CN102932314A - 一种正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，包括：确定OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数；根据导频个数在占用频带内等间隔插入已知导频，其余子载波则预留给数据子载波；按照公式C_k(n)＝mod(n+(k-1)×s，N)插入数据子载波，完成子载波分配；其中n＝0，1，2...N-1。本发明可以有效地提高OFDM电力线载波通信系统对抗强干扰和强衰减的能力。

Description

一种正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法

技术领域

本发明涉及数据传输领域，尤其涉及正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)电力线载波通信系统的子载波分配技术领域。

背景技术

传递信息所需的一切结束设备的总和称为通信系统。一般说来，人们会根据通信系统所应用的环境不同而制定不同的通信协议或者标准来规范该应用领域的通信系统。通信协议的制定是通信系统标准化的前提，是后续通信系统实现、应用的基础，因而具有非常重要的意义。

通信系统协议的制定需要对该通信系统的应用环境和期望达到的通信指标有着非常深入的研究。而通信协议的制定正是在深入研究通信系统的应用环境和分析期望达到的通信指标的基础上选择相应的技术、设备、传输方式等来完成通信目标。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术以其超强的抗衰减能力、较高的频率利用率、适合高速数据传输的特性和良好的抗码间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)能力已被广泛应用于许多通信领域。例如欧洲数字音频广播(Digital Audio Broadcast，DAB)、数字视频广播(Digital Video Broadcast，DVB)、IEEE802.11a\b\g、中国移动多媒体广播(China Mobile Multimedia Broadcast，CMMB)等等都采用了OFDM技术。

对基于OFDM的电力线载波通信系统来说，子载波的分配是通信协议标准的制定的重要组成部分。选择合理的子载波分配方法对系统性能的提高具有重要意义。子载波分配方法涉及到导频的插入和数据子载波的分配。OFDM电力线载波通信系统采用扩频调制技术，因此同样的Symbol会重复发送，这也给通信系统的设计者提供了通过不同的子载波分配方法来提高OFDM电力线载波通信系统对抗电力线信道强干扰和强衰减的能力的可能性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对电力线信道环境给OFDM电力线载波通信系统带来的强干扰和强衰减的问题，提供一种OFDM电力线载波通信系统的子载波分配方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，包括：

确定OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数；

根据导频个数在占用频带内等间隔插入已知导频，其余子载波则预留给数据子载波；

按照公式C_k(n)＝mod(n+(k-1)×s，N)插入数据子载波，完成子载波分配；其中n＝0，1，2...N-1。

上述方案中，所述OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数至少包括子载波总数目、导频数目、导频间隔、数据子载波数目、扩频次数和子载波旋转个数。所述确定OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数，具体包括：

子载波总数目＝导频数目+数组子载波数目，导频间隔＝(子载波总数目-1)/(导频数目-1)，扩频次数取值范围为大于0的正整数，当扩频次数为1时即不进行扩频，子载波旋转个数为大于0的正整数，一般小于数据子载波数目。

上述方案中，所述占用频带是指子载波所在的频段，所述已知导频是指为提高系统性能而发送的一些接收端已知的数据，所述数据子载波是指子载波中除了已知导频的其余子载波。所述根据导频个数在占用频带内等间隔插入已知导频，其余子载波则预留给数据子载波，具体包括：

一般子载波首尾都为导频子载波，导频子载波的位置为[0导频间隔*1导频间隔*2……导频间隔*(导频数目-1)]。

上述方案中，所述公式C_k(n)＝mod(n+(k-1)×s，N)中，n为子载波序列，N为数据子载波数目，k表示扩频次数，且N和k都为固定的数，s表示子载波旋转个数，C_k(n)则表示k次扩频的第n个子载波的位置，mod表示取模运算。所述按照公式C_k(n)＝mod(n+(k-1)×s，N)插入数据子载波，完成子载波分配，具体包括：

对于[0～N-1]的数据子载波，其中N为数据子载波数目，对于不同的扩频次数和子载波旋转个数，带入上述公式即可得到相应的C_k(n)，即为该位置所应该放置的数据子载波序号。

(三)有益效果

本发明所提供的OFDM电力线载波通信系统的子载波分配方法，通过在不同扩频次数的Symbol安排不同顺序的子载波可以将来自时域和频域的脉冲噪声对子载波的干扰降低，因此提高了OFDM电力线载波通信系统对抗电力线信道强干扰和强衰减的能力。

附图说明

图1为依照本发明实施例的OFDM电力线载波通信系统的子载波分配方法的流程图；

图2为依照本发明实施例的OFDM电力线载波通信系统的导频插入示意图；

图3为依照本发明实施例的OFDM电力线载波通信系统的子载波分配示意图；

图4为依照本发明实施例对正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法在MATLAB中进行仿真的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1为根据本发明的OFDM电力线载波通信系统的子载波分配方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101：确定OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数；

所述步骤101中OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数至少包括子载波总数目、导频数目、导频间隔、数据子载波数目、扩频次数和子载波旋转个数等。

其中，子载波总数目＝导频数目+数组子载波数目，导频间隔＝(子载波总数目-1)/(导频数目-1)，扩频次数取值范围为大于0的正整数，当扩频次数为1时即不进行扩频，子载波旋转个数为大于0的正整数，一般小于数据子载波数目。

步骤102：根据导频个数在占用频带内等间隔插入已知导频，其余子载波则预留给数据子载波；

所述步骤102中占用频带是指子载波所在的频段，已知导频是指为了提高系统性能而发送的一些接收端已知的数据，数据子载波是指子载波中除了已知导频的其余子载波。

一般子载波首尾都为导频子载波，导频子载波的位置为[0导频间隔*1导频间隔*2……导频间隔*(导频数目-1)]。

步骤103：按照下面公式插入数据子载波，完成子载波分配；

C_k(n)＝mod(n+(k-1)×s，N)

n＝0，1，2...N-1

其中，n为子载波序列，N为数据子载波数目，k表示扩频次数，且N和k都为固定的数，s表示子载波旋转个数，C_k(n)则表示k次扩频的第n个子载波的位置，mod表示取模运算。

对于[0～N-1]的数据子载波，其中N为数据子载波数目，对于不同的扩频次数和子载波旋转个数，带入上述公式即可得到相应的C_k(n)，即为该位置所应该放置的数据子载波序号。

图2为根据本发明的OFDM电力线载波通信系统的导频插入示意图，其中黑色圆圈表示导频位置，白色圆圈表示数据子载波。以扩频3次、旋转3次为例，如图2所示，导频位置是固定不变的。

图3为根据本发明的OFDM电力线载波通信系统的子载波分配示意图，其中黑色圆圈表示导频位置，白色圆圈表示数据子载波，白色圆圈中的数字代表该位置所分配的数据子载波序号。如图3所示，数据子载波的位置随着扩频次数的增加而依次旋转。

基于图1提供的OFDM电力线载波通信系统的子载波分配方法，以下结合一个具体的例子来详细说明该OFDM电力线载波通信系统的子载波分配方法。

首先，确定OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数，假设子载波总数目＝97、导频数目＝25、导频间隔＝4、数据子载波数目＝72、扩频次数＝3和子载波旋转个数＝3；

由于子载波中的导频数目为25个，导频间隔为3，所以可以得到导频子载波在所有子载波中的位置为[04812……9296]，分别对应图2和图3中的黑色部分；

接下来是数据子载波，对于第1次扩频，即图3中第一行的白色子载波位置，按照步骤3所给出的公式，可以得出，

C₁(n)＝mod(n+(1-1)×3,72)＝n即第一次扩频时数据子载波的顺序不变；

对于第2次扩频，即图3中第二行的白色子载波位置，按照步骤3给出的公式，可以得出，

C₂(n)＝mod(n+(2-1)×3,72)＝mod(n+3,72)

以图3中第二行的第5个和第70个为例，可以通过上式分别计算得到

C₂(5)＝mod(5+3,72)＝8

C₂(70)＝mod(70+3,72)＝1

即第二行的第5个子载波应该放置第8号数据子载波，第70个子载波应该放置第1个数据子载波；

对于第3次扩频，即图3中第三行的白色子载波位置，按照步骤3给出的公式，可以得出，

C₃(n)＝mod(n+(3-1)×3,72)＝mod(n+6,72)

以图3中第三行的第5个和第70个为例，可以通过上式分别计算得到

C₃(5)＝mod(5+6,72)＝11

C₃(70)＝mod(70+6,72)＝4

即第三行的第5个子载波应该放置第11号数据子载波，第70个子载波应该放置第4个数据子载波；

其余子载波的分配方法依此类推。

进一步地，本发明还对这种正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法在MATLAB中进行了仿真，结果如图4所示。可以看出，采用子载波分配方法后的系统误帧率要明显低于不采用子载波分配方法前的情况，在信噪比比较低的情况下更是如此。这样的结论很容易直观理解，即子载波随着扩频次数进行旋转后，当某一子载波受到信道中的干扰和衰减影响时，其进行了旋转的复制子载波可能并不会受到同样的干扰和衰减，这样自然也就提高了系统的性能，提升了OFDM低压电力线载波通信系统对抗强干扰和强衰减的能力。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，其特征在于，包括：

确定OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数；

根据导频个数在占用频带内等间隔插入已知导频，其余子载波则预留给数据子载波；

按照公式C_k(n)＝mod(n+(k-1)×s，N)插入数据子载波，完成子载波分配；其中n＝0，1，2…N-1。

2.根据权利要求1所述的正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，其特征在于，所述OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数至少包括子载波总数目、导频数目、导频间隔、数据子载波数目、扩频次数和子载波旋转个数。

3.根据权利要求2所述的正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，其特征在于，所述确定OFDM电力线载波通信系统子载波分配的各项参数，具体包括：

子载波总数目＝导频数目+数组子载波数目，导频间隔＝(子载波总数目-1)/(导频数目-1)，扩频次数取值范围为大于0的正整数，当扩频次数为1时即不进行扩频，子载波旋转个数为大于0的正整数，一般小于数据子载波数目。

4.根据权利要求1所述的正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，其特征在于，所述占用频带是指子载波所在的频段，所述已知导频是指为提高系统性能而发送的一些接收端已知的数据，所述数据子载波是指子载波中除了已知导频的其余子载波。

5.根据权利要求4所述的正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，其特征在于，所述根据导频个数在占用频带内等间隔插入已知导频，其余子载波则预留给数据子载波，具体包括：

一般子载波首尾都为导频子载波，导频子载波的位置为[0导频间隔*1导频间隔*2……导频间隔*(导频数目-1)]。

6.根据权利要求1所述的正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，其特征在于，所述公式C_k(n)＝mod(n+(k-1)×s，N)中，n为子载波序列，N为数据子载波数目，k表示扩频次数，且N和k都为固定的数，s表示子载波旋转个数，C_k(n)则表示k次扩频的第n个子载波的位置，mod表示取模运算。

7.根据权利要求6所述的正交频分复用电力线载波通信系统的子载波分配方法，其特征在于，所述按照公式C_k(n)＝mod(n+(k-1)×s，N)插入数据子载波，完成子载波分配，具体包括：

对于[0～N-1]的数据子载波，其中N为数据子载波数目，对于不同的扩频次数和子载波旋转个数，带入上述公式即可得到相应的C_k(n)，即为该位置所应该放置的数据子载波序号。

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