4 HomePlug AV 物理层

1 介绍

HomePlug AV 物理层被设计为在尽可能接近电力线信道的信道容量的情况下工作，并且基于比特加载的正交频分复用(OFDM)调制。每个载波最多可以以10 个编码比特/载波进行相干调制。保护间隔(GI)的长度也是可适应的。HomePlug AV 中的通道自适应与交流线路周期同步，该周期分为多个色调映射™区域。一条链路的每个音调映射区域使用一个 GI 和一个音调映射，该 GI 和音调映射适合于该链路和该接收机的 AC 线路周期的这一部分的噪声特性。

HomePlug AV 中使用的前向纠错(FEC)是 Turbo 卷积编码(TCC ),众所周知，它可以提供接近理论信道吞吐量极限的性能，而复杂度适中。有效载荷传输的标准块大小是 520 个信息字节。较大的块可以提供理论上较高的编码增益，但是其他变量，例如当要传输的比特数较小时的解码等待时间和开销，更倾向于较小的尺寸。在 HomePlug AV 中，通过在媒体访问控制(MAC)级别使用自动重复请求(ARQ)结合信道自适应和不可纠正 FEC 块的有效重传来处理脉冲噪声。一般来说，信道自适应机制用于将物理(PHY)层错误减少到可以被 MAC 层有效纠正的范围。脉冲噪声信道将对信道容量产生时间效应。

在两个脉冲噪声事件之间，信道容量可能非常高，而在脉冲噪声期间，容量非常低。为了获得低 FEC 块差错率，信道必须适应于接近其容量的低端(即，接近脉冲噪声事件的容量),因此是不期望的。更好的方法是积极地适应，并使用MAC ARQ 机制来纠正错误。HomePlug AV 使用错误接收的 FEC 块的选择性重传。这种方法即使在高 FEC 块错误率(设计高达 20%)的情况下也能实现高的总吞吐量。

2 收发器框图

图 所示为基于 75 MHz 采样时钟的 HomePlug AV 收发器的框图。在发送端，PHY 层接收来自媒体访问控制(MAC)层的输入。因为 HomePlug 1.0.1 控制信息、HomePlug AV 控制信息和 HomePlug AV 分组主体数据或有效载荷需要不同的纠错编码，所以示出了三个独立的处理链。控制信息包含目的地、源地址和帧长度等信息，而有效载荷包含要传输的实际信息。AV 控制信息由AV 帧控制 FEC 编码器模块处理，该模块使用 Turbo 卷积码(TCC)和分集复制器，而 HomePlug AV 数据流通过扰频器、TCC 编码器和信道交织器。HomePlug 1.0.1 帧控制(FC)信息通过一个独立的 HomePlug1.0.1 FEC 单元传递，该单元基于 turbo 乘积码。三个 FEC 编码器的输出导致一个公共的 OFDM 调制结构。这包括映射器、快速傅立叶逆变换(IFFT)处理器、前同步码、循环前缀插入和窗口重叠。输出馈入模拟前端(AFE)模块，该模块将信号耦合到电力线。

在接收机处，AFE 与自动增益控制器(AGC)和时间同步模块一起工作，以馈送单独的控制和数据信息恢复电路。假设来自 AFE 的数字化波形以 75 MS/s的速率采样，则通过 384 点快速傅立叶变换(FFT)(对于 HomePlug 1.0.1 定界符)和 3072 点 FFT(对于 HomePlug AV)处理接收的采样流来恢复帧控制。然后，对于每种模式，它通过单独的帧控制解调器和帧控制解码器。采样的数据包主体或有效负载流仅包含 HomePlug AV 格式的符号。它通过 3072 点FFT、具有 SNR 估计的解调器、信道解交织器、turbo FEC 解码器和解扰器进行处理，以恢复发送的信息。

3 物理层协议数据单元

术语“PHY 协议数据单元”(PPDU)指的是通过电力线传输的物理实体。PPDUs由 PHY 生成，用于在 PHY 接口的电力线上传输。

MAC 层为物理层(PHY)提供 MAC 协议数据单元(MPDU)进行编码和传输。MPDU由一个 128 位的帧控制(FC)组成，可能后跟一个或多个有效载荷 PHY 块(PBs)。在 PHY，FC 被编码在单个 OFDM 符号中，并且被预先加上前导码，FC与前导码一起形成定界符。在包含现有1.0.1 节点，兼容 1.0.1 的帧控制可以被插入前同步码和 AV 帧控制之间。PBs构成了 PHY 有效载荷。每个 PB 被编码以生成 FEC 块。足以传输 FEC 块的多个OFDM 符号在定界符之后被编码；这些符号构成了 PHY 体。定界符和 PHY 体(如果有的话)构成了 PHY 协议数据单元(PPDU)，如图 4.2 所示。本节中的所有样本均基于 75 MHz 采样时钟。从 MPDU 到 PPDU 的编码过程的附加细节如图 4.3所示。

4 振幅图

除了音调掩模之外，每个载波将服从其幅度图。幅度图为每个子载波指定了可能的发射功率降低因子。例如，如果特定载波的幅度映射条目是 0b0010，则该载波以比正常 PSD 限制低 4 dB 的功率发射(对于北美频谱屏蔽的无屏蔽载波为 50 dBm/Hz)。表 4.20 定义了振幅图条目每个值的功率降低。幅度映射仅影响由映射器设置的相应非屏蔽载波的幅度，因此不会以任何方式影响用于 FC、有效载荷或 ROBO 符号的编码和/或非屏蔽载波的数量。幅度映射条目为 0b1111 的载波表示“关(无信号)”，不会被发射链的任何元件视为屏蔽或处理，即使它们的幅度为零。振幅图应用于所有 PHY 波形，包括前同步码、PRS 符号、1.0.1 帧控制、AV 帧控制和有效载荷符号。对于从0b0000 到 0b1010 的 AMDATA 值，功耗降低值的精度为 1 dB，对于从 0b1011 到0b1110 的 AMDATA 值，精度为 2 dB。

所有使用的载波上的发射功率没有降低的幅度图(如音调掩模中所定义的)将被用作北美的默认幅度图。幅度图是第 4.7.2 节中提到的日本要求的在 15 MHz及以上频率下实现 10 dB PSD 降低的机制。