[發明專利]基于正交頻分復用技術的直流配電線通信方法

在審

• 申請號: 201410468050.2
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104202069A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 樓順天;張偉濤;楊若男;來文娟
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B3/54
• 分類號: H04B3/54;H04L27/26
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明涉及通信技術領域，更進一步涉及電力線載波通信技術領域中的一種基于正交頻分復用技術的直流配電線通信方法。本發明在無需任何額外布線和設備的情況下，通過直流配電線實現數據和電能的傳輸。

背景技術

配電線是指設備之間用于傳輸電能的專用電纜，一個系統由統一的電源板通過配電線提供電能。配電線通信是一種利用已有的配電線網絡作為信息傳輸媒質的通信方法。由于配電線網絡分布廣泛，因此使用配電線作為通信媒質無需在室內打孔布線重新構建通信網絡，具有成本低廉、連接方便、受外界干擾小等優點。

隨著社會的發展，頻帶資源短缺的問題日益凸現。提高頻帶利用率和開拓新的通信資源成為解決這一問題的兩個重點工作方向。正交頻分復用技術是目前已知頻帶利用率最高的一種通信技術，具有很強的抗干擾能力。傳統配電線載波通信是在交流配電線上進行數據傳輸，因此信道環境復雜，噪聲干擾較大，而某些子信道存在的多徑效應或窄帶干擾，會破壞正交頻分復用信號的正交性，導致信噪比大幅下降，從而使整個通信系統的誤碼率、標準均方誤差等性能指標嚴重惡化。直流配電網絡相較交流配電網絡，噪聲干擾較小，信道環境簡單，數據傳輸性能較好，有顯著優點。

福建省電力試驗研究院擁有的專利技術“電力配電線傳輸方式及其傳輸系統中的信號取樣裝置”(專利申請號：01108169.4，授權公布號CN?1181624?B)公開了一種電力配電線傳輸方法。該方法將通信數據加載到電力配電線零線和火線中的任一根線上進行單線傳輸，信號取樣裝置的變壓器從配電線上耦合取樣得到濾波后的通信數據。該專利技術利用通信數據的單線傳輸，解決了電力配電線上的干擾信號與高頻調制信號同時被取樣，導致的高頻調制信號難以解調的問題，但是，仍然存在的不足是，通信數據在交流配電線上傳輸，數據傳輸速率和準確度較差，且無法完成同時對設備穩定供電和實現數據傳輸的功能。

深圳市通達實業有限公司所提出的專利申請“基于COFDM的電力線載波基帶信號調制解調器”(專利申請號：201010270550.7，公布號CN?101951354?A)公開了一種高速電力線載波通信的調制解調器。該調制解調器包括在發射端將數字信號進行正交頻分復用調制，然后在接收端進行正交頻分復用解調的方法和裝置。該方法雖然利用了編碼技術和正交頻分復用技術的結合，能夠有效對抗電力線載波通信信道的頻率選擇性衰落和多徑衰落等干擾，提高了電力線載波通信的傳輸性能，但是，仍然存在的不足是，由于額外編碼造成系統計算復雜度較高，對系統硬件要求較高，造價高昂。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有方法的不足，提出了基于正交頻分復用技術的直流配電線通信方法，實現了通過直流配電線同時傳輸數據和電能。

實現本發明的基本思想是首先對用戶數據進行正交頻分復用調制生成數據序列，再對數據序列添加循環前綴，將添加循環前綴后的數據序列與已知導引序列合成數據包，數據包經過數模變換和噪聲濾除后耦合到直流配電線上傳輸，數據接收端將配電線上的信號耦合到接收端，再經過噪聲濾除和模數變換后得到接收端數據包，檢測接收端數據包中的導引序列，確認數據包結構，從而得到數據包結構中的數據序列，去除數據序列的循環前綴，并進行離散傅里葉變換得到復數序列，再對復數序列進行星座圖映射得到用戶比特，最后對用戶比特進行循環冗余校驗譯碼得到用戶數據。

本發明的具體步驟如下：

(1)生成數據序列：

(1a)對待發送的用戶數據進行循環冗余校驗編碼，得到用戶比特；

(1b)采用數據映射方法，對用戶比特進行子載波調制，將用戶比特映射到坐標系中，得到相應星座圖；

(1c)將星座圖中的所有點，按橫坐標為實部、縱坐標為虛部的方式表示成復數序列；

(1d)對復數序列進行離散反傅里葉變換，得到周期數據序列；

(2)合成數據包：

(2a)在周期數據序列的一個周期的尾部，復制G長度的數據，將該G長度的數據作為循環前綴添加到數據序列每個周期的頭部，得到添加循環前綴后的數據序列；

(2b)將已知導引序列與m個周期的添加循環前綴后的數據序列按次排列組成數據包，m的取值為50-100；

(3)獲得載波信號：

(3a)使用數模變換電路，對合成后的數據包進行數模變換，將合成后的數據包變換為模擬信號；

(3b)使用高通濾波器，對模擬信號進行噪聲濾除，得到載波信號；

(4)耦合：

使用耦合電路，將載波信號耦合到直流配電線上進行傳輸；

(5)獲得數據包：