数据信号调制、解调方法以及收发机和收发系统的制作方法

专利名称：数据信号调制、解调方法以及收发机和收发系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及数据信号调制方法、数据信号解调方法， 以及数据信号发射机和数据信号接收机，以及数据信号收发系统。
背景技术：
PLC ( Power Line Communication,电力线通j言)4支术包含两个方面的内容 在高压输电网和中、低压配电网中实现的窄带电力线载波通信，以及在中低压 配电线路上实现的宽带数据通信(高速PLC)。
电力线通信的发展历史可追溯到20世纪20年代，当时的应用主要集中在 110KV以上的高压远距离输电线路上，工作频率在150KHz以下，到20世纪 50年代后期至90年代早期，电力线通信开始应用于中压和低压电网上，其应 用主要集中在电力线自动抄表、电网负载控制和供电管理等窄带通信领域。但 是由于调制技术因素，窄带电力线通信中产生的电磁辐射对已有的通信系统产 生的严重的干扰问题，严重制约了该项技术的广泛使用。2000年以来，随着全 球信息化程度的加快，各种宽带接入技术分别在网络实现，成本、技术先进性 及接入方便性上不断提高自身的竟争优势，出现了有线无线等各种方式。PLC 技术作为宽带无线接入的方案之一重新引起关注，主要是因为PLC技术能够 充分利用最为普及的电力线网络资源，建设速度快、投资少、室内无需布线， 用户通过遍布各个房间的电源插座即能进行高速上网，实现"有线移动"，具 备了其他接入方式不可比拟的优势。
目前PLC技术使用的频率范围为1 30MHz,在此频段电力线信道的噪声 较高，对信号传输的影响较大。 一般电力线上的信号衰减随着信号频率的增加 而增大，但是在一定的传输距离范围内，1 30MHz频段内信号衰减要低于噪
声的衰减，利用调制技术可将高频信号从电力线中分离出来。室内复杂的电网 拓朴结构使得PLC呈现出频率选择特性、多径反射性、易受干扰性、高衰减
'l"生等净争点。由于OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交步页 分复用)技术具有良好的对抗多径衰落的特点，因此，在PLC调制方案中作 为一种优选技术，被HomePlugAV (家庭插电音视频)协议采用。
PLC有着强劲的发展势头，但是由于高速率的数据信号在电力线上传输会 因起较强的电磁辐射，直接对无线通信设备产生干扰，而OFDM技术由于自 身的特点非常适合频率选择性信道，对窄带干扰及冲击噪声具有很强的免疫功 能，因此被HomePlugAV选为应用于宽带电力线的调制技术，通过OFDM技 术实现PLC与无线电业务的频语共享。在室内实现多用户的宽带PLC接入， 可以用TDMA ( Time Division Multiplexing Access ， 时分多址)、FDMA (Frequency Division Multiplexing Access,频分多址)和CDMA ( Code Division Multiplexing Access,码分多址)等技术实现。
OFDM由大量在频率上等间隔的子载波构成(设共有N个子载波)，各载 波可用同一数字调制方法，或不同的载波使用不同的调制方法，将高速串行数 据信号分成多路并行的数据加以调制。在OFDM系统中，各载波在整个符号 周期上是正交的，因此各子载波信号频谱可以互相重叠，大大提高了频带利用 率。
为实现多用户检测，可以利用多址接入技术，即将信道的全部可用资源(包 括频率、时间、码子、空间等)划分为单独的部分，供用户使用。OFDM技术 是一种调制技术，该技术可以与多种多址接入技术相结合，为多个用户(设备) 同时提供接入服务。常用的多址接入方式有3种，分别是TDMA、 FDMA和 CDMA。 OFDM都可以与它们结合，分别构成OFDM-TDMA、 OFDM-FDMA 和OFDM-CDMA。
在OFDM-TDMA系统中，数据信号的传送是按时域上的帧来进行的，每 个时间帧包含多个时隙，每个时隙的宽度等于一个OFDM符号的时间长度，
有数据信号要传送的用户根据各自的需求可以占用一个或多个OFDM符号。 每个用户在数据传送期间，将占用所有的系统带宽，即该用户的数据信号可以
在OFDM的所有子载波上进行分配。如图1所示，数据信号的传送按时域上 的一个帧来进行，N个用户共享这一帧。 一帧分为若干个时隙，每一时隙被分 配给一个用户传送一个OFDM符号，即一个时隙的长度等于一个OFDM符号 的时间长度。当有多个用户存在时，每个用户可以被分配占有一个或多个时隙， 而不会是整个时间帧，但在每一个时隙中可以独享所有可用带宽。各载波可用 同 一数字调制方法，也可使用自适应调制(Adaptive Modulation, AM)技术。 在OFDM-FDMA (也被简称为OFDMA )系统中，通过为每个用户提供部 分可用子载波的方法来实现多用户接入，即每个用户分配一个OFDM符号中 的一个子载波或一组子载波，以子载波频率来区分用户。OFDMA方法不需要
率。如图2a和图2b所示，OFDM-FDMA系统中，将可用带宽分为若干个子载 波后，将单个子载波或一组子载波按照一定的算法分配给需要的用户。当有多 个用户存在时，每个用户可以被分配占有一个或多个子载波，而不会是整个频 带，但在每一个子载波上可以独享时域上整个帧。
在OFDM-CDMA系统中，可采用多载波CDMA技术，即在频域利用给定 的扩频序列，多载波CDMA将原始数据在不同的子载波上进行扩频以增加处 理增益。多载波CDMA技术是用户信号经过扩频后进行OFDM调制。由于既 有相互正交的扩频码调制，又有频率正交的子载波传输数据，多载波CDMA 的频谱效率较高。
目前HomePlug AV提出并使用了基于OFDM的电力线通信多址技术，该 技术采用TDMA或者OFDMA。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有Homeplug AV中使用的多址接入 技术至少存在以下问题
OFDM-TDMA系统在保证多用户中的每一个用户可以占有全部频率资源
的同时，不能保证该用户占有全部时间资源；OFDM-FDMA系统在保证多用 户中的每一个用户可以占有全部时间资源的同时，不能^呆"i正该用户占有全部频 率资源，因而导致资源利用率较低。另外，多载波CDMA技术可以用于无线 通信即PLC的下行链路，但不能用于上行链路。

发明内容
本发明实施例揭示了 一种数据信号调制方法和解调方法以及数据信号发 射机和接收机，以及一种数据信号收发系统，以实现在发送端对数据进行调制 时，能够使数据在占用全部时间资源的同时占用全部的频率资源，以提高通信 系统的时间和频率资源利用率、提高系统性能。
本发明实施例揭示的数据信号调制方法，包括以下步骤
产生正交脉冲波形；
对待发送的数据进行正交频分复用调制；
利用产生的所述正交脉沖波形对经所述正交频分复用调制后得到的数据 进行脉冲成形调制，得到发射信号。
本发明实施例揭示的数据信号解调方法，包括以下步骤 产生正交脉冲波形；
利用产生的所述正交脉沖波形对接收到的数据进^f于脉冲成形解调； 对经所述脉沖成形解调后得到的数据进行正交频分复用解调，得到恢复后 的数据。
本发明实施例揭示的数据信号发射机，包括 正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉冲波形； 正交频分复用调制模块，用于对待发送数据进行正交频分复用调制； 脉冲成形调制模块，用于利用所述正交脉冲波形发生模块产生的正交脉冲
波形对经所述正交频分复用调制模块调制后的数据进行脉冲成形调制，得到发
射信号；
13
发送模块，用于发送所述发射信号。 本发明实施例揭示的数据信号接收机，包括 正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉冲波形；
接收模块，用于接收发送端发送的数据信号；
脉冲成形解调模块，用于利用所述正交脉冲波形发生模块产生的正交脉沖
波形对所述接收模块接收到的数据进行脉冲成形解调；
正交频分复用解调模块，用于对所述脉沖成形解调才莫块解调后的数据进行 正交频分复用解调。
本发明实施例揭示的数据信号收发系统，包括数据信号发射机和数据信 号接收机；
所述数据信号发射机，包括
第一正交脉沖波形发生模块，用于产生正交脉冲波形； 正交频分复用调制模块，用于对待发送数据进行正交频分复用调制； 脉冲成形调制模块，用于利用所述第 一正交脉冲波形发生模块产生的正交
脉沖波形对经所述正交频分复用调制模块调制后的数据进行脉冲成形调制，得
到发射信号；
发送模块，用于发送所述发射信号； 所述数据信号接收机，包括
第二正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉冲波形； 接收模块，用于接收所述数据信号发射机发送的数据信号； 脉冲成形解调模块，用于利用所述第二正交脉冲波形发生模块产生的正交
脉冲波形对所述接收模块接收到的数据进行脉冲成形解调；
正交频分复用解调模块，用于对所述脉沖成形解调才莫块解调后的数据进行
正交频分复用解调。
本发明的上述实施例，通过在进行数据信号调制时，在进行正交频分复用
调制之后利用正交脉沖波形对数据信号进行脉冲成形调制，在进行数据信号解
调时釆用与调制过程相反的过程，从而使脉分多址和正交频分复用调制相结 合，优化调制解调过程，与现有技术相比，不再用时隙和频段区分接收端的数 据，使发送给接收端的数据信号在占用全部时间资源的同时可占用全部的频率 资源，提高通信系统的时间和频率资源的利用率，提高通信系统可靠性。


图1为现有技术中TDMA方式帧结构示意图； 图2a、图2b为现有技术中FDMA方式帧结构示意图； 图3为本发明实施例的基于OFDM-BPS-PDMA的数据信号调制及解调过 程的示意图4为本发明实施例的PLC系统基于OFDM-BPS-PDMA的凝:据信号调制
及解调实现流程示意图5为本发明实施例的PLC系统中的巻积码电^^示意图6a为本发明实施例的PLC系统中OFDM调制的实现示意图6b为本发明实施例的PLC系统中OFDM解调的实现示意图7为本实施例的PLC系统基于HPSM-OFDM的调制过程中产生的正交
脉冲示意图8a为本发明实施例的PLC系统中PSM调制的实现示意图； 图8b为本发明实施例的PLC系统中PSM解调的实现示意图； 图9为本发明实施例的PLC系统中正交脉冲波形集与发送端的对应关系 示意图10a为本发明实施例的PLC系统中BPS调制的实现示意图； 图10b为本发明实施例的PLC系统中BPS解调的实现示意图； 图11为本发明实施例的PLC系统的信道估计的实现示意图； 图12为本发明实施例的PLC系统中多径合并的实现示意图； 图13为本发明实施例的PLC信号发射模板示意图14为本发明实施例的PLC发射功率谱密度示意图15为本发明实施例的PLC冲激响应仿真和网络测试结果对比示意图16a、图16b为本发明实施例的OFDM-BPS-PDMA系统性能仿真示意
图17为本发明实施例的OFDM-BPS-PDMA系统用户间干扰仿真示意图； 图18为本发明实施例的数据信号发射机结构示意图； 图19为本发明实施例的数据信号接收机结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
参见图3,为本发明实施例的基于OFDM-BPS-PDMA (Barker码脉沖扩展 的正交频分复用与脉分多址)的数据信号调制及解调过程的示意图，其中步骤 301 303为信号调制过程，步骤304 306为信号解调过程，具体步骤包括 步骤301 、发送端将需要发送给接收端的数据进行OFDM调制。 步骤302、发送端将OFDM调制之后得到的数据信号进行PSM调制(Pulse Shaping Modulation,脉冲成形调制)，即，将数据信号调制到正交的脉冲波形 上。
步骤303、为了利于接收端对于接收信号进行波形恢复和信道估计，发送 端还可进一步将经过PSM调制后的数据信号进行脉沖扩展成形调制，并将调 制后的数据信号发送到通信系统的信号传输信道。脉冲扩展成形调制过程中， 可利用Barker码或其它数据码，与脉沖波形一起对数据信号进行脉沖扩展成形 调制。利用Barker码和脉冲波形一起对数据信号进行脉冲扩展成形调制也称为 Barker码脉冲扩展，简称BPS调制。
步骤304、接收端从通信系统的信号传输信道中接收数据信号，对于发送 端进行了脉冲扩展成形调制的数据信号，进行脉冲扩展解调(如Barker码脉冲 解扩，可筒称为BPS解调)；
步骤305、接收端将经过BPS解调后得到的数据信号进行PSM解调(脉 沖成形解调)；在PSM解调过程中所使用的正交脉冲波形与发送端对该数据信 号进行PSM调制时所使用的正交脉冲波形相同；
步骤306、接收端将经过PSM解调后的数据信号进行OFDM解调，得到 发送端发送给该接收端的数据。
本发明实施例提出的数据信号调制与解调方案，可应用于一般的通信系 统，如WLAN ( Wireless Local Area Network,无线局i或网)、UWB (Ultra Wide Band,超宽带)或3G等系统的上行接入或下行接入过程，尤其可以应用于PLC 系统，实现PLC系统的上行或下行多址接入。
参见图4，为本发明实施例的PLC系统基于OFDM-BPS-PDMA的数据信 号调制及解调实现流程示意图。如图4所示，有TV个用户需要发送上行数据， 其中m, 2, N, N为用户数)为发送数据流，&为第/个用户的发射
信号，r为接收端接收到的信号，。为接收端接收到的第/个用户的信号。
在图4所示的流程中，步骤401 ~ 405为发送端(用户端)进行数据信号 调制及发送的过程，步骤406-411为接收端接收数据信号及解调的过程，具 体步骤包括
步骤401、N个发送端中的每个发送端分别产生发往接收端的数据m/ 2, AO,每个发送端对其产生的数据^进行编码、交织，以及单载波调制 等处理。
此步骤中，编码方式可以是巻积码、TC码(Turbo Convolutional Code, Turbo巻积码)、RS码(Reed-Solomon码)等，码速率可以是1/2、 3/4等；单 载波调制方式可以根据信道情况采用BPSK (二进制相移键控)调制、QPSK (正交相移键控)调制、QAM(正交幅度调制)调制，其中QAM调制方式具 体可以是64-QAM、 256-QAM、 512-QAM或1024-QAM调制等。
本实施例中，选用(2,1,3)巻积码电路进行编码，(2,1,3)巻积码电路示 意图可如图5所示，其中，w为输入数据序列，卜l为输入端数，c为编码输出
序列，"=2为输出端数，^=3为编码器约束长度，即从输入数据序列从输入端 输入到输出数据序列从输出端输出的 一段时间内产生W个码元。产生的码元不 仅与这段时间的A个信息位有关，还与前(〖-l)段规定时间的信息位有关。
编码电路中，寄存器的个数为(〖-l),在图5中的寄存器有2个，分别为501 和502,编码效率为A:/w=l/2， 503和504为加法器电路，其实现的码多项式分 其中
g'0)二l + x + x2, g2(x) = l + x2。
步骤402、发送端将步骤401处理后得到的数据信号进行OFDM调制。
本实施例中，OFDM的调制过程如图6a所示。图6a中，设M表示所有 的傅立叶变换子信道的个数(即傅立叶变换点数，如1024,如果输入数据块长 度不足M,则用零补齐)，串/并变换电路601将输入的串行信号(经编码、交 织、单载波调制后形成的串行信号)转换为M个并行信号并分配给各个子载 波，再经过求和电^各602完成多载波调制并发送。
步骤403、发送端将经过OFDM调制后的数据信号再次进行单载波调制， 即二次单载波调制。调制方式如256QAM调制。
在进行PSM调制之前先进行二次单载波调制，可以进一步保证数据信号 传输的可靠性。
步骤404、发送端对二次单载波调制后的数据信号进行上采样，并将上采 样数据调制到该发送端对应的正交脉冲波形上，完成PSM调制。
冲波形发生器根据PLC系统使用的带宽，构造厄密共轭(Hermitian)矩阵， 利用Hermitian矩阵的特征向量产生正交脉沖波形集。在具体实现中，正交脉 冲波形发生器中预置有脉沖波形发生模板，正交脉沖波形发生器根据该模板产 生一系列正交脉冲波形。例如，
生成Hermitian矩阵的时域模板函数为
式(l)中，力为下截至频率，/;=l.8MHz;人为上截至频率，/ =30MHz。 产生Hermitian矩阵特征向量对应的离散时域巻积形式为
i /2
S^9[附]/ziy - m] = #[r|................................................[2]
式(2)中，为脉沖抽样点数，w为输入到才莫板函数p中的元素序号，r 为/z中的元素序号，r的取值范围为r=-7 /2，…,W/2。式(2)表示成矩阵形式， 即
= #.....................................................................
从式(3)可以看出，矩阵//为Hermitian矩阵，所要求的成形脉冲p与衰 减因子X即可由的特征向量与特征值矩阵获得。由于为Hermitian矩阵， 因此所求得的特征向量组为线性无关的正交向量组，并且特征值为实数，因此 成形脉冲之间具有正交性，即高度的自相关性和很低的互相关性(在理想同步 的情况下互相关性为零)，并且，产生的波形满足电力线辐射限制。产生的正 交脉冲波形集为i 维正交脉冲波形集(即包含i 个正交脉冲波形)，其中的基 于Heimittian矩阵特征向量生成的两个正交脉冲可如图7所示。
可以看出，脉冲波形发生模板采用PLC系统使用的1.8MHz 30MHz带宽 以及合适的脉沖抽样点数，可使产生的正交脉沖波形信号符合HomePlug AV协 议规定的频率范围、载波的数量、OFDM保护间隔、规避的广播频段等。
除了利用Hermitian矩阵的特征向量产生正交脉冲波形集以外，还可以利 用椭球波函数、勒让德多项式等方法构造正交脉冲波形集。
本实施例中实现PSM调制的电路可如图8a所示。图8a中，输入数据(即 经过二次单载波调制之后的数据信号)输入到零差值上采样电路801,零差值 上采样电路801进行零插值上采样，采样率可选用8,16,…等整数。Hermittian 正交脉冲发生器802生成i 维正交脉冲波形集。巻积电路803将零差值上采样 电路801采集到的上采样数据信号与Hermittian正交脉沖发生器802生成的正 交脉冲波形进行巻积处理，得到的输出数据信号即为经PSM调制后的数据信
号。在PSM调制过程中，在一个小区，可以由接入点(Access Point, AP)或 者HE (Header End，前端)为每个接入用户分配正交脉冲波形，使每个发送 端所使用的正交脉冲波形都不相同，TV个接收端与正交脉沖波形
A(0(其中1《^^"的对应关系可如图9所示。
步骤405、发送端将经过PSM调制后的数据进行BPS调制，并将调制后 的数据信号以及导频序列发送到PLC信道。导频序列中包含有接收端用于进 行信道估计的信息，如随机序列。
本实施例中，BPS调制的实现电路可如图lOa所示，零差值上采样电路lOOl 对输入数据(经PSM调制后的数据)进行上采样，Barker码发生器生成Barker 码，Barker码的位数可以是2, 3, 4, 5, 7, 11， 13,系统对误码率的要求越 高Barker码的位数越多。成形脉沖发生器1004生成BPS调制用波形，可以是 余弦脉冲波形或高斯波形，也可以是基于Hermittian矩阵或椭球波函数等方式 生成的正交成形脉沖波形。巻积电路1003将上采样数据信号和生成的Barker 码进行巻积积分，巻积电路1005将巻积电路1003处理后的数据信号和成形脉 冲发生器1004生成的脉沖波形进行巻积处理，处理后得到的数据信号即为BPS 调制后的数据信号。
发送端将调制后的数据发往PLC信道，发送信号的形式是扩展的OFDM 符号。设M表示所有的子信道的个数，由第A个发送端生成的数据分配给每个 子载波信道的数据符号为4=(!' = 0,1,...,^-1)，则第6个发送端的一个OFDM
符号可以表示为
<formula>formula see original document page 20</formula>4]
其中，r为一个扩展OFDM符号的时间长度，4表示扩展OFDM符号的开
始时刻。
步骤406、接收端对〃个发送端调制后的发送数据进行信道估计、同步， 以及多径合并等处理。
本实施例中，接收端进行信道估计的实现电路如图11所示，平均相关积
分电路1202接收导频序列和导频脉沖电^各1201生成的导频脉冲并进行积分处 理，峰值检测电路1203根据平均相关器1202的积分数值进行峰值检测，多径 时延估计电路1204根据峰值检测电路1203的检测结果，得到各径的延时参数， 该延时参数将用于发送端和接收端的同步处理。
接收端进行多径合并的实现电路可如图12所示，接收端根据信道估计得 到的延时参数，各径数据的到达时间减去相应的时延后，可以将各径数据对齐， 然后分别乘以各径的增益(实例中采用等增益)后相加，实现多径合并。
步骤407、接收端将经过信道估计后的数据信号进行BPS解调，恢复正交 脉冲波形。
本实施例中，实现BPS解调的电路可如图10b所示，Barker码发生器1101 生成Barker码，成形脉冲发生器1102生成BPS解调用的波形，巻积电路1103 将Barker码和BPS解调用的波形进行巻积处理，巻积电路1104将巻积电路1103 巻积处理后的信号和接收端进行多径合并后的信号进行巻积处理，积分电路 1105将巻积电路1104处理后的信号进行积分，得到的输出数据即为BPS解调 数据。
上述BPS解调过程中，Barker码发生器1101所产生的Barker码与图10a 的Barker码发生器1002产生的Barker码相同，成形脉沖发生器1102生成的 BPS解调用波形与图10a中的成形脉冲发生器1004生成的BPS调制用波形相同。
步骤408、接收端利用正交脉冲波形，将BPS解调后的数据信号通过相关 器进行PSM解调，得到相应发送端发送的数据。
对于第/个用户的数据，将BPS解调后的数据通过相关器，分离出该用户 的接收信号，然后利用正交脉冲波形对该信号进行相关积分运算，得到该用户 的PSM解调数据。其中，所用的正交脉冲波形与该用户进行BPS调制时使用 的正交脉沖波形相同。
本实施例中，PSM解调过程可如图8b所示，Hermittian正交脉冲发生器 812生成正交脉冲波形，同步电路811根据信道估计结果生成发送端和接收端 的同步信号，巻积电路810将输入信号(BPS解调信号)和正交脉冲波形信号 经过巻积处理，积分电路813将巻积电路810处理后的信号进行积分处理，得 到的输出信号为PSM解调数据信号。
在PSM解调过程中，经过同步处理后，对发送端的数据进行PSM解调所 使用的正交脉沖波形与该发送端进行PSM调制时所使用的正交脉沖波形相同。
步骤409、接收端对PSM解调后的数据进行二次单载波解调。
在二次单载波解调过程中，采用与该用户进行二次单载波调制方式相应的 方式进行解调。
步骤410、接收端对二次单载波解调后的数据进行OFDM解调。
本实施例中，进行OFDM解调的实现过程可如图6b所示，M个并行信号 经过与子载波信号相乘并积分，再经过并/串变换电路611转换为串行信号。
步骤411、接收端将经过OFDM解调后的数据进行单载波解调、解交织、 解码，恢复发送端发送的数据，并进一步计算误码率。
下面是一个利用图4所示的流程进行宽带PLC通信时的具体实例，其中， 设有N个用户通信，并通过波分复用共享带宽。
按照步骤401~403，对N个用户的发送数据进行编码、交织、单载波调 制以及OFDM调制和二次单载波调制。其中，编码采用(2,1,3)巻积码，单 载波采用512QAM调制。采用的OFDM参数如下子载波间隔24.4KHz,子 载波总数1155, OFDM符号长度49.2(is, PLC路径长度最小为50m,最大为 615m,取16个径，比特速率100M/s。采用512QAM进行二次单载波调制。
按照步骤404,将正交脉沖波形集中的波形分配给每一个用户后进行PSM 调制，上采样率为16;
按照步骤405，进行BPS调制，并产生导频序列。其中，选择的Barker 码为3位。调制后的数据发往电力线信道，并加入高斯噪声。BPS调制中采用
的脉沖为上述正交脉冲波形集中的第3个脉冲(可任选)。其中注入PLC的信
号源以图13所示的HomePlugAV的频谱模板为发射标准，得到的发射功率谱 如图14所示。
步骤406~411，可以实现对其中第/个用户接收数据的解调。
上述图4所示流程的是对上行数据进行调制与解调过程，对于下行数据的 调制与解调，也可以按照上述基于OFDM-BPS-PDMA的^:据调制与解调方法， 其实现流程与图4所示的流程类似，区别在于
在下行数据的调制过程中，发送端分别对发送给N个接收端的数据进行编 码、交织、单载波调制、OFDM调制、二次单载波调制、PSM调制以及BPS 调制，然后，对经上述调制后得到的N个接收端的数据进行同步相加处理，并 将合并后的数据发送到PLC信道。其中，PSM调制以及BPS调制的过程与图 4流程中的相应过程类似，在PSM调制时，每个接收端的数据分别使用不同的 正交脉冲波形进行调制。
在下行数据的解调过程中，接收端分别从PLC信道接收数据，以第i个接 收端接收数据并解调该数据为例，第i个接收端接收到数据后，进行信道估计、 同步处理以及多径合并，然后依次经过BPS解调、PSM解调、二次单载波解 调、OFDM解调，以及单载波解调、解交织和解码，最后得到解调后的数据。 其中，BPS解调以及PSM解调的过程与图4流程中的相应过程类似，在PSM 解调时，接收端所用的正交脉沖波形，与发送端对该接收端的数据进行PSM 调制时所使用的正交脉冲波形一致。
上述图4所示的PLC数据信号调制与解调的过程中，将基于Barker码脉 冲扩展、基于正交脉冲波形的脉沖成形调制以及OFDM技术相结合，其中， OFDM技术用于速率匹配和子载波选择，脉冲成形调制用于用户多址接入， Barker码脉冲扩展用于波形恢复和信道估计。这种数据调制方式，不再用时隙 和频段区分用户，而用脉冲波形区分用户，因此，这N个用户可以同时占用所 有的时间资源和频率资源，实现了在保证用户可以同时占有全部频率资源和全
部时间资源。这种宽带电力线系统的多址通信方案，可用于PLC及一般通信
系统的上行链路，可以获得到宽带电力线通信在1 30MHz频率范围内的高效
调制方式，符合国际电力线通信标准。实现频谱共存而降低相互干扰，增加了
PLC通信的可靠性，提高了频谱利用率和系统性能。在具体实现中，还可以结 合动态自适应载波分配进行，在信道好的条件下采用64QAM、 256QAM、 1024QAM等效率高的调制方法进行单载波调制；在信道差的情况下釆用 BPSK、 QPSK等稳健的调制方法进行单载波调制，或者增加Barker码的位数、 BPS采样点数、多径接收的分离路径等。根据信道的情况灵活控制，以适应不 同通信环境的要求。
通过上述图4所示的流程对PLC数据信号进行调制后得到的射频信号S注 入到网络并经过多次反射后，在信号S的传输过程中，大部分反射信号将衰减 到限值以下，具有良好的传输性能。下面通过一个PLC冲激响应仿真，对家 庭内部PLC调制信号的传输性能进行验证。
本验证过程采用回波传输函数方法，将传输信道中iV个反射波合并成一个 脉冲响应，即
邵)=|>, x e, W她.............................................[5]
其中,Tj是反射波的延时，且与传输环境和路径成正比；A是信号幅度，
e一"W'为频率衰减系数，该系数统不仅取决于电缆的长度，还取决于信号的频 率。实际情况中家庭内部电力线网络结构相对简单，通信的高频信号传输情况 可以经过式(5)叠加表示出来。
电力线通信中高频信号衰减受电缆长度以及频率的影响。这种传导衰减可 以分解为天线模和传输线模，经过特性分析，电力线上的传导衰减传输线模分 量比天线模分量占优势，因而可以用电力线上的衰减传输线模分量近似表示整 个传导衰减。由平行传输线理论，单位长度的传输线的传输系数r: r = # +周(G + >C) = a + j./ ....................................200710154463.3
说明书第16/24页
其中R,L,G和C是电力线的基本电参数。当信号频率在1MHz和30MHz 之间，简得
<formula>formula see original document page 25</formula>经过分析可知，丄A的含义是指趋肤效应的影响，丄GZ,是指电力线绝缘材
料的绝缘损耗。单位长度电线的电阻抗主要由趋肤效应所决定，并且和V7成
正比。单位长度电缆的电导率G主要受介电材料(PVC塑料)的耗散系数影 响，和频率/成比例。因此电力线传输在30MHz以内频率信号的信道是一个 和频率/有关的衰落信道，传输系数r中的实数部分a为衰减系数可以写成
<formula>formula see original document page 25</formula>其中常数&和^主要由材料和环境综合而成。进一步改写可得 <formula>formula see original document page 25</formula>一般一个局域网内的构成材料都是一种类型，因此系数^A,都是预置常 数，由试验确定，6也根据试验测得，取值范围比较小，在0.5-0.7之间。总 之整个电力线在高频段的信号衰减可以写成
<formula>formula see original document page 25</formula>
从电力线高频信号的物理传输机制出发得到这个信号模型得出测量结果将
在实际计算中得到证实。而且由实际测量数据表明，在lMHz到30MHz范围 内幅度系数&与频率相关性不大，可以当成实数来处理。
虽然局域网内部一般有十几个接入点，整个线路中包含很多反射信号，但 是实际观测数据显示，接收机附近的端点产生的反射信号对接收端有较大影 响，其余的接入点由于距离相对较远，反射波在线路中衰减近似为零，而且各
条反射线路上的延迟近似相同，即相位变化^"'("保持一致。因此对电力线上
任意一个多径接收机，信号模型可以化简为
<formula>formula see original document page 26</formula>
这个简化模型描述了典型的电力线信道频率响应曲线。模型的精确性取决 于反射路径的数目N， N被考虑的越多，模型的精确性都会得到提高。对电力 线信道冲激响应的仿真和网络测试结果如图15所示。由此可见， >換照本发明 实施例进行PLC数据信号的调制与解调，电力线信道冲激响应的仿真结果与 实际网络测试的结果比较接近，从而说明本发明实施例基于 OFDM-BPS-PDMA的PLC信道具有代表性。
通过图4所示的流程对PLC数据信号进行调制，可以达到较理想的系统 性能。下面通过仿真实验数据验证图4所示的数据信号调制与解调过程的有效 性和可行性。
假设系统理想同步，接收机采用3个径，在256QAM调制下，采用 OFDM-BPS-PDMA多址方式，在室内环境，2 - 10个用户情况下的系统误码性 能如图16a所示(BPS调制中Baker码取3位，二次单载波调制为256QAM), 其中也给出了理想信道估计情况下系统的多址通信误码性能，以及没有采用多 址时系统的误码性能。由仿真结果可见，在理想信道估计下，可以完全消除多 用户间干扰，系统在信噪比为-4dB的情况下就可以达到4艮好的通信可靠性； 在实际信道估计情况下，误码率有所上升，但是可以在信噪比为8dB以上保持 良好的系统通信可靠性。采用更好的信道估计算法，并结合时域/频域均衡方法， 可以进一步提高系统的性能。由图16a, OFDM-BPS-PDMA在256QAM调制 与一般OFDM在QPSK调制下的情况下相比，其误码率性能相近，说明这种 多址方式获得了通信系统误码性能的很大改善，即OFDM-BPS-PDMA高速调 制的系统性能与OFDM低速调制相当。系统如果采用QPSK、 16QAM、 64QAM 等，可以进一步降低系统的误码率；如果采用512QAM、 1024QAM等则可以 进一步提高系统的传输速率。
图17给出了室内信道在信噪比为8dB、 10dB情况下，用户数与误码率的 变化曲线。由于系统采用了正交脉冲调制，虽然在理想信道估计的情况下，用 户间干扰为零，误码率不随用户数的增加而上升。但是在实际信道的情况下， 由于多径效应不能完全消除，因此存在多用户干扰。在4个以上的用户时，误 码率的增加比较緩慢。
图16b给出了室外环境，采用256QAM调制(BPS调制中Baker码取5 位，二次调制为64QAM)2-10个用户情况下的系统误码性能。可见，此时 在信噪比为3dB时就可以达到较好的数据接收可靠性，并且多用户间干扰不明显。
从以上本发明实施例的流程以及仿真实验数据可以看出，通过本发明实施 例基于OFDM-BPS-PDMA的方式进行数据调制及解调，由于不同用户使用正 交脉冲波形进行调制，因此在理想情况下用户间干扰为零。仿真实验数据表明， 在实际信道估计的情况下，虽然存在用户间干扰，但是可以限制在通信可靠性 要求的范围之内。进一步，还可以采用先进的信道估计和波形恢复技术减小用 户间干扰。由于在OFDM之后进行多址方式调制(PSM调制)，可以提高时间 和频率资源的利用率，并提高系统通信的可靠性，并且对于OFDM技术的实 现要求简单，不需要加入循环前缀，不需要插入导频序列单独进行信道估计。 即，将信道估计和抗多径技术放到BPS中进行，整个系统的实现比较简单易行， 可以使得这些通信用户共享他们全部的时间资源和频率资源，而不产生相互干 扰，并改善了接收系统的性能。在接收端利用相关解调的方法即可实现对接收 数据的解读。
本发明实施例还提供了 一种数据信号发射机和一种数据信号接收机。 参见图18,为本发明实施例提供的数据信号发射机的结构示意图，该数据
信号发射机包括正交脉冲波形发生模块、正交频分复用调制模块、脉冲成形
调制模块和发送模块。其中
正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉冲波形；
正交频分复用调制模块，用于对待发送数据进行正交频分复用调制； 脉冲成形调制模块，用于利用正交脉冲波形发生模块产生的正交脉冲波形
对经正交频分复用调制模块调制后的数据进行脉冲成形调制，生成发射信号；
发送模块，用于发送发射信号。
图18所示的数据信号发射机中，还可包括编码调制^t块，用于对待发送
数据信号进行编码和单载波调制，使正交频分复用调制模块对经该编码调制模 块调制后的待发送数据进行正交频分复用调制。
图18所述的数据信号发射机中，还可包括脉冲扩展成形调制模块，用于
对脉冲成形调制模块调制后的数据进行脉冲扩展成形调制。脉冲扩展成形调制
模块可为Barker码脉冲扩展调制模块，该模块用于利用Barker码和脉冲波形， 对经脉冲成形调制模块调制后的数据进行Barker码脉沖扩展，得到发射信号。 Barker码脉沖扩展调制模块包括Barker码发生子模块、Barker码发生子模块、 上采样子模块、第一调制子模块和第二调制子模块，其中
Barker码发生子模块用于生成进行Barker码脉冲扩展用的Barker码；成 形脉冲发生子模块用于生成进行Barker码脉沖扩展用的脉沖波形；上采样子模 块，用于对脉沖成形调制模块调制后的数据进行上采样；第一调制子模块，用 于利用Barker码发生子模块生成的Barker码，对经上采样后得到的数据进行 Barker码调制；第二调制子4莫块，用于利用成形脉冲发生子模块生成的脉冲波 形，对经第 一调制子模块调制后的数据进行脉沖成形调制。
成形脉沖发生子模块为用于生成余弦脉沖波形的成形脉冲发生子模块，或 为用于生成高斯脉冲波形的成形脉冲发生子^t块，或为用于生成正交脉冲波形 的成形脉冲发生子模块。
Barker码脉沖扩展调制模块的具体实现可如图10a所示，其中，零差值上 采样电路1001相当于上述的上采样子模块，Barker码发生器1002相当于上述
模块，巻积电路1003相当于上述的第一调制子模块，巻积电路1004相当于上 述的第二调制子模块。
图18所述的数据信号发射机中，正交脉沖波形发生模块包括厄密共辄矩 阵生成子模块和正交脉冲波形生成子模块，其中
厄密共轭矩阵生成子模块，用于根据电力通信系统所4吏用的带宽，尤其是
1.8MHz-30MHz的带宽，生成厄密共轭矩阵；正交脉冲波形生成子模块，用 于解出厄密共轭矩阵的特征向量，并根据该特征向量生成正交脉冲波形。
图18所述的数据信号发射机中，正交频分复用调制才莫块的具体实现可如 图6a所示。
图18所述的数据信号发射机中，脉冲成形调制模块包括上采样子模块和 调制子模块，其中，
上采样子模块，用于对正交频分复用调制模块调制后的数据进行上采样； 调制子模块，用于利用正交脉沖波形对经上采样后得到的数据进行脉沖成形调制。
脉冲成形调制模块的具体实现可如图8a所示，其中，零差值上采样电路 801相当于上述的上采样子模块，巻积电路803相当于上述的调制子模块。
图18所述的数据信号发射机中，还包括二次单载波调制模块，用于对正 交频分复用调制模块调制后的数据进行单载波调制，此时正交频分复用调制模 块包括获取单元和调制单元，其中，获取单元用于获取经二次单载波调制模块 进行单载波调制之后的数据；调制单元用于对获取单元获得的数据进行脉冲成 形调制。
参见图19，为本发明实施例提供的数据信号接收机的结构示意图，该数据 信号接收机包括正交脉冲波形发生模块、接收模块、脉沖成形解调模块、正 交频分复用解调才莫块。其中
接收模块，用于接收上行数据信号;
脉冲成形解调模块，用于利用正交脉冲波形对Barker码脉冲解扩模块解调 后的数据进行脉冲成形解调；
正交频分复用解调模块，用于对脉冲成形解调模块解调后的数据进行正交 频分复用解调；
编码解调模块，用于对正交频分复用解调模块解调后的数据进行单载波解 调、解码。
图19所示的数据信号接收机中，还可包括脉冲扩展解调模块，用于对接 收模块接收到的数据信号进行脉冲扩展解调。脉冲扩展解调模块可以是Barker 码脉冲解扩模块，该模块利用Barker码和脉冲波形对接收到的数据进行Barker 码脉冲解扩。Barker码脉冲解扩模块包括Barker码发生子模块、成形脉冲发 生子模块和解调子模块，其中
Barker码发生子模块用于生成进行Barker码脉沖解扩用的Barker码；成 形脉沖发生子模块用于生成进行Barker码脉冲解扩用的脉沖波形；解调子模块 用于利用Barker码发生子模块生成的Barker码，以及成形脉沖发生子模块生 成的脉冲波形，对接收模块接收到的数据进行Barker码脉冲解扩。其中，成形 脉冲发生子模块可以为用于生成余弦脉冲波形的成形脉冲发生子模块，或为用 于生成高斯脉沖波形的成形脉冲发生子模块，或为用于生成正交脉沖波形的成 形脉冲发生子模块。
Barker码脉沖解扩模块的具体实现可如图10b所示，其中，Barker码发生 器1101相当于上述的Barker码发生子模块，成形脉冲发生器1102相当于上述 的成形脉冲发生子模块，巻积电路1103和1104以及积分电路1105实现的功 能相当于解调子模块。
图19所示的数据信号接收机中，接收模块还用于接收导频序列，接收模 块包括信息接收子模块、信道估计子模块和多径合并子模块，其中
信息接收子模块用于接收数据信号及导频序列；信道估计子模块用于根据 该导频序列进行信道估计，得到同步信息；多径合并子模块用于根据得到的同 步信息将接收到的数据信号进行多径合并处理。
信道估计子模块的具体实现可如图11所示，多径合并子模块的具体实现
可如图12所示。
图19所示的数据信号接收机中，正交脉冲波形发生模块包括厄密共辄
矩阵生成子^t块和正交脉沖波形生成子模块，其中
厄密共轭矩阵生成子模块用于根据电力通信系统所使用的带宽，尤其是根
据电力通信系统所使用的1.8MHz到30MHz的带宽，生成厄密共轭矩阵；正 交脉冲波形生成子it块，用于解出所述厄密共轭矩阵的特;fi向量，并才艮据该特 征向量生成正交脉沖波形。
图19所示的数据信号接收机中，脉冲成形解调模块包括同步子模块和 解调子模块，其中
同步子模块用于对接收到的数据与相应的发送端进行同步处理，具体可以 根据接收模块中的信道估计子模块得到的同步信息进行同步处理；解调子模 块，用于根据同步子模块的同步处理结果得到相应的正交脉冲波形，并利用该 正交脉冲波形进行脉冲成形解调。
脉沖成形解调模块的具体实现可如图8b所示，其中，同步电路811相当 于上述的同步子模块，巻积电路810和积分电路813所实现的功能相当于上述 的解调子才莫块。
图19所述的数据信号接收机中，还可包括编码解调模块，用于对正交频 分复用解调模块解调后的数据进一步进行单载波解调和解码。
图19所示的数据信号接收机中，还可包括二次单载波解调模块，用于对 脉冲成形解调模块解调后的数据进行单载波解调，此时正交频分复用模块包括 获取单元和解调单元，其中，获取单元用于获取所述二次单载波解调模块进行 单载波解调后的数据；解调单元用于对获取单元获取的数据进行正交频分复用 解调。
图19所示的数据信号接收机中，正交频分复用解调才莫块的具体实现可如 图6b所示。
本发明实施例还提供了 一种数据信号收发系统，该系统包括数据信号发射
机和数据信号接收机；数据信号发射机可如图18所示，数据信号接收机可如
图19所示，其中，
数据信号发射机，包括
第一正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉冲波形； 正交频分复用调制模块，用于对待发送数据进行正交频分复用调制； 脉冲成形调制模块，用于利用第一正交脉冲波形发生才莫块产生的正交脉冲 波形对经正交频分复用调制模块调制后的数据进行脉冲成形调制，得到发射信
号；
发送模块，用于发送发射信号； 数据信号接收机，包括
第二正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉冲波形；
接收模块，用于接收数据信号发射机发送的数据信号；
脉冲成形解调模块，用于利用第二正交脉冲波形发生模块产生的正交脉沖 波形对接收模块接收到的数据进行脉冲成形解调；
正交频分复用解调模块，用于对脉沖成形解调模块解调后的数据进行正交 频分复用解调。
上述数据信号发射机还包括脉沖扩展成形调制模块，用于对脉冲成形调制 模块调制后的数据进行脉冲扩展成形调制；上述数据信号接收机还包括脉冲扩 展解调模块，用于对接收模块接收到的数据进行脉冲扩展解调。
上述数据信号发射机的脉沖扩展成形调制模块可为Barker码脉冲扩展模 块，用于利用Barker码和脉沖波形对脉冲成形调制模块调制后的数据进行 Barker码脉冲扩展调制；上述数据信号接收机的脉冲扩展解调模块可为Barker 码脉冲解扩模块，用于利用Barker码和脉沖波形对接收模块接收到的数据进行 Barker码脉冲扩展解调。
上述数据信号发射机的第一正交脉冲波形调制模块和上述数据信号接收 机的第二正交脉冲波形调制模块，分别包括厄密共轭矩阵生成子模块和正交脉
冲波形生成子^t块，其中
厄密共轭矩阵生成子模块，用于根据电力通信系统所-使用的带宽，尤其是
1.8MHz到30MHz的带宽，生成厄密共辄矩阵；
正交脉冲波形生成子模块，用于根据所述厄密共轭矩阵对应的特征向量生 成所述正交脉沖波形。
综上所述，本发明实施例基于Barker码脉冲扩展、脉分多址和OFDM技 术，提出了一种家庭内部高效宽带电力线多址通信方案(OFDM-BPS-PDMA)。 在利用厄密共轭矩阵的特征向量获得多用户的正交脉冲波形，并产生用于 Barker码脉冲扩展的脉冲后，首先将用户发送的数据进行OFDM调制，然后 将数据通过上采样技术进行过采样，利用正交脉冲波形进行脉冲成形调制,再 通过Barker码脉冲扩展，发往电力线信道。在接收端，首先经过Barker码脉 冲解扩，然后利用与用户对应的正交脉沖进行解调，再进行OFDM解调等过 程，最后得到用户接收数据。这种方法可以用于PLC上行信道，为不同用户 分配不同的正交脉冲，使这些用户共享电力线带宽。由于脉冲的正交性，能够 消除用户间干扰；同时，利用OFDM技术将串行数据变为并行数据传输，降 低了数据速率，还可以避让法定的无线电使用频段，达到与其他系统频镨共享 的目的，相比于目前存在的调制技术，具有频谱利用率高、误码率低、通信可 靠性高等优点。将脉沖成形调制、脉冲扩展和OFDM技术结合，可以充分利 用正交脉沖的优良相关特性，实现多址通信；又可以利用OFDM的速率匹配 和子载波控制技术，既消除了用户间干扰，又减小了符号间干扰，既提高了频 谱利用率，又增强了系统性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发
明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种数据信号调制方法，其特征在于，包括以下步骤产生正交脉冲波形；对待发送的数据进行正交频分复用调制；利用产生的所述正交脉冲波形对经所述正交频分复用调制后得到的数据进行脉冲成形调制，得到发射信号。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉沖成形调制后还包括 步骤对经所述脉沖成形调制后得到的数据进行脉沖扩展成形调制，得到发射 信号。
3、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对经所述脉冲成形调制 后得到的数据进行脉冲扩展成形调制，具体为利用Barker码和脉沖波形对经 所述脉冲成形调制后得到的数据进行Barker码脉沖扩展。
4、 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Barker码脉沖扩展的过 程包括对经所述脉沖成形调制后得到的数据进行上采样；利用Barker码对经所述上采样后得到的数据进行Barker码调制；
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述脉冲波形为余弦脉冲波、 高斯脉沖波形或正交脉沖波形。
6、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射信号中还包括导频 序列。
7、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正交频分复用调制之前 还包括步骤对所述待发送数据进行编码、单载波调制。
8、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产生正交脉冲波形，具 体为利用厄密共轭矩阵的特征向量产生正交脉沖波形。
9、 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述厄密共轭矩阵为根据电t形调制。力通信系统所使用的带宽生成的厄密共轭矩阵。
10、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述脉沖成形调制的过程包括对经所述正交频分复用调制后得到的数据进行上采样； 利用所述正交脉冲波形对经所述上采样后得到的数据进行脉冲成形调制。
11、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述对待发送数据进行正交 频分复用调制之后，还包括对所述正交频分复用调制后的数据进行二次单载 波调制；所述利用正交脉冲波形对经所述正交频分复用调制后得到的数据进行脉 冲成形调制具体为利用正交脉沖波形对经所述二次单载波调制后得到的数据 进行脉冲成形调制。
12、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述正交脉沖波形为多个， 所述利用正交脉冲波形对经所述正交频分复用调制后得到的数据进行脉冲成 形调制，具体为利用与所述数据信号的发送端对应的正交脉沖波形，对经所述正交频分复 用调制后得到的数据进行脉沖成形调制。
13、 一种数据信号解调方法，其特征在于，包括以下步骤 产生正交脉冲波形；利用产生的所述正交脉沖波形对接收到的数据进行脉冲成形解调； 对经所述脉沖成形解调后得到的数据进行正交频分复用解调，得到恢复后 的数据。
14、 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述对接收到的数据进行 脉冲成形解调之前，还包括步骤对接收到的数据信号进行脉冲扩展解调。
15、 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述脉冲解扩具体为利 用Barker码和脉冲波形对接收到的数据信号进行Barker码脉沖解扩。
16、 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述脉冲波形为余弦脉冲波、高斯脉沖波形或正交脉冲波形。
17、 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述脉冲扩展解调之前， 还包括步骤对接收到的数据信号进行多径合并。
18、 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述正交频分复用解调之 后，还包括步骤对经所述正交频分复用解调后得到的凄t据进行单载波解调和 解码。
19、 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述脉冲成形解调时所利 用的正交脉冲波形与调制对应数据信号时使用的正交脉沖波形相同。
20、 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述产生正交脉冲波形， 具体为利用厄密共轭矩阵的特征向量产生正交脉沖波形。
21、 如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述厄密共轭矩阵为根据 电力通信系统所使用的带宽构造的厄密共轭矩阵。
22、 如权利要求13所述的方法，其特征在于，若所述接收到的数据信号 在调制时进行了二次单载波调制，则在所述脉冲成形解调之后，还包括对经 所述脉冲成形解调之后得到的数据进行二次单载波解调；所述对经所述脉冲成形解调后得到的数据进行正交频分复用解调具体为 对经所述二次单载波解调后得到的数据进行正交频分复用解调。
23、 一种数据信号发射机，其特征在于，包括 正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉冲波形； 正交频分复用调制模块，用于对待发送数据进行正交频分复用调制； 脉冲成形调制模块，用于利用所述正交脉沖波形发生模块产生的正交脉冲波形对经所述正交频分复用调制模块调制后的数据进行脉沖成形调制，得到发 射信号；发送模块，用于发送所述发射信号。
24、 如权利要求23所述的数据信号发射机，其特征在于，还包括 脉冲扩展成形调制模块，用于对所述脉沖成形调制模块调制后的数据进行 脉沖扩展成形调制，得到发射信号。
25、 如权利要求24所述的数据信号发射机，其特征在于，所述脉冲扩展成形调制模块为Barker码脉冲扩展调制模块，所述Barker码脉冲扩展调制模 块用于利用Barker码和脉冲波形对经所述脉沖成形调制模块调制后的数据进 行Barker码脉沖扩展，得到发射信号。
26、 如权利要求25所述的数据信号发射机，其特征在于，所述Barker码 脉冲扩展调制模块包括Barker码发生子模块，用于生成进行Barker码脉冲扩展用的Barker码； 成形脉冲发生子模块，用于生成进行Barker码脉冲扩展用的脉冲波形； 上采样子模块，用于对所述脉沖成形调制模块调制后的数据进行上采样； 第一调制子才莫块，用于利用所述Barker码发生子才莫块生成的Barker码，对经所述上采样后得到的lt据进行Barker码调制；第二调制子模块，用于利用所述成形脉冲发生子才莫块生成的脉冲波形，对经所述第 一调制子模块调制后的数据进行脉冲成形调制。
27、 如权利要求26所述的数据信号发射机，其特征在于，所述成形脉冲 发生子模块生成的脉沖波形为余弦脉冲波形，或高斯脉沖波形，或正交脉沖波 形。
28、 如权利要求23所述的数据信号发射机，其特征在于，还包括编码调 制模块，用于对数据进行编码和单载波调制；所述待发送数据是经过所述编码 调制模块进行编码和单载波调制后得到的数据。
29、 如权利要求23所述的数据信号发射机，其特征在于，所述正交脉冲 波形发生模块包括厄密共轭矩阵生成子模块，用于根据电力通信系统所使用的带宽生成厄密 共轭矩阵；正交脉冲波形生成子模块，用于根据所述厄密共轭矩阵对应的特征向量生 成所述正交脉沖波形。
30、 如权利要求23所述的数据信号发射机，其特征在于，所述脉冲成形调制模块包括上采样子模块，用于对所迷正交频分复用调制it块调制后的数据进行上采样；调制子^f莫块，用于利用所述正交脉冲波形对经所述上采样后得到的数据进 行脉冲成形调制。
31、 如权利要求23所述的数据信号发射机，其特征在于，还包括 二次单载波调制模块，用于对所述正交频分复用调制模块调制后的数据进行单载波调制；所述脉沖成形调制模块包括获取单元，用于获取经所述二次单载波调制模块进行单载波调制之后的数据；调制单元，用于对所述获取单元获得的数据进行脉冲成形调制。
32、 一种数据信号接收机，其特征在于，包括 正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉沖波形； 接收模块，用于接收发送端发送的数据信号；脉冲成形解调模块，用于利用所述正交脉冲波形发生模块产生的正交脉沖 波形对所述接收模块接收到的数据进行脉沖成形解调；正交频分复用解调模块，用于对所述脉冲成形解调才莫块解调后的数据进行 正交频分复用解调。
33、 如权利要求32所述的数据信号接收机，其特征在于，还包括脉冲扩 展解调模块，用于对所述接收模块接收到的数据进行脉冲扩展解调。
34、 如权利要求33所述的数据信号接收机，其特征在于，所述脉沖扩展 解调模块为Barker码脉冲解扩模块，所述Barker码脉冲解扩模块用于利用 Barker码和脉冲波形，对接收到的数据信号进4亍Barker码脉冲解扩。
35、 如权利要求34所述的数据信号接收机，其特征在于，所述Barker码 脉冲解扩模块包括Barker码发生子模块，用于生成进行Barker码脉冲解扩用的Barker码； 成形脉冲发生子模块，用于生成进行Barker码脉冲解扩用的脉沖波形； 解调子模块，用于利用所述Barker码发生子模块生成的Barker码，以及所述成形脉沖发生子模块生成的脉沖波形，对经所述接收模块接收到的数据进行Barker码脉沖解扩。
36、 如权利要求35所述的数据信号接收机，其特征在于，所述成形脉冲 发生子模块生成的脉沖波形为余弦脉冲波形，或高斯脉冲波形，或正交脉冲波 形。
37、 如权利要求32所述的数据信号接收机，其特征在于，还包括 编码解调模块，用于对所述正交频分复用解调模块解调后的数据进行单载波解调和解码。
38、 如权利要求32所述的数据信号发射机，其特征在于，所述正交脉冲 波形发生模块包括厄密共轭矩阵生成子模块，用于根据电力通信系统所使用的带宽生成厄密 共轭矩阵；正交脉冲波形生成子^t块，用于根据所述厄密共轭矩阵对应的特征向量生 成所述正交脉冲波形。
39、 如权利要求38所述的数据信号接收机，其特征在于，所述脉冲成形 解调模块包括同步子模块，用于对接收到的数据与相应的发送端进行同步处理； 解调子模块，用于根据所述同步子模块的同步处理结果得到相应的正交脉 冲波形，并利用所述正交脉冲波形进行脉沖成形解调。
40、 如权利要求32所述的数据信号接收机，其特征在于，还包括 二次单载波解调模块，用于对所述脉冲成形解调模块解调后的数据进行单载波解调；所述正交频分复用解调模块包括获取单元，用于获取所述二次单载波解调模块进行单载波解调后的数据；解调单元，用于对所述获取单元获取的数据进行正交频分复用解调。
41、 如权利要求32所述的数据信号接收机，其特征在于，所述接收模块 包括信息接收子模块，用于接收数据信号及导频序列；信道估计子模块，用于根据所述导频序列进行信道估计，得到同步信息； 多径合并子模块，用于根据所述同步信息将接收到的数据信号进行多径合 并处理。
42、 一种数据信号收发系统，其特征在于，包括数据信号发射机和数据信 号接收机；所述数据信号发射机，包括第一正交脉沖波形发生模块，用于产生正交脉沖波形； 正交频分复用调制模块，用于对待发送数据进行正交频分复用调制； 脉沖成形调制模块，用于利用所述第 一正交脉冲波形发生模块产生的正交脉冲波形对经所述正交频分复用调制模块调制后的数据进行脉冲成形调制，得到发射信号；发送模块，用于发送所述发射信号； 所述数据信号接收机，包括第二正交脉冲波形发生模块，用于产生正交脉冲波形； 接收模块，用于接收所述数据信号发射机发送的数据信号； 脉冲成形解调模块，用于利用所述第二正交脉冲波形发生模块产生的正交脉沖波形对所述接收模块接收到的数据进行脉冲成形解调；正交频分复用解调模块，用于对所述脉沖成形解调模块解调后的数据进行正交频分复用解调。
43、 如权利要求42所述的系统，其特征在于，所述数据信号发射机还包 括脉冲扩展成形调制模块，用于对所述脉冲成形调制模块调制后的数据进行脉冲扩展成形调制；所述数据信号接收机还包括脉沖扩展解调模块，用于对所述接收模块接收 到的数据进行脉沖扩展解调。
44、如权利要求43所述的系统，其特征在于，所述脉冲扩展成形调制模 块为Barker码脉冲扩展模块，用于利用Barker码和脉沖波形对所述脉冲成形 调制模块调制后的数据进行Barker码脉冲扩展调制；所述脉沖扩展解调模块为Barker码脉冲解扩才莫块，用于利用Barker码和 脉沖波形对所述接收模块接收到的数据进行Barker码脉沖扩展解调。
全文摘要
本发明公开了一种数据信号调制与解调方法及其收发机和收发系统。在数据信号调制过程中，产生正交脉冲波形；对待发送的数据进行正交频分复用调制；利用产生的所述正交脉冲波形对经所述正交频分复用调制后得到的数据进行脉冲成形调制，得到发射信号。数据信号解调过程为与数据信号调制过程相反的过程。本发明具有较高的频谱利用率和通信可靠性以及较低的误码率低，尤其可应用于电力线通信系统，从而提高系统资源利用率，消除用户间干扰，提高系统性能。
文档编号H04L27/26GK101388872SQ20071015446
公开日2009年3月18日 申请日期2007年9月10日 优先权日2007年9月10日
发明者吕英华, 张洪欣, 张金玲, 柳海波, 王登伟, 王野秋, 贺鹏飞 申请人:华为技术有限公司;北京邮电大学