏蔽符合该非平坦传输功率频谱密度屏蔽的规定，该非平坦传输功率频谱密度屏蔽包括对应于多个频带的多个参考功率频谱密度。
本发明还公开一种电力线通信系统，用来动态控制传输功率。该电力线通信系统包括有一接收端、一电力线以及一传输端。该传输端经由电力线耦接于该接收端，用来搜集一资料，且根据一非平坦传输功率频谱密度屏蔽，调整一遵循传输功率频谱密度屏蔽；其中，该遵循传输功率频谱密度屏蔽符合该非平坦传输功率频谱密度屏蔽的规定，该非平坦传输功率频谱密度屏蔽包括多个对应于多个频带的参考功率频谱密度。
在此配合下列图示、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。
附图说明
图1为本发明实施例一电力线通信系统的示意图。
图2A为本发明实施例一非平坦传输功率频谱密度屏蔽的示意图。
图2B为一遵循传输功率频谱密度屏蔽等同于图2A中该非平坦传输功率频谱密度屏蔽，图1中一接收端接收信号的讯杂比的示意图。
第2C图为根据本发明实施例，图1中该传输端调整一遵循传输功率频谱密度屏蔽的示意图。
图2D为根据本发明实施例，图2C中采用该遵循传输功率频谱密度屏蔽，图1中接收端信号接收的讯杂比的示意图。
图3A为根据另一本发明施例，一非平坦传输功率频谱密度屏蔽实的示意图。
图3B为本发明实施例图1中一电力线的通道衰减的示意图。
第3C图为根据本发明实施例，当一遵循传输功率频谱密度屏蔽等同于图3中该非平坦传输功率频谱密度屏蔽，及图1中该电力线得到图3B中该通道衰减，图1中该接收端一信号接收的讯杂比的示意图。
图4A为根据本发明实施例，图1中传输端调整一遵循传输功率频谱密度屏蔽的示意图。
图4B为根据本发明实施例，图1中一电力线中估测通道衰减的示意图。
图4C为图4A中采用该遵循传输功率频谱密度屏蔽，由该接收端中接收信号的讯杂比的示意图。
图5为根据本发明变化的一电力线通信系统的示意图。
图6为本发明实施例一动态传输功率控制流程。
其中，附图标记说明如下：
10、50 电力线通信系统
60 流程
600～606 步骤
TX 传输端
RX 接收端
PL、PL1、PL2 电力线
NFMSK 非平坦传输功率频谱密度屏蔽
CMSK 遵循传输功率频谱密度屏蔽
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明实施例一电力线通信(power linecommunication，PLC)系统10的示意图。电力线通信系统10可动态控制传输功率，包括有一接收端RX、一电力线PL以及一传输端TX。传输端TX是通过电力线PL耦接于接收端RX，而接收端RX与传输端TX包括电力线通信系统调制解调器(modem)、模拟数字转换器(analog to digital converter，ADC)、线驱动器(line driver)等其它装置。
首先，传输端TX搜集资料，例如已知功率频谱密度或各子载波中星座图大小等通信数据，以及/或接收由接收端RX传输的探测封包(soundingpacket)等预测资料。接着，传输端TX根据一非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK及搜集数据，调整一遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK，进而根据遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK传输信号至接收端RX。遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的规定，且非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK包括对应于多个频带中多个参考功率频谱密度，其中多个频带中各频带分别包括多个子载波。换句话说，遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK的功率频谱密度等于或低于非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的参考功率频谱密度。因此，传输端TX可搜集通信数据及/或预测数据，以产生效能相关的操作而最大化接收端RX的吞吐量(throughput)。
详细来说，根据非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK及所搜集的通信数据及/或预测数据等数据，传输端TX可依下列调整方法调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK：(a)相对于非平坦传输功率频谱密度NFMSK，调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK的多个频带中各频带的一最大或最小功率频谱密度，(b)调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK的总传输功率，(c)对遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK中多个频带的子载波进行功率回调(power cutback)，或者(d)相对于非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK，对遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK中多个频带的子载波进行增益调整(gain scaling)。
值得注意的是，可根据实际需求单独或以任何结合方式使用调整方法(a)-(d)。举例来说，调整方法(d)可用来微调频谱形状，其可相对于非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK进行调整，或相对于已经由调整方法(a)调整的遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK(即调整方法(a)及(d)的结合)进行调整，进而产生所需遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK。如此一来，由于接收端RX的接收模拟数字转换器仅支持有限的讯杂比(signal-noise ratio，SNR)动态范围，因此调整方法(a)-(d)可在接收端RX中部份子载波产生较佳讯杂比，进而在接收端RX提供较佳的接收吞吐量。
具体而言，请参考图2A及图2B。图2A为本发明实施例中非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的示意图，其中，对应不同频带的参考功率频谱密度分别为-55、-85及-120dBm/Hz，而图2B为当图1所示的遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK等同于图2A中非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK时，接收端RX所接收的信号的讯杂比的示意图。如图2A所示，当遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK等同于非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK时，即未相对于非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK进行传输功率频谱密度调整，电力线通信系统10的操作机制与传统电力线通信系统的操作机制相似。在此情况下，由于不同频带的功率频谱密度差距较高，且模拟数字转换器仅可处理限于功率频谱密度范围内不具有大量子化噪声的接收信号，因此模拟接收的功率增益(power-gain)控制会使接收端RX中模拟数字转换器的量化噪声(quantization noise)高于信道噪声。如此一来，如图2B所示，具有较低参考功率频谱密度的频带的子载波仅具有较低的讯杂比(低于25dB)，使得传统操作机制仅在符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK中电力线通信系统10的接收端RX中得到较低的接收吞吐量。
相较之下，根据调整方法(a)相对于非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK，调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK的多各频带的一最大或最小功率频谱密度，传输端TX可将遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK中一频带的一最大功率频谱密度降至低于非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK中对应于该频带的一最大参考功率频谱密度，其中，该最大参考功率频谱密度是该多个参考功率频谱密度中最大者。
具体而言，请参考图2C及图2D。图2C为本发明实施例图1所示的传输端TX调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK的示意图，其中，对应不同频带的功率频谱密度分别为-65、-85及-120dBm/Hz。图2D为本发明实施例使用图2C所示的遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK时，图1所示的接收端RX接收信号的讯杂比的示意图。如图2A及图2C所示，最大功率频谱密度(-65dBm/Hz)低于最大参考功率频谱密度(-55dBm/Hz)。在此情况下，如图2D所示，由于不同频带的功率频谱密度差距较低且模拟数字转换器可处理具有较窄功率频谱密度范围的接收信号因而具有较低量化噪声，因此可改善具有低功率频谱密度的子载波的讯杂比(由25至35dB)。如此一来，符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的电力线通信系统10可借由降低最大功率频谱密度，提供接收端RX较佳的接收吞吐量。
另一方面，当接收信号的功率过高时(如电力线PL较短而衰减较低)，接收端RX会因为高功率而失真，无法顺利地进行模拟操作，因而具有较低的吞吐量。在此情况下，当如反馈信号(feedback signal)或探测封包(soundpacket)等通信数据及/或预测数据指示接收功率可能过高时，传输端TX可使用调整方法(b)调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK的总传输功率(如借由一线驱动器降低驱动功率)，或(c)对遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK多个频带的子载波进行功率回调。如此一来，符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的电力线通信系统10可借由降低总传输功率或对子载波进行功率回调，提供接收端RX较佳的接收吞吐量。
更进一步地，请参考图3A至图3C。图3A为本发明另一实施例中非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的示意图，其中，对应不同频带的功率频谱密度分别为-55、-85及-120dBm/Hz，但其频带的范围不同于图2A所示的频带的范围。图3B为本发明实施例图1所示的电力线PL通道的衰减的示意图。图3C为当遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK等同于图3A所示的非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK且根据本发明实施例图3B中电力线PL通道衰减时，图1所示的接收端RX的接收信号的讯杂比的示意图。与图2B相较，第3C图中子载波的讯杂比还受图3B所示的通道衰减(低于15dB)所影响。因此，对应于更多通道衰减的子载波具有更低讯杂比。
相较之下，由于在分时多任务存取(Time-Division Multiplexing，TDM))电力线通信系统中，上行(upstream)及下行(downstream)传输使用相同频带，因此根据所搜集预测资料的接收封包(如探测封包)以及电力线通道非迅速变化(non-rapid variation)的特性，传输端TX可大略估测通道衰减。在此情况下，根据调整方法(d))：相对于非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK，对遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK中多个频带的子载波进行增益调整时，传输端TX可根据指示电力线PL的传输信道的信道衰减的预测数据，对遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK中多个频带的子载波进行增益调整，进而补偿通道衰减。
具体而言，请参考图4A至图4C。图4A为本发明实施例经图1中传输端TX调整的遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK的示意图。图4B为本发明实施例电力线PL中所估测的通道衰减的示意图，为求简化，图4B与图3B大致相同。图4C为当使用图4A中遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK时，接收端RX接收信号的讯杂比示意图。如图4A及图4B所示，首先传输端TX搜集电力线PL的预测数据以估测信道衰减，接着对子载波进行增益调整以补偿通道衰减而将最大参考功率频谱密度(-55dBm/Hz)降至低于最大功率频谱密度(如-70dBm/Hz)。换句话说，传输端TX结合调整方法(a)及(d)。在此情况下，如图4C所示，可改善具有低功率频谱密度讯杂比的子载波(由15至40dB)。如此一来，符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的电力线通信系统10可借由降低子载波的最大功率频谱密度及调整子载波的增益，提供接收端RX较佳的接收吞吐量。
须注意，本发明的主要精神在于根据非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK及包括有通信数据及/或预测数据等数据，调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK，进而动态地控制传输功率，以最大化接收端RX吞吐量。本领域普通技术人员当可依此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，任何需符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽的通信系统都可使用本发明的调整方法以改善吞吐量；可任意结合调整方法(a)-(d))进行使用而仍保留各调整方法的优点，例如当电力线PL较短时，调整方法(b)或(c)可结合调整方法(a)及/或(d)，且不限于上述调整方法(a)及(d)的组合。
再者，本发明可用来补偿其它通道衰减的非理想因素。举例来说，当不只单一电力线可耦接传输端TX及接收端RX之间时，其中一电力线可能感应耦合另一电力线。请参考图5，图5为根据本发明变化实施例中电力线通信系统50的示意图。电力线通信系统50及电力线通信系统10间的差异在于三电力线PL、PL1、PL2耦接于传输端TX及接收端RX之间。在此情况下，预测数据可指示由另一电力线的另一传输通道所产生的耦合效应。举例来说，当接收端RX通过电力线PL发送探测封包至传输端TX时，传输端TX可估测由电力线PL的传输通道在电力线PL1、PL2的传输通道的感应耦合效应。依此类推，可得知由其它电力线感应至各电力线的耦合效应。因此，利用类似上述用来补偿通道衰减的调整方法或任何调整方法(a)-(d)的结合，传输端TX可补偿由其它电力线感应的耦合效应，进而改善吞吐量。
电力线通信系统10的操作可归纳为如图6所示的动态传输功率控制流程60。动态传输功率控制流程60包括以下步骤：
步骤600：开始。
步骤602：搜集包括有一通信数据及/或一预测数据的一数据。
步骤604：根据非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK及该数据，调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK；其中遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的规定，而非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK包括对应于多个频带的多个参考功率频谱密度。
步骤606：结束。
动态传输功率控制流程60的细节可由参考上叙说明，在此不再赘述。
综上所述，传统操作机制会导致符合一非平坦传输功率频谱密度屏蔽的电力线通信系统的接收端具有低吞吐量。相较之下，本发明根据非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK及包括有通信数据及/或预测数据等数据，调整遵循传输功率频谱密度屏蔽CMSK，进而动态地控制传输功率以最大化符合非平坦传输功率频谱密度屏蔽NFMSK的电力线通信系统的接收端RX的吞吐量速率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (20)
1.一种动态传输功率控制方法，用于一种电力线通信系统中，其特征在于，包括有：
搜集一资料；以及
根据一非平坦传输功率频谱密度屏蔽及该数据，调整一遵循传输功率频谱密度屏蔽；
其中，该遵循传输功率频谱密度屏蔽符合该非平坦传输功率频谱密度屏蔽的规定，该非平坦传输功率频谱密度屏蔽包括对应于多个频带的多个参考功率频谱密度。
2.如权利要求1所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，该数据包括一通信数据或一预测数据。
3.如权利要求1所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，根据该非平坦传输功率频谱密度屏蔽及该数据，调整该遵循传输功率频谱密度屏蔽的步骤包括有：
相对于该非平坦传输功率频谱密度，调整该遵循传输功率频谱密度屏蔽的多个频带中各频带的一最大或最小功率频谱密度。
4.如权利要求3所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，相对于该非平坦传输功率频谱密度，调整该遵循传输功率频谱密度屏蔽的多个频带中各频带的该最大或最小功率频谱密度的步骤包括有：
将该遵循传输功率频谱密度屏蔽中一频带的一最大功率频谱密度降至低于该非平坦传输功率频谱密度屏蔽中对应于该频带的一最大参考功率频谱密度；
其中，该最大参考功率频谱密度是该多个参考功率频谱密度中最大者。
5.如权利要求3所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，还包括有：
对该遵循传输功率频谱密度屏蔽中多个频带的子载波进行增益调整。
6.如权利要求1所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，根据该非平坦传输功率频谱密度屏蔽及该数据，调整该遵循传输功率频谱密度屏蔽的步骤包括有：
调整该遵循传输功率频谱密度屏蔽的总传输功率。
7.如权利要求1所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，根据该非平坦传输功率频谱密度屏蔽及该数据，调整该遵循传输功率频谱密度屏蔽的步骤包括有：
对该遵循传输功率频谱密度屏蔽中多个频带的子载波进行功率回调。
8.如权利要求1所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，根据该非平坦传输功率频谱密度屏蔽及该数据，调整该遵循传输功率频谱密度屏蔽的步骤包括有：
相对于该非平坦传输功率频谱密度屏蔽中该多个频带的子载波，对该遵循传输功率频谱密度屏蔽进行增益调整
9.如权利要求8所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，相对于该非平坦传输功率频谱密度屏蔽中该多个频带的子载波，对该遵循传输功率频谱密度屏蔽进行增益调整的步骤，包括有：
根据指示一传输信道的信道衰减的一预测数据，对该遵循传输功率频谱密度屏蔽中该多个频带的子载波进行增益调整。
10.如权利要求2所述的动态传输功率控制方法，其特征在于，该预测数据指示由另一传输通道引起的一耦合效应。
11.一种电力线通信系统，用来动态控制传输功率，其特征在于，包括有：
一接收端；
一电力线；以及
一传输端，经由该电力线耦接于该接收端，用来搜集一资料，且根据一非平坦传输功率频谱密度屏蔽，调整一遵循传输功率频谱密度屏蔽；
其中，该遵循传输功率频谱密度屏蔽符合该非平坦传输功率频谱密度屏蔽的规定，该非平坦传输功率频谱密度屏蔽包括多个对应于多个频带的参考功率频谱密度。
12.如权利要求11所述的电力线通信系统，其特征在于，该数据包括一通信数据或一预测数据。
13.如权利要求11所述的电力线通信系统，其特征在于，该传输端相对于该非平坦传输功率频谱密度屏蔽，调整该遵循传输功率频谱密度屏蔽中多个频带的一各频最大或最小功率频谱密度。
14.如权利要求13所述的电力线通信系统，其特征在于，该传输端将该遵循传输功率频谱密度屏蔽中对应于一频带的一最大功率频谱密度降至低于该非平坦传输功率频谱密度屏蔽中对应于该频带的一最大参考功率频谱密度，该最大参考功率频谱密度是该多个参考功率频谱密度中最大者。
15.如权利要求13所述的电力线通信系统，其特征在于，该传输端还对该遵循传输功率频谱密度屏蔽中多个频带的子载波进行增益调整。
16.如权利要求11所述的电力线通信系统，其特征在于，该传输端对该遵循传输功率频谱密度屏蔽进行总传输功率调整。
17.如权利要求11所述的电力线通信系统，其特征在于，该传输端对该遵循传输功率频谱密度屏蔽中多个频带的子载波进行功率回调。
18.如权利要求11所述的电力线通信系统，其特征在于，该传输端对相对于该非平坦传输功率频谱密度屏蔽的该遵循传输功率频谱密度屏蔽中多个频带的子载波进行增益调整。
19.如权利要求18所述的电力线通信系统，其特征在于，该传输端根据该指示由一电力线中传输信道的信道衰减的一预测数据，对该遵循传输功率频谱密度屏蔽中多个频带的子载波进行增益调整。
20.如权利要求12所述的电力线通信系统，其特征在于，该预测数据是由另一电力线的传输通道引起的一耦合效应。
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