适应于电力线通信过零点传输的ofdm帧设计的制作方法
【专利摘要】本发明专利公开一种适应于电力线通信过零点传输的OFDM帧设计，该设计利用电力线信道在交流过零点区域的干扰最小的特点，采用OFDM的方式在电力线上交流过零点区域进行数据的猝发通信。设计的一帧OFDM信号结构如摘要附图1所示：前导符号SYNCP-1、SYNCP-2和SYNCP-3都由经过精心设计的CAZAC序列组成，长度相同，均为1024点；循环前缀GI-1、GI-2和GI-3的结构相同，均为150点；帧控制头5用于传输控制信息；一帧中传输的实际数据分别为D1和D2。兼顾到目前国内的电力线载波窄带系统所安排的频段，中心频率为421kHz，信号带宽为56.641kHz，传输的速率达27.7kbit/s，子载波数为1024个，帧长为3.249ms，适合于各种场合的电力线通信应用。
【专利说明】适应于电力线通信过零点传输的OFDM帧设计
[0001]【技术领域】:电力线通信，智能电网，智能家居，宽带接入
[0002]本发明涉及在G3-PLC标准架构下，设计一种适合于电力线交流过零点传输的OFDM帧结构及参数的选择，仿真和实验证明，这种帧结构有利于利用电力线交流信号过零点区域干扰最小的特点，进行数据传输，从而提高了数据传输的可靠性，并且具有非常好的适应性。
【背景技术】:
[0003]电力线是一种最为普及、覆盖范围最为广阔的一种媒介，因此利用电力线进行通信具有迷人的前景，也具有天然的优势，吸引了众多的研究者关注。20世纪50年代后期至20世纪90年代早期，电力线通信开始应用在中压配电网络和低压配电网络上，其应用主要集中在远程自动抄表、配电自动化和设备管理等窄带通信领域。随着智能电网，智能小区的高速发展以及家庭宽带接入Internet需求的发展，电力线这种覆盖范围广，价格相对低廉的物理传输介质，再一次被重视，成为“高速公路最后100米”的一种候选接入方式，出现了在电力线上传输高速数据的高速PLC技术，其典型的方式是采用正交频分复用技术(OFDM)。正交频分复用技术可以有效地克服电力线信道的多径传输和频率选择性衰落特性影响，具有高效的频谱利用率，从而实现高速数据传输。
[0004]在高速电力线载波技术的研究方面欧洲走在前面，为适应新形势的需求，Homeplug联盟提出了 Hom印Iug系列标准，ITU提出了 G.hn标准，PRIME联盟提出了 PRME标准，ERDF法国电网输送公司提出了 G3标准等，并有多款基于OFDM的电力线载波芯片问世。国内虽然没有相应的基于OFDM电力线载波的标准，但相关的公司(如深圳力合微电子有限公司等)也已在借鉴国外标准的情况下，开发出基于OFDM技术的高速电力线载波芯片。
[0005]我们的发明是在研制基于G3标准的电力线载波基带处理芯片的过程中提出的。G3-PLC协议对OFDM帧有完整的设计，但是G3标准没有考虑电力线过零点传输的问题。由于电力线网络起初只是用来传输电能，不是专为通信设计的，所以它并不是一个理想的传输媒介。电力线信道是一个干扰严重，阻抗变化范围大，衰减量大及存在多径的时变信道。在这样的信道上传输数据，必须要采取一些抗干扰的技术，并且需要设计专门的OFDM帧结构。大量的试验表明，在电力线上，交流信号的过零点附近，干扰最小，因此利用过零点的时间区域进行通信，可大大提高数据传输的可靠性。对于我国所用的交流电，频率为50Hz，因而一个周期的时间为20ms，过零点区域占整个交流周期的1/6，约3.3ms。也就是说，若要利用过零点的时间间隙进行通信，在一个交流周期内，数据必须采用突发的方式进行传输。这样，原来的G3标准中的OFDM帧结构就不能应用于过零点传输，所以必须重新设计帧结构。新的帧结构既要体现完整OFDM帧的功能，又要使帧长度控制在3.3ms之内。
[0006]我们的发明是针对具体应用场景，经过反复试验和精心设计而提出的。
【发明内容】
:[0007]本发明组建OFDM帧的思想借鉴了 G3标准，一个OFDM帧由三部分组成:前导(Preamble)，帧控制头(FCH)和数据段(DATA)。
[0008]FFT/IFFT的点数取1024，即OFDM系统中有1024个子载波。
[0009]前导部分由三个相同的SYNCP组成，即说明书附图1中的1、2和3。每个SYNCP占一个OFDM符号，即1024个采样点。相邻的SYNCP信号之间没有插入循环前缀。前导序列采用恒包络零自相关序列(CAZAC)，整个前导序列要经过升余弦窗处理。前导信号用作AGC，帧检测，符号同步，信道估计，频偏估计等。
[0010]帧控制头(FCH)包含着用来解调数据帧的重要信息，以及通信过程中的相关控制信息，本设计中安排I个OFDM符号的FCH。如说明书附图1所示，FCH由4和5组成，其中，4为循环前缀，5为帧控制头。
[0011]数据域是要传输的实际数据，本设计中，一帧内有两个OFDM符号的数据，即说明书附图1中的6与7、8与9分别构成一个OFDM符号的数据，其中:6与8结构一样，均为循环前缀；7与9结构相同，为实际传输的数据。
[0012]相关参数:中心工作频率421kHz，带宽56.641kHz，采样频率为2MHz。
[0013]子载波间隔:Af= fs/NFFT = 2MHz + 1024 = 1.953kHz。
[0014]有效子载波数:
【权利要求】
1.适应于电力线通信过零点传输的OFDM帧设计，其主要特征在于: A、适应于电力线过零点传输要求的紧凑的帧结构； B、对应帧结构的各参数设计与选取,具体参数如表1所示； 表1OFDM帧的基本参数
2.一种实施权利要求:基于I所述的基本特征，设计的帧结构形式，表1的参数选择，CAZAC序列的设计。
【文档编号】H04L5/00GK103746786SQ201410011148
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】何世彪, 吴乐华, 王杰强, 吴红桥 申请人:中国人民解放军重庆通信学院