采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法
【专利摘要】本发明提出一种采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法及系统，该方法包括：NCI编码的电力线发射装置发送载波信号，包括：检测电力系统内可用子载波；通过串并转换器将来自电力系统内的数据流转换为并行的K个子数据流；通过NCI编码器分别将K个子数据流进行数字编码以得与K个子数据流对应的复数序列；通过IDFT模块根据NCI编码矩阵对复数序列进行编码，并将编码后的复数序列转换为时域抽样信号；通过GI插入模块根据时域抽样信号生成基带信号或载波信号；通过发送模块将基带信号或载波信号发送至采用NCI解码的电力线接收装置。该方法可实现在存在高功率密度的脉冲噪声的情况下低误码率的通信传输。
【专利说明】采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，特别涉及一种采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法及系统。
【背景技术】
[0002]电力线通信是一种利用已有的电力系统中的输电线路进行通信的技术，高压电力线通信早已应用于生产，而针对家用的电力线传输标准也已发布(如HomePlug)。该技术应用于建筑中，可以节约布线成本；应用于飞机上，还可以减少导线体积和重量。
[0003]电力线系统中，由于电路本身不是点对点的拓扑结构，再加上线路上的连接点和负载会产生反射，使得电力线信道具有多径特性，其信道模型类似于无线信道，因此，用于对抗无线通信的多径效应的正交频分复用(OFDM)技术也适用于电力线传输。然而电力系统不是专门为信号传输设计的系统，由于电力线主要传输功率信号，因此常常伴有对通信造成很强干扰的噪声，尤其是脉冲噪声，其功率密度高，不易建模与预测，因此不利于电力线中信号的传输。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005]为此，本发明的一个目的在于提出一种采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法，该方法可实现在存在高功率密度的脉冲噪声的情况下低误码率的通信传输。
[0006]本发明的另一目的在于提出一种采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输系统。
[0007]为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法，包括=NCI编码的电力线发射装置发送载波信号，具体包括以下步骤:检测电力系统内可用子载波；通过NCI编码的电力线发射装置的串并转换器将来自所述电力系统内的数据流转换为并行的K个子数据流，其中，K为正整数；通过NCI编码的电力线发射装置的NCI编码器根据所述可用子载波和所述电力系统的最大可用子载波生成NCI编码矩阵，并分别将所述K个子数据流进行数字编码以得与所述K个子数据流对应的复数序列；通过NCI编码的电力线发射装置的IDFT模块根据所述NCI编码矩阵对复数序列进行编码，并将编码后的所述复数序列转换为时域抽样信号；通过NCI编码的电力线发射装置的GI插入模块根据所述时域抽样信号生成基带信号或载波信号；通过NCI编码的电力线发射装置的发送模块将所述基带信号发送至采用NCI解码的电力线接收装置。
[0008]本发明实施例的方法，具有以下优点:采用非连续载波进行传输，在有其他用户占用某些频率时，通过抑制相邻的子载波，使得系统不在这些频率附近传输信号，达到不干扰其他用户，也不被其他用户干扰的效果；通过抑制与电力线中的周期性脉冲噪声所在频率相邻的子载波，减少周期性脉冲噪声对系统的干扰，优化了子载波分配，提高了通信传输质量；通过NCI编码，完成了对子载波的抑制，实现了非连续载波传输的功能；对信号进行NCI编码，与未编码的OFDM相比，降低了传输信号的峰均功率比，克服了 OFDM系统峰均功率比过大而难以实用的问题，信号传输的平均功率提高，信噪比增加，使得通信传输的质量得到了提高；设计了用于非连续子载波的同步帧头序列，使得帧头序列在传输时也不占用被抑制的子载波；波状的导频格式使得导频在时间方向上均匀分布，减少脉冲噪声对导频的干扰，提高了脉冲噪声影响下基于导频的信道估计精度，保证了通信质量。
[0009]另外，根据本发明上述实施例的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0010]在一些示例中，所述采用NCI解码的电力线接收装置接收所述基带信号或载波信号的步骤包括:通过采用NCI解码的电力线接收装置的接收模块接收所述来自所述发送模块发送的基带信号或载波信号，得到基带信号或直接得到基带信号；通过采用NCI解码的电力线接收装置的GI移除模块将接收到的所述基带信号或载波信号进行滤波解调以得到所述时域抽样信号；通过采用NCI解码的电力线接收装置的DFT模块将所述时域抽样信号进行解码以得到所述复数序列；通过采用NCI解码的电力线接收装置的NCI解码器根据所述复数序列得到所述K个子数据流；通过采用NCI解码的电力线接收装置的并串转换器将所述K个子数据流合并后得到所述完整的数据流。
[0011]在一些示例中，还包括:所述NCI编码的电力线发射装置将一组基带信号以多帧的形式发送至所述采用NCI解码的电力线接收装置时，根据基于伪随机序列的频域生成算法生成用于帧同步的时域序列。
[0012]在一些示例中，还包括:所述采用NCI解码的电力线接收装置通过估计所述接收机接收到的所述基带信号或载波信号得到导频区域的信道估计参数；根据二维插值方法计算信道估计参数以便所述接收机恢复所述数据流。
[0013]本发明第二方面的实施例提供了一种采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输系统，包括=NCI编码的电力线发射装置和采用NCI解码的电力线接收装置；所述NCI编码的电力线发射装置包括:串并转换器，用于将来自所述电力系统内的数据流转换为并行的K个子数据流，其中，K为正整数；NCI编码器，用于分别将所述K个子数据流进行数字编码以得与所述K个子数据流对应的复数序列；IDFT模块，用于根据预先生成的NCI编码矩阵对复数序列进行编码，以及将编码后的所述复数序列转换为时域抽样信号；GI插入模块，用于根据所述时域抽样信号生成基带信号或载波信号；发送模块，用于将所述基带信号或载波信号发送至采用NCI解码的电力线接收装置。
[0014]本发明实施例的系统，具有以下优点:采用非连续载波进行传输，在有其他用户占用某些频率时，通过抑制相邻的子载波，使得系统不在这些频率附近传输信号，达到不干扰其他用户，也不被其他用户干扰的效果；通过抑制与电力线中的周期性脉冲噪声所在频率相邻的子载波，减少周期性脉冲噪声对系统的干扰，优化了子载波分配，提高了通信传输质量；通过NCI编码，完成了对子载波的抑制，实现了非连续载波传输的功能；对信号进行NCI编码，与未编码的OFDM相比，降低了传输信号的峰均功率比，克服了 OFDM系统峰均功率比过大而难以实用的问题，信号传输的平均功率提高，信噪比增加，使得通信传输的质量得到了提高；设计了用于非连续子载波的同步帧头序列，使得帧头序列在传输时也不占用被抑制的子载波；波状的导频格式使得导频在时间方向上均匀分布，减少脉冲噪声对导频的干扰，提高了脉冲噪声影响下基于导频的信道估计精度，保证了通信质量。
[0015]另外，根据本发明上述实施例的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0016]在一些示例中，所述采用NCI解码的电力线接收装置包括:接收模块，用于接收来自所述发送模块发送的基带信号或载波信号；GI移除模块，用于对所述基带信号或载波信号进行滤波解调后得到所述时域抽样信号；DFT模块，用于对所述时域抽样信号进行解码以得到所述复数序列；NCI解码器，用于根据所述复数序列得到所述K个子数据流；并串转换器，用于根据所述K个子数据流合并后得到所述完整的数据流。
[0017]在一些示例中，所述NCI编码的电力线发射装置将一组基带信号或载波信号以多帧的形式发送至所述采用NCI解码的电力线接收装置时，所述NCI编码的电力线发射装置根据基于伪随机序列的频域生成算法生成用于帧同步的时域序列。
[0018]在一些示例中，所述NCI编码的电力线发射装置通过估计所述接收机接收到的所述基带信号或载波信号得到导频区域的信道估计参数，并根据二维插值方法计算信道估计参数以便所述接收机恢复所述数据流。
[0019]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0021]图1是根据本发明一个实施例的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法的流程图；
[0022]图2是根据本发明一个基本区域内的导频分布的示意图；
[0023]图3为NC1-OFDM系统的峰均功率比变化图；
[0024]图4为NC1-OFDM系统的峰均功率比统计分布图；
[0025]图5为非编码的非连续子载波OFDM系统的峰均功率比变化图；
[0026]图6为非编码的非连续子载波OFDM系统的峰均功率比统计分布图；
[0027]图7为使用包括本发明在内的不同传输方式得到的比特误码率曲线；以及
[0028]图8是根据本发明一个实施例的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输系统的示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0030]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0031]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0032]以下结合附图描述根据本发明实施例的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法及系统。
[0033]图1是根据本发明一个实施例的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法的流程图。如图1所示，根据本发明一个实施例的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法，包括如下步骤:
[0034]NCI编码的电力线发射装置发送载波信号，具体包括以下步骤:
[0035]步骤SlOl:检测电力系统内可用子载波。
[0036]步骤S102:通过NCI编码的电力线发射装置的串并转换器将来自电力系统内的数据流转换为并行的K个子数据流，其中，K为正整数。
[0037]步骤S103:通过NCI编码的电力线发射装置的NCI编码器根据可用子载波和电力系统的最大可用子载波生成NCI编码矩阵，并分别将K个子数据流进行数字编码以得与K个子数据流对应的复数序列。
[0038]步骤S104:通过NCI编码的电力线发射装置的IDFT模块根据NCI编码矩阵对复数序列进行编码，并将编码后的复数序列转换为时域抽样信号。
[0039]步骤S105:通过NCI编码的电力线发射装置的GI插入模块根据时域抽样信号生成基带信号或载波信号。
[0040]步骤S106:通过NCI编码的电力线发射装置的发送模块将基带信号或载波信号发送至采用NCI解码的电力线接收装置。
[0041]进一步地，采用NCI解码的电力线接收装置接收基带信号或载波信号的步骤包括:
[0042]步骤S107:通过采用NCI解码的电力线接收装置的接收模块接收来自发送模块发送的基带信号或载波信号，得到基带信号或直接得到基带信号。
[0043]步骤S108:通过采用NCI解码的电力线接收装置的GI移除模块将接收到的基带信号或载波信号进行滤波解调以得到时域抽样信号。
[0044]步骤S109:通过采用NCI解码的电力线接收装置的DFT模块将时域抽样信号进行解码以得到复数序列。在一个具体示例中，例如可根据离散傅里叶变换方法对上述时域抽样信号进行解码。
[0045]步骤SllO:通过采用NCI解码的电力线接收装置的NCI解码器根据复数序列得到K个子数据流。
[0046]步骤Slll:通过采用NCI解码的电力线接收装置的并串转换器将K个子数据流合并后得到所述完整的数据流。
[0047]在本发明的一个实施例中，该方法还包括:[0048]UNCI编码的电力线发射装置将一组基带信号以多帧的形式发送至采用NCI解码的电力线接收装置时，根据基于伪随机序列的频域生成算法生成用于帧同步的时域序列。
[0049]2、通过估计接收机接收到的基带信号得到导频区域的信道估计参数。
[0050]3、计算信道估计参数以便接收机恢复数据流。进一步而言，可根据二维插值方法计算信道估计参数以便接收机恢复所述数据流。
[0051]具体而言:为抵抗电力系统内的周期性脉冲噪声，本发明的方法采用了非连续的子载波进行传输，以避开受干扰较大的子载波。同时为降低系统发射信号时的峰均功率比，采用了 NCI编码，以降低OFDM (即:基带信号或载波信号)的误码率。
[0052]例如:首先可通过外围设备检测电力系统内的可用子载波。电力系统设计的最大可用子载波数为N，检测到的可用子载波数为K。然后生成指示可用子载波的指示向量，其长度为N:
[0053]P= (p0, pi, L, pN-l)T,
[0054]其中Pn(n=0，I,…，Ν-1)表示编号为i的子载波的可用状态:pn=l表示子载波i处于被激活的状态，可以用于信号传输；Pn=o表示子载波处于被抑制的状态，不可以用于信号传输。每个子载波只能处于这两状态中的一个，故Pn只能等于O或I。可用子载波数K通过下式计算:
【权利要求】
1.一种采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法，其特征在于，包括: NCI编码的电力线发射装置发送载波信号，具体包括以下步骤: 检测电力系统内可用子载波； 通过NCI编码的电力线发射装置的串并转换器将来自所述电力系统内的数据流转换为并行的K个子数据流，其中，K为正整数； 通过NCI编码的电力线发射装置的NCI编码器根据所述可用子载波和所述电力系统的最大可用子载波生成NCI编码矩阵，并分别将所述K个子数据流进行数字编码以得与所述K个子数据流对应的复数序列； 通过NCI编码的电力线发射装置的IDFT模块根据所述NCI编码矩阵对复数序列进行编码，并将编码后的所述复数序列转换为时域抽样信号； 通过NCI编码的电力线发射装置的GI插入模块根据所述时域抽样信号生成基带信号或载波信号； 通过NCI编码的电力线发射装置的发送模块将所述基带信号或载波信号调制到载波上或直接发送至采用NCI解码的电力线接收装置。
2.根据权利要求1所述的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法，其特征在于，所述采用NCI解码的电力线接收装置接收所述基带信号或载波信号的步骤包括: 通过采用NCI解码的电力线接收装置的接收模块接收所述来自所述发送模块发送的基带信号或载波信号，得到基带信号或直接得到基带信号； 通过采用NCI解码的电力线接收装置的GI移除模块将接收到的所述基带信号或载波信号进行滤波解调以得到所述时域抽样信号； 通过采用NCI解码的电力线接收装置的DFT模块将所述时域抽样信号进行解码以得到所述复数序列； 通过采用NCI解码的电力线接收装置的NCI解码器根据所述复数序列得到所述K个子数据流； 通过采用NCI解码的电力线接收装置的并串转换器将所述K个子数据流合并后得到所述完整的数据流。
3.根据权利要求1所述的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法，其特征在于，还包括: 所述NCI编码的电力线发射装置将一组基带信号以多帧的形式发送至所述采用NCI解码的电力线接收装置时，根据基于伪随机序列的频域生成算法生成用于帧同步的时域序列。
4.根据权利要求1所述的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输方法，其特征在于，还包括: 所述采用NCI解码的电力线接收装置通过估计所述接收机接收到的所述基带信号或载波信号得到导频区域的信道估计参数； 根据二维插值方法计算信道估计参数以便所述接收机恢复所述数据流。
5.一种采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输系统，其特征在于，包括:NCI编码的电力线发射装置和采用NCI解码的电力线接收装置； 所述NCI编码的电力线发射装置包括: 串并转换器，用于将来自所述电力系统内的数据流转换为并行的K个子数据流，其中，K为正整数； NCI编码器，用于分别将所述K个子数据流进行数字编码以得与所述K个子数据流对应的复数序列； IDFT模块，用于根据预先生成的NCI编码矩阵对复数序列进行编码，以及将编码后的所述复数序列转换为时域抽样信号； GI插入模块，用于根据所述时域抽样信号生成基带信号或载波信号； 发送模块，用于将所述基带信号或载波信号发送至采用NCI解码的电力线接收装置。
6.根据权利要求5所述的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输系统，其特征在于，所述采用NCI解码的电力线接收装置包括: 接收模块，用于接收来自所述发送模块发送的基带信号或载波信号； GI移除模块，用于对所述基带信号或载波信号进行滤波解调后得到所述时域抽样信号; DFT模块，用于对所述时域抽样信号进行解码以得到所述复数序列； NCI解码器，用于根据所述复数序列得到所述K个子数据流； 并串转换器，用于根据所述K个子数据流合并后得到所述完整的数据流。
7.根据权利要求5所述的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输系统，其特征在于，所述NCI编码的电力线发射装置将一组基带信号或载波信号以多帧的形式发送至所述采用NCI解码的电力线接收装置时，所述NCI编码的电力线发射装置根据基于伪随机序列的频域生成算法生成用于帧同步的时域序列。
8.根据权利要求5所述的采用非连续载波干涉正交频分复用的电力线通信传输系统，其特征在于，所述NCI编码的电力线发射装置通过估计所述接收机接收到的所述基带信号或载波信号得到导频区域的信道估计参数，并根据二维插值方法计算信道估计参数以便所述接收机恢复所述数据流。
【文档编号】H04B3/54GK103685125SQ201310676805
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】张超, 张亚欣 申请人:清华大学