一种电力线OFDM调制方法及装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103414673 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103414673 A *CN103414673A* (21)申请号 201310309694.2 (22)申请日 2013.07.22 H04L 27/20(2006.01) H04L 27/34(2006.01) H04L 5/00(2006.01) H04B 3/54(2006.01) (71)申请人 深圳市力合微电子有限公司 地址 518052 广东省深圳市科技园南区清华 大学研究院 C527 (72)发明人 不公告发明人 (74)专利代理机构 深圳新创友知识产权代理有 限公司 44223。

2、 代理人 江耀纯 (54) 发明名称 一种电力线 OFDM 调制方法及装置 (57) 摘要 本发明公开了一种电力线 OFDM 调制方法及 装置。其方法包括如下步骤 ： 数据编码步骤， 对原 始比特数据进行编码 ； 时域交织步骤， 对编码后 的数据在时域上进行交织 ； 星座映射步骤， 将经 过交织后的比特数据映射成频域上的频域符号 ； 频域交织步骤， 对所述频域符号在频域上进行交 织 ； 逆离散傅里叶变换步骤， 将所述频域符号进 行逆离散傅里叶变换成OFDM时域信号。 本发明的 有益效果是 ： 在电磁干扰很强烈的电力环境下， 实现高质量高速率通信， 满足了中国电力环境以 及与中国电力环境类似的其。

3、他电力环境的通信要 求。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103414673 A CN 103414673 A *CN103414673A* 1/2 页 2 1. 一种电力线 OFDM 调制方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： 数据编码步骤， 对原始数据进行编码 ； 时域交织步骤， 对编码后的数据在时域上进行交织 ； 星座映射步骤， 将经过交织的比特数据映射成频域上的数据符号 ； 频域交织步骤， 对所述数据符号在频域上进行交织 。

4、； 逆离散傅里叶变换步骤， 将经过频域交织的数据符号进行逆离散傅里叶变换， 获得 OFDM 时域信号。 2. 如权利要求 1 所述的电力线 OFDM 调制方法， 其特征在于， 还包括 ： 符号复接步骤， 将 导频符号与经过交织的数据符号复接成频域符号 ； 所述逆离散傅里叶变换步骤中， 所述数 据符号为所述频域符号。 3.如权利要求1所述的电力线OFDM调制方法， 其特征在于， 还包括扰码步骤， 将经过星 座映射后的频域符号进行扰码后， 再进行所述逆离散傅里叶变换步骤。 4. 如权利要求 1 所述的电力线 OFDM 调制方法， 其特征在于 ： 所述时域交织采用如下算 法 ： 其中， 原来数据比特。

5、位置为 （i,j） ， 变换后的相应位置为 （I,J） ； m 为交织深度， n 为交 织宽度 ； 0 i m-1 ； 0 j n-1 ； m_i,m_j,n_i,n_j 为交织参数 ； GCD(m_i,m)=GCD(m_ j,m)=GCD(n_i,n)=GCD(n_j,n)=1 ； 其中， GCD 表示最大公约数。 5. 如权利要求 1 所述的电力线 OFDM 调制方法， 其特征在于 ： 所述频域交织步骤中所述 交织通过如下方式实现 ： 将所述频域符号按列写入频域交织器， 待所述频域交织器填满后， 按行依次读出所述频域符号。 6. 如权利要求 1 所述的电力线 OFDM 调制方法， 其特征在。

6、于 ： 所述星座映射步骤中， 采 用 BPSK、 QPSK 或 QAM 调制方式进行映射。 7. 一种电力线 OFDM 调制装置， 其特征在于， 包括 ： 数据编码装置， 用于对原始数据进行编码 ； 时域交织装置， 用于对编码后的数据在时域上进行交织 ； 星座映射装置， 用于将经过交织的比特数据映射成频域上的数据符号 ； 频域交织装置， 用于对所述数据符号在频域上进行交织 ； 逆离散傅里叶变换装置， 用于将经过交织的数据符号进行逆离散傅里叶变换， 获得 OFDM 时域信号。 8. 如权利要求 7 所述的电力线 OFDM 调制装置， 其特征在于 ： 还包括符号复接装置， 用 于将导频符号与经过交。

7、织的数据符号复接成频域符号 ； 所述逆离散傅里叶变换装置中， 所 述数据符号为所述频域符号。 9. 如权利要求 7 所述的电力线 OFDM 调制装置， 其特征在于 ： 还包括扰码装置， 用于将 经过星座映射后的频域符号进行扰码。 10. 如权利要求 7 所述的电力线 OFDM 调制装置， 其特征在于 ： 所述时域交织器采用如 权 利 要 求 书 CN 103414673 A 2 2/2 页 3 下算法实现 ： 其中， 原来数据比特位置为 （i,j） ， 变换后的相应位置为 （I,J） ； m 为交织深度， n 为交 织宽度 ； m_i,m_j,n_i,n_j 为交织参数 ； 0 i m-1 ；。

8、 0 j n-1 ； GCD(m_i,m)=GCD(m_ j,m)=GCD(n_i,n)=GCD(n_j,n)=1 ； 其中， GCD 表示最大公约数。 11. 如权利要求 7 所述的电力线 OFDM 调制装置， 其特征在于 ： 将所述频域符号按列写 入频域交织装置， 待所述频域交织装置填满后， 按行依次读出所述频域符号。 12. 如权利要求 7 所述的电力线 OFDM 调制装置， 其特征在于 ： 所述星座映射装置采用 BPSK、 QPSK 或 QAM 调制方式进行映射。 权 利 要 求 书 CN 103414673 A 3 1/4 页 4 一种电力线 OFDM 调制方法及装置 【技术领域】 。

9、0001 本发明属于电力线载波通信领域， 具体涉及一种电力线 OFDM 调制方法及装置。 【背景技术】 0002 电力线载波 （Power Line Carrier） 通信技术简称 PLC， 是指利用电力线作为信息 传输媒介进行数据传输的一种通信方式。它可以充分利用现有的配电网络基础设施， 无需 任何布线， 就能够为用户提供数据通信服务。 利用现有的电力线实现数据通信， 可极大的节 省通信网络的建设费用。随着国内智能电网和智能家居网络不断兴起， 电力线载波通信赢 来了有一个快速发展的时期。 0003 但影响和制约电力线载波通信发展的因素很多， 最主要的还是电力线上复杂的信 道。电力线载波信道环。

10、境的特点 ： 各种噪声， 各种杂波干扰 （某个频率， 无规律， 不可预测） ， 各种脉冲干扰 （无规律， 不可预测） ， 时变衰减 （无规律， 不可预测， 使得通信距离局限在 1000 米以内） ， 反射引起的多径 （最大延迟 3us） 。由此可见， 电力线载波信道具有时变性， 阻抗 变换大， 衰减较大 （尤其是电力负载为容性时， 对载波通信信号近似短路） ， 各种干扰噪声复 杂。 0004 目前国内应用较多的是窄带调制技术， 即采用一般的、 传统的载波调制技术将数 字信号的频谱调制到较高的载波频率上， 主要包括幅度键控 （ASK） ， 频率键控 （FSK） 和相位 键控 （PSK） 技术。但。

11、是这些传统的调制技术都存在如下缺点 ： 1） 抗干扰能力比较弱 ； 2） 窄 带调制技术的数据速率很低。因此目前的技术无法满足日益发展的电力线载波通信需求。 0005 正交频分复用 （Orthogonal Frequency Division Multiplexing,缩写为OFDM） 是 一种特殊的多载波信号调制方法， 该技术的显著优势是能够有效的对抗频率选择性衰落， 且与传统并行数据传输相比频谱利用率高。OFDM 已经成功应用在无线通信领域， 且取得了 良好的效果。例如数字音频广播 （DAB） 、 数字视频广播 （DVB） 、 无线本地局域网 （WLAN） 都应 用了 OFDM 技术。 0。

12、006 国外对电力线通信技术研究已经很久， 制定了一些标准 （例如Prime标准、 ERDF G3 标准） ， 将 OFDM 引入电力线通信， 该技术只有数据编码模块和逆离散傅里叶变换模块。 0007 然而， 经过一系列的实地测试表明， 将国外的技术或产品应用在中国电力线上， 效 果很差。经过对国内电力线信道环境的研究分析得知， 其存在如下特性 ： 1、 由于人口密集， 电力网密布， 电磁干扰比较强烈 ； 2、 中国应用的大多数电器的电磁辐射超标， 给电力网带来 的电磁干扰也很强烈。 【发明内容】 0008 为了适应电磁干扰比较强烈的电力环境， 本发明提供了一种电力线 OFDM 调制方 法及装。

13、置。 0009 一种电力线 OFDM 调制方法， 包括如下步骤 ： 0010 数据编码步骤， 对原始数据进行编码 ； 说 明 书 CN 103414673 A 4 2/4 页 5 0011 时域交织步骤， 对编码后的数据在时域上进行交织 ； 0012 星座映射步骤， 将经过交织的比特数据映射成频域上的数据符号 ； 0013 频域交织步骤， 对所述数据符号在频域上进行交织 ； 0014 逆离散傅里叶变换步骤， 将经过频域交织的数据符号进行逆离散傅里叶变换， 获 得 OFDM 时域信号。 0015 交织技术， 是一种时间 / 频率扩展技术， 它把信道错误的相关度减小， 在交织度足 够大时， 就把突。

14、发错误离散成随机错误， 为正确译码创造了更好的条件。从严格意义上说， 交织不是编码， 因为交织技术本身不产生冗余码元 ； 但是如果把编码器和交织器看成一个 整体， 则新构成的 “交织码” 具有了更好的纠错性能。其在无线通信等领域已经获得了较成 熟的应用。 而在本方案中， 由于同时采用了时域交织和频域交织， 因而能够在电磁干扰很强 烈的电力环境下， 实现高质量高速率通信， 满足了中国电力环境以及与中国电力环境类似 的其他电力环境的通信要求。 0016 优选地， 还包括 ： 符号复接步骤， 将导频符号与经过交织的数据符号复接成频域符 号 ； 所述逆离散傅里叶变换步骤中， 所述数据符号为所述频域符号。

15、。 0017 由于采用了导频符号， 更加适应电磁干扰强烈的电力环境， 使得通信质量更加良 好。 0018 优选地， 还包括扰码步骤， 将经过星座映射后的频域符号进行扰码后， 再进行所述 逆离散傅里叶变换步骤。 0019 优选地， 所述时域交织采用如下算法 ： 0020 0021 其中， 原来数据比特位置为 （i,j） ， 变换后的相应位置为 （I,J） ； m 为交织深度， n 为 交织宽度 ； 0 i m-1 ； 0 j n-1 ； m_i,m_j,n_i,n_j 为交织参数 ； GCD(m_i,m)=GCD(m_ j,m)=GCD(n_i,n)=GCD(n_j,n)=1 ； 其中， GCD。

16、 表示最大公约数。 0022 优选地， 所述频域交织步骤是， 将所述频域符号按列写入频域交织器， 待所述频域 交织器填满后， 按行依次读出所述频域符号。 0023 优选地， 所述星座映射步骤中， 采用 BPSK、 QPSK 或 QAM 调整方式进行映射。 0024 优选地， 所述逆离散傅里叶变换步骤采用快速离散傅里叶反变换 IDFT。 0025 为了实现上述目的， 本发明还提供了一种电力线 OFDM 调制装置， 包括 ： 0026 数据编码装置， 用于对原始数据进行编码 ； 0027 时域交织装置， 用于对编码后的数据在时域上进行交织 ； 0028 星座映射装置， 用于将进过交织的比特数据映射。

17、成频域上的数据符号 ； 0029 频域交织装置， 用于对所述数据符号在频域上进行交织 ； 0030 逆离散傅里叶变换装置， 用于将经过频域交织的数据符号进行逆离散傅里叶变 换， 获得 OFDM 时域信号。 0031 优选地， 还包括符号复接装置， 用于将导频符号与经过交织的数据符号复接成频 域符号 ； 所述逆离散傅里叶变换装置中， 所述数据符号为所述频域符号。 0032 优选地， 还包括扰码装置， 用于将经过星座映射后的频域符号进行扰码。 说 明 书 CN 103414673 A 5 3/4 页 6 0033 优选地， 所述时域交织器采用如下算法实现 ： 0034 0035 其中， 原来数据比。

18、特位置为 （i,j） ， 变换后的相应位置为 （I,J） ； m 为交织深度， n 为 交织宽度 ； 0 i m-1 ； 0 j n-1 ； m_i,m_j,n_i,n_j 为交织参数 ； GCD(m_i,m)=GCD(m_ j,m)=GCD(n_i,n)=GCD(n_j,n)=1 ； 其中， GCD 表示最大公约数。 0036 优选地， 将所述频域符号按列写入频域交织装置， 待所述频域交织装置填满后， 按 行依次读出所述频域符号。 0037 优选地， 所述星座映射装置采用 BPSK、 QPSK 或 QAM 调整方式进行映射。 0038 由于同时采用了时域交织和频域交织、 导频符号及扰码， 因。

19、而能够在电磁干扰很 强烈的电力环境下， 实现高质量高速率通信， 满足了中国电力环境以及与中国电力环境类 似的其他电力环境的通信要求。 【附图说明】 0039 图 1 为正交频分复用多载波调制的多载波频谱的示意图 ； 0040 图 2 是本发明的电力线 OFDM 调制方法的一种具体实施例的流程图 ； 0041 图 3 是本发明的电力线 OFDM 调制装置的一种具体实施例的结构图 ； 0042 图 4 是本发明的电力线 OFDM 调制装置的另一种具体实施例的结构图 ； 0043 图 5 为本发明的时域交织的一种具体实现方式 ； 0044 图 6 为本发明的星座映射的一种具体的 BPSK 星座映射实。

20、现方式 ； 0045 图 7 为本发明的频域交织的一种具体实现方式。 【具体实施方式】 0046 下面结合具体的实施例， 进一步阐述本说明。 应理解， 此实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本 发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。 0047 图 1 为正交频分复用多载波调制的多载波频谱的示意图， 图 2 是本发明的电力线 OFDM 调制方法的一种具体实施例的流程图包括如下步骤 ： 0048 数据编码步骤， 对原始数据进行编码 ； 0049 时域交织步骤， 对编码后的数据在时域上进行。

21、交织 ； 0050 星座映射步骤， 将经过交织的比特数据映射成频域上的数据符号 ； 0051 频域交织步骤， 对所述数据符号在频域上进行交织 ； 0052 逆离散傅里叶变换步骤， 将经过频域交织的数据符号进行逆离散傅里叶变换， 获 得 OFDM 时域信号。 0053 图 3 是本发明的电力线 OFDM 调制装置的一种具体实施例的结构图， 包括 ： 0054 数据编码装置， 用于对原始数据进行编码 ； 0055 时域交织装置， 用于对编码后的数据在时域上进行交织 ； 0056 星座映射装置， 用于将进过交织的比特数据映射成频域上的频域符号 ； 说 明 书 CN 103414673 A 6 4/4。

22、 页 7 0057 频域交织装置， 用于对所述频域符号在频域上进行交织 ； 0058 逆离散傅里叶变换装置， 用于将所述频域符号进行逆离散傅里叶变换成 OFDM 时 域信号。 0059 如图 4 所示， 电力线 OFDM 调制装置的另一种具体实施例的结构图， 包括依次连接 的 FEC 编码装置、 时域交织装置、 星座映射装置、 频域交织装置、 符号复接装置、 扰码装置 及逆离散傅里叶变换装置 （IDFT 装置） ， 与图 3 所示的具体实施例相比， 多了符号复接装置 和扰码装置， 编码装置采用 FEC 编码装置。其中 IDFT 装置可以用快速逆离散傅里叶变换 （IFFT） 装置实现。假定 OF。

23、DM 系统中包含 N=256 个子载波。其中我们使用 56 个载波传输 导频信息， 其他子载波传输数据。每个子载波都被一个复数符号调制， 按设计所述可使用 BPSK、 QPSK、 QAM 调制方式。 0060 假设 FEC 编码后的比特流为 x0,x1x199， 送入时域交织装置， 得到交织后的 比特流 x 0,x1x199。 0061 如图 5 所示， 假设时域交织器的交织深度 m=20， 交织宽度 n=10 ； 0062 由GCD(m_i,m)=GCD(m_j,m)=GCD(n_i,n)=GCD(n_j,n)=1可得交织参数m_i3,m_ j 7,n_i 3,n_j 7 0063 原来数据。

24、比特的位置 (i,j) 其中， i 为 0， 119 ； j 为 0， 19 ； 通过时域交织后其 对应的数据比特的位置 (I,J)， 其中 0064 0065 其中， 符号 * 表示乘法， % 表示取余。 0066 假设星座映射采用如图 6 所示的 BPSK 调制方式， 将比特 0 映射到第一象 限将 比 特 1 映 射 到 第 三 象 限时 域 交 织 后 的 比 特 流 x 0,x1x199 按照上述规则映射成数据符号流 Y0,Y1Y199。 0067 如图 7 所示， 频域交织器采用行列交织器， 其交织深度 m =10， 交织宽度 n =20 ； 将串行的数据符号按列依次将数据符号写入。

25、交织器， 填满交织器后， 然后按行依次读出， 得 到交织后的数据符号流 Y0,Y 1Y199。 0068 数据符号流 Y 0,Y1Y199 与 56 个导频信息经过符号复接装置复接 后， 形成OFDM频域信号， 经过扰码装置进行扰码后， 送入IDFT装置， 经过逆离散傅立叶变化 即得到调制后的 OFDM 时域信号 y0,y1y255， 其中 0069 0070 本发明提出的一种电力线 OFDM 的调制方法及装置， 经过理论分析、 计算机仿真、 FPGA 测试和芯片产品的实地环境的测试， 其抗干扰的性能远优于其他现有的技术， 能满足 载波通信的需求。 说 明 书 CN 103414673 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103414673 A 8 2/3 页 9 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103414673 A 9 3/3 页 10 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103414673 A 10 。