HomePlug AV

HomePlug AV的基本概念
- 基本术语
- 网络概念
- 网络实例
HomePlug AV物理层（PHY）
- HomePlug AV OFDM收发器架构
- PHY的调制模式
- FC调制和ROBO调制
- 物理层的特点
- OFDM频域/时域转换
- 开窗/槽式OFDM
- 信号和噪声
- PHY发送控制——信道自适应
- PHY帧格式（Symbol）
- PPDU物理协议数据单元帧格式描述
- Homeplug AV物理速率
HOMEPLUG AV媒体访问控制（MAC）
- MAC层数据平面
- MAC层数据层次结构
- MAC调度
- Homeplug AV MAC简介
- - Ⅰ
  - Ⅱ
  - Ⅲ
- MAC帧
- MSDU MAC业务数据单元
- MAC帧格式（MPDU）
- MAC成帧过程

HomePlug AV的基本概念

基本术语

Station（STA）：一个STA（站点，对应于EoC中的Slave，终端或者CNU）是在网络中和电力线连接可以发送或者接收数据流的设备。
Central Coordinator（CCo）：中央协调器（对应EoC的头端，集中器或者CLT）是带有超级功能的STA：
- Beacon Generation, association and authentication of STAs
- provisioning of Temminal Equipment ldentifiers (TEls) which are short formdevice addresses
- provisioning of Global Link ldentifiers (GLIDs)
- coordination of medium allocation within a network and with
  neighboring networks
- provides admission control and scheduling (preferred CCo-in V2.0
  only)

网络概念

Physical Network（PhyNet）物理网络： 对应一个给定的STA或者Cco，其物理网络的概念是能和这个指定的STA或者Cco直接物理通信的所有站点集合。也就是说，不需要中继就能直接通信，相互能 “看见” 的站点的集合。
AV In-Home Logical Network（AVLN）：家庭AV逻辑网络，是指共享同一个“网络成员密钥Network Membership Key（NMK）”的站点集合。在一个AVLAN中由一个单独的中央协调器Cco来管理所有的STA。（相当于EoC网络中一个头端管理下面的终端，都是由相同的网络密钥）。

网络实例

在这里插入图片描述
网络A：

所有的STA都可以互相通信，所有的STA都在同一个物理网络PhyNet{A, B, C, D, CCo1}
一个AVLN家庭AV逻辑网络

在这里插入图片描述
网络B：

多个（2个）物理网络PhyNets：
- CCo1的PhyNet是{CCO1，A，B}
- CCo2的PhyNet是{C，D，CCo2}
两个AVLN的两个Cco可以互相通信，形成neighboring networks邻居网络

在这里插入图片描述
网络C：

CCo1的物理网络PhyNet不包括站点D（D是一个隐藏STA：a hidden STA-D不在Cco的物理网络，但是Cco的物理网络至少有一个站点STA C能和STA D通信。即STA D的物理网络至少有一个站点在CCo1内。
一个AVLN家庭AV逻辑网络。

AVLN内部通信规则：

属于同一个AVLN网络的两个STA，是可以互相通信的，即使他们不在同一物理网络中。如上图网络C中的，A、B和C、D不在同一网络，但也是可以相互通信的。但是在上图网络C中，C、D站点都不能直接接收到A或者B的广播信息。

在网络C中，C需要充当Proxy Cco功能，使得D可以被CCo1管理

STAs作为桥设备和其他网络，如：以太网、PCI、WIFI等网络连接

HomePlug AV物理层（PHY）

HomePlug AV OFDM收发器架构

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OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing, 正交频分复用) 是一种多载波调制技术。因其能有效对抗频率选择性衰落，克服信号符号间干扰 (inter-symbol interference) ，可以将OFDM与MIMO进行高效结合，实现高速数据传输。

PHY的调制模式

采用OFDM调制。（频率选择性强，抗窄频段干扰，抗脉冲干扰能力强）
子载波频率间隔为24.414KHz，频段1.8M~30M，并可向上扩展到50MHz、75MHz、100MHz
支持BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM、4096QAM
支持的FEC速率为 1/2、16/21、8/9
特殊报文采用特殊的调制和编码方式（提高可靠性）
- STD-RoBo(Robust Mode) 4Copies
- Mini-RoBo(5 Copies, PB136)
- HS-RoBo(2Copies)
FC（AV是标准128bit）采用的是标准QPSK编码，一个Symbol传输，采用交织和多份Copies，也可以选择采用2个Symbol传输。

FC调制和ROBO调制

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FC采用单独的编码（ 1/2 FEC），使用更多的拷贝方式，使得数据传输更可靠。

缺省采用ROBO模式的报文

Beacon信标报文和广播、多播数据报文
建立会话
管理报文MME

物理层的特点

开窗式OFDM调制

前导波形，帧控制和有效负荷都采用功率陷波方式，相当于OFDM开槽/开窗，把一些与业余无线电，广播相冲突的频道陷波掉，且不需要增加额外的滤波器。
1.8M~30MHz共1155个子载波，去掉无线电干扰等频段后共917子载波；可扩展到50MHz、100MHz频段。
子载波的调制模式：BPSK to 4096QAM
- 每个子载波根据信噪比情况采用最佳调制方式
FC帧控制，信标和负荷都采用增强型FEC前向纠错技术
- FC采用16bytes（128bit），Beacon信标采用136Bytes，Payload负荷采用520Bytes数据块：FC采用多份拷贝模式，Beacon采用ROBO模式。
- 接近理论的性能数据（0.5dB from Shannon Capacity）
交织模式（Interleave）克服脉冲噪声和其他电力线噪声的影响
FC帧控制帧，Beacon信标帧和ROBO模式传输报文采用空间分集方式（多份拷贝）提高可靠性
兼容HomePlug1.0标准，支持HP1.0和AV的混合模式
HomePlugAV支持大于200Mbps物理速率，新一代的AV已经达600Mbps的物理速率
家庭网络In-home和接入网Access BPL采用统一的PHY技术

OFDM频域/时域转换

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开窗/槽式OFDM

缺省的北美子载波模板开窗图（2-28MHz，917个子载波）

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信号和噪声

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每个子载波（又称为OFDM通道）可根据信噪比分配 2、3、4、6、8 or 10 bits

包含广播和多播的ROBO模式或者MME管理

200Mbps的物理速率，150Mbps以上有效速率（FEC解调后的速率）

接近香农理论的Turbo FEC性能

PHY发送控制——信道自适应

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由于交流电力线的噪声随交流电周期同步，不同的相位噪声不同，如峰值附近噪声最大，因此，把一个Beacon周期分为不同的时间片Slot，每个时间片单独进行信道评估，进行信道训练，获取bit分配图（Tone Map），以获取最优性能，否则只能按照最初噪声来适应线路。

PHY发送，以PB块为分隔，重传ARQ也是以PB是否正确来决定是否重传。FC采用一个OFDM Symbol，且采用ROBO模式明文传输，以便其他STA也都能侦听到此信号。FC后面可以跟多个PB数据块

PB块的传输时间（要用多少Symbol），由Bit Allocation来决定

PHY帧格式（Symbol）

两种报文：PPDU

带FC + Payload（Long PPDU）
仅带FC（Short PPDU）

关于Payload PPDU净荷数据

数据帧
管理帧MME

PPDU帧格式（PHY Protocol Data Unit）

Hybrid模式：Preamble + 1.0 FC + AVFC
AV模式：Preamble + AV FC

PPDU物理协议数据单元帧格式描述

PPDU（PHY Protocol Data Unit）：是指由物理层产生的直接发送到电力线上的物理实体
PPDU帧结构包含AV前导码Preamble，AV的帧控制字FC和AV的净荷

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Homeplug AV物理速率

	1.8M~	7.5MHz~	7.5MHz~65MHz	备注
最大速率	198Mbps/150Mbps	225Mbps/171Mbps	690Mbps/613Mbps	表格中的速率为FEC前/FEC后速率
Standard ROBO	5Mbps	5.7Mbps	18Mbps
HS ROBO	10Mbps	11.4Mbps	36Mbps
Mini ROBO	3.8Mbps	4.3Mbps	13Mbps