Способ спектрального конфигурирования сигналов, модулированных методом ортогонального частотного уплотнения (очу), для электрической сети

008452 Предмет изобретения Настоящее изобретение, как следует из его названия, относится к способу спектрального конфигурирования сигналов, модулированных методом ортогонального частотного уплотнения (ОЧУ), для применения в системах связи с использованием электрической сети в качестве передающей среды. При помощи предлагаемого в изобретении способа сигнал адаптируют к характеристикам канала и техническим нормам на передачу сигналов по электрической сети, установленным действующим законодательством в различных странах. Уровень техники В большей части систем связи, или дистанционной передачи данных, считается преимуществом обладать средствами конфигурирования спектральных характеристик сигнала для его адаптации к техническим нормам, которые будут приняты или уже действуют в различных странах, а также к характеристикам канала. Способ, составляющий предмет настоящего изобретения, в особенности рассчитан на применение в отношении сигналов, модулированных известным из уровня техники методом ортогонального частотного уплотнения (ОЧУ). Из уровня техники известны варьируемые способы модуляции ОЧУ-сигналов, такие как способ по патенту US 6175550 "Orthogonal frequency division multiplexing system with dynamically scalable operatingparameters and method thereof, в котором описана ОЧУ-система, динамически регулирующая длительность ОЧУ-символа или, что то же самое, ширину полосы частот сигнала и циклический префикс на основе измерений, которые осуществляет приемное устройство. Недостатком данного способа является то,что изменение длительности символа достигается изменением частоты дискретизации сигнала в преобразователях, для чего требуется изменять конструкцию аналоговых компонентов, которые обычно расположены после цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) передающих устройств и перед аналогоцифровыми преобразователями (АЦП) приемных устройств. Это происходит по той причине, что положения спектра сигнала и его характеристик зависят от частоты дискретизации, а это означает, что с изменением частоты меняются необходимые характеристики фильтрации. Предлагаемый в изобретении способ позволяет решить данную проблему и регулировать длительность ОЧУ-символа, не изменяя конструкцию аналоговых компонентов, поскольку частота работы преобразователей не меняется. Описание изобретения Для решения задач изобретения и устранения вышеназванных недостатков предложен способ спектрального конфигурирования (настройки спектральной конфигурации) сигналов, модулированных методом ортогонального частотного уплотнения (ОЧУ), для электрической сети, включающий передачу и прием сигналов по электрической сети посредством ОЧУ-модуляции и отличающийся тем, что ширину полосы частот и спектральное положение ОЧУ-сигнала, форму и уровень спектра передаваемого ОЧУсигнала или любое сочетание перечисленных параметров независимо изменяют для тракта передачи и тракта приема. Все названные параметры изменяют, или регулируют, не меняя частоты дискретизации цифроаналогового преобразователя передающего устройства и аналого-цифрового преобразователя приемного устройства. Таким образом, систему связи адаптируют как по диапазону частот, так и по входной или излучаемой мощности, к действующим в соответствующей стране техническим нормам, а также к типу канала. Ширину полосы частот сигнала при передаче изменяют путем интерполяции с использованием настраиваемого коэффициента интерполяции, который зависит от необходимого изменения, а при приеме путем прореживания с использованием аналогичным образом настраиваемого коэффициента. Чтобы поместить спектр сигнала в заданное положение, осуществляют цифровое смещение частоты с использованием переменной частоты смещения, значение которой зависит от указанного заданного положения. Предлагаемый в изобретении способ предусматривает наложение для выбора уровня сигнала на каждой несущей (относительно других несущих) маски мощности, позволяющей предварительно компенсировать затухание сигнала в канале и подавлять несущие, что, в свою очередь, сужает полосу частот сигнала и создает промежутки в спектре сигнала с получением спектра заданной формы и уровня в соответствии с требованиями, установленными в каждой (соответствующей) стране. Для ослабления боковых лепестков сигнала и создания более крутых спектральных промежутков,ОЧУ-символы во временной области умножают на окно косинуса угла возвышения. Предлагаемый в изобретении способ позволяет реализовать систему связи по электрической сети,связь в которой осуществляется со спектрами, не зависящими от ОЧУ-сигнала с точки зрения ширины полосы частот, спектрального положения, формы и уровня сигнала. Также с оборудованием одновременно могут поддерживать связь разные независимые системы, использующие разные полосы частот, спектральные положения, формы и уровни сигнала, следуя общим правилам связи с совместным использованием канала по методу частотного уплотнения. Наконец, для адаптации сигнала к типу канала можно изменять (варьировать) циклический префикс, который обычно предшествует каждому символу в ОЧУ-сигнале. С учетом вышеизложенного системы связи по электрической сети могут быть успешно адаптирова-1 008452 ны к техническим нормам и требованиям различных стран и к каналам различных типов и топологий без необходимости внесения изменений в физическую реализацию системы. Краткое описание чертежей Для лучшего понимания сущности настоящего изобретения его описание сопровождается прилагаемыми чертежами, которые иллюстрируют изобретение, не ограничивая возможностей его осуществления, и на которых показано на фиг. 1 - блок-схема передающего устройства, функционирующего согласно предлагаемому в изобретении способу; на фиг. 2 - блок-схема приемного устройства, функционирующего согласно предлагаемому в изобретении способу; на фиг. 3 - спектральная плотность мощности (СПМ) передаваемого сигнала; на фиг. 4 - окна косинуса угла возвышения, используемые в двух следующих друг за другом символах; на фиг. 5 - две группы узлов сети связи, использующих частотное уплотнение с различными параметрами при приеме и передаче. Описание варианта осуществления изобретения Далее описан пример осуществления изобретения со ссылкой на ссылочные номера, приведенные на чертежах. При разработке систем связи по электрической сети возникает проблема отсутствия общих технических норм или условий на частотные диапазоны, которые могут использоваться для каждого вида услуг, а также на спектральную плотность мощности, которая может подаваться на вход линии связи. Такие нормы не совпадают в различных странах, и даже есть страны, в которых они до сих пор не установлены. В других случаях возникает необходимость в разработке системы, адаптированной к различным сценариям ее применения, таким как сеть доступа, локальная сеть или сеть транспортировки сообщений или магистральная сеть, которые также отличаются различными требованиями. Для решения этих проблем в изобретении предложен способ, предусматривающий адаптацию характеристик сигнала, передаваемого по электрической сети к каждому конкретному случаю, путем изменения только цифровых параметров его конфигурации, иными словами, без изменения физической реализации передающей системы. Предлагаемый в изобретении способ позволяет независимо изменять для передачи и приема ширину полосы частот и положение ОЧУ-сигнала, а также форму и уровень спектра сигнала и циклический префикс передаваемого ОЧУ-сигнала. Для осуществления данного способа при передаче используют схему, аналогичную показанной на фиг. 1, в которой имеется блок 18, накладывающий на сигнал маску мощности, за которым следуют блок 1, выполняющий обратное преобразование Фурье (ОФП), обычно используемое для ОЧУ-модуляции, и блок 19, который вводит циклический префикс и умножает сигнал на окно косинуса угла возвышения. На выходе названного блока осуществляют интерполяцию 2 сигнала с использованием переменного коэффициента 5 для изменения ширины полосы частот. Поскольку предлагаемый в изобретении способ не затрагивает частоту 7 дискретизации цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 4, т.е. она остается постоянной, то, чем выше коэффициент 5 интерполяции, тем больше число выборок на символ, что означает, что длительность символа увеличивается, а ширина полосы частот, занятой сигналом, уменьшается и,наоборот, при уменьшении коэффициента интерполяции ширина полосы частот возрастает. Для осуществления такой интерполяции с переменным коэффициентом могут использоваться различные интерполяторы с различными коэффициентами, которые, кроме того, можно использовать в сочетании для получения других коэффициентов. После получения сигнала с требуемой шириной полосы частот его необходимо поместить в соответствующее спектральное положение. Для этого осуществляют смещение в цифровом диапазоне при помощи блока 3 с переменной частотой 6 смещения для выполнения требуемого смещения частот. После этого при помощи преобразователя 4 с фиксированной частотой 7 цифровой сигнал преобразуют в аналоговый сигнал. При приеме сигнала способ осуществляют в обратной последовательности. Осуществляют прием аналогового ОЧУ-сигнала и его преобразование в цифровой сигнал при помощи аналого-цифрового преобразователя 8, который в данном примере осуществления производит дискретизацию сигнала на той же фиксированной частоте 7, которую использовал передатчик. После этого осуществляют смещение полосы частот, чтобы сместить полученный в полосе пропускания сигнал в основную полосу частот при помощи блока 3 с частотой смещения, которая в данном примере осуществления совпадает с частотой 6 смещения, которая использовалась в процессе передачи. Затем осуществляют прореживание 10 сигнала с использованием переменного коэффициента, который в данном примере осуществления совпадает с коэффициентом 5 интерполяции, использованным в процессе передачи, и который выбирают таким образом, чтобы в блок 11, осуществляющий дискретное преобразование Фурье (ДПФ), для каждого символа поступало одинаковое число выборок. При отработке всего описанного выше процесса параметры приема и передачи у одного и того же узла сети могут быть неодинаковыми.-2 008452 Чтобы настроить уровень мощности или спектральную плотность мощности передаваемого сигнала, используют одну маску мощности на несущую, которую, как показано на фиг. 1, применяют в блоке 18, т.е. до перевода сигнала во временную область при помощи блока 1. Таким образом, при генерировании на частоте ОЧУ-символа каждую несущую умножают на величину, которая определяет мощность такой несущей. Поскольку такая мощность является величиной, взятой относительно мощности остальных несущих, так как окончательную мощность сигнала определяют аналоговые компоненты, названная величина находится в пределах от нуля до единицы, при этом ноль соответствует подавлению несущей, а единица соответствует максимальной мощности, при этом могут использоваться названные величины или любая другая промежуточная величина. В некоторых случаях целесообразно подавлять определенные несущие, создавая в спектре промежутки или интервалы. Такие промежутки могут потребоваться для того, чтобы избежать взаимных помех с другими службами связи, использующими те же частоты, такими как, например, радиолюбители. Также следует отметить, что частоты таких интервалов в разных странах неодинаковы. Чтобы уменьшить ширину полосы частот сигнала, подавление несущих также осуществляют с концов полосы частот. Для компенсации канального эффекта используют маску мощности с промежуточными величинами. В большей части каналов затухание высоких частот гораздо значительнее, чем более низких частот. Маска мощности может использоваться, чтобы увеличить мощность высокочастотных несущих таким образом,чтобы мощность всех несущих, поступающих в приемное устройство, была одинакова. На фиг. 3 проиллюстрирован спектр, сгенерированный с использованием произвольной формы, при этом показаны различные уровни мощности, приложенной на каждой частоте. Подавление несущих в полосе частот не означает, что входная мощность на таких частотах равна нулю, поскольку существует мощность, обусловленная наличием боковых лепестков соседних несущих. Такие боковые лепестки возникают в связи с переходами между символами ОЧУ-сигнала, и чтобы уменьшить их, каждый ОЧУ-символ во временной области умножают на окно косинуса угла возвышения, что, как показано на фиг. 1, осуществляет блок 19, который конфигурируемым образом вводит циклический префикс и умножает передаваемый сигнал на окно косинуса угла возвышения. На фиг. 4 показана форма такого окна для двух следующих друг за другом символов. Эффективная длительность символа представлена временем 12, при этом видна область 13, в которой символы частично перекрывают друг друга. Таким образом, за счет применения окна косинуса угла возвышения для создания в спектре промежутка определенной ширины требуется подавлять меньшее число несущих. Предлагаемый в изобретении способ позволяет создать узел сети связи, осуществляющий передачу на одних частотах, а прием - на других. Очевидно, что любой узел сети, желающий установить связь с таким узлом, должен будет использовать для передачи и приема частоты в обратном относительно первого узла порядке (наоборот). Это целесообразно в сетях с древовидной топологией, подобных показанной на фиг. 5, которые распространены в электрических сетях низкого напряжения, где все узлы, находящиеся на одной ветви, поддерживают связь с корневым узлом такой ветви. Если необходимо обеспечить связь по двум ветвям дерева, для этого в корневое положение каждой из ветвей помещают узел 16. Такие узлы осуществляют передачу в одном диапазоне частот и прием в другом диапазоне частот таким образом, что они не могут поддерживать связь друг с другом, но и не создают взаимных помех. На каждой из ветвей расположены другие узлы 17, поддерживающие связь со своим главным узлом 16. Сигнал,переданный подчиненным узлом 17, принимает главный узел и другой главный узел, в который такой сигнал поступает более слабым из-за большего расстояния, преодоленного по электрическому кабелю. Если такое затухание достаточно, сигнал подчиненного узла не повлияет на работу другого главного узла в процессе приема, таким образом, обе группы узлов сети могут совместно использовать канал, не создавая взаимных помех. Возможна также другая конфигурация, в которой несколько узлов поддерживают связь на определенных частотах, а другая группа узлов использует другие определенные частоты таким образом, чтобы между обеими группами узлов отсутствовала связь или взаимные помехи. В большей части ОЧУ-систем используется циклический префикс, в котором последние отсчеты символа повторяют в начале символа. Это делается для предотвращения межсимвольной интерференции,обусловленной временем задержки сигнала в канале, для чего длительность циклического префикса должна превышать, быть больше времени задержки. Очевидно, что каждому каналу свойственно свое собственное время задержки, поэтому обычным решением является использование большого циклического префикса, длительность которого достаточна для большинства каналов. В зависимости от конкретного применения системы могут использоваться каналы различных типов, такие как каналы среднего или низкого напряжения, каналы доступа или служебные каналы, имеющие различные статистические значения времени задержки. Как правило, время задержки в электрических сетях меньше при связи по линиям промежуточного(среднего) напряжения и внутри одного помещения, чем в режиме удаленного доступа. С учетом всего вышесказанного целесообразно, чтобы длительность циклического префикса в системе можно было варьировать и за счет этого лучше использовать характеристики каждого канала. Таким образом, предлагаемый в изобретении способ обеспечивает такую возможность, для чего в данном примере осуществле-3 008452 ния применяют блок 19 для ввода циклического префикса конфигурируемым (настраиваемым) образом и умножения сигнала на окно косинуса угла возвышения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ спектрального конфигурирования сигналов, модулированных методом ортогонального частотного уплотнения (ОЧУ), для электрической сети, включающий передачу и прием сигналов по электрической сети при помощи ОЧУ-модуляции, отличающийся тем, что, не меняя частоты дискретизации цифроаналогового преобразователя передающего устройства и аналого-цифрового преобразователя приемного устройства, для тракта передачи и тракта приема избирательно и независимо изменяют параметр, выбранный из группы параметров, включающей ширину полосы частот, спектральное положение ОЧУ-сигнала, форму спектра передаваемого ОЧУ-сигнала и уровень спектра передаваемого ОЧУсигнала, или комбинацию вышеупомянутых параметров для адаптации параметра, выбранного из группы параметров, включающей частотный диапазон сигналов, входную и излучаемую мощность, к действующим в соответствующей стране техническим нормам и типу канала. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ширину полосы частот сигнала при передаче изменяют путем интерполяции, а при приеме - путем прореживания, причем коэффициенты интерполяции и прореживания являются настраиваемыми и зависящими от необходимого в каждом конкретном случае изменения ширины полосы частот сигнала. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектр сигнала помещают в заданное положение путем цифрового смещения частоты с использованием переменной частоты смещения, значение которой зависит от заданного положения спектра сигнала. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень каждой несущей сигнала корректируют при помощи маски мощности, выполняя действие, выбранное из группы, включающей сужение полосы частот сигнала, создание промежутков в спектре сигнала и предварительную компенсацию затухания сигнала в канале. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что ОЧУ-символы во временной области умножают на окно косинуса угла возвышения для ослабления боковых лепестков сигнала и создания более крутых спектральных промежутков. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для приема и передачи используют спектры, не зависящие от ОЧУ-сигнала с точки зрения ширины полосы частот, спектрального положения, формы и уровня сигнала. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают связь сетевого устройства одновременно с разными независимыми системами, использующими разные полосы частот, спектральные положения,формы и уровни сигнала, следуя общим правилам связи с совместным использованием канала по методу частотного уплотнения. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что для адаптации сигнала к типу канала изменяют циклический префикс ОЧУ-сигнала.