CN102820909B - 一种电力线通信与光通信结合的通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力线通信与光通信结合的通信方法，包括步骤：S1、发射端根据预定的传输模式对待传输数字信号进行编码调制、组帧、模拟前端处理，得到发射信号并耦合到电力线路中传输；S2、转发端通过耦合器提取电信号送入LED，经自动增益控制处理后，由LED驱动单元将电压信号转换为电流信号，对LED进行光强调制；S3、接收端通过光电检测器接收到光信号，根据光强度转换为电信号，经模拟前端处理、同步、解调解码，得到传输数字信号。本发明采用共性技术实现电力线网络和LED光通信的无缝结合，两者信号合一，无需信号再生，即可将电力线路传输的电信号直接以无线光通信的方式通过LED发射出去，实现宽带高速信号传输。

Description

一种电力线通信与光通信结合的通信方法及系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种电力线通信与光通信结合的通信方法及系统。

背景技术

随着通信技术的快速发展，高速扩张的无线通信业务需求与频谱资源矛盾日益加剧，探索新的频谱资源已经成为当今无线通信领域的热点问题。光通信作为一种以光波为信息传输载体的新兴无线通信技术，具有传输频带宽、通信容量大、安全环保、无电磁干扰、无需占用现有频谱资源等优点，在近年来备受关注。

自上世纪90年代以来，快速发展的LED技术取代传统的光源在照明领域得到推广应用。目前，市面上主要采用的是通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的白光LED。与传统照明设备相比，LED具有体积小、功耗低、寿命长、环保节能等优点。响应灵敏度高、快速调制等特性也使得LED非常适用于作中短距离的高速无线通信系统的光源。

建立在白光LED技术上的光通信系统，可以发出肉眼难以察觉的高速闪烁的明暗信号传递信息，在照明的同时提供速率高达数百兆每秒的大容量通信服务。与其他传统无线通信方式比较，光通信具有以下优点：一、光通信的照明光源可以安装在任何地方，只要光照的地方均能实现信号覆盖，减少了覆盖盲区，接入方便快捷；二、光通信的信源发射功率一般不受限制，不会因为低发射功率影响系统性能；三、提供了超宽的光频谱，不需要无线电频谱申请；四、安全环保，不产生电磁干扰也不受电磁干扰影响，在一些特殊场合中非常适用，如煤矿安全生产、医疗监护、海洋勘探等；五、光穿透能力差，容易防止外泄，通信保密性好。

由于LED发光器件本身需要电流进行驱动，能够自然而然与电力线连接在一起，因此逻辑上可以将电力线网络和LED光通信的结合看成是一个浑然一体的天然网络，其中电力线网络是短距离的骨干网，一端与光纤等构成的大容量城域网/广域网相联；另一端与LED自然相联，将信息以无线光通信的下行方式通过LED发射出去，并可利用电力线或者同样利用无线光通信的方式实现上行的信息传输。电力线不仅给LED供电，也作为LED光通信的信号来源。电力线通信与光通信结合的通信技术，可以令两者优势互为补充进行宽带高速信号传输，建立鲁棒高效通信系统。

与采用电缆、光纤等其他传输媒介作为LED接口相比，电力线接入的光通信系统具有许多优势：一、电力线系统基本覆盖所有居室，是目前覆盖面积最广、接入人数最多的网络，可以方便地提供接入服务；二、采用现有配电线路可以避免额外架设线路所需的资金投入，也不需要破坏原有的装修，工程实施简单；三、既可以进行语音、图像、视频等大容量传输，又便于实现家庭组网、智能家电控制，为物联网提供了物理基础。

要实现电力线通信与光通信结合的通信系统，存在着一些问题：一、如何实现两个通信系统的无缝结合，方便快捷地实现电信号和光信号的互相转换；二、如何根据两种通信方式的特点和业务需求，合理选择传输模式，尽可能改善传输的可靠性。针对第一个问题，可以采用能根据电信号进行光强调制的LED驱动单元，实现电信号和光信号之间的快速转换。

在电力线通信与光通信结合的通信系统中，如何同时应对电力线传输环境和光传输环境的挑战，是其核心问题之一，即如何根据电力线信道和光信道的特性，选择合适的传输模式，提供高频谱效率、高系统容量、高传输可靠性、满足业务需求的服务保证。例如，光信道和电力线信道都深受多径效应的影响。在光通信系统中，常常会采用多个LED光源实现良好的照明效果，且室内环境对照明灯光也具有反射作用，因此多径效应对室内LED光通信系统的影响十分显著；电力线路的线路结构复杂，信号可由多条路径到达终端，在负载处还会出现信号反射，使得电力线通信中也存在严重的多径效应。因此，在电力线通信与光通信结合的通信系统中，选择能抵抗多径效应的调制方式非常关键。现有研究结果表明，采用OFDM多载波调制技术具有抗多径干扰、频谱利用率高、传输速率高等优点，可以有效地改善电力线通信和光通信的性能。

利用电力线的广泛存在特点和LED光通信的技术优势，电力线通信与光通信结合的通信系统在照明与通信上都具有传统通信技术无可比拟的优点，具有广阔的市场化前景。例如，在高速公路上，大量LED照明灯可以应用于车联网，提供路况信息、定位和交互信息服务；在智能电网领域，可提供一种全新的电网信息采集传输方法和网络，还可利用光通信桥接进行跨变压器通信，解决传统电力线通信无法跨越变压器的难题，使智能配电网络真正集控制终端、数据通信、能量传输于一身；在数字家庭领域，可将家庭内电器和无线光通信设备很好连接起来，形成一个大容量高可靠性的家庭网络，同时可在家庭终端实现电信网、Internet网和广播网的互联互通，即三网融合；此外，这种通信系统还可以在对电磁较为敏感的特殊场合中自由使用，如煤矿安全生产、医疗监护、机场通信等，利用无线光通信的无电磁干扰特点，与电力线设备连接实现整个区域内的通信和监护。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种电力线通信与光通信结合的通信系统。该系统采用共性技术将电力线通信系统和光通信系统无缝结合，实现电信号和光信号之间的快速转换，可适用于多种应用场景，选择合适的传输模式，实现高可靠性和大容量的通信服务。

（二）技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种电力线通信与光通信结合的通信方法，包括步骤：S1、发射端根据预定的传输模式对待传输数字信号进行编码调制、组帧、模拟前端处理，得到发射信号并耦合到电力线路中传输；S2、转发端通过耦合器提取电信号送入LED，经自动增益控制处理后，由LED驱动单元将电压信号转换为电流信号，对LED进行光强调制；S3、接收端通过光电检测器接收到光信号，根据光强度转换为电信号，经模拟前端处理、同步、解调解码，得到传输数字信号。

优选地，所述发射端能够将接收地址信息加入到发射信号中，相应地，所述转发端能够匹配电信号携带的地址信息。

优选地，所述传输模式包括：系统工作频段、最大信道带宽、扰码方式、编码方式、星座映射方式、交织方式、调制方式、组帧方式。

优选地，调制方式采用OFDM调制，组帧方式包括ZP-OFDM、CP-OFDM、TDS-OFDM。

优选地，“三相四线”的电力线路能够同时传输两路不同的电信号，驱动多个LED同时根据不同的电信号进行光强调制，在光信道中实现空间复用。

优选地，当LED的数量大于电力线路传输信号的数量时，可驱动多个LED同时根据相同的电信号进行光强调制，在光信道中实现空间分集。

本发明还提供了一种发射端装置，包括：编码调制单元，用于根据预定的传输模式，对待传输数字信号进行扰码、编码、星座映射、交织、IDFT运算处理，得到对应的时域数据块；组帧单元，用于根据帧结构、当前帧的时序信号得到填充所需的保护间隔，将时域数据块和保护间隔组合成信号帧，结合一个或多个信号帧，添加同步头组成复帧结构；模拟前端单元，用于对基带信号进行上变频、数模转换和滤波操作，得到发射信号，并将发射信号耦合到电力线路中。

本发明还提供了一种转发端装置，包括：电力线耦合器，用于从电力线路中耦合出电信号并送入LED；自动增益控制单元，用于调整电信号的信号强度；LED驱动单元，用于将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制。

本发明还提供了一种接收端装置，包括：光电检测器，用于接收变化的光信号，检测光信号强度并转换为电信号；模拟前端单元，用于自动增益控制调整电信号的信号强度，并完成模数转换、滤波、下变频得到基带信号；同步单元，用于根据帧结构进行接收端同步，对帧头进行定位，并校正载波频偏和采样频偏，根据预定的帧结构从信号帧中分离出所需时域数据块和辅助序列；解调解码单元，用于对时域数据块进行DFT变换得到频域数据块，根据辅助序列进行信道估计，并利用信道估计的结果对频域数据块进行信道均衡，根据预定的传输模式对信道均衡结果进行解交织、解星座映射、解码、解扰等处理，得到传输数字信号。

本发明还提供了一种电力线通信与光通信结合的通信系统，其包括前述的发射端装置、转发端装置、以及接收端装置。

（三）有益效果

本发明提供的一种电力线通信与光通信结合的通信系统，采用共性技术实现电力线网络和LED光通信的无缝结合，两者信号合一，无需信号再生，即可将电力线路传输的电信号直接以无线光通信的方式通过LED发射出去，实现宽带高速信号传输。该系统有效令电力线通信和光通信的优势互补，无需额外架设电路，成本低廉、接入方便，可用于智能电网、数字家庭、煤矿安全监控等领域，具有广阔的市场化前景。

附图说明

下面参照附图并结合实例来进一步描述本发明。其中：

图1为根据本发明实施例的电力线通信与光通信结合的通信方法流程图。

图2为根据本发明实施例的根据电信号进行光强调制的LED驱动电路示意图。

图3为根据本发明实施例的使LED光强恒定的LED恒流源驱动电路示意图。

图4为根据本发明实施例的电力线通信与光通信结合的通信系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提出的电力线通信与光通信结合的通信方法包括：

S1、发射端根据预定的传输模式对待传输数字信号进行编码调制、组帧、模拟前端处理，得到发射信号并耦合到电力线路中传输；

关于S1中所述的传输模式，包括但不限于系统工作频段、最大信道带宽、扰码方式、编码方式、星座映射方式、交织方式、调制方式、组帧方式等。

考虑到电力线传输环境和光传输环境中的多径干扰问题，采用的调制方式为OFDM调制，采用的组帧方式包括但不限于ZP-OFDM、CP-OFDM、TDS-OFDM等。

关于步骤S1中的发射端装置，具体包括：编码调制单元，用于根据预定的传输模式，对待传输数字信号进行扰码、编码、星座映射、交织、IDFT运算等处理，得到对应的时域数据块；组帧单元，用于根据帧结构、当前帧的时序信号得到填充所需的保护间隔，将时域数据块和保护间隔组合成信号帧，结合一个或多个信号帧，添加同步头组成复帧结构；模拟前端单元，用于对基带信号进行上变频、数模转换和滤波操作，得到发射信号，并将发射信号耦合到电力线路中。

在编码调制单元中，待传输数字信号经加扰得到扰码比特，再进行编码得到对应码字，根据预定的星座映射图对码字进行星座映射，得到码字对应的复数符号，进行交织后，添加预定的训练序列和虚拟子载波组成频域数据块，经IDFT运算得到时域数据块。

根据预定的组帧方式，保护间隔填充时域数据块的循环扩展、零序列或已知辅助序列，当保护间隔长度为零时，保护间隔填充空信号，即没有保护间隔。

为了实现点对点转发通信，在发射端装置中可加入地址插入单元，用于将接收地址信息加入到发射信号中。

S2、转发端通过耦合器提取电信号送入LED，经自动增益控制处理后，由LED驱动单元将电压信号转换为电流信号，对LED进行光强调制；

步骤S2中，“三相四线”的电力线路可同时传输两路不同的电信号，驱动多个LED同时根据不同的电信号进行光强调制，在光信道中实现空间复用。

步骤S2中，当LED的数量大于电力线路传输信号的数量时，可驱动多个LED同时根据相同的电信号进行光强调制，在光信道中实现空间分集。

关于步骤S2中的转发端装置，具体包括：电力线耦合器，用于从电力线路中耦合出电信号并送入LED；自动增益控制单元，用于调整电信号的信号强度；LED驱动单元，用于将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制。

为了实现点对点转发通信，在转发端装置中可加入地址匹配单元，用于对电信号携带的地址信息进行匹配。若匹配成功，则采用如图2所示的驱动电路，将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制；若匹配不成功，则采用如图3所示的驱动电路，为LED提供稳定的驱动电流，即电压信号不转换为电流信号，LED发光强度恒定。

S3、接收端通过光电检测器接收到光信号，根据光强度转换为电信号，经模拟前端处理、同步、解调解码，得到传输数字信号；

关于步骤S3中的接收端装置，具体包括：光电检测器，作为光接收设备，用于接收变化的光信号，检测光信号强度并转换为电信号；模拟前端单元，用于自动增益控制调整电信号的信号强度，并完成模数转换、滤波、下变频得到基带信号；同步单元，用于根据帧结构进行接收端同步，对帧头进行定位，并校正载波频偏和采样频偏，根据预定的帧结构从信号帧中分离出所需时域数据块和辅助序列；解调解码单元，用于对时域数据块进行DFT变换得到频域数据块，根据辅助序列进行信道估计，并利用信道估计的结果对频域数据块进行信道均衡，根据预定的传输模式对信道均衡结果进行解交织、解星座映射、解码、解扰等处理，得到传输数字信号。

光电探测器的选择要充分考虑应用场景与传输环境。在室内，LED光强度较强，可以选择使用成本较低、线性度好的PIN光电检测器；在室外，对光电检测器的灵敏度要求较高，可以选择使用APD光电检测器。

本发明还提供了一种电力线通信与光通信结合的通信系统，其包括前述的发射端装置、转发端装置、以及接收端装置。

参考附图4，给出依照本发明所述的电力线通信与光通信结合的通信系统示意图。下面以四种典型传输业务为应用背景，进一步说明本发明。

实施例一

本实施例给出本发明提出的电力线通信与光通信结合的通信方法在面向宽带数字地面广播的下行链路通信系统中的应用。该系统要求在8MHz带宽内提供下行标清数字电视广播业务。所涉及的方法流程和传输模式详述如下：

S1、发射端根据预定的传输模式对待传输数字信号进行编码调制、组帧、模拟前端处理，得到发射信号并耦合到电力线路中传输；

系统带宽为8MHz，信道带宽也为8MHz，电力线通信系统工作频段为2-10MHz，LED闪烁速度为10MHz。参考中国数字电视地面广播标准DTMB，模拟前端采用时域滤波成型，成型滤波器选择为SRRC滤波器，滚降因子为0.05，选择基本符号速率为7.56MHz，基本符号间隔为(1/7.56)us≈0.1323us。

考虑到对待传输数字信号的随机化以便于传输信息处理，需对待传输数字信号进行加扰，扰码是一个最大长度二进制的伪随机序列，生成多项式定义为

G(x)=1+x¹⁴+x¹⁵

该序列的初始相位定义为100101010000000。

对扰码结果进行编码得到码字。采用的编码方法为前向纠错编码，由外码和内码级联而成，外码为BCH码，内码为等效编码码率为0.4的LDPC（7493,3048）码。对得到的码字进行星座映射，生成码字对应的复数符号，星座映射的方式为QPSK。时域交织采用基于星座符号的卷积交织编码，时域交织结果与系统信息参数组成频域数据块，每个频域数据块长为3780，其中包括3744个数据符号和36个系统信息参数符号。频域数据块经3780点IDFT变换得到时域数据块。

采用TDS-OFDM作为组帧技术，选择由一个已知辅助序列及其前同步、后同步组成的保护间隔作为时域数据块之间的填充，其中，辅助序列为已知PN序列经过IDFT变换得到，长度为255个符号，前同步和后同步为该PN序列的循环扩展，前同步长度为82个符号，后同步长度为83个符号，保护间隔总长420个符号。将时域数据块和保护间隔组合成信号帧，每个信号帧中，根据当前帧的时序信号采用不同相位的PN序列作为辅助序列。

此后，将基带信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，得到发射信号，耦合到电力线路中传输。

S2、转发端通过耦合器提取电信号送入LED，经自动增益控制处理后，由LED驱动单元将电压信号转换为电流信号，对LED进行光强调制；

由于本实施例中不考虑点对点转发通信，无需进行地址匹配，直接采用如图2所示的驱动电路，将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制。

S3、接收端通过光电检测器接收到光信号，根据光强度转换为电信号，经模拟前端处理、同步、解调解码，得到传输数字信号；

由PIN光电检测器接收光信号，并检测光信号强度，转换为电信号。电信号在模拟前端完成自动增益控制、模数转换、滤波、下变频得到基带信号，经同步和解调解码得到传输数字信号。

本实施例给出的下行链路通信系统中，经计算得到传输速率为R=7.56*2*0.4*3744/(420+3780)=5.3914Mbps，可以实现标清数字电视广播业务的需求。

实施例二

本实施例给出本发明提出的电力线通信与光通信结合的通信方法在面向宽带无线数字通信的双工通信系统中的应用。该双工通信系统中，上行链路采用WIFI实现，下行链路采用电力线通信与光通信结合的通信实现。要求在30MHz带宽内提供下行高清数字电视业务，所涉及的方法流程和传输模式详述如下：

S1、发射端根据预定的传输模式对待传输数字信号进行编码调制、组帧、模拟前端处理，得到发射信号并耦合到电力线路中传输；

系统带宽为30MHz，信道带宽也为30MHz，电力线通信系统工作频段为0-30MHz，LED闪烁速度为30MHz。模拟前端采用频域子载波成型实现频谱成型。选择基本符号速率为30.00MHz，基本符号间隔(1/30.00)us≈0.0333us，其有效信号带宽为28MHz，其中有效带宽外的频域子载波用于携带零符号（即虚拟子载波）。

考虑到对待传输数字信号的随机化以便于传输信息处理，需对业务数据进行加扰，扰码是一个最大长度二进制的伪随机序列，生成多项式定义为

G(x)=1+x¹⁴+x¹⁵

该序列的初始相位定义为100101010000000。

对扰码结果进行编码得到码字。采用的编码方法为前向纠错编码，由外码和内码级联而成，外码为BCH码，内码为编码码率0.5、码长64800比特的LDPC码。对得到的码字进行比特交织后，由星座映射生成码字对应的复数符号，星座映射的方式为QPSK。时域交织采用基于星座符号的卷积交织编码，时域交织结果在预定位置添加导频子载波和虚拟子载波组成频域数据块。每个频域数据块长为8192，其中前548个子载波为虚拟子载波，后7644个子载波中，1/6携带导频符号，5/6携带数据符号。频域数据块经8192点IDFT变换得到时域数据块。

采用CP-OFDM作为组帧技术，选择时域数据块的循环扩展作为保护间隔填充，保护间隔总长512个符号。将时域数据块和保护间隔组合成信号帧。由于本实施例中考虑点对点转发通信，在发射端需由地址插入单元在信号同步头后添加预定的接收地址信息。

此后，将基带信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，得到发射信号，耦合到电力线路中传输。

S2、转发端通过耦合器提取电信号送入LED，经自动增益控制处理后，由LED驱动单元将电压信号转换为电流信号，对LED进行光强调制；

由于本实施例中考虑点对点转发通信，在转发端需由地址匹配单元对电信号携带的地址信息进行匹配。若匹配成功，则采用如图2所示的驱动电路，将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制；若匹配不成功，则采用如图3所示的驱动电路，为LED提供稳定的驱动电流，即电压信号不转换为电流信号，LED发光强度恒定。

考虑到高清数字电视业务对数据传输速率有较高要求，在所述通信系统中，采用基于偏振分光方式的MIMO技术提高数据传输速率。利用“三相四线”的电力线路同时传输两路不同的电信号，驱动两个LED分别根据这两路电信号进行光强调制。为了区分两个LED发出的光信号，需采用偏振片使不同LED发出的光向不同的方向偏振化，偏振后的光在光信道中实现空间复用。

S3、接收端通过光电检测器接收到光信号，根据光强度转换为电信号，经模拟前端处理、同步、解调解码，得到传输数字信号；

由PIN光电检测器接收光信号，并检测光信号强度，转换为电信号。电信号在模拟前端完成自动增益控制、模数转换、滤波、下变频得到基带信号，经同步和解调解码得到传输数字信号。

由于来自不同LED光源的光在光信道中实现空间复用，在接收光信号时，需由光电检测器分别检测出每一种偏振光的强度，对应每个LED接收的电信号，再进行后续的信号处理。

本实施例给出的双工通信系统中，经计算得到下行链路的传输速率为R=28*2*0.5*7644/(512+8192)*5/6*2=40.9834Mbps，可以实现高清数字电视业务的需求。

实施例三

本实施例给出本发明提出的电力线通信与光通信结合的通信方法在面向室内宽带多业务数字通信的双工通信系统中的应用。该双工通信系统中，上行链路采用电力线通信实现，下行链路采用电力线通信与光通信结合的通信实现。要求在48MHz带宽内提供智能家庭与物联网业务，所涉及的方法流程和传输模式详述如下：

S1、发射端根据预定的传输模式对待传输数字信号进行编码调制、组帧、模拟前端处理，得到发射信号并耦合到电力线路中传输；

系统带宽为48MHz，信道带宽也为48MHz，电力线通信系统工作频段为2-50MHz，LED闪烁速度为50MHz。模拟前端采用时域滤波成型，成型滤波器选择为SRRC滤波器，滚降因子为0.05，选择基本符号速率为45.70MHz，基本符号间隔为(1/45.70)us≈0.0219us。

考虑到对待传输数字信号的随机化以便于传输信息处理，需对待传输数字信号进行加扰，扰码是一个最大长度二进制的伪随机序列，生成多项式定义为

G(x)=1+x¹⁴+x¹⁵

该序列的初始相位定义为100101010000000。

对扰码结果进行编码得到码字。采用的编码方法为前向纠错编码，由外码和内码级联而成，外码为BCH码，内码为等效编码码率为0.4的LDPC（7493,3048）码。对得到的码字进行星座映射，生成码字对应的复数符号，星座映射的方式为16QAM。时域交织采用基于星座符号的卷积交织编码，时域交织结果与系统信息参数组成频域数据块，每个频域数据块长为3780，其中包括3744个数据符号和36个系统信息参数符号。频域数据块经3780点IDFT变换得到时域数据块。

采用TDS-OFDM作为组帧技术，选择由一个已知辅助序列及其前同步、后同步组成的保护间隔作为时域数据块之间的填充，其中，辅助序列为已知PN序列经过IDFT变换得到，长度为255个符号，前同步和后同步为该PN序列的循环扩展，前同步长度为82个符号，后同步长度为83个符号，保护间隔总长420个符号。将时域数据块和保护间隔组合成信号帧，每个信号帧中，根据当前帧的时序信号采用不同相位的PN序列作为辅助序列。由于本实施例中考虑点对点转发通信，在发射端需由地址插入单元在信号同步头后添加预定的接收地址信息。

此后，将基带信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，得到发射信号，耦合到电力线路中传输。

S2、转发端通过耦合器提取电信号送入LED，经自动增益控制处理后，由LED驱动单元将电压信号转换为电流信号，对LED进行光强调制；

由于本实施例中考虑点对点转发通信，在转发端需由地址匹配单元对电信号携带的地址信息进行匹配。若匹配成功，则采用如图2所示的驱动电路，将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制；若匹配不成功，则采用如图3所示的驱动电路，为LED提供稳定的驱动电流，即电压信号不转换为电流信号，LED发光强度恒定。

考虑到物联网业务对传输信息的可靠性有较高要求，在所述通信系统中，采用基于偏振分光方式的MIMO技术改善数据传输的准确性。由于照明系统通常需要多个LED光源实现良好的照明效果，可以允许电力线路上的多个LED接收同一电信号，并根据电信号进行光强调制。为了区分不同LED发出的光信号，需采用偏振片使不同LED发出的光向不同的方向偏振化，偏振后的光在光信道中实现空间分集。

S3、接收端通过光电检测器接收到光信号，根据光强度转换为电信号，经模拟前端处理、同步、解调解码，得到传输数字信号；

由PIN光电检测器接收光信号，并检测光信号强度，转换为电信号。电信号在模拟前端完成自动增益控制、模数转换、滤波、下变频得到基带信号，经同步和解调解码得到传输数字信号。

由于来自不同LED光源的光在光信道中实现空间分集，在接收光信号时，需由光电检测器分别检测出每一种偏振光的强度，对应每个LED接收的电信号，再进行后续的信号处理。

本实施例给出的双工通信系统中，经计算得到下行链路的传输速率为R=45.70*4*0.6*3744/(420+3780)≈97.7719Mbps。本系统中采用了MIMO技术，可以实现可靠的物联网业务需求。

实施例四

本实施例给出本发明提出的电力线通信与光通信结合的通信方法在面向窄带无线移动通信的下行链路通信系统中的应用。要求在50kHz带宽内提供支持移动接收的车载导航业务，所涉及的方法流程和传输模式详述如下：

S1、发射端根据预定的传输模式对待传输数字信号进行编码调制、组帧、模拟前端处理，得到发射信号并耦合到电力线路中传输；

系统带宽为50kHz，信道带宽也为50kHz，电力线通信系统工作频段为100-150kHz，LED闪烁速度为150kHz。采用频域子载波成型和时域窗口成型技术相结合实现频谱成型，时域窗口选择为升余弦滚降窗口。选择基本符号速率为50kHz，基本符号间隔(1/50.00)ms=0.0200ms。

加扰待传输数字信号使其随机化后，采用码率为0.5的RS码级联卷积码作为编码方案对扰码结果进行编码。编码结果送入交织器进行交织后，由DBPSK映射生成数据符号，并与虚拟子载波组成频域数据帧，每个频域数据帧长为256个符号，其中只有36个载波携带数据符号，每两个数据载波之间的间隔约为1.3889kHz。频域数据帧经256点IDFT变换调制为时域数据帧。

采用CP-OFDM作为组帧技术，选择时域数据块的循环扩展作为保护间隔填充，保护间隔总长30个符号。将时域数据块和保护间隔组合成信号帧。

此后，将基带信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，得到发射信号，耦合到电力线路中传输。

S2、转发端通过耦合器提取电信号送入LED，经自动增益控制处理后，由LED驱动单元将电压信号转换为电流信号，对LED进行光强调制；

由于本实施例中不考虑点对点转发通信，无需进行地址匹配，直接采用如图2所示的驱动电路，将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制。

S3、接收端通过光电检测器接收到光信号，根据光强度转换为电信号，经模拟前端处理、同步、解调解码，得到传输数字信号；

由APD光电检测器接收光信号，并检测光信号强度，转换为电信号。电信号在模拟前端完成自动增益控制、模数转换、滤波、下变频得到基带信号，经同步和解调解码得到传输数字信号。

本实施例给出的下行链路传输系统中，经计算得到传输速率为R=50*1*1/2*36/(256+30)≈3.1469kbps，可以实现移动接收环境下的车载导航业务需求。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (7)

1.一种电力线通信与光通信结合的通信方法，其特征在于，包括步骤：

S1、发射端根据预定的传输模式对待传输数字信号进行编码调制、组帧、模拟前端处理，得到发射信号并耦合到电力线路中传输；

S2、转发端通过耦合器提取电信号送入LED，经自动增益控制处理后，对所述电信号携带的地址信息进行匹配，若匹配成功，则由LED驱动单元将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制；若匹配不成功，则为LED提供稳定的驱动电流，电压信号不转换为电流信号，LED发光强度恒定；

S3、接收端通过光电检测器接收到光信号，根据光强度转换为电信号，经模拟前端处理、同步、解调解码，得到传输数字信号；

其中，所述发射端能够将接收地址信息加入到发射信号中，相应地，所述转发端能够匹配电信号携带的地址信息；

“三相四线”的电力线路能够同时传输两路不同的电信号，驱动多个LED同时根据不同的电信号进行光强调制，并采用偏振片使所述多个LED发出的光向不同的方向偏振化，偏振后的光在光信道中实现空间复用；

当LED的数量大于电力线路传输信号的数量时，可驱动多个LED同时根据相同的电信号进行光强调制，并采用偏振片使所述多个LED发出的光向不同的方向偏振化，偏振后的光在光信道中实现空间分集。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述传输模式包括：系统工作频段、最大信道带宽、扰码方式、编码方式、星座映射方式、交织方式、调制方式、组帧方式。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

调制方式采用OFDM调制，组帧方式包括ZP-OFDM、CP-OFDM、TDS-OFDM。

4.一种基于权利要求1所述方法的发射端装置，其特征在于，包括：

编码调制单元，用于根据预定的传输模式，对待传输数字信号进行扰码、编码、星座映射、交织、IDFT运算处理，得到对应的时域数据块；

组帧单元，用于根据帧结构、当前帧的时序信号得到填充所需的保护间隔，将时域数据块和保护间隔组合成信号帧，结合一个或多个信号帧，添加同步头组成复帧结构；

模拟前端单元，用于对基带信号进行上变频、数模转换和滤波操作，得到发射信号，并将发射信号耦合到电力线路中。

5.一种基于权利要求1所述方法的转发端装置，其特征在于，包括：

电力线耦合器，用于从电力线路中耦合出电信号并送入LED；

自动增益控制单元，用于调整电信号的信号强度；

LED驱动单元，用于将电压信号转换为电流信号，驱动LED发光并进行光强调制。

6.一种基于权利要求1所述方法的接收端装置，其特征在于，包括：

光电检测器，用于接收变化的光信号，检测光信号强度并转换为电信号；

模拟前端单元，用于自动增益控制调整电信号的信号强度，并完成模数转换、滤波、下变频得到基带信号；

同步单元，用于根据帧结构进行接收端同步，对帧头进行定位，并校正载波频偏和采样频偏，根据预定的帧结构从信号帧中分离出所需时域数据块和辅助序列；

解调解码单元，用于对时域数据块进行DFT变换得到频域数据块，根据辅助序列进行信道估计，并利用信道估计的结果对频域数据块进行信道均衡，根据预定的传输模式对信道均衡结果进行解交织、解星座映射、解码、解扰等处理，得到传输数字信号。

7.一种电力线通信与光通信结合的通信系统，其特征在于，包括：

权利要求4所述的发射端装置；

权利要求5所述的转发端装置；

权利要求6所述的接收端装置。