CN103326981A - 一种基于ofdm的电力线载波通信的控制信号调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于OFDM的电力线载波通信的控制信号调制方法，包括以下步骤：A、选择码长相同的M组伪随机序列作为调制信号；B、将所述M组调制信号与M组控制信令信息建立一一对应的映射关系；C、定义一段线性调频信号作为基本信号；D、根据待传输的控制信令信息所对应的调制信号，对所述基本信号进行联合调制得到相应的控制信号。本发明的有益效果是：抗干扰能力强、可靠性高并能适应不同频带的要求。

Description

一种基于OFDM的电力线载波通信的控制信号调制方法

技术领域

本发明涉及电力线载波通信领域，特别是涉及一种基于OFDM的电力线载波通信的控制信号调制方法。 

背景技术

电力线载波通信技术简称PLC，是指利用电力线传输数据的一种通信方式。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。它的另一个特点是，它是世界上已知覆盖范围最广的网络。 

然而，电力线的信道环境复杂，其信道传输特点有：时变性大，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。可见，电力线信道是一个非常恶劣的信道，存在严重的干扰、严重阻抗失配和多径衰落严重等问题。而控制信令信息是通信系统需要传输的重要信息，用于传输系统的工作模式、信号的调制方式、编码方式等重要信息，必须非常可靠。在这样恶劣的环境下，如何设计一种能够可靠传输控制信令信息的传输方法将至关重要，它将直接影响到电力线载波通信的正确性与可靠性。一旦控制信令信息解调出错，将导致后续的数据信息无法正确解调。由此可见，控制信令信息传输方法具有非同一般的重要性。 

对于一般的正交频分复用系统（OFDM系统），通常采用OFDM符号来传输控制信令信息，同时采用更加可靠的调制方式和更加可靠的编码方式来确保传输信息的可靠性和正确性。但在恶劣的电力线环境下，由于存在突发的强脉冲干扰，传输控制信令信息的OFDM符号往往难以抵抗恶劣的信道环境，导致控制信令信息出错。因此，需要一种更加可靠的控制信令信息传输方法。 

发明内容

针对电力线载波通信对控制信令信息传输的可靠性要求，本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于OFDM的电力线载波通信的控制信号调制方法。 

本发明一种基于OFDM的电力线载波通信的控制信号调制方法的整体技术思路和方案为：选择码长相同的若干组伪随机序列作为调制信号；将控制信令信息映射到所述调制信号上；定义一段线性调频信号作为基本信号；根据待传输控制信令信息所映射的一组调制信号，对所述基本信号进行联合调制得到相应的控制信号。 

下面对照附图1，对本发明的基于OFDM系统的电力线载波通信的控制信号调制方法进行详细的阐述： 

1、首先，选取M组合适长度的伪随机PN序列或者伪随机PN序列的截断码作为调制信号，各组调制信号的码长均为N，即 

$P=\{P_1,P_2,P_3,\·\·\·,P_{M-1,}{P}_M{\}}^{\′}$

$P_i=\{a_{i1},a_{i2},a_{i3},\·\·\·,a_{\mathrm{iN}}\},\mathrm{where}{a}_{\mathrm{ij}}=\±1$       (1) 

需要注意的是，码长N的选取要综合考虑硬件资源的要求以及调制信号的相关可靠性和抗噪声性能。而伪随机序列PN码组的个数M（M≥2）主要取决于需要传输的控制信令信息的比特个数。同时，所有不同组的伪随机序列PN码或伪随机序列PN码的截断码需要具有良好的互相关特性，即不同组的伪随机序列码互相关系数应该较小，远远小于1。 

2、将所传输的M组控制信令信息（一般为系统工作模式、数据调制方式、系统编码方式等信息的组合）与调制信号P_i上建立一一对应的映射关系，即不同组的调制信号分别代表了各自的系统工作模式、数据调制方式和系统编码方式等信息组成的控制信令信息。 

3、接着，定义该传输方法所要求的线性调频信号作为基本信号，即： 

其中A为信号幅度， $\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& 0\≤t/\≤1\\ 0,& \mathrm{other}\end{array}\right.$ 为矩形函数，

为初始时刻相位，μ为调频斜率, 

由以下公式计算得到： 

$\mathrm{\μ}=\frac{\mathrm{BW}}{T}=\frac{f_2-f_1}{T}---\left(2\right)$

其中BW为线性调频带宽，f₁为起始频率，f₂截止频率，T为线性调频信号的时间宽度，f₁、f₂和T等OFDM系统的系统参数，是根据系统预先设定的值。需要特别注意的是，为了确保信号的起始时刻幅度从零开始，以减小硬件的幅度冲击响应，优选所述线性调频信号在t=0的初始时刻相位为

即幅度为零，即： 

$L\left(t\right)=\mathrm{Arect}\left(\frac{t}{T}\right)\cos (\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\ω}}_{0}t+\frac{{\mathrm{\μt}}^2}{2})$

$=\mathrm{Arect}\left(\frac{t}{T}\right)\cos [\frac{\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\π}(f_{1}t+\frac{\mathrm{\μ}{t}^2}{2})]$         (3) 

4、根据当前系统工作方式对应的一组调制信号P_i（即待传输的控制信令信息所对应的一组调制信号），对基本线性调频信号进行联合调制，得到相应的联合调制信号，即： 

$S\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ij}}\·\mathrm{Arect}\left(\frac{t-j\·T+T}{T}\right)\cos \{\frac{\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\π}[f_1(t-j\·T+T)+\frac{\mathrm{\μ}{(t-j\·T+T)}^2}{2}\left]\right\}---\left(4\right)$

因此，利用上述公式得到的联合调制信号的波形是由N段+1或者-1调制的线性调频信号，亦即以T时间长度的线性调频信号为基本信号，然后分N段进行+1或者-1调制， 

正如下表所示： 

该联合调制信号即为控制信号，将所述联合调制信号连接到同步信号之后，耦合到电力线上进行后续的传输。 

5、接收端从接收到的控制信号中检测出其中的调制信号，从而解调出相应的控制信令信息。 

本发明的有益效果是：由于多组伪随机序列PN码具有良好的互相关和自相关性能，能够相互之间准确的加以区分，接收端检测得到所传输的调制信息后，能够准确的解调出相应的系统工作方式等控制信令信息。另一方面，线性调频信号具有其突出的特性，它不但具有良好的自相关和互相关性能，类似PN的性质，而且满足频谱在任意频带的要求。另外，线性调频信号类似与一般的正弦信号，具有恒定的包络幅度，幅度变化比较有规则，对幅度限幅不太敏感，这一点对载波通信同样非常有益。因此本发明的方法具有抗干扰能力强、可靠性高并能适应不同频带等优点。 

附图说明

图1是本发明的传输方法的流程图； 

图2是本发明具体实施例的第二组调制信号与各组调制信号的相关特性图； 

图3是本发明具体实施例的基本信号的波形图； 

图4是本发明具体实施例的联合调制信号的波形图。 

具体实施方式

下面对照附图并结合优选具体实施方式对本发明进行进一步的阐述。 

假设电力线载波通信系统需要传输的控制信令信息包括3种数据调制方式和2种数据编码方式，共6种不同的工作模式。因此，本实施例选取6组码长为16的伪随机序列PN码的截断码作为调制信号，与所述工作模式进行映射，每组调制信号表示的工作模式如下表所示： 

工作模式与调制信号映射关系表 

假设此时电力线载波通信系统在工作模式2情况下工作，即此时应该选择第二组PN码P₂={-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,1,-1}作为调制信号。同时，假设系统起始频点f₁=100kHz，终止频点f₂=200kHz，信号调制时间为T=65×10^-6s，则按照前述公式(2)和公式(4)产生的基本信号和联合调制信号（即最终控制信令信号）的波形如图4所示。 

如图3所示，第二组调制信号与其他各种调制信号的相关系数都非常小，可见它们之间具有很好的互相关性。这样，接收端根据接收的信号与各种调制信号的相关性，就能够准确的判断发送端发送的调制信号，从而根据表格1可靠的解调出系统的工作模式。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思 的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种基于OFDM的电力线载波通信的控制信号调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、选择码长相同的M组伪随机序列作为调制信号；

B、将所述M组调制信号与M组控制信令信息建立一一对应的映射关系；

C、定义一段线性调频信号作为基本信号；

D、根据待传输的控制信令信息所对应的调制信号，对所述基本信号进行联合调制得到相应的控制信号。

2.根据权利要求1所述的控制信号调制方法，其特征在于：所述伪随机序列为伪随机PN序列P或伪随机PN序列的截断码P，即：

$P=\{P_1,P_2{,P}_3,\·\·\·,P_{M-1,}{P}_M{\}}^{\′}$

$P_i=\{a_{i1},a_{i2},a_{i3},...,a_{\mathrm{iN}}\},\mathrm{where}{a}_{\mathrm{ij}}=\±1.$

3.根据权利要求2所述的控制信号调制方法，其特征在于：所述基本信号

其中，A为信号幅度， $\mathrm{rect}\left(\frac{t}{T}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& 0\≤t/T\≤1\\ 0,& \mathrm{other}\end{array}\right.$ 为矩形函数，

为初始时刻相位，μ为调频斜率,由以下公式计算得到：

BW为线性调频带宽，f₁为起始频率，f₂截止频率，T为线性调频信号的时间宽度。

4.根据权利要求3所述的控制信号调制方法，其特征在于：所述初始时刻相位

5.根据权利要求4所述的控制信号调制方法，其特征在于：所述控制信号

$S\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ij}}\·\mathrm{Arect}\left(\frac{t-j\·T+T}{T}\right)\cos \{\frac{\mathrm{\π}}{2}+2\mathrm{\π}[f_1(t-j\·T+T)+\frac{\mathrm{\μ}{(t-j\·T+T)}^2}{2}\left]\right\}.$

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