CN103378875B - 一种ofdm的协作分集传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于窄带低压电力线通信网络的基于OFDM的协作分集传输方法和装置，该方法为：基于OFDM调制方式，将可用子载波划分为多个通道，利用低压电力线载波通信网络中闲置的节点作为中继，通过不同节点在不同通道上发送相同的原始信息，可使网络中所有的节点都参与工作，并且由于不同节点工作通道可以自由选择，达到了充分利用节点发送功率、提高频率分集的效果，进而提高了对抗频率选择性衰落及有色噪声的能力。另外，不同通道使用不同的交织或信道编码，能够提高时间分集，增强对抗时变干扰和脉冲噪声的能力。通过本发明公开的OFDM的协作分集传输方法和装置，能够实现利用通信频带及节点数量的前提下，提供可靠通信质量。

Description

一种OFDM的协作分集传输方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种应用于窄带低压电力线的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分多路复用)的协作分集传输方法及装置。

背景技术

PLC(Power Line Communication，电力线通信技术)是利用电力线传输数据和信号的一种通信方式。由于电力线网络作为传输媒质，具有成本低、施工难度小等特点，因此，电力线载波通信广泛地应用于自动化控制、宽度接入等领域。低压电力线载波通信是电力线载波通信的一种，相对于高压、中压电力线载波通信，它的覆盖范围最广，应用最为丰富。其中，在智能抄表、用电节点控制、发电节点控制等方面都有广阔的应用前景。

但是，电力线网络并不是一种可靠的通信媒质，首先，电力线对通信信号会造成强烈的衰减，其衰减量取决于信号频率、网络拓扑、负载电器等。由于影响的因素很多，电力线上的衰减特性非常复杂，呈现频率选择性衰落的特性，如在某些频点处形成很深的凹槽。其次，电力线网络中的电器会带来各种各样的噪声和干扰，如白噪声、脉冲噪声、窄带干扰、同步周期噪声等。低压电力线网上通常有大量的来自居民或办公用户的电器，各种干扰和噪声尤其丰富，给低压电力线上的通信造成很大的困难。

针对上述电力线网络通信的缺陷，传统技术中采用了很多种解决与改进的方案。

对于上述PLC信道上存在的频率选择性衰落及有色背景噪声，会使得不同频点上的通信质量相差很大。现有技术中，通常采用反复实验的方法确定通信质量较好的工作频点，选择固定频点进行通信的方案。但是，这个结果只有统计学上的意义，由于PLC信道上的衰减特性和噪声特性都是随机的，随时间、地点、负载等因素变化，因此，选定的频点并不是对每个网络都适合。当信号在选定频点上衰减较大，或该频点上有强烈的有色噪声或窄带干扰，那么即使使用纠错码等技术，通信质量仍会受到严重影响。

另外，传统技术中使用的扩频、跳频等技术有一定的频率分集，一定程度上可以抵抗频率选择性衰落及有色噪声的不利影响，但是，其扩频增益较小，不能充分利用电力线通信频带。

同时，传统技术中个给出的许多物理层调制与信道编码方案，例如：基本的调制技术如PSK(Phase Shift Keying，相移键控)、FSK(Frequency ShiftKeying，频移键控)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分多路复用)等；信道编码技术如各种卷积码、分组码与交织的组合等，但这些技术注重的是点对点单跳的通信性能即单输入单输出的通信系统，因此，没能利用PLC网络自身具有的多输入多输出的性质。而传统方法使用中继、路由等方法来保证PLC网络上点到点的多跳传输时，是预先制定通信路径，及路径上的中继节点和目的节点，使得在整个传输过程中，只有被指定的节点参与工作，而其他节点均被闲置，因此，没能充分利用其通信能力。虽然传统技术中的并发式路由、单频网以及和声技术能够利用网络中所有可用节点中继，但这些节点发送的信号是叠加在同一个频点上，不仅没有频率分集，工作时容易相互削弱、延迟叠加，造成严重的频率衰落、频谱凹槽等，而且节点数量越多，表现越为严重。

因此，针对低压电力线载波通信网络，传统技术采用的各种方案都无法在充分利用通信频带及节点数量的基础上，来提供可靠的通信质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于窄带低压电力线的OFDM的协作分集传输方法及装置，以解决现有技术中无法在充分利用通信频带及节点数量的基础上，提供可靠通信质量的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种正交频分多路复用OFDM的协作分集传输方法，应用于电力线通信网络，包括：

将传输数据所需的时间划分为若干时隙，将包括源节点、中继节点和目的节点的电力线通信网络中的可用频带设定为N个通道，N为正整数，其中，每个通道带宽固定，子载波数量固定，并利用工作频点进行标识，所述工作频点指一个通道的中心频率；

在开始时隙内，源节点获取来自上位机的原始数据后，经信道编码调制处理，在所述源节点的N个工作频点中选择n个工作频点向下一级中继节点发送所述经信道编码调制处理后的信息。

各个中继节点接收所述源节点或上一级中继节点发送/转发的经信道编码调制处理后的信息，对其进行解调解码处理，获得所述原始数据；

在后续时隙内，在所述中继节点上对所述原始数据进行信道编码调制处理，将获取的经信道编码调制处理后的信息，从所述中继节点的N个工作频点中选择m个工作频点转发信息至下一级中继节点；

目的节点接收所述源节点和/或各个所述中继节点转发的经信道编码调制处理后的信息，并对其进行解调解码处理，获取所述原始数据；

重复执行上述过程直至最后一个时隙；

其中，m和n为大于0小于或等于N的正整数。

优选地，源节点获取来自上位机的原始数据后，经信道编码调制处理后的信息后，在所述源节点的N个工作频点中选择n个工作频点上向下一级中继节点发送所述经信道编码调制处理后的信息的具体过程包括：

所述源节点在n个工作频点上对获取的所述原始数据进行信道编码，及交织处理，得到处理后的数据；

将所述处理后的数据映射入所述源节点的n个所述工作频点的子载波上；

将所述映射入各个所述工作频点的数据经快速傅里叶逆变换后，获得相应的时域信号；

其中，n个工作频点的中心频率位置可调。

优选地，各个中继节点接收所述源节点或上一级中继节点发送/转发的经信道编码调制处理后的信息，对其进行解调解码处理，获得所述原始数据的具体过程包括：

各个所述中继节点对接收到的所述源节点，或者所述上一级中继节点发送来的经信道编码调制处理后的信息进行自动增益控制和滤波操作，所述经信道编码调制处理后的信息为时域信号；

检测各个所述中继节点的N个工作频点中所述时域信号是否存在；

对所述时域信号进行快速傅里叶变换，将所述时域信号变换为所述频域信号，并对存在所述时域信号的相应通道的子载波进行解映射，得到软信息；

将所述软信息进行解交织处理；

将所述解交织处理后的软信息进行软信息合并；

将所述合并后的软信息进行信道解码处理，获得所述原始数据。

优选地，在后续时隙内，在所述中继节点上对所述原始数据进行信道编码调制处理，将获取的经信道编码调制处理后的信息，从所述中继节点的N个工作频点中选择m个工作频点上转发信息至下一级中继节点的具体过程包括：

所述中继节点在N个工作频点上对所述原始数据进行信道编码及交织处理，得到处理后的数据；

将所述处理后的数据映射入所述中继节点内m个通道的子载波上，其中m为大于0小于或等于N的正整数，m≠n，或m＝n；

将所述映射入子载波的数据经快速傅里叶逆变换后，获得相应的时域信号；

其中，所述N个工作频点对应的子载波数量相同，带宽相同，中心频率位置可调。

优选地，所述将传输数据所需的时间划分为若干时隙的划分依据来自通信节点的实时时钟芯片RTC，或来自外部的GPS时间同步，或者50Hz工频过零信号等，或者来自传输信息中所包含的数据帧。

优选地，所述信道编码包括：

里德-所罗门码RS码、卷积码、Turbo码或速率兼容删除卷积码RCPC码。

所述交织方式包括：

分组交织、对角交织、螺旋交织、奇偶交织或随机交织；

其中，各个工作频点标识的通道采取不同的交织方法。

优选地，所述软信息合并处理包括：选取最优信号处理方式、平均加权处理方式或最大比合并处理方式。

一种正交频分多址OFDM的协作分集传输装置，应用于电力线通信网络，包括：位于源节点上的第一发射机，位于中继节点上的第二发射机和第二接收机，以及位于目的节点上的第三发射机和第三接收机；

第一发射机，用于在在开始时隙内，将源节点接收到的来自上位机的原始数据经信道编码调制处理后，在所述源节点的N个工作频点中选择n个工作频点上向中继节点发送所述经信道编码调制处理后的信息；

第二接收机，用于在后续时隙中，判断当当前接收由源节点或上一级中继节点发送的经信道编码调制处理后的信息的节点是中继节点时，，对其进行解调解码处理，获得所述原始数据，并进入中继节点对应的第二发射机；

第二发射机，用于在所述中继节点上对所述原始数据进行信道编码调制处理，将获取的经信道编码调制处理后的信息，从所述中继节点的N个工作频点中选择m个工作频点上转发至下一级中继节点；

第三接收机，用于判断当前接收由源节点，或各个所述中继节点发送/转发的经信道编码调制处理后的信息为目的节点时，对其进行解调解码处理，获取所述原始数据；

其中，在所述电力线通信网络中，传输数据所需的时间划分为若干时隙，将包括源节点、中继节点和目的节点的可用频带设定为N个通道，N为正整数；其中，每个通道带宽固定，子载波数量固定，并利用工作频点进行标识，所述工作频点指一个通道的中心频率；

m和n为大于0小于或等于N的正整数。

优选地，位于源节点上的第一发射机、位于中继节点上的第二发射机中至少包括：

信道编码单元，用于基于所述源节点或所述中继节点将所述原始数据在n个工作频点上进行信道编码；

交织单元，用于对编码后的原始数据在n个工作频点进行交织处理，得到处理后的信息；

映射单元，用于将所述处理后的信息映射入所述源节点或所述中继节点的n个工作频点的子载波上快速傅里叶逆变换单元，用于将所述映射入子载波的信息进行快速傅里叶逆变换处理，获得相应的时域信号；其中，所述n个工作频点从所述源节点或中继节点的N个工作频点内选择，n为大于0小于或等于N的正整数；所述N个工作频点对应的子载波数量相同，带宽相同，中心频率位置可调。

优选地，位于中继节点上的第二接收机，以及位于目的节点上的第三接收机中至少包括：

前端单元，用于接收所述源节点和/或上一级中继节点发送来的所述经信道编码调制处理后的信息，所述经信道编码调制处理后的信息为时域信号，并对所述时域信号执行自动增益控制和滤波操作；

同步检测单元，用于检测各个中继节点或目的节点的N个工作频点中的所述时域信号是否存在；

快速傅里叶变化及解映射单元，用于对所述时域信号进行快速傅里叶变换，获取对应的频域信号，并对存在于所述时域信号的相应通道内的子载波进行解映射，得到软信息；

解交织单元，用于将所述软信息进行解交织处理；

软信息合并单元，用于将所述解交织处理后的软信息进行软信息合并；

信道解码单元，用于将所述合并后的软信息进行信道解码处理，获得所述原始数据。

通过上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：本发明采用协作分集的方法，利用低压电力线载波通信网络中闲置的节点作为中继，通过不同节点在不同频点上发送相同的原始信息，可使网络中所有的节点都参与工作，并且不同节点工作频点可以自由选择。由于不同频点的通信质量不同，采用不同节点在不同频点发送相同原始数据，能够达到了充分利用节点发送功率、提高频率分集的效果，进而提高了对抗频率选择性衰落及有色噪声的能力。同时结合不同频点使用不同的交织或信道编码，能够提高时间分集，增强对抗时变干扰和脉冲噪声的能力。因此，通过本发明公开的应用于窄带低压电力线的OFDM的协作分集传输方法，实现了充分利用通信频带及节点数量的前提下，提供可靠通信质量的目的。

附图说明

图1是为本发明实施例公开的一种正交频分多路复用OFDM的协作分集传输方法的流程图；

图2为本发明实施例一中公开的步骤S102的具体执行过程的流程图；

图3为本发明实施例一中公开的步骤S103的具体执行过程的流程图；

图4为本发明实施例一中公开的步骤S104的具体执行过程的流程图；

图5为本发明实施例中示出的4个节点发送数据时的节点示意图；

图6为本发明实施例中示出的退化的单频点中继发送数据时的节点示意图；

图7为本发明实施例中示出的多频点随机中继2发送数据时的节点示意图；

图8为本发明实施例中示出的多频点组合发送数据时的节点示意图；

图9为本发明实施例公开的一种应用于电力线通信网络中的OFDM的协作分集传输装置结构示意图；

图10为本发明实施例公开的发射机的结构示意图；

图11为本发明实施例公开的接收机的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种正交频分多路复用OFDM的协作分集传输方法及装置，本发明公开的方法中利用低压电力线载波通信网络中闲置的节点作为中继，通过不同节点在不同通道上发送相同的原始信息，可使网络中所有的节点都参与工作，并且不同节点工作频点可以自由选择，由于不同频点的通信质量不同，采用不同节点在不同通道发送相同原始数据，达到了充分利用节点发送功率、提高频率分集的效果，进而提高了对抗频率选择性衰落及有色噪声的能力，。同时不同通道使用不同的交织或信道编码，以提高时间分集，增强了对抗时变干扰和脉冲噪声的能力实现了充分利用通信频带及节点数量的前提下，提供可靠通信质量的目的。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例一公开的一种应用于窄带低压电力线通信网络的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple，正交频分多路复用)的协作分集传输方法的实现流程图，具体过程为：

步骤S101：将传输数据所需的时间划分为若干时隙，将包括源节点、中继节点和目的节点的电力线通信网络中的可用频带设定为N个通道，N为正整数，其中，每个通道带宽固定，并利用工作频点进行标识。

在执行步骤S101的过程中，将电力线通信网络中的可用频带设定为N个通道，在具体执行过程中，每个通道通常用工作频点进行标识，即当数据选择在某个通道中进行传输时，实际上是选择该工作频点进行标识，即在下述描述过程中通道与工作频点为相同的意思，具体的所述工作频点指一个通道的中心频率。

其中，所述N个通道带宽相同，频率互不重叠，N为正整数，即各个工作频点带宽相同，频率之间互不重叠。

实际上，该步骤S101其所针对的时隙和频带可以说是通信网络中、子网内所有节点的预设模式。

在步骤S101中，通过将传输数据所需的时间划分为若干时隙，及通过将可用频带划分为若干个工作频点或通道。在后续过程中，信号可选择不同的工作频点或通道进行传输，有效的提高了频率分集，充分利用了电力线的通信频带。

步骤S102：在开始时隙内，源节点获取来自上位机的原始数据后，经信道编码调制处理，在所述源节点的N个工作频点或通道上选取n个通道(0＜n＜＝N)向下一级中继节点转发所述经信道编码调制处理后的信息。

在执行步骤S102的过程中，在开始时隙内，具体的源节点将原始数据经编码调制处理后，选取任意通道或工作频点发送所述经编码调制处理后的信息，并在接下来的时隙中，在任意通道或工作频点重复发送该经编码调制处理后的信息。

在执行该步骤S102时，由于不同通道或工作频点上的通信质量相差很大，选取任意通道或工作频点发送信息，可提高频率分集，相比于现有技术中选择固定频点进行通信的方案，可有效地对抗频率选择性衰落及有色噪声的影响。

步骤S103：各个中继节点在所述后续时隙中，接收所述源节点或上一级中继节点发送/转发的经信道编码调制处理后的信息，对其进行解调解码处理，获得所述原始数据。

在步骤S103中，各中继节点接收所述源节点或上一级中继节点发送或转发的经信道编码调制处理后的信息的过程，是通过通信链路质量决定的。具体的，距离比较近的节点(中继节点与源节点之间，或者中继节点之间)，通信质量较好，可以在较早的时隙内接收到来自距离本中继节点近的所述源节点或其他中继节点发送过来的信息。

步骤S104：在后续时隙内，在所述中继节点上对所述原始数据进行信道编码调制处理，将获取的经信道编码调制处理后的信息，从所述中继节点的N个工作频点选择m个工作频点转发至下一级中继节点(0＜m＜＝N)。

该步骤S104中具体过程为，获取在所述各中继节点中将所述原始数据经信道编码调制处理后的信息，选取对应节点中N个通道内的m个所述工作频点同时转发所述经编码调制处理后的信息，并在后续时隙中，在任意的工作频点重复发送所述信息。

其中，所述m个工作频点从所述源节点的N个工作频点内选择，m为大于0小于或等于N的正整数；所述N个工作频点对应的子载波数量相同，带宽相同，中心频率位置可调。针对中继节点对应选择m个工作频点向下一级中继节点或目的节点发送时，其与针对源节点选取n个工作节点向下一级中继节点或目的节点发送时，m和n的取值可以相同，也可以不相同。

同理于步骤S102，执行步骤S104时，由于不同工作频点或通道上的通信质量相差很大，各中继节点通过选取任意通道或工作频点发送信息，可提高频率分集，相比于现有技术中选择固定频点进行通信的方案，可有效地对抗频率选择性衰落及有色噪声的影响。

同时，由于在后续的时隙内，都在执行重复转发所述信息，从而在后续的时隙内就有不同的节点(中继节点)在不同的工作频点上发送相同的信息，达到了充分利用节点发送功率，提高频率分集的效果。通过结合进一步的信道编码策略，还可以提高时间的分集，进而提高了信息的传输质量和效率。

步骤S105：目的节点接收所述源节点和/或各个所述中继节点转发的经信道编码调制处理后的信息，并对其进行解调解码处理，获取所述原始数据。

在后续时隙中重复执行上述各个源节点、中继节点和目的节点上的操作，即步骤S101～S105，直至最后一个时隙。

在执行上述步骤S101至步骤S105中，在时隙中所述接收所述源节点或各个所述中继节点发送的经信道编码调制处理后的信息中，各源节点或中继节点对所述信息的发送，或者转发动作依据所需的同步信息进行；这也是将传输数据所需的时间划分为若干时隙的划分依据，该依据即该同步信息来自通信节点的实时时钟芯片RTC，或来自外部的GPS时间同步，或者50Hz工频过零信号等，或者来自传输信息中所包含的数据帧。

通过执行上述步骤S101～S105，实现了在低压电力线载波通信网络中，利用低压电力线载波通信网络中闲置的节点作为中继节点。通过不同节点(源节点、中继节点和目的节点)在不同工作频点上发送相同的原始信息，可使网络中所有的节点都参与工作，并且不同节点工作频点可以自由选择，由于不同频点的通信质量不同，采用不同节点在不同频点发送相同原始数据，达到了充分利用节点发送功率、提高频率分集的效果。同时不同频点使用不同的交织或信道编码，以提高时间分集，进而提高了对抗频率选择性衰落及有色噪声的能力，实现了充分利用通信频带及节点数量的前提下，提供可靠通信质量的目的。

实施例二

在上述本发明公开的一种应用于窄带低压电力线通信网络的OFDM的协作分集传输方法的基础上，具体执行方式与实施例一中基本相同，在本实施例中具体公开了步骤S102～步骤S104中的具体执行过程。

执行上述实施例一中的步骤S102，具体执行过程参见附图2，主要包括：

步骤S1021：所述源节点在n个工作频点上对获取的所述原始数据进行信道编码，及交织处理，得到处理后的数据。

该信道编码主要基于里德-所罗门码RS码、卷积码、Turbo码或速率兼容删除卷积码RCPC码进行。

交织方法主要包括分组交织、对角交织、螺旋交织、奇偶交织或随机交织。

步骤S1022：将所述处理后的数据映射入所述源节点内n个通道或工作频点的子载波上。

步骤S1023：将所述映射入各个所述工作频点的数据经快速傅里叶逆变换后，获得相应的时域信号。

其中，n个工作频点的中心频率位置可调。

针对实施例一中的步骤S103，其具体过程请参见附图3，主要包括：

步骤S1031：各个所述中继节点对接收到的所述源节点，或者所述上一级中继节点发送来的经信道编码调制处理后的信息进行自动增益控制和滤波操作，所述经信道编码调制处理后的信息为时域信号。

步骤S1032：检测各个所述中继节点的N个工作频点中所述时域信号是否存在。

对所述时域信号进行快速傅里叶变换，将所述时域信号变换为频域信号，并对存在于所述时域信号的相应通道内的工作频点中的子载波进行解映射，得到软信息。

步骤S1033：对所述时域信号进行快速傅里叶变换，将所述时域信号变换为所述频域信号，并对存在所述时域信号的相应通道的子载波进行解映射，得到软信息。

步骤S1034：将所述软信息进行解交织处理。

步骤S1035：将所述解交织处理后的软信息进行软信息合并。

在步骤S1035中进行所述软信息合并处理的方式包括：选取最优信号处理、平均加权方式处理或最大比合并方式处理。

步骤S1036：对所述合并后的软信息进行信道解码处理，获得所述原始数据。

针对实施例一中的步骤S104，其具体过程请参见附图4，主要包括：

步骤S1041：所述中继节点在n个工作频点上对所述原始数据进行信道编码、及交织处理，得到处理后的数据。

步骤S1042：将所述处理后的数据映射入所述中继节点内m个通道或工作频点的子载波上，其中，m为大于0小于或等于N的正整数，m≠n，或m＝n。

步骤S1043：将所述映射入子载波的数据经快速傅里叶逆变换后，获得相应的时域信号，并发送。

其中，所述N个工作频点对应的子载波数量相同，带宽相同，中心频率位置可调。

其他步骤与上述实施例一中的各个步骤的执行方式以及有益效果基本一致，这里不再进行赘述。

实施例三

针对上述本发明所公开的基于协作分集思想的OFDM的协作分集传输方法，协作分集利用网络中闲置的节点作为中继节点，通过不同节点(源节点、中继节点和目的节点)在不同频点上发送相同的原始数据提高分集。在该实施例中给出具体的示例进行进一步的说明。

示例一

如图5所示，为具有4个节点的发送示意图。横轴为时间，分为若干时隙。频率轴可分为4个频点，分别以4个方框表示，如果在某时隙某频点下有信号发送，则以斜线填充该方框表示。由于窄带干扰、频率选择性衰落以及有色噪声的影响，不同频点下的通信质量是不同的。

时隙1时，节点1在频点2发送信息；时隙2，节点2、3分别成功收到了时隙1节点1发送的信息，并分别在频点1、2转发之，节点1在频点2重复发送信息。时隙3，节点4成功收到节点1、2、3发来的信息，并在频点3上转发该信息，节点1、2、3分别在其原有频点上重复发送信息。这样在时隙3就有4个节点在3个频点上发送相同的信息，达到了充分利用节点发送功率、提高频率分集的效果。如果结合进一步的信道编码策略，还可以提高时间分集。

另外，基于上述的协作分集思想，在上述实施例以及本实施例中，当源节点向目的节点发送消息时，各中继节点在成功解调解码收到的消息之后，在不同的频点同步地转发该消息。在电力线网络可用频带中设置若干频点作为工作频点，可选的，网络也存在多种策略，在本发明该实施例中主要示出以下几种：

如图6所示为退化的单频点中继。在这种工作方式下，网络只有一个工作频点，即系统退化为洪泛技术(或称和声、并发式路由)。

所示为多频点随机中继1。给定若干工作频点构成的集合F＝{f₁，f₂，...，f_n}，每次传输时，源节点任选其中之一f_i发送，中继节点成功收到源节点发送的消息后，仍在f_i频点中继。其中，i大于等于1，小于等于n。

如图7所示为多频点随机中继2。给定若干工作频点构成的集合F＝{f₁，f₂，...，f_n}，源节点任选其中之一f_i发送，中继节点成功收到源节点发送的消息后，在F中任选一个频点中继，不受上一跳所使用的频点影响。

如图8所示为多频点组合发送，给定若干工作频点构成的集合F＝{f₁，f₂，...，f_n}，源节点或中继节点选择其中若干个{f_i，f_j，...}同时发送。其中，i、j为位于f₁和f_n之间。

针对网络中的各种策略本发明并不仅限于上述公开的各项策略。

本发明基于上述采用协作分集的方式，利用低压电力线载波通信网络中闲置的节点作为中继节点，通过不同节点在不同工作频点上发送相同的原始信息，可使网络中所有的节点都参与工作，并且不同节点工作频点可以自由选择，由于不同工作频点的通信质量不同，采用不同节点在不同工作频点发送相同原始数据，达到了充分利用节点发送功率、提高频率分集的效果。

同时结合不同频点使用不同的交织或信道编码，以提高时间分集，进而提高了对抗频率选择性衰落及有色噪声的能力。

因此，通过本发明上述实施例和本实施例公开的应用于窄带低压电力线的OFDM的协作分集传输方法，实现了充分利用通信频带及节点数量的前提下，提供可靠通信质量的目的。

上述本发明公开的实施例中详细描述了一种正交频分多路复用OFDM的协作分集传输方法，因此本发明还公开了一种OFDM的协作分集传输装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

如图9所示出的一种应用于电力线通信网络中的OFDM的协作分集传输装置，主要包括：位于源节点上的第一发射机101，位于中继节点上的第二接收机102和第二发射机103，以及位于目的节点上的第三接收机104。。

在电力线通信网络中，传输数据所需的时间划分为若干时隙，将包括源节点、中继节点和目的节点的可用频带设定为N个通道，N为正整数；其中，每个通道带宽固定，子载波数量固定，并利用工作频点进行标识，所述工作频点指一个通道的中心频率。

第一发射机101，用于在在开始时隙内，将源节点接收到的来自上位机的原始数据经信道编码后，在所述源节点的N个工作频点中选择n个工作频点上向中继节点发送所述经信道编码调制处理后的信息。

第二接收机102，用于在后续时隙中，判断当当前接收由源节点或上一级中继节点发送的经信道编码调制处理后的信息的节点是中继节点时，，对其进行解调解码处理，获得所述原始数据，并进入中继节点对应的第二发射机103。

第二发射机103，用于在所述中继节点上对所述原始数据进行信道编码调制处理，将获取的经信道编码调制处理后的信息，从所述中继节点的N个工作频点中选择m个工作频点上转发至下一级中继节点。

第三接收机104，用于判断当前接收由源节点，或各个所述中继节点发送/转发的经信道编码调制处理后的信息为目的节点时，对其进行解调解码处理，获取所述原始数据。

其中，m和n为大于0小于或等于N的正整数。

上述发射机与接收机之间的通信，基于内部包含发射机和接收机中具有接收和发送信息功能节点的通信模块执行。具体的第一发射机101和第二发射机103的结构可参见附图10，第二接收机102和第三接收机104的结构可参见附图11。

实际上附图10中示出的发射机结构中主要包括主要包括：信道编码单元201、交织单元202、映射单元203、快速傅里叶逆变换(IFFT)单元204和信号输出单元205。

信道编码单元201，用于基于所述源节点或所述中继节点将所述原始数据在n个工作频点上进行信道编码。

交织单元202，用于对编码后的原始数据在n个工作频点进行交织处理，得到处理后的信息。

映射单元203，用于将所述处理后的信息映射入所述源节点或所述中继节点的n个工作频点的子载波上。

快速傅里叶逆变换单元204，用于将所述映射入子载波的信息进行快速傅里叶逆变换处理，获得相应的时域信号。

信号输出单元205，用于发送所述时域信号。

上述各个单元中，所述n个工作频点从所述源节点或中继节点的N个工作频点内选择，n为大于0小于或等于N的正整数；所述N个工作频点对应的子载波数量相同，带宽相同，中心频率位置可调。其具体的执行过程也可以参见上述实施例一和实施例二中对应的部分。

实际上附图11中示出的接收机结构中主要包括第二处理模块和第四处理模块中具体的执行模块，主要包括：前端单元301、同步检测单元302、快速傅里叶变化(FFT)及解映射单元303、解交织单元304、软信息合并单元305和信道解码单元306。

前端单元301，用于接收所述源节点和/或上一级中继节点发送来的所述经信道编码调制处理后的信息，所述经信道编码调制处理后的信息为时域信号，并对所述时域信号执行自动增益控制和滤波操作。

同步检测单元302，用于检测各个中继节点或目的节点的N个工作频点中的所述时域信号是否存在。

快速傅里叶变化及解映射单元303，用于对所述时域信号进行快速傅里叶变换，获取对应的频域信号，并对存在于所述时域信号的相应通道内的子载波进行解映射，得到软信息。

解交织单元304，用于将所述软信息进行解交织处理。

软信息合并单元305，用于将所述解交织处理后的软信息进行软信息合并。

信道解码单元306，用于将所述合并后的软信息进行信道解码处理，获得所述原始数据。

上述本发明实施例公开的装置的具体执行过程与上述公开的方法一致，这里不再进行赘述。

综上所述：

本发明基于上述采用协作分集的方式，利用低压电力线载波通信网络中闲置的节点作为中继，通过不同节点在不同频点上发送相同的原始信息，可使网络中所有的节点都参与工作，并且不同节点工作频点可以自由选择，由于不同频点的通信质量不同，采用不同节点在不同频点发送相同原始数据，达到了充分利用节点发送功率、提高频率分集的效果。

同时结合不同频点使用不同的交织或信道编码，以提高时间分集，进而提高了对抗频率选择性衰落及有色噪声的能力。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

Claims (9)

1.一种OFDM的协作分集传输方法，应用于电力线通信网络，其特征在于，包括：

将传输数据所需的时间划分为若干时隙，将包括源节点、中继节点和目的节点的电力线通信网络中的可用频带设定为N个通道，N为正整数，其中，每个通道带宽固定，子载波数量固定，并利用工作频点进行标识，所述工作频点指一个通道的中心频率；

所述将传输数据所需的时间划分为若干时隙的划分依据来自通信节点的实时时钟芯片RTC，或来自外部的GPS时间同步，或者50Hz工频过零信号，或者来自传输信息中所包含的数据帧；

在开始时隙内，源节点获取来自上位机的原始数据后，经信道编码调制处理，在所述源节点的N个工作频点中选择n个工作频点向下一级中继节点或目的节点发送所述经信道编码调制处理后的信息；

各个中继节点接收所述源节点或上一级中继节点发送/转发的经信道编码调制处理后的信息，对其进行解调解码处理，获得所述原始数据；

在后续时隙内，在所述中继节点上对所述原始数据进行信道编码调制处理，将获取的经信道编码调制处理后的信息，从所述中继节点的N个工作频点中选择m个工作频点转发信息至下一级中继节点或目的节点；

目的节点接收所述源节点和/或各个所述中继节点转发的经信道编码调制处理后的信息，并对其进行解调解码处理，获取所述原始数据；

重复执行上述源节点、各个中继节点、目的节点上的操作过程直至最后一个时隙；

其中，m和n为大于0小于或等于N的正整数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，源节点获取来自上位机的原始数据后，经信道编码调制处理后，在所述源节点的N个工作频点中选择n个工作频点向下一级中继节点或目的节点发送所述经信道编码调制处理后的信息的具体过程包括：

所述源节点在n个工作频点上对获取的所述原始数据进行信道编码，及交织处理，得到处理后的数据；

将所述处理后的数据映射入所述源节点的所述n个工作频点的子载波上；

将所述映射入所述n个工作频点的数据经快速傅里叶逆变换后，获得相应的时域信号；

其中，n个工作频点的中心频率位置可调。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各个中继节点接收所述源节点或上一级中继节点发送/转发的经信道编码调制处理后的信息，对其进行解调解码处理，获得所述原始数据的具体过程包括：

各个所述中继节点对接收到的所述源节点，或者所述上一级中继节点发送来的经信道编码调制处理后的信息进行自动增益控制和滤波操作，所述经信道编码调制处理后的信息为时域信号；

检测各个所述中继节点的N个工作频点中所述时域信号是否存在；

对所述时域信号进行快速傅里叶变换，将所述时域信号变换为频域信号，并对存在所述时域信号的相应通道的子载波进行解映射，得到软信息；

将所述软信息进行解交织处理；

将所述解交织处理后的软信息进行软信息合并；

将所述合并后的软信息进行信道解码处理，获得所述原始数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在后续时隙内，在所述中继节点上对所述原始数据进行信道编码调制处理，将获取的经信道编码调制处理后的信息，从所述中继节点的N个工作频点中选择m个工作频点上转发信息至下一级中继节点或目的节点的具体过程包括：

所述中继节点在m个工作频点上对所述原始数据进行信道编码及交织处理，得到处理后的数据；

将所述处理后的数据映射入所述中继节点内m个通道的子载波上，其中m为大于0小于或等于N的正整数，m≠n，或m＝n；

将所述映射入子载波的数据经快速傅里叶逆变换后，获得相应的时域信号；

其中，所述N个工作频点对应的子载波数量相同，带宽相同，中心频率位置可调。

5.根据权利要求2或4中所述的方法，其特征在于，所述信道编码包括：

里德-所罗门码RS码、卷积码、Turbo码或速率兼容删除卷积码RCPC码；

所述交织处理的方法包括：

分组交织、对角交织、螺旋交织、奇偶交织或随机交织；

其中，各个工作频点标识的通道采取不同的交织方法。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述软信息合并处理包括：选取最优信号处理方式、平均加权处理方式或最大比合并处理方式。

7.一种OFDM的协作分集传输装置，应用于电力线通信网络，其特征在于，包括：位于源节点上的第一发射机，位于中继节点上的第二发射机和第二接收机，以及位于目的节点上的第三发射机和第三接收机；

第一发射机，用于在开始时隙内，将源节点接收到的来自上位机的原始数据经信道编码调制处理后，在所述源节点的N个工作频点中选择n个工作频点上向中继节点或目的节点发送所述经信道编码调制处理后的信息；

第二接收机，用于在后续时隙中，判断当当前接收由源节点或上一级中继节点发送的经信道编码调制处理后的信息的节点是中继节点时，对其进行解调解码处理，获得所述原始数据，并进入中继节点对应的第二发射机；

第二发射机，用于在所述中继节点上对所述原始数据进行信道编码调制处理，将获取的经信道编码调制处理后的信息，从所述中继节点的N个工作频点中选择m个工作频点上转发至下一级中继节点或目的节点；

第三接收机，用于判断当前接收由源节点，或各个所述中继节点发送/转发的经信道编码调制处理后的信息的节点为目的节点时，对其进行解调解码处理，获取所述原始数据；

其中，在所述电力线通信网络中，将传输数据所需的时间划分为若干时隙，将包括源节点、中继节点和目的节点的可用频带设定为N个通道，N为正整数；其中，每个通道带宽固定，子载波数量固定，并利用工作频点进行标识，所述工作频点指一个通道的中心频率；

m和n为大于0小于或等于N的正整数；

所述将传输数据所需的时间划分为若干时隙的划分依据来自通信节点的实时时钟芯片RTC，或来自外部的GPS时间同步，或者50Hz工频过零信号，或者来自传输信息中所包含的数据帧。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，位于源节点上的第一发射机、位于中继节点上的第二发射机中至少包括：

信道编码单元，用于基于所述源节点或所述中继节点将所述原始数据在n个工作频点上进行信道编码；

交织单元，用于对编码后的原始数据在n个工作频点进行交织处理，得到处理后的信息；

映射单元，用于将所述处理后的信息映射入所述源节点或所述中继节点的n个工作频点的子载波上；

快速傅里叶逆变换单元，用于将所述映射入子载波的信息进行快速傅里叶逆变换处理，获得相应的时域信号；其中，所述n个工作频点从所述源节点或中继节点的N个工作频点内选择，n为大于0小于或等于N的正整数；所述N个工作频点对应的子载波数量相同，带宽相同，中心频率位置可调；

信号输出单元，用于发送所述时域信号。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，位于中继节点上的第二接收机，以及位于目的节点上的第三接收机中至少包括：

前端单元，用于接收所述源节点和/或上一级中继节点发送来的所述经信道编码调制处理后的信息，所述经信道编码调制处理后的信息为时域信号，并对所述时域信号执行自动增益控制和滤波操作；

同步检测单元，用于检测各个中继节点或目的节点的N个工作频点中的所述时域信号是否存在；

快速傅里叶变化及解映射单元，用于对所述时域信号进行快速傅里叶变换，获取对应的频域信号，并对存在于所述时域信号的相应通道内的子载波进行解映射，得到软信息；

解交织单元，用于将所述软信息进行解交织处理；

软信息合并单元，用于将所述解交织处理后的软信息进行软信息合并；

信道解码单元，用于将所述合并后的软信息进行信道解码处理，获得所述原始数据。