CN102739339A - 一种电力线载波通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线载波通信方法及系统，通过使用卷积码与交织相结合的技术，可以对抗白噪声与脉冲噪声等干扰；同时，由于本发明了采用4电平频移键控4-FSK技术进行调制并使用按符号快速跳频传输的技术，因而本发明可以更好的对抗窄带干扰和频率选择性衰落。

Description

一种电力线载波通信方法及系统

技术领域

本发明涉及电力线载波通信技术领域，特别是涉及一种电力线载波通信方法及系统。

背景技术

电力线载波通信技术(Power Line Carrier Communication)是一种利用电力线传输信息从而进行通信的技术。它利用了电力线网络作为传输媒质，具有成本低、施工难度小等特点，可以广泛地用于自动化控制、宽带接入等领域。在电力线载波通信领域，由于传输距离较远，所以一般采用窄带通信的方式。现在，已有许多窄带电力线载波通信的信号传输技术，例如SFSK、FSK+DSSS、PSK+DSSS、DCSK、Chirp扩频、OFDM等。这些技术中应用较广泛的主要有下面两类：

一、固定频率的窄带通信技术：例如基于欧洲EN50065标准的使用ASK、FSK或PSK调制方式的技术。这种通信方式抗窄带干扰和频率选择性衰落的能力较弱。如图1所示，一旦有窄带干扰落在信号带内，信号将被不可避免的被污染，导致接收机无法正确恢复原有数据，这使其在实际电网的干扰下很难保证通信成功率。

二、直接序列扩频技术(DSSS)：国内多数厂家使用基于FSK或者PSK的直接序列扩频方案，该方案可以利用通用的模拟前端芯片和单片机实现，能对付一般的窄带干扰，但是无法对抗强度较大的窄带干扰。如图2(a)所示，扩频信号由原始信号经PN序列异或后得到，占据较宽的带宽。如果有窄带干扰落入扩频信号带内，经接收机解扩后，窄带干扰的能量将被扩散到较宽的频带上，扩频信号解扩后恢复为带宽较窄、功率集中的原始信号，这样干扰的功率谱密度相对原始信号降低，达到了抑制窄带干扰的目的，如图2(b)所示。但是，DSSS系统抑制窄带干扰的能力受到其扩频倍率的限制，现有的使用DSSS机制的PLC通信系统对于窄带干扰的抑制能力只有10～20dB。当干扰幅度较强时(如图2(c)所示)，解扩后形成如图2(d)所示的波形，可见解扩后的窄带干扰对解扩后的信号形成了很大的干扰。所以，DSSS系统无法有效抑制幅度较强的干扰。

也就是说，现有的电力线载波通信技术无法有效抑制幅度较强的窄带干扰。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电力线载波通信方法及系统，以有效地抑制幅度较强的窄带干扰，技术方案如下：

一种电力线载波通信发送端的信号处理方法，包括：

接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输。

优选的，所述接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据包括：

接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

优选的，所述接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据包括：

接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

本发明还提供了一种电力线载波通信发送端的信号处理系统，包括：第一处理模块、交织模块、同步头插入模块、调制模块、跳频模块、数模转换器和发送模块，

所述第一处理模块，用于接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

所述交织模块，用于对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

所述同步头插入模块，用于在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；进行调制，生成调制数据；

所述跳频模块，用于根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

所述数模转换器，用于对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

所述发送模块，用于将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输。

优选的，所述第一处理模块包括：第一扰码模块和第一卷积码编码模块，

所述第一扰码模块，用于接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

所述第一卷积码编码模块，用于对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

优选的，所述第一处理模块包括：第一CRC模块、第二扰码模块和第二卷积码编码模块，

所述第一CRC模块，用于接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

所述第二扰码模块，用于对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

所述第二卷积码编码模块，用于对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

本发明还提供了一种电力线载波通信方法，包括：

发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

发送端设备对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

发送端设备在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

发送端设备使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

发送端设备根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

发送端设备对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

所述调制模块，用于使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据；发送端设备将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输；

接收端设备接收电力线上传输来的所述发送数据；

接收端设备对所述发送数据进行模数转换，生成接收数据；

接收端设备在所述接收数据中检测同步头，如果同步头序列正确，则根据所述预先生成的跳频序列对所述接收数据进行解跳，生成解跳数据；

接收端设备通过使用FSK解调器对所述解跳数据进行解调，生成解调数据；

接收端设备对所述解跳数据进行列/行变换的块解交织处理，生成解交织数据；

接收端设备将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

优选的：

所述发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据包括：

发送端设备接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

发送端设备对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据；

所述接收端设备将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机，包括：

接收端设备对所述解交织数据进行卷积码解码处理，生成卷积码解码数据；

接收端设备对所述卷积码解码数据进行解扰处理，生成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

优选的：

所述发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据包括：

发送端设备接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

发送端设备对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

发送端设备对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据；

所述接收端设备将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机，包括：

接收端设备对所述解交织数据进行卷积码解码处理，生成卷积码解码数据；

接收端设备对所述卷积码解码数据进行解扰处理，生成卷积码解码发送数据；

接收端设备对所述卷积码解码发送数据中的循环冗余校验码CRC进行检验得出检验结果并将所述检验结果和卷积码解码发送数据一起发送到接收端上位机。

本发明还提供了一种电力线载波通信系统，包括：发送端设备和接收端设备，

所述发送端设备包括：第一处理模块、交织模块、同步头插入模块、调制模块、跳频模块、数模转换器和发送模块；

所述接收端设备包括：接收模块、模数转换模块、同步头检测模块、解跳模块、FSK解调器、解交织模块和第二处理模块；

所述第一处理模块，用于接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

所述交织模块，用于对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

所述同步头插入模块，用于在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

所述调制模块，用于使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

所述跳频模块，用于根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据；

所述数模转换器，用于对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

所述发送模块，用于将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输；

所述接收模块，用于接收电力线上传输来的所述发送数据；

模数转换模块，用于对所述发送数据进行模数转换，生成接收数据；

所述同步头检测模块，用于检测所述接收数据中的同步头序列是否正确；

所述解跳模块，用于在同步头序列正确的情况下，根据所述预先生成的跳频序列对所述接收数据进行解跳，生成解跳数据；

所述FSK解调器，用于对所述解跳数据进行解调，生成解调数据；

所述解交织模块，用于对所述解调数据进行列/行变换的块解交织处理，生成解交织数据；

所述第二处理模块，用于将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

从以上技术方案可知，本发明通过使用卷积码与交织相结合的技术，可以对抗白噪声与脉冲噪声等干扰；同时，由于采用4电平频移键控4-FSK技术进行调制并使用按符号快速跳频传输的技术，因而本发明可以更好的对抗窄带干扰和频率选择性衰落。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为固定频率的窄带通信技术的抗干扰原理示意图；

图2(a)为直接序列扩频技术中扩频信号受到强度较弱的窄带干扰的原理图；

图2(b)为直接序列扩频技术中扩频信号受到强度较强的窄带干扰的原理图；

图2(c)为直接序列扩频技术解扩后可以有效对抗强度较弱的窄带干扰的原理图；

图2(d)直接序列扩频技术解扩后无法有效对抗强度较强的窄带干扰的原理图；

图3为本发明实施例提供的一种电力线载波通信发送端的信号处理方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电力线载波通信发送端卷积码编码处理的工作原理示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电力线载波通信发送端的块交织处理的工作原理示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种电力线载波通信发送端的信号处理方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种生成循环冗余校验码CRC的方法流程示意图；

图8为本发明实施例提供的一种电力线载波通信方法的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的一种电力线载波通信方法中Viterbi解码器的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种电力线载波通信方法的流程示意图；

图11为本发明实施例提供的一种电力线载波通信发送端的信号处理系统的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的另一种电力线载波通信发送端的信号处理系统的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种电力线载波通信发送端的信号处理系统的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的一种电力线载波通信系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明实施例提供的一种电力线载波通信发送端的信号处理方法，包括：

S101、接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

本领域人员可以理解的是，对数据进行卷积码编码处理，即可以生成卷积码编码数据。当然，在进行卷积码编码之前，还可以对上位机所发送的数据进行其他处理，然后再进行卷积码编码处理，同样可以生成卷积码编码数据。

卷积码是纠错码的一种，它按一定规则向原始比特序列(即为进行卷积码编码处理之前的数据)中添加冗余比特。因为添加的冗余比特与原始比特之间存在相关性，接收端可以通过一定的解码算法(例如viterbi解码算法)纠正被噪声污染的错误，从而提高整个系统抵抗噪声和干扰的能力。解码就是根据编码规则和信道干扰的统计特性，对信息序列作出估值的方法。因此，本领域技术人员在知悉发送端采用何种卷积码编码方法情况下，就可以知悉接收端要采用何种卷积码解码方法。

在实际应用中，本发明可以使用(2，1，6)卷积码，其码率为1/2，即编码后比特速率是比原始比特速率高1倍，状态数为64。如图4所示，发送端卷积码编码的工作原理是：输入比特序列顺序移入长度为6的移位寄存器，按照生成系数异或，得到编码后比特，再经串并变化得到输出比特序列。编码时，要在原始比特序列后面加6比特0，即000000，以使编码器最终回到0状态。

S102、对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

突发干扰是一种常见的信道损伤，它会使接收端接收到的数据产生连续的一串错误。纠错码一般是按照对抗均匀分布错误的准则设计的，对抗这种连续错误的性能不好。但如果纠错码编码后的数据经过交织后通过信道传输，被突发噪声污染产生连续错误，再经过接收端的解交织器后，突发错误被打散，使得接收端的纠错码解码器能够有效纠正错误。本发明使用基于行/列变换的块交织方案，本领域技术人员可以理解的是，其基本思想如图5所示，为：发送端将数据按行读入存储器，再按列输出，接收端将数据按列读入存储器，再按行输出。这样就可以使数据的顺序打散，从而对抗信道上脉冲噪声。

S103、在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

需要说明的是，同步头为一串已知数据，加在一个数据帧的开头，用于标识数据帧的开始，提醒接收端有数据即将传输，并辅助接收端进行定时恢复。在实际应用中，本发明中的同步头长度可以为16个符号。这样，就可以在可靠的实现同步头功能的同时，节省传输时间。在选择16个符号的具体内容时，可以遵循下面的原则：考虑到每个符号有4种可能的取值，同步头应等概率地遍历所有可能的值，避免同步头中的连续两个符号使用相同的值。例如令符号可能的取值用二进制表示为{00，01，10，11}_bin，则一个同步头的例子是：

{00，01，10，11，01，00，11，10，11，10，01，00，10，11，00，01}_bin。

S104、使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

4FSK信号集包括4个频点的正弦信号，4个频点的选择基于如下的方法：首先确定4FSK信号的中心频率f_fsk和信号的波特率f_baud，则4个频点可以为：{f_fsk-1.5f_baud，f_fsk-0.5f_baud，f_fsk+0.5f_baud，f_fsk+1.5f_baud}。其中，输入符号流中的每个符号对应2个比特，即每个符号有4个可能的取值{00，01，10，11}，根据每个符号的取值相应频点。一种可能的符号取值与频点对应关系可以为表1所示的对应关系：

符号取值(2进制)	信号频点
		00	ffsk-1.5fbaud
01	ffsk-0.5fbaud
		10	ffsk+0.5fbaud
11	ffsk+1.5fbaud

表1

最后，数控振荡器根据输入频点产生正弦波输出，即得到调制后的4FSK信号。

S105、根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

其中，跳频数据的生成具体是根据符号时钟的节拍生成跳频频段中心频率，数控振荡器根据跳频序列跳频频段的中心频率生成本地振荡信号，该本地振荡信号与4FSK调制后的信号混频后，得到跳频信号。

跳频频段的总数N_hop的取值可以为1到8个，跳频频段中心频率的具体数值可以遵循如下的规律：令跳频频段的中心频率为f_c，4-FSK信号的带宽为4*f_baud，则可用的跳频频段中心频率为：

f_c±4mf_baud，m＝0，1，...，floor(N_hop/2)，N_hop为奇数时；

f_c±4*(m-0.5)*f_baud，m＝1，2，..，N_hop/2，N_hop为偶数时。

对于每一个符号时钟，可以从可用的跳频频段中选取一个频段，形成跳频序列，送给数控振荡器，产生频率为所选频段中心频率的振荡信号，通过混频器与输入4FSK信号混频，得到按符号跳频的4FSK信号。

如果通信环境中存在高强度的窄带干扰，破坏了一个跳频频段，那么该干扰将只能影响该跳频频段传输的信息，其它跳频频段上传输的信息不受影响。这使得跳频方案与DSSS方案相比，具有更好的抗窄带干扰的能力。

S106、对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

本领域技术人员可以理解的是，电力线载波通信中的信号需为模拟信号。

S107、将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输。

需要说明的是，对于以上电力线载波通信的接收端所采取的信号处理方法，本领域技术人员容易知道针对以上信号处理方法在接收端要采取何种对应的信号处理方法以检验信号误码率并还原发送端所发送的原始数据。

本发明通过使用卷积码与交织相结合的技术，可以对抗白噪声与脉冲噪声等干扰；同时，由于采用4电平频移键控4-FSK技术进行调制并使用按符号快速跳频传输的技术，因而本发明可以更好的对抗窄带干扰和频率选择性衰落。

如图6所示，本发明实施例提供的另一种电力线载波通信发送端的信号处理方法，包括：

S201、接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

其中，添加扰码的目的是把数据随机化，从频域的角度来说就是将使输入数据的频谱白化，避免长“1”或长”0”数据干扰接收端的同步模块。具体的实施方式有多种，例如：使用伪随机序列生成器产生扰码比特序列，输入数据以比特为单位，与扰码比特序列按位异或，即可得到加扰后的比特序列。在实际应用中，可以使用基于移位寄存器的m序列作为扰码，扰码生成多项式为x10+x3+1。本领域人员可以理解的是，接收端使用相同的扰码对接收到的数据再进行一次异或，就可以恢复原来的数据。

S202、对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码发送数据；

S203、对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

S204、在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

S205、使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

S206、根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

S207、对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

S208、将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输。

当然，在本发明其他实施例中，在对上位机所发送的数据进行扰码处理之前，还可以首先在数据中添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据。然后再对CRC数据进行扰码处理及卷积码编码处理生成卷积码编码数据。

本领域技术人员可以理解的是，CRC(循环冗余校验码)用于数据包的错误检测。数据在传输过程中有可能被噪声或干扰污损，产生错误，此时必须有检错机制保证接收端收到的数据是可靠的。CRC的工作原理如下：在发送端，来自上位机的原始数据以字节为单位，根据CRC生成多项式，在数据后面添加一定数量的校验字节。接收端根据接收到的数据，使用同样的生成多项式计算校验字节，并和发送端添加的校验字节比较，来检测当前接收到的数据帧是否有错。接收端设备可以利用CRC检测出绝大多数信道损伤带来的数据错误。CRC生成多项式可以为多种，现公开其中一种CRC生成多项式：

x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1。

使用此多项式可以向原始数据添加4个字节的校验数据。图7为采用上述多项式后发送端和接收端生成校验数据的原理图。如图7所示，31到0为32个寄存器，初始值为全零，然后顺序输入比特，到最后一个比特输入时，31到0内的值即为4字节共32比特的校验数据。

如图8所示，本发明实施例还提供了一种电力线载波通信方法，包括：

S401、发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

S402、发送端设备对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

S403、发送端设备在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

S404、发送端设备使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

S405、发送端设备根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

S406、发送端设备对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

S407、发送端设备将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输；

S408、接收端设备接收电力线上传输来的所述发送数据；

当然，在本发明其他实施例中，接收端设备在接收到电力线上传输来的数据以后，还可以对所述数据进行自动增益控制AGC和滤波。

需要说明的是，发送端送出的信号经信道(电力线)后，其幅度会被衰减，此时可以使用具有自动增益控制功能的模块或装置调节信号幅度，使后续模块能够更可靠地检测和恢复信号。

另外，电力线信道上存在大量噪声与干扰，对于落在信号带外的噪声与干扰，必须将其滤掉，以避免其对信号检测造成不利的影响。在实际应用中，本发明可以使用带通滤波器滤除干扰，该带通滤波器的通带中心频率与信号中心频率相同。

S409、接收端设备对所述发送数据进行模数转换，生成接收数据；

S410、接收端设备在所述接收数据中检测同步头，如果同步头序列正确，则根据所述预先生成的跳频序列对所述接收数据进行解跳，生成解跳数据；

在实际应用中，可以使用相关检测器检测同步头。具体的检测方法可以为：输入信号以N倍符号时钟送入接收端设备中用来检测同步头的模块，分别延迟0～N-1拍后送入N个并行的相关器。每个相关器模块将送入该模块的数据与同步头相关匹配。当某个或某几个相关器的结果大于上位机预设的门限时，即认为检测到了同步头，此时相关结果最大的相关器的采样相位即是符号的起始时间。实现时，也可将并行结构改为串行结构，以求得资源与速度的折中。N越大则符号时钟相位同步的精度越好，但消耗的资源也就越多。实践中同步头检测模块的N取8，可以取得性能和资源的良好折中。

S411、接收端设备通过使用FSK解调器对所述解跳数据进行解调，生成解调数据；

其中，FSK解调器可以采用锁相法、过零检测法或相关检测法等解调技术实现。S412、接收端设备对所述解跳数据进行列/行变换的块解交织处理，生成解交织数据；

S413、接收端设备对所述解交织数据并处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

其中，接收端可以使用Viterbi解码器对解交织数据进行卷积码解码处理以生成卷积码解码发送数据。Viterbi解码器被广泛地应用于卷积码的解码中，它本质上是最大似然算法。Viterbi解码器的硬件结构如图9所示，包括：分支度量计算模块901、加比选模块902、幸存路径存储模块903、状态度量更新模块905、最小度量判决模块906和译码判决输出模块904。

码元以2比特位单位输入Viterbi解码器，本发明使用的卷积码可以有26＝64个状态，Viterbi解码器根据输入码元，针对每个状态计算该状态两条输入路径的分支度量(本发明中使用hamming距离作为分支度量)。加比选模块902计算每一时刻到达每一状态的两条路径的两条路径的部分路径度量，并选择度量小的一条作为该状态的幸存路径。状态度量更新模块905更新每个状态的度量值，并输出判决比特。幸存路径存储模块903存储每个状态的幸存路径及判决比特。到达译码深度后，通过最小度量判决模块906从所有状态的幸存路径中选取一条度量最小的，并回溯输出译码比特。

本发明通过使用卷积码与交织相结合的技术，可以对抗白噪声与脉冲噪声等干扰；同时，由于采用4电平频移键控4-FSK技术进行调制并使用按符号快速跳频传输的技术，因而本发明可以更好的对抗窄带干扰和频率选择性衰落。

当然，在本发明实施例提供的另一种电力线载波通信方法中，发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据可以包括：

发送端设备接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

发送端设备对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据；

相应的，接收端设备将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机，包括：

接收端设备对所述解交织数据进行卷积码解码处理，生成卷积码解码数据；

接收端设备对所述卷积码解码数据进行解扰处理，生成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

其中，接收端设备使用与发送端相同的扰码对卷积码解码数据进行一次异或，就可以去除扰码。

当然，在本发明实施例提供的另一种电力线载波通信方法中，所述发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据可以包括：

发送端设备接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

发送端设备对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

发送端设备对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

相应的，接收端设备将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机，包括：

接收端设备对所述解交织数据进行卷积码解码处理，生成卷积码解码数据；

接收端设备对所述卷积码解码数据进行解扰处理，生成卷积码解码发送数据；

接收端设备对所述卷积码解码发送数据中的循环冗余校验码CRC进行检验得出检验结果并将所述检验结果和卷积码解码发送数据一起发送到接收端上位机。

其中，接收端设备根据接收到的数据，使用与发送端相同的生成多项式计算校验字节，并和发送端添加的校验字节比较，来检测当前接收到的数据帧是否有错，并将检验结果上报给上位机。接收端设备可以利用CRC检测出绝大多数信道损伤带来的数据错误。

为方便理解，将其各个步骤详细列出，如图10所示，包括：

S501、发送端设备接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

S502、发送端设备对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

S503、发送端设备对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据；

S504、发送端设备对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

S505、发送端设备在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

S506、发送端设备使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

S507、发送端设备根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

S508、发送端设备对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

S509、发送端设备将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输；

S510、接收端设备接收电力线上传输来的所述发送数据；

S511、接收端设备对所述发送数据进行模数转换，生成接收数据；

S512、接收端设备在所述接收数据中检测同步头，如果同步头序列正确，则根据所述预先生成的跳频序列对所述接收数据进行解跳，生成解跳数据；

S513、接收端设备通过使用FSK解调器对所述解跳数据进行解调，生成解调数据；

S514、接收端设备对所述解跳数据进行列/行变换的块解交织处理，生成解交织数据；

S515、接收端设备对所述解交织数据进行卷积码解码处理，生成卷积码解码数据；

S516、接收端设备对所述卷积码解码数据进行解扰处理，生成卷积码解码发送数据；

S517、接收端设备对所述卷积码解码发送数据中的循环冗余校验码CRC进行检验得出检验结果并将所述检验结果和卷积码解码发送数据一起发送到接收端上位机。

由于发送端设备在接收上位机发送的数据后，进行了循环冗余校验码CRC的添加处理，因此接收端设备可以对数据中的循环冗余校验码CRC进行检验并得出检验结果。接收端上位机在接收到检验结果以后，可以根据检验结果进行相应处理，如：如果检验循环冗余校验码CRC正确，则确认卷积码解码发送数据正确；如果循环冗余校验码CRC错误，则确认卷积码解码发送数据错误，并发送一相应消息至发送端设备和/或发送端的上位机。在实际应用中，发送端设备和/或发送端的上位机在收到数据错误的相应消息之后，可以再将之前所发送的数据发送一次。当然，也可以进行有关数据处理和发送过程的各个设备的检验和纠错，在确认各个设备运行正常以后，再进行数据的发送。

相对应于图3所示的方法实施例，本发明还提供了一种电力线载波通信发送端的信号处理系统，如图11所示，包括：第一处理模块001、交织模块002、同步头插入模块003、调制模块004、跳频模块005、数模转换器006和发送模块007，

第一处理模块001，用于接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

交织模块002，用于对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

同步头插入模块003，用于在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

调制模块004，用于使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

跳频模块005，用于根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

数模转换器006，用于对所述第一跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

发送模块007，用于将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输。

本发明通过使用卷积码与交织相结合的技术，可以对抗白噪声与脉冲噪声等干扰；同时，由于采用4电平频移键控4-FSK技术进行调制并使用按符号快速跳频传输的技术，因而本发明可以更好的对抗窄带干扰和频率选择性衰落。

对应于图6所示的方法实施例，本发明提供的另一种电力线载波通信发送端的信号处理系统中，如图12所示，第一处理模块001包括：第一扰码模块008和第一卷积码编码模块009，

第一扰码模块008，用于接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

第一卷积码编码模块009，用于对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

对应于图7所示的方法实施例，本发明提供的另一种电力线载波通信发送端的信号处理系统，如图13所示，所述第一处理模块001包括：第一CRC模块010、第二扰码模块011和第二卷积码编码模块012，

所述第一CRC模块010，用于接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

所述第二扰码模块011，用于对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

所述第二卷积码编码模块012，用于对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

对应于图8所示的方法实施例，本发明还提供了一种电力线载波通信系统，其特征在于，如图14所示，包括：发送端设备013和接收端设备014，

发送端设备013包括：第一处理模块001、交织模块002、同步头插入模块003、调制模块004、跳频模块005、数模转换器006和发送模块007；

接收端设备014包括：接收模块015、模数转换模块016、同步头检测模块017、解跳模块018、FSK解调器019、解交织模块020和第二处理模块021；

第一处理模块001，用于接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

交织模块002，用于对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

同步头插入模块003，用于在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

调制模块004，用于使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

跳频模块005，用于根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据；

数模转换器006，用于对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

发送模块007，用于将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输；

接收模块015，用于接收电力线上传输来的所述发送数据；

模数转换模块016，用于对所述发送数据进行模数转换，生成接收数据；

同步头检测模块017，用于检测所述接收数据中的同步头序列是否正确；

解跳模块018，用于在同步头序列正确的情况下，根据所述预先生成的跳频序列对所述接收数据进行解跳，生成解跳数据；

FSK解调器019，用于对所述解跳数据进行解调，生成解调数据；

解交织模块020，用于对所述解调数据进行列/行变换的块解交织处理，生成解交织数据；

第二处理模块021，用于将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电力线载波通信发送端的信号处理方法，其特征在于，包括：

接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据包括：

接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据包括：

接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

4.一种电力线载波通信发送端的信号处理系统，其特征在于，包括：第一处理模块、交织模块、同步头插入模块、调制模块、跳频模块、数模转换器和发送模块，

所述第一处理模块，用于接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

所述交织模块，用于对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

所述同步头插入模块，用于在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

所述调制模块，用于使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

所述跳频模块，用于根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

所述数模转换器，用于对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

所述发送模块，用于将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一处理模块包括：第一扰码模块和第一卷积码编码模块，

所述第一扰码模块，用于接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

所述第一卷积码编码模块，用于对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一处理模块包括：第一CRC模块、第二扰码模块和第二卷积码编码模块，

所述第一CRC模块，用于接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

所述第二扰码模块，用于对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

所述第二卷积码编码模块，用于对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据。

7.一种电力线载波通信方法，其特征在于，包括：

发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

发送端设备对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

发送端设备在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

发送端设备使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

发送端设备根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据，所述跳频序列根据符号时钟与跳频频段中心频率的对应关系生成；

发送端设备对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

发送端设备将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输；

接收端设备接收电力线上传输来的所述发送数据；

接收端设备对所述发送数据进行模数转换，生成接收数据；

接收端设备在所述接收数据中检测同步头，如果同步头序列正确，则根据所述预先生成的跳频序列对所述接收数据进行解跳，生成解跳数据；

接收端设备通过使用FSK解调器对所述解跳数据进行解调，生成解调数据；

接收端设备对所述解跳数据进行列/行变换的块解交织处理，生成解交织数据；

接收端设备将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据包括：

发送端设备接收上位机所发送的数据进行扰码处理，生成扰码数据；

发送端设备对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据；

所述接收端设备将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机，包括：

接收端设备对所述解交织数据进行卷积码解码处理，生成卷积码解码数据；

接收端设备对所述卷积码解码数据进行解扰处理，生成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述发送端设备接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据包括：

发送端设备接收上位机所发送的数据并添加循环冗余校验码CRC，生成CRC数据；

发送端设备对所述CRC数据进行扰码处理，生成扰码数据；

发送端设备对所述扰码数据进行卷积码编码处理，生成卷积码编码数据；

所述接收端设备将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机，包括：

接收端设备对所述解交织数据进行卷积码解码处理，生成卷积码解码数据；

接收端设备对所述卷积码解码数据进行解扰处理，生成卷积码解码发送数据；

接收端设备对所述卷积码解码发送数据中的循环冗余校验码CRC进行检验得出检验结果并将所述检验结果和卷积码解码发送数据一起发送到接收端上位机。

10.一种电力线载波通信系统，其特征在于，包括：发送端设备和接收端设备，

所述发送端设备包括：第一处理模块、交织模块、同步头插入模块、调制模块、跳频模块、数模转换器和发送模块；

所述接收端设备包括：接收模块、模数转换模块、同步头检测模块、解跳模块、FSK解调器、解交织模块和第二处理模块；

所述第一处理模块，用于接收上位机所发送的数据并处理成卷积码编码数据；

所述交织模块，用于对所述卷积码编码数据进行基于行/列变换的块交织处理，生成交织数据；

所述同步头插入模块，用于在所述交织数据之前添加同步头，生成同步头数据；

所述调制模块，用于使用4电平频移键控4-FSK技术对所述同步头数据进行调制，生成调制数据；

所述跳频模块，用于根据预先生成的跳频序列改变调制数据的中心频率，生成跳频数据；

所述数模转换器，用于对所述跳频数据进行数模转换，生成发送数据；

所述发送模块，用于将所述发送数据发送到电力线上进行通信传输；

所述接收模块，用于接收电力线上传输来的所述发送数据；

模数转换模块，用于对所述发送数据进行模数转换，生成接收数据；

所述同步头检测模块，用于检测所述接收数据中的同步头序列是否正确；

所述解跳模块，用于在同步头序列正确的情况下，根据所述预先生成的跳频序列对所述接收数据进行解跳，生成解跳数据；

所述FSK解调器，用于对所述解跳数据进行解调，生成解调数据；

所述解交织模块，用于对所述解调数据进行列/行变换的块解交织处理，生成解交织数据；

所述第二处理模块，用于将所述解交织数据处理成卷积码解码发送数据并将所述卷积码解码发送数据发送到接收端上位机。

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