本发明涉及电力线载波通信技术领域及微功率无线通信技术领域，特别涉及一种基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统及方法。
背景技术：
电力线载波是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。但是低压电力网络的信道特性十分复杂，通信环境也相当恶劣。
电力无线通信是依靠无线信道实现的，通信的性能主要受到无线信道的制约，无线信道环境的好坏直接影响着通信质量的好坏。信号从发送机到接收机的过程中，受到地形或障碍物的影响，会发生反射、绕射、衍射等现象。若信号的带宽大于多径信道的相干带宽，此时的信道衰落称之为频率选择性衰落。其相对于有线通信具有，成本廉价、建设工程周期短、适应性好、扩展性好、易维护等特点。
由于电力线载波通信和电力无线通信信道的特点不同，在不同的环境下两种通信方式各有优缺点，信道通信质量也不同。电力线宽带载波通信基本不受建筑物结构和布局影响，线路距离较短时，有较好的通信稳定性和吞吐量，但线路较长时衰减大和吞吐量降低，在农村和城乡结合部应用时表现较为突出。微功率无线通信易受建筑物影响，但在开阔空间具有较好的稳定性和可靠性，在农村和城乡结合部比较适合应用。因此，在电力线与无线融合通信系统中，为了保证通信质量，需要根据环境的变化对两种信道进行切换，以达到在任何干扰复杂的环境下都能够有相适应的信道来完成高质量的通信。
在电力通信系统中，由于不同的业务对通信质量的需求不同，现有方案已基本达到极限，需要增加新的采集模式对现有模式的有效补充。随着坚强智能电网发展，现有通信模式已不能满足智能电网实时性、可靠性的需求，需要有一种新的结合载波和无线通信优点的双模通信模式对现有模式进行优化、提升，是现有通信模式的有效补充。但是，当两个通信节点之间同时存在两种或多种通信方式时，就需要对其进行分析、判断，从而选择出最优的传输路径。
现有的技术方案包括载波和无线各采用自己独立的物理层结构，在协议层或者应用层对两种通信信息进行融合处理，这种方法需要复杂的协议转换和速率适配，带来额外的软件开销，独立的物理层增加实现成本；另一方面，涉及对两种通信方式的通道切换等机制设计，当两个信道随时间变化较快时，不恰当的切换设计将带来接收漏包和成功率不高、容量下降等问题。另一种载波和无线物理层融合通信的方法在物理层基带信号处理时将载波和无线的频段分开，共用一套调制和解调信号处理电路，但是该方法调制和解调信号处理电路必须同时处理载波和无线两种信号，处理带宽增加一倍以上，复杂度较高。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统及方法，避免了由于需要切换信道带来的时间同步问题和容易漏包丢包的问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面提供了一种基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统，其包括：发送数字基带信号处理模块、数模转换模块、无线发送模拟前端、载波发送模拟前端、无线接收模拟前端、载波接收模拟前端、模数转换模块、接收通道选择模块、信噪比估计和比较模块以及接收数字基带信号处理模块。发送数字基带信号处理模块接收发送端mac层发送的数据帧，且用以将数据帧转换为数字域基带信号；数模转换模块接收发送数字基带信号处理模块发送的数字域基带信号，且用以将数字域基带信号转换为模拟域基带信号；无线发送模拟前端通过第一转换通道接收数模转换模块发送的模拟域基带信号，且用以将模拟域基带信号变频为模拟域无线基带信号并将信号放大；载波发送模拟前端通过第二转换通道接收数模转换模块发送的模拟域基带信号，且用以将模拟域基带信号变频为模拟域载波基带信号并进行功率放大；无线接收模拟前端通过无线信道接收无线发送模拟前端发送的模拟域无线基带信号，且用以将模拟域无线基带信号进行滤波和信号放大；载波接收模拟前端通过载波信道接收载波发送模拟前端发送的模拟域载波基带信号，且用以将模拟域载波基带信号进行滤波和信号放大；模数转换模块通过第三转换通道接收无线接收模拟前端发送的模拟域无线基带信号及通过第四转换通道接收载波接收模拟前端发送的模拟域载波基带信号，且模数转换模块用以将模拟域无线基带信号转换为数字域无线基带信号，并且用以将模拟域载波基带信号转换为数字域载波基带信号；接收通道选择模块通过第五转换通道及第六转换通道分别接收模数转换模块发送的数字域无线基带信号及数字域载波基带信号；信噪比估计和比较模块通过第七转换通道及第八转换通道分别与第五转换通道及第六转换通道通信连接，且信噪比估计和比较模块用以对数字域无线基带信号及数字域载波基带信号进行检测和信噪比评估，从而比较得到优选通道并通过第九转换通道向接收通道选择模块输出选择优选通道的指示，且接收通道选择模块依据接收到的选择优选通道的指示而选择优选通道进行数字信号输出；以及接收数字基带信号处理模块接收接收通道选择模块所输出的数字信号，且用以将数字信号进行接收基带处理并解调恢复出mac层发送的数据帧；其中，接收端mac层接收所述接收数字基带信号处理模块恢复出的所述数据帧。
优选地，上述技术方案中，发送数字基带信号处理模块将数据帧转换为数字域基带信号的方式为ofdm、或bpsk、或qpsk。
优选地，上述技术方案中，数字域基带信号包括前导信号及数据调制信号。
优选地，上述技术方案中，信噪比估计和比较模块是对数字域无线基带信号及数字域载波基带信号的前导信号进行检测和信噪比评估。
优选地，上述技术方案中，接收数字基带信号处理模块是通过数字信号中的数据调制信号解调恢复出mac层发送的数据帧的。
根据本发明的另一个方面提供了一种基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的方法，其应用于上述的系统，基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的方法包括：发送端mac层向发送数字基带信号处理模块发送数据帧，且发送数字基带信号处理模块将数据帧转换为数字域基带信号；数模转换模块接收发送数字基带信号处理模块发送的数字域基带信号，且数模转换模块将数字域基带信号转换为模拟域基带信号；无线发送模拟前端通过第一转换通道接收数模转换模块发送的模拟域基带信号，且无线发送模拟前端将模拟域基带信号变频为模拟域无线基带信号并将信号放大；载波发送模拟前端通过第二转换通道接收数模转换模块发送的模拟域基带信号，且载波发送模拟前端将模拟域基带信号变频为模拟域载波基带信号并进行功率放大；无线接收模拟前端通过无线信道接收无线发送模拟前端发送的模拟域无线基带信号，且无线接收模拟前端将模拟域无线基带信号进行滤波和信号放大；载波接收模拟前端通过载波信道接收载波发送模拟前端发送的模拟域载波基带信号，且载波接收模拟前端将模拟域载波基带信号进行滤波和信号放大；模数转换模块通过第三转换通道接收无线接收模拟前端发送的模拟域无线基带信号及通过第四转换通道接收载波接收模拟前端发送的模拟域载波基带信号，且模数转换模块将模拟域无线基带信号转换为数字域无线基带信号，并且将模拟域载波基带信号转换为数字域载波基带信号；接收通道选择模块通过第五转换通道及第六转换通道分别接收模数转换模块发送的数字域无线基带信号及数字域载波基带信号；信噪比估计和比较模块通过第七转换通道及第八转换通道分别与第五转换通道及第六转换通道通信连接，且信噪比估计和比较模块用以对数字域无线基带信号及数字域载波基带信号进行检测和信噪比评估，从而比较得到优选通道并通过第九转换通道向接收通道选择模块输出选择优选通道的指示，且接收通道选择模块依据接收到的选择优选通道的指示而选择所述优选通道进行数字信号输出；接收数字基带信号处理模块接收接收通道选择模块所输出的数字信号，且接收数字基带信号处理模块将数字信号进行接收基带处理并解调恢复出mac层发送的数据帧；以及接收端mac层接收接收数字基带信号处理模块恢复出的数据帧。
优选地，上述技术方案中，发送数字基带信号处理模块将数据帧转换为数字域基带信号的方式为ofdm、或bpsk、或qpsk。
优选地，上述技术方案中，数字域基带信号包括前导信号及数据调制信号。
优选地，上述技术方案中，信噪比估计和比较模块是对数字域无线基带信号及数字域载波基带信号的前导信号进行检测和信噪比评估。
优选地，上述技术方案中，接收数字基带信号处理模块是通过数字信号中的数据调制信号解调恢复出mac层发送的数据帧的。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统及方法，在物理层将载波和无线采用统一的信号制式，发送端载波和无线同时或分时发送，接收端两种通信信号进行同时检测，选取信噪比较高的一路进行解调和译码，借此避免了由于需要切换信道带来的时间同步问题和容易漏包丢包的问题，且可以简化接收数字信号处理的复杂度。
附图说明
图1是根据本发明的一种基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统的示意图。
主要附图标记说明：
1-发送数字基带信号处理模块，2-数模转换模块，3-无线发送模拟前端，4-载波发送模拟前端，5-无线接收模拟前端，6-载波接收模拟前端，7-模数转换模块，8-信噪比估计和比较模块，9-接收通道选择模块，10-接收数字基带信号处理模块，11-无线信道，12-载波信道，13-第一转换通道，14-第二转换通道，15-第三转换通道，16-第四转换通道，17-第五转换通道，18-第六转换通道，19-第七转换通道，20-第八转换通道，21-第九转换通道。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包括”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明一具体实施方式的一种基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统，其包括：发送数字基带信号处理模块1、数模转换模块2、无线发送模拟前端3、载波发送模拟前端4、无线接收模拟前端5、载波接收模拟前端6、模数转换模块7、接收通道选择模块9以及接收数字基带信号处理模块10。发送数字基带信号处理模块1接收发送端mac层发送的数据帧，且用以将数据帧转换为数字域基带信号；数模转换模块2接收发送数字基带信号处理模块1发送的数字域基带信号，且用以将数字域基带信号转换为模拟域基带信号；无线发送模拟前端3通过第一转换通道13接收数模转换模块2发送的模拟域基带信号，且用以将模拟域基带信号变频为模拟域无线基带信号并将信号放大；载波发送模拟前端4通过第二转换通道14接收数模转换模块2发送的模拟域基带信号，且用以将模拟域基带信号变频为模拟域载波基带信号并进行功率放大；无线接收模拟前端5通过无线信道11接收无线发送模拟前端3发送的模拟域无线基带信号，且用以将模拟域无线基带信号进行滤波和信号放大；载波接收模拟前端6通过载波信道12接收载波发送模拟前端4发送的模拟域载波基带信号，且用以将模拟域载波基带信号进行滤波和信号放大；模数转换模块7通过第三转换通道15接收无线接收模拟前端5发送的模拟域无线基带信号及通过第四转换通道16接收载波接收模拟前端6发送的模拟域载波基带信号，且模数转换模块7用以将模拟域无线基带信号转换为数字域无线基带信号，并且用以将模拟域载波基带信号转换为数字域载波基带信号；接收通道选择模块9通过第五转换通道17及第六转换通道18分别接收模数转换模块7发送的数字域无线基带信号及数字域载波基带信号，且接收通道选择模块9依据第五转换通道17及第六转换通道18的信噪比而选择一条优选转换通道进行数字信号输出；以及接收数字基带信号处理模块10接收接收通道选择模块9所输出的数字信号，且用以将数字信号进行接收基带处理并解调恢复出mac层发送的数据帧；其中，接收端mac层接收所述接收数字基带信号处理模块10恢复出的所述数据帧。
优选地，发送数字基带信号处理模块1将数据帧转换为数字域基带信号的方式为ofdm、或bpsk、或qpsk；数字域基带信号包括前导信号及数据调制信号。
优选地，基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统还包括信噪比估计和比较模块8，其通过第七转换通道19及第八转换通道20分别与第五转换通道17及第六转换通道18通信连接，且信噪比估计和比较模块8用以对数字域无线基带信号及数字域载波基带信号的前导信号进行检测和信噪比评估，从而比较得到优选转换通道并通过第九转换通道21向接收通道选择模块9输出选择优选通道的指示；其中，接收通道选择模块9是依据信噪比估计和比较模块8输出的选择优选通道的指示而选择优选通道并进行数字信号输出的；接收数字基带信号处理模块10是通过数字信号中的数据调制信号解调恢复出mac层发送的数据帧的。
根据本发明另一具体实施方式的一种基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的方法，其应用于上述的系统，基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的方法包括：发送端mac层向发送数字基带信号处理模块1发送数据帧，且发送数字基带信号处理模块1将数据帧转换为数字域基带信号；数模转换模块2接收发送数字基带信号处理模块1发送的数字域基带信号，且数模转换模块2将数字域基带信号转换为模拟域基带信号；无线发送模拟前端3通过第一转换通道13接收数模转换模块2发送的模拟域基带信号，且无线发送模拟前端3将模拟域基带信号变频为模拟域无线基带信号并将信号放大；载波发送模拟前端4通过第二转换通道14接收数模转换模块2发送的模拟域基带信号，且载波发送模拟前端4将模拟域基带信号变频为模拟域载波基带信号并进行功率放大；无线接收模拟前端5通过无线信道11接收无线发送模拟前端3发送的模拟域无线基带信号，且无线接收模拟前端5将模拟域无线基带信号进行滤波和信号放大；载波接收模拟前端6通过载波信道12接收载波发送模拟前端4发送的模拟域载波基带信号，且载波接收模拟前端6将模拟域载波基带信号进行滤波和信号放大；模数转换模块7通过第三转换通道15接收无线接收模拟前端5发送的模拟域无线基带信号及通过第四转换通道16接收载波接收模拟前端6发送的模拟域载波基带信号，且模数转换模块7将模拟域无线基带信号转换为数字域无线基带信号，并且将模拟域载波基带信号转换为数字域载波基带信号；接收通道选择模块9通过第五转换通道17及第六转换通道18分别接收模数转换模块7发送的数字域无线基带信号及数字域载波基带信号，且接收通道选择模块9依据第五转换通道17及第六转换通道18的信噪比而选择一条优选转换通道进行数字信号输出；接收数字基带信号处理模块10接收接收通道选择模块9所输出的数字信号，且接收数字基带信号处理模块10将数字信号进行接收基带处理并解调恢复出mac层发送的数据帧；以及接收端mac层接收接收数字基带信号处理模块10恢复出的数据帧。
优选地，发送数字基带信号处理模块1将数据帧转换为数字域基带信号的方式为ofdm、或bpsk、或qpsk；数字域基带信号包括前导信号及数据调制信号。
优选地，基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统还包括信噪比估计和比较模块8，其通过第七转换通道19及第八转换通道20分别与第五转换通道17及第六转换通道18通信连接，且信噪比估计和比较模块8用以对数字域无线基带信号及数字域载波基带信号的前导信号进行检测和信噪比评估，从而比较得到优选转换通道并通过第九转换通道21向接收通道选择模块9输出选择优选通道的指示；其中，接收通道选择模块9是依据信噪比估计和比较模块8输出的选择优选通道的指示而选择优选通道并进行数字信号输出的；接收数字基带信号处理模块10是通过数字信号中的数据调制信号解调恢复出mac层发送的数据帧的。
在实际应用中，发送端mac层发送数据帧送入发送数字基带信号处理模块1，经过编码调制后得到数字域基带信号，发送数字基带信号处理模块1输出与数模转换模块2的输入相连(数模转换模块2用以将数字域基带信号转换为模拟域基带信号并输出)，数模转换模块2的输出分成两路分别与无线发送模拟前端3、载波发送模拟前端4相连(即无线发送模拟前端3通过第一转换通道13与数模转换模块2相连、载波发送模拟前端4通过第二转换通道14与数模转换模块2相连)，无线发送模拟前端3将模拟域无线基带信号进行变频、放大、滤波等，最后通过天线向无线信道11辐射，载波发送模拟前端4将模拟域载波基带信号进行、放大、耦合等，最后通过载波信道12向电力线传播。无线接收模拟前端5的输入端通过无线信道11接收无线发送模拟前端3发送的模拟域无线基带信号，载波接收模拟前端6的输入端通过载波信道12接收载波发送模拟前端4发送的模拟域载波基带信号。无线接收模拟前端5输出端与模数转换模块7的第一输入通道通过第三转换通道15相连，载波接收模拟前端6输出端与模数转换模块7的第二输入通道通过第四转换通道16相连，无线接收模拟前端5通过天线接收无线信号(即通过无线信道11)，将信号下变频到基带信号频段，进行滤波和放大，便于模数转换模块7采样；载波接收模拟前端6从电力线耦合载波基带信号(即通过载波信道12)，进行滤波和放大，便于模数转换模块7采样；模数转换模块7的两路输出分别与信噪比估计和比较模块8、接收通道选择模块9相连(即通过第五转换通道17、第六转换通道18、第七转换通道19以及第八转换通道20)；信噪比估计和比较模块8的输出与接收通道选择模块9相连(即通过第九转换通道21)；信噪比估计和比较模块8对两路输入信号的前导信号进行检测和信噪比评估判断，输出选择通道的指示，接收通道选择模块9根据该选择通道的指示选择信噪比较优的优选通道进行输出，接收数字基带信号处理模块10将优选通道的数字信号进行接收基带处理，从调制信号中解调和恢复出数据帧，最后并将解调和恢复出的数据帧发送给接收端mac层。
信噪比估计和比较模块8对数字域无线基带信号和数字域载波基带信号的前导信号进行检测和信噪比评估，比较得到优选的通道；前导信号可以是一个已知的伪随机序列，或者其他的已知序列；信噪比估计和比较模块8利用该已知的序列和接收信号进行一定时间段的相关和积分运算得到该时间段有用信号功率，同一定时间段的噪声信号进行平方和积分运算得到该时间段的接收信号总功率；二者经过计算得到信噪比估计值，计算过程如下：
假设一定时间段为l，发送端发送的参考信号序列为{2k},其中k＝0,1,…l-1；接收端的接收的信号序列为{rn}；则n时刻的相关和积分运算得到信号功率sn
接收信号总功率的值pn可表示为：
信噪比估计值
前导信号进行检测和信噪比评估，实现过程为：设定信噪比估计值的判定门限为th，在硬件实现上，通过比较判决变量mn与阈值th来判断是否有调制信号到达；所述比较得到优选的通道，首先，将无线基带信号的信噪比估计值
总之，本发明的基于信噪比优选的载波和无线物理层融合的系统及方法，具有如下有点：
1.载波和微功率无线通信信号采用相同的制式，简化芯片数字信号处理部分实现的复杂度；
2.接收部分对模数转换模块之后的信号进行信噪比估计，利用了信号接收处理过程中原有的模块，无需额外增加功能模块；
3.对信噪比估计值进行比较和优选判断，选择较优的信号进行后续数字信号处理，与传统两路独立处理或者合并处理的方式相比，可以简化接收数字信号处理的复杂度；
4.接收端对两个通道同时进行检测，从而避免了由于需要切换信道带来的时间同步问题和容易漏包丢包的问题。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。