[發明專利]電力線通信系統中基于OFDM的多頻組網方法及裝置

有效

• 申請號: 201310395712.3
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103457900A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 楊昉;劉思聰;宋健;彭克武
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B3/54
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及數字信號傳輸技術領域，特別涉及一種電力線通信系統中基于OFDM的多頻組網方法及裝置。

背景技術

近年來，隨著現代通信技術的飛速發展，在傳輸便捷、資源豐富的電力線信道中進行高效數字通信得到了廣泛的研究和應用。電力線通信（Power?Line?Communications,PLC）有許多優點，例如廣泛分布的電力線網、相對低的通信成本以及隨處即插即用等。

目前，很多廠商對電力線通信系統的特點進行了研究和產品開發，電力線通信在學術界也得到了廣泛關注，產生了很多標準和產業聯盟，例如歐盟的電力線智能電表進化標準（PRIME），由德州儀器、意法半導體等全球多家智能電網行業領導廠商組建的G3-PLC聯盟標準，國際電聯標準化組織制定的窄帶電力線通信ITU-T?G.9955標準，以及美國電氣與電子工程師協會標準化組織制定的智能電網窄帶電力線通信IEEE1901.2標準等等。電力線通信在智能電網行業的產業發展良好，具有規模化應用的廣闊前景。

電力線通信的信道環境惡劣，有嚴重的衰減以及多種噪聲和干擾，例如時域沖激噪聲、頻率選擇性衰落、窄帶噪聲干擾等，最新電力線通信標準均采用正交頻分復用（Orthogonal?Frequency?Division?Multiplex,OFDM）技術克服多種不利因素。另外，電力線中的設備數量和種類眾多，網絡拓撲結構復雜、變化頻繁。這些都對電力線通信的質量和效率造成顯著影響，給傳統的通信組網方法帶來了許多問題。當電力線通信系統的用戶子節點數量增多、網絡規模擴大時，傳統的電力線通信系統中固定的、單層的、簡單的組網模式將導致子節點間通信沖突多發、網絡控制開銷大等問題，傳統的頻譜資源分配和接入方法將受到嚴峻挑戰。必須有靈活、合理并且高效的組網方案，以較小的開銷和成本，適應電力線系統復雜多變的拓撲結構，降低設備間的干擾，提高系統容量和通信性能。

現有傳統的電力線通信系統中的組網方案存在許多問題，許多方面有待改進。在組網模式方面，傳統的自組織網絡組網模式（例如無線自組織網絡Ad-Hoc網絡）存在諸多問題，例如路由經常中斷、控制開銷大等缺點，只適合中小型網絡；傳統的分級組網模式（即存在不同等級的節點、有中心節點和普通節點的網絡），子節點之間的通信需要分層級轉發，存在響應時間較長的問題，設備在緊急情況下無法及時將信息上報。另外，這兩種傳統組網模式均使用單頻段通信或固定在一個工作頻段，易于發生沖突，降低系統效率。

同時，在頻率分配模式方面，傳統電力線通信系統也存在問題。對于傳統的單頻點工作模式，相近子節點、相鄰小區的同頻干擾嚴重，電力線信道中的沖突嚴重，影響系統容量和性能。對于多頻點工作模式，目前窄帶電力線通信系統的工作頻帶范圍一般在20～500kHz，對于50kHz左右帶寬的窄帶應用而言，多個頻點的組網模式是切實可行的。然而，當前電力線通信系統的子節點大部分采用模擬變頻的設計方式，每個子節點需要設計制作對應多個頻帶的多個變頻單元和模擬前端，導致設備復雜度和組網成本很高。另外，如何避免通信距離接近的設備使用相同或鄰近的頻率而導致相互干擾，也是目前存在的多頻組網需要解決的重要問題。

為實現電力線通信系統中靈活高效的多頻組網，本專利提出了一種電力線通信系統中基于正交頻分復用的虛擬子載波技術進行多頻組網的方法。該方法可以利用正交頻分多址接入技術，每個子節點僅需一個模擬前端，利用同一個OFDM系統工作頻帶，靈活地進行數字變頻，大大節約了成本，降低了設備復雜度和實現復雜度。同時，能夠克服上述傳統組網方案中存在的組網模式、頻率分配模式的缺點，可適應多種通信環境和組網需求，有效提升電力線通信網絡的系統容量和通信性能。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何提供一種電力線通信系統中基于正交頻分復用技術的多頻組網方法及裝置，該方法及裝置實現的多頻組網方法可適應多種通信環境和組網需求，具有組網靈活、頻譜利用率高、設備成本和實現復雜度低等優點，能克服現有電力線通信系統中組網方法的缺點和不足，有效減少通信沖突和網絡控制開銷，降低設備相互干擾，提升電力線通信網絡的系統容量和通信性能。

（二）技術方案