專利名稱：一種低壓電力線高速傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及低壓電カ線寬帶通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是ー種應(yīng)用于電カ線載波通信系統(tǒng)中的基于THP預(yù)編碼的單載波4QAM的低壓電カ線高速傳輸方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們已經(jīng)不滿足于單純的少量低速率數(shù)據(jù)的獲取，而是現(xiàn)在對語音、圖像以及視頻信息的高速獲取。目前，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，上網(wǎng)人數(shù)也在飛速上漲，寬帶主干網(wǎng)絡(luò)的部署工作已經(jīng)基本完成，但是從用戶接入到主干網(wǎng)絡(luò)仍面臨一定的困難。目前常用接入方式是采用電話線接入的XDSL方式，需要重新布線、費用以及成本偏高，因此采用何種接入技術(shù)將用戶端接入最近的主干網(wǎng)絡(luò)，是網(wǎng)絡(luò)運營商不斷關(guān)注的問題，該問題即業(yè)內(nèi)人士稱為解決寬帶接入的“最后一公里”問題。與其他接入方式相比，電カ線接入技術(shù)具有更大的優(yōu)勢。電カ線通信具有以下優(yōu) 點(I)投資少，降低了網(wǎng)絡(luò)普及成本。如果電カ公司和網(wǎng)絡(luò)運行商合作，直接采用電カ線作為傳輸媒介，則無需在購買其他通信媒介。同時電カ線是我們現(xiàn)在每個家庭都有的配電網(wǎng)絡(luò)，因此也省去了布線所需的花費。(2)接入更加方便。在家里的任何地方，只要有接入配電網(wǎng)絡(luò)的插ロ，只需要ー個電カ調(diào)制解調(diào)器即可實現(xiàn)上網(wǎng)，而不需要其他特殊的網(wǎng)絡(luò)接ロ。(3)構(gòu)建小型局域網(wǎng)更加方便。在智能化家居不斷普及的今天，我們可以采用電カ線網(wǎng)絡(luò)，將家用電器通過電カ線和控制設(shè)備連接，通過電カ線傳遞控制信息，從而實現(xiàn)了家用電器的遠程控制，并且相比于其他連接技術(shù)而言無需布線和其他設(shè)備，簡化了安裝過程。(4)建設(shè)速度快。只需完成中心寬帶接入點接入到主干網(wǎng)絡(luò)即可，而不需要重新對整個樓層、小區(qū)等重新布線，省去布線設(shè)計的麻煩。完成一個小區(qū)的工作量僅僅相當(dāng)于其他接入方式的小部分工作量，節(jié)省了大量時間成本。從上面的低壓電カ線通信的優(yōu)點可以看出低壓電カ線作為傳輸媒介而言，具有其他傳輸介質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢。但由于低壓電カ線是ー種非均勻分布的傳輸線，并且最初的設(shè)計是用來傳輸電能，不同于傳統(tǒng)的通信傳輸介質(zhì)如雙絞線、同軸電纜和光纖。我國的低壓電カ線傳輸網(wǎng)絡(luò)的信道復(fù)雜，通信環(huán)境也相當(dāng)惡劣，具有時變、多徑效應(yīng)、選擇性衰落的特點。因此，需找ー種適合我國電カ線信道的通信方式，必將大大拓展我國電カ線通信行業(yè)的應(yīng)用空間，且對寬帶接入的技術(shù)發(fā)展和智能家居的實現(xiàn)有一定的理論意義和實力的應(yīng)用價值。為了克服低壓電カ線上傳送數(shù)據(jù)的困難，人們將先進的數(shù)字信號處理技術(shù)引入PLC中，針對低壓電カ線信道上的各種干擾和噪聲，國內(nèi)外專家學(xué)者進行了大量的研究，提出了很多抗低壓電カ線信道不穩(wěn)定特性的方法。目前在低壓電カ線通信信道上常使用的調(diào)制解調(diào)技術(shù)有以下四種單載波技術(shù)、擴頻技術(shù)、正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)、多載波碼分復(fù)用(MC-CDMA)技術(shù)。其中，單載波傳輸體制是ー種十分成熟的傳輸體制，已經(jīng)應(yīng)用于速度要求不高的中壓電カ線通信中，它具有設(shè)備簡單、成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點，但是也存在碼間干擾嚴重、抗干擾性能差等缺點。因此必須采用合適的抗干擾技術(shù)(比如均衡和編碼技木)來提高整體的抗干擾性能。擴頻通信即擴展頻譜的通信方式，擴頻通信系統(tǒng)也就是指傳輸信息信號的頻譜利用某個待定的擴頻函數(shù)(與傳輸?shù)男畔⑿盘枱o關(guān))擴展頻譜后成為寬頻帶信號，然后送到信道中傳輸；在接收端再利用相應(yīng)的技術(shù)或者手段在將擴展了的頻譜進行壓縮，恢復(fù)出原來待傳輸信息信號的帶寬，從而達到傳輸信息目的通信系統(tǒng)。擴頻的基本原理就是將傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)由偽隨機碼序列(PN碼)進行擴展頻譜送入信道中進行傳輸；接收端再利用相同的偽隨機碼進行解擴，恢復(fù)出原來的信息數(shù)據(jù)。擴頻通信系統(tǒng)按照通信系統(tǒng)擴頻方式的不同可分為直接序列擴頻系統(tǒng)、頻率跳變擴頻系統(tǒng)、時間跳變系統(tǒng)和線性調(diào)頻系統(tǒng)以及由上面集中混合組成的混合擴頻通信系統(tǒng)。在低壓電カ線通信系統(tǒng)中采用的方式時直接序列擴頻方式(DS-SS)。擴頻通信是采用偽隨機碼進行調(diào)制，并且利用偽隨機碼的相關(guān)性進行解調(diào)，基于上述特點，使擴頻通信具有抗干擾能力強、在很大程度上克服電カ線信道造成的衰減，從而提高通信系統(tǒng)的傳輸性能。OFDM 技術(shù)即正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術(shù)一種多載波調(diào)制技術(shù)(Multi-Carrier Modulation, MCM)技術(shù)的一種。多載波傳輸就是把串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為并行傳輸?shù)娜舾蓚€比特流，這樣每個子數(shù)據(jù)流具有很低的速率，然后再用每個子載波去調(diào)制每個傳出速率很低的數(shù)據(jù)流，從而構(gòu)成了多個低速率信號發(fā)射的傳輸系統(tǒng)。OFDM是ー種特殊的MCM技術(shù)，他的基本原理就是講ー個帶寬為W的頻率性選擇衰落信道劃分為大量的帶寬相同的子信道，由于每個子信道帶寬很窄，因此子信道上的頻率響應(yīng)特性可近似為理想情況，然后給每個子信道分配相互正交的子載波，用于并行的數(shù)據(jù)傳輸。子信道上分別調(diào)制數(shù)據(jù)，所有子信道的調(diào)制信號相加后形成OFDM信號發(fā)送到信道中。由于它是將數(shù)據(jù)并行傳輸，所以每個符號的周期増大，如果該周期遠大于多徑信道的時延，并且OFDM在發(fā)送中插入循環(huán)前綴(CP)，則OFDM技術(shù)可以有效抑制碼間干擾的影響。并且OFDM系統(tǒng)中，各個子載波相互正交，頻譜相互重疊，從而提高了頻譜利用率。唯一的不足是OFDM接收機比較復(fù)雜，成本比較高。事實上，目前已在低壓電カ線調(diào)制解調(diào)芯片中實際應(yīng)用的方案是OFDM方案，它具有頻帶利用率高、抗干擾能力強等特點，但是其發(fā)射和接收需要IFFT/FFT變換，因此設(shè)備相對復(fù)雜，給應(yīng)用帶來限制。多載波碼分復(fù)用(MC-CDMA)技術(shù)，由前面的兩種技術(shù)的介紹可知，OFDM技術(shù)可以很好的抵抗多徑干脈沖干擾，并且具有很高的頻帶利用率，而CDMA技術(shù)有著顯著的抗窄帶干擾的能力，并且在保證一定通信質(zhì)量的前提之下，對信號的發(fā)生功率要求降低。從中可以看出OFDM和CDMA技術(shù)的優(yōu)缺點正好互補，如果我們能找到ー種方法將兩種方式OFDM和CDMA相結(jié)合，利用他們共同的優(yōu)勢，就可以得到更好的性能。多載波碼分復(fù)用(MC-CDMA)技術(shù)就是把兩種方法相結(jié)合的技木。該技術(shù)雖然有比較好的性能，但是要經(jīng)過二次解調(diào)，依然存在復(fù)雜度高、成本高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，提出一種能夠很好的抑制由多徑效應(yīng)帶來的碼間干擾，并且相對于OFDM調(diào)制方式，在能夠保障較低誤碼率的情況下，有效降低系統(tǒng)復(fù)雜度的低壓電カ線高速傳輸方法及系統(tǒng)。、
本發(fā)明可以通過以下措施達到
一種低壓電カ線高速傳輸方法，其特征在于發(fā)送端的信號先經(jīng)4QAM調(diào)制，再經(jīng)THP預(yù)編碼，然后進行載波調(diào)制后進入低壓電カ線信道，接收端接收到數(shù)據(jù)后先進行載波解調(diào)，再經(jīng)抽樣器抽樣后又經(jīng)自適應(yīng)均衡器進行二次均衡后，經(jīng)4QAM解調(diào)器解調(diào)獲得數(shù)據(jù)。本發(fā)明中所述低壓電カ線高速傳輸方法具體地說是指ニ進制信息依次經(jīng)過信道編碼、交織編碼后，向接收端發(fā)送參考序列，同時對另一路編碼后的序列進行串并轉(zhuǎn)換，完成進制映射、合成復(fù)數(shù)后，再所得的數(shù)據(jù)進行THP預(yù)編碼，經(jīng)THP預(yù)編碼后的序列經(jīng)載波調(diào)制進入低壓電カ線信道。 `一種低壓電カ線高速傳輸系統(tǒng)，由發(fā)射機和接收機組成，其特征在于發(fā)射機由4QAM調(diào)制器、預(yù)編碼濾波器、載波調(diào)制器組成，接收機由載波解調(diào)器、自適應(yīng)均衡器、4QAM解調(diào)器組成。本發(fā)明中發(fā)射機中的預(yù)編碼濾波器為ー個信道的逆濾波器，采用反饋濾波器結(jié)構(gòu)，通過延時抽頭系數(shù)的形式來實現(xiàn)，所述的THP預(yù)編碼濾波器采用自適應(yīng)信道估計原理獲得，具體為將訓(xùn)練序列同時輸入到未知信道和自適應(yīng)濾波器的輸入端，并且假設(shè)輸入是沒有噪聲的，同時，系統(tǒng)必須是線性時不變系統(tǒng)，即該信道的脈沖響應(yīng)為常數(shù)，且為有限的長度(FIR)，設(shè)長度為L，接收端肯定會受到附加噪聲Nfc)的影響，假設(shè)噪聲和輸入信號是不相關(guān)的，因此系統(tǒng)的輸出也就是期望的響應(yīng)值為
I
4 )=>< ) = > -憊)+*v( )(7)
I O
可以設(shè)定自適應(yīng)濾波器的階數(shù)是L，和未知系統(tǒng)的有限脈沖響應(yīng)的長度是相等的，則自適應(yīng)濾波器的輸出為
Z-I
r(/;)ニ > n(/卜/
k-0
(8)
為了讓自適應(yīng)濾波器能夠更好的辨識該未知信道，即兩者相似或者相等，這樣就必須使通過未知信道的輸出也就是期望響應(yīng)ゴ(/ )和通過自適應(yīng)濾波器的輸出ァfc)的估計值的最小，從而使的自適應(yīng)濾波器的系數(shù)和未知信道的脈沖響應(yīng)近似相等。因此，我們要采用合適的自適應(yīng)算法來不斷的調(diào)制自適應(yīng)濾波器的權(quán)值從而使誤差e (Ji)趨于0，最終完成對未知信道的辨識R ん。本發(fā)明可以采用自適應(yīng)算法來完成對未知系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的信道估計，從而在信號處理中，為后面作進ー步的處理提供信道的參數(shù)。本發(fā)明中自適應(yīng)均衡器均衡器就是在接收端對信道進行補償、從而減少碼間干擾的濾波器，由于信道具有時變性，所以通常采用自適應(yīng)均衡器來跟蹤信道的變化，消除碼間干擾，提高系統(tǒng)性能。下文只討論橫向線性自適應(yīng)均衡器。自適應(yīng)均衡分為兩種模式，ー種是訓(xùn)練模式，ー種是跟蹤模式，目前常用的是采用幀傳輸方式，就是幀頭部分是訓(xùn)練序列，自適應(yīng)濾波器工作在訓(xùn)練模式，訓(xùn)練完成后，自適應(yīng)均衡器系數(shù)基本確定，后面是數(shù)據(jù)傳輸部分，直接根據(jù)抽樣判決的結(jié)果進行均衡即可，因為我們實際應(yīng)用中信道是時變的，所以采用幀傳輸模式。(I)訓(xùn)練模式，發(fā)送端發(fā)送一系列訓(xùn)練序列，接收端對這些訓(xùn)練序列已知，接收機根據(jù)接收到的序列和訓(xùn)練序列采用自適應(yīng)算法來確定濾波器參數(shù)，是均衡器能夠完成對信道的補償作用，從而盡最大減少碼間干擾；(2)跟蹤模式，在這種模式下，發(fā)送端向接收端發(fā)送用戶數(shù)據(jù)，接收端的自適應(yīng)濾波器已經(jīng)基本完成了對信道的補償，不再需要訓(xùn)練序列，只需根據(jù)判決后的序列來進行自適應(yīng)即可。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用兩種均衡方式相結(jié)合，在取得相似性能的情況下降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，從而降低了系統(tǒng)的成本，如果實際應(yīng)用的話必將大大擴展我國低壓電カ線通信行業(yè)的應(yīng)用空間，相信在不久的將來，低壓電カ線的應(yīng)用將會十分普及。


附圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。附圖2是普通脈沖幅度調(diào)制框圖。采用OFDM技術(shù)的現(xiàn)有低壓電カ線傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。附圖3是THP預(yù)編碼簡化圖。附圖4是本發(fā)明中TH預(yù)編碼實現(xiàn)框圖。附圖5是THP預(yù)編碼系統(tǒng)的框圖。附圖6是自適應(yīng)系統(tǒng)辨識原理框圖。附圖7是自適應(yīng)橫向均衡器原理框圖。附圖8是兩系統(tǒng)在噪聲情況下性能對比圖。附圖9是兩系統(tǒng)在背景噪聲無脈沖噪聲的情況下性能對比圖。
具體實施例方式 下面結(jié)合具體實施對本發(fā)明作進ー步的說明。本發(fā)明提出了一種低壓電カ線高速傳輸方法及系統(tǒng)，其中發(fā)射端設(shè)有采用反饋濾波器結(jié)構(gòu)的THP預(yù)編碼濾波器，在接收端設(shè)有相對應(yīng)的自適應(yīng)均衡器，其中，預(yù)編碼濾波器的系數(shù)確定采用自適應(yīng)系統(tǒng)辨識來實現(xiàn)，在發(fā)送端加入預(yù)編碼，相當(dāng)于在發(fā)送端進行預(yù)均衡，由于系統(tǒng)辨識與原系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)存在一定誤差，所以在接收端在采用自適應(yīng)均衡器對系統(tǒng)進行二次均衡，從而進一歩再次抑制碼間干擾，從而二次増加系統(tǒng)的誤碼性能。其中預(yù)編碼的基本原理就是在前端加入信道均衡技術(shù)，它的實現(xiàn)方法不同于以前的均衡技術(shù)，如附圖2所示，以前的均衡器基本上都是采用FIR前饋橫向均衡器，而THP預(yù)編碼則采用反饋濾波器結(jié)構(gòu)，下面是通過簡單的例子說明THP預(yù)編碼的原理。附圖2給出的是ー個典型的普通脈沖幅度調(diào)制系統(tǒng)，并且在信道中存在碼間干擾和高斯白噪聲，信息符號{aj代表數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的多值離散信號或者模擬傳輸中的連續(xù)信號，符號h是指抽樣間隔為T的情況下要傳送的脈沖幅度調(diào)制信號的幅度。并且設(shè)信道的沖激響應(yīng)為r (t)，其頻域相應(yīng)為R (f)。假設(shè)接收機和發(fā)射機已經(jīng)同步的情況下，并且每個信號都可以由他的抽樣值唯一確定，則信道脈沖響應(yīng)Φ的抽樣值分別為!> r1；……，Iv1……
rK (KデO)代表干擾，r0代表第一個抽樣點的值。
假設(shè)現(xiàn)在干擾僅僅限制為前K-I抽樣值，不是一般性，我們將信道的脈沖相應(yīng)的抽樣值進行歸一化，即^=I，則信道的輸出為
權(quán)利要求
1.一種低壓電カ線高速傳輸方法，其特征在于發(fā)送端的信號先經(jīng)4QAM調(diào)制，再經(jīng)THP預(yù)編碼，然后進行載波調(diào)制后進入低壓電カ線信道，接收端接收到數(shù)據(jù)后先進行載波解調(diào)，再經(jīng)抽樣器抽樣后又經(jīng)自適應(yīng)均衡器進行二次均衡后，經(jīng)4QAM解調(diào)器解調(diào)獲得數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種低壓電カ線高速傳輸方法，其特征在于ニ進制信息依次經(jīng)過信道編碼、交織編碼后，向接收端發(fā)送參考序列，同時對另一路編碼后的序列進行串并轉(zhuǎn)換，完成進制映射、合成復(fù)數(shù)后，再所得的數(shù)據(jù)進行THP預(yù)編碼，經(jīng)THP預(yù)編碼后的序列經(jīng)載波調(diào)制進入低壓電カ線信道。
3.—種低壓電カ線高速傳輸系統(tǒng)，由發(fā)射機和接收機組成，其特征在于發(fā)射機由4QAM調(diào)制器、預(yù)編碼濾波器、載波調(diào)制器組成，源信號依次經(jīng)過4QAM調(diào)制器、預(yù)編碼濾波器的處理后，再經(jīng)過載波調(diào)制器被送入低壓電カ線信道，接收機由載波解調(diào)器、自適應(yīng)均衡器、4QAM解調(diào)器組成，自低壓電カ線信道接收的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過載波解調(diào)器、自適應(yīng)均衡器、4QAM解調(diào)器后獲得數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種低壓電カ線高速傳輸系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射機中的預(yù)編碼濾波器為ー個信道的逆濾波器，采用反饋濾波器結(jié)構(gòu)，通過延時抽頭系數(shù)的形式來實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種低壓電カ線高速傳輸系統(tǒng)，其特征在于接收端中的自適應(yīng)均衡器均衡器就是在接收端對信道進行補償、從而減少碼間干擾的濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種低壓電カ線高速傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述自適應(yīng)應(yīng)均衡器為橫向線性自適應(yīng)均衡器。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及低壓電力線寬帶通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種應(yīng)用于電力線載波通信系統(tǒng)中的基于THP預(yù)編碼的單載波4QAM的低壓電力線高速傳輸方法及系統(tǒng)，其特征在于發(fā)送端的信號先經(jīng)4QAM調(diào)制，再經(jīng)THP預(yù)編碼，然后進行載波調(diào)制后進入低壓電力線信道，接收端接收到數(shù)據(jù)后先進行載波解調(diào)，再經(jīng)抽樣器抽樣后又經(jīng)自適應(yīng)均衡器進行二次均衡后，經(jīng)4QAM解調(diào)器解調(diào)獲得數(shù)據(jù)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用兩種均衡方式相結(jié)合，在取得相似性能的情況下降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，從而降低了系統(tǒng)的成本。
文檔編號H04B3/54GK102752026SQ201210267310
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者宋立眾, 王力景, 王永建, 許俊峰 申請人:國家計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心