3 HomePlug AV PHY信道

1 介绍

HomePlug AV PHY 和 MAC 层共同设计用于解决电力线信道的独特属性和挑战。必须解决各种问题，以便在电力线介质上以相对接近容量的数据速率进行可靠的通信，并且具有服务质量(QoS)保证。例如，HomePlug AV 中的成帧和分段过程与前向纠错编码(FEC)和信道交织直接相关，因此只有经历解码失败的那部分帧需要重传。另一个例子是，HomePlug AV MAC 信标周期被定义为与 50 或 60hz 电力线频率同步，以便于能够支持 AC 电力线周期的不同阶段的不同比特加载映射，因为噪声通常与电力线周期同步。

OFDM窗口：

为前导码、帧控制和有效载荷提供简单的频谱陷波 总共使用917个OFDM载波（不包括业余频段），从1.8到30MHz，
采用40.96毫秒OFDM符号长度。

二进制相移键控星座的比特加载调制BPSK）至1024正交幅度调制（QAM）：

位加载在发射机和接收机之间是唯一的，可以是唯一的用于交流线路周期的不同区域。

帧控制、信标和有效载荷的Turbo卷积码FEC

支持16、136和520字节块大小， 达到接近香农容量的性能。

用于脉冲噪声和其他电力线损伤的信道交织器

Turbo卷积码FEC块交错。

用于可靠帧控制、信标和ROBO的分集编码

在时间和频率上复制代码。

共存模式使用HomePlug 1.0帧控制

1.0设备可以检测AV前导码。

200 Mbps PHY信道速率

150 Mbps PHY信息速率。

2 渠道特征

由于物理衰减、延迟扩展(多径)和阻抗不匹配，电力线信道的特征在于随频率变化的衰减。PLC 信道响应可归因于交流布线拓扑、各种设备呈现的线路和负载损耗，以及连接到交流电源布线的电器。虽然典型的信道可能表现出大约 40 dB 的平均衰减，但是对于部分频带来说，经历大于 80 dB 的衰减并不罕见。同样，虽然大多数电力线信道的延迟扩展在 1 至 2 ms 之间，但一些信道的延迟扩展超过 5 ms 的情况并不少见，图1 和2 分别显示了电力线信道脉冲响应示例及其相关频率响应。

电力线信道的独特特征之一是噪声与交流线路周期同步。电器可以作为 AC线路周期的函数来打开和关闭和/或汲取电力。虽然这可能会改变信道的频率响应和噪声特性，但更常见的是仅看到噪声特性的变化。电力线上的主要噪声源来自电器，它们产生的噪声成分延伸到高频频谱。来自广播、商业、军事、民用波段和业余电台的感应射频信号也会削弱某些频带。更糟糕的是，通常存在脉冲噪声源，根据脉冲噪声源是否相对于基础交流线路周期出现，可以进一步将其分为周期性噪声源或连续噪声源。

3 频带

为HomePlug AV选择的频带为1.8到30MHz。几个原因影响了这一选择，包括吞吐量和可靠性目标。另一个重要因素是第1章中讨论的法规问题。在美国，47 CFR第一章第15部分15.209中规定了联邦通信委员会（FCC）对PLC的法规，并将PLC的辐射限值设置在1.705–30.0MHz至30mV/m的范围内，距离为30m，用准峰值检测器和9KHz的测量带宽进行测量。

在该频率范围的任一端，允许的发射功率会显著降低。15.107©(2)规定了 PLC 调幅(AM)无线电频段的传导限值为“1000 mV，在 535–1705 kHz 频段内，使用 50 mH/50 V 线路阻抗稳定网络(LISN)测量。”15.109(a)在该范围内设定家用 PLC 的辐射限值30–88 MHz 至 100 mV/m，距离 3 m，使用准峰值检波器测量，测量带宽为 120KHz。场强、距离、测量带宽和其他因素的综合作用导致 30 MHz 以上的发射功率比 1.705–30.0 MHz 的范围低大约 30 dB。

结合限制发射功率与频率的法规、电力线噪声和衰减特性以及支持 100Mbps 以上数据速率所需的相对较宽带宽，1.705–30.0 MHz 频段是最佳选择。选择 1.8 MHz 作为下限，以提供 95 KHz 保护频带，满足 AM 无线电频带的传导限制。

由于业余无线电频段是住宅区常用的授权频谱，因此在 1.8–30.0 MHz 频段上增加了多个 30 dB 深的陷波，以最大限度地降低对这些授权用户造成有害干扰的可能性。最初决定将业余无线电波段划分为 HomePlug 1.0，这是HomePlug AV 之前的 HomePlug 规范。2000 年 12 月与业余无线电中继联盟(ARRL)进行了联合测试，证实当 HomePlug 设备与业余无线电安装在同一家庭中时，30-dB 陷波提供了足够的保护以防止有害干扰。该测试的报告可在ARRL 网站上找到[13]。

4 音调掩模

音调掩模定义了 HomePlug AV 设备使用的一组正交频分复用(OFDM)载波。帧控制和 ROBO 模式的编码取决于音调掩模。因此，所有设备都必须使用相同的信号音屏蔽进行帧控制和 ROBO 模式互操作。色调掩模通常在器件制造期间设置。
HomePlug AV 为北美指定了一个默认的音调掩模，这使得它在世界范围内被广泛使用。默认音调屏蔽指定 1.8 至 30.0 MHz 之间的 1155 个载波中的 917个，对于业余无线电波段的 30 dB 深陷波，移除 238 个载波。

5 振幅图

幅度图定义了音调掩模中每个载波的信号电平。这为日本等地区提供了指定非均匀 PSD 的能力，在这些地区，15 MHz 以上的发射功率允许有 10 dB 的步进变化[14]。此外，由于幅度图中的一个信号电平值为零，因此可以增加额外的陷波，以满足不同地区法规的变化，而不会对互操作性产生不利影响。这是因为音调掩模定义了帧控制和 ROBO 模式的编码，这些编码具有很大的冗余，因此当一些载波由于信道而丢失时，或者当它们由于幅度映射设置而没有被发送时，接收器可以解码信息比特。

6 通道适应

每对电力线设备之间的信道在其衰减对频率传递函数方面是独特的。在每个电力线设备上看到的噪声通常也是独特的。此外，衰减和噪声特性也可以作为交流线路周期的函数而变化。因此，每个方向上的每个链路的吞吐量可能显著不同。为了提供最大的网络吞吐量，为每个链路生成一个或多个色调图。注意，在这种情况下，链路是从一个发射机到另一个接收机的连接。反方向是不同的环节。

信道适配过程由发送器向接收器发送多个探测 PHY 协议数据单元(PPDUs)来启动。接收器处理这些 PPDUs 以估计信道属性，例如每个载波的信噪比、噪声特性和信道延迟扩展。根据接收器执行的信道分析，它以音调映射的形式选择针对该信道优化的调制方法，该音调映射与音调映射索引一起被发送到发送器，以从可以在同一链路上使用。音调图包含关于分配给每个载波的星座、为 Turbo卷积码选择的码率以及保护间隔长度的信息。发射机将在将来向接收机的传输中应用所选择的音调映射。色调图索引在帧控制中传送，因此被接收机用来识别用于解码的色调图。

最后

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