CN108418605A - 基于采用ofdm的电力载波通信系统的通信方法 - Google Patents

基于采用ofdm的电力载波通信系统的通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于采用OFDM的电力载波通信系统的通讯方法包括：发射装置发射通信信号；接收装置接收通信信号；电力线用于在发射装置和接收装置之间建立通信通道；转换器对模拟信号进行采样，采样时的采样频率大于OFDM通信标准中预定义的采样频率；处理器对转换器输出的数字信号进行离散傅里叶变换，在进行离散傅里叶变换时的处理长度大于OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度。本发明的有益之处在于提供了一种能有效的消除叠波干扰提高信号传输质量的采用OFDM的电力载波通信方法。

Description

基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法
技术领域
本发明涉及一种电力线载波通信方法，尤其涉及一种基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法。
背景技术
现有的电力线载波通信技术指利用电力线为通信媒介，将载波调制后的数据进行远距离传输的网络。电力线载波的应用主要是小区电能表抄表，路灯控制，以及智能家居等方面。
现有的载波通信系统往往采用较多的设备进行转换和收发处理，但是往往会存在对信号的修正不足以消除信号中噪音的情况。
具体而言，电力线载波信道的缺点是干扰强，并且干扰的时变性强。频道选择性衰减大，且衰减和通信的距离相关。通信速率低，可靠性低。
现有的电力线载波通信一般采用OFDM调制解调技术。
OFDM全称为正交频分复用OFDM技术由MCM（Multi-Carrier Modulation，多载波调制）发展而来。OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于IFFT和FFT来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。
在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽要宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。
OFDM技术主要思想是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI) 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
采用OFDM技术时，现有技术中使用模拟滤波器作为抗混叠滤波器，但是由于现有标准要求的过渡带频率较窄，导致模拟滤波器的成本大大提高。
发明内容
一种采用OFDM的电力载波通信系统包括：发射装置，接收装置，电力线，处理器，发射端测试模块，发射端适配模块，接收端测试模块，接收端适配模块，转换器，切换器。
基于采用OFDM的电力载波通信系统的通讯方法包括：
发射装置发射通信信号；
接收装置接收通信信号；
电力线用于在发射装置和接收装置之间建立通信通道；
发射端测试模块对发射装置发出的需求信号进行采样和检测；
接收端测试模块对发送至接收装置的信号进行采样和检测；
处理器将来自发射端测试模块的信号与预设的阈值进行比较；
处理器将来自接收端测试模块的信号与预设的阈值进行比较；
发射端适配模块对发射装置发出的信号进行调整后发送至发射装置；
接收端适配模块对接收自接收端测试模块的需求信号进行修正；
转换器对模拟信号进行采样，采样时的采样频率大于OFDM通信标准中预定义的采样频率；
处理器对转换器输出的数字信号进行离散傅里叶变换，在进行离散傅里叶变换时的处理长度大于OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度。
进一步地，转换器在将模拟信号进行采样处理之前，模拟信号经由发射端适配模块或接收端适配模块进行滤波处理。
进一步地，转换器在对模拟信号进行采样时采样频率的取值范围为大于25 MHz。
进一步地，处理器进行傅里叶变换处理的处理长度的取值范围为大于1024。
进一步地，电力线所传输的模拟信号的子载波频率为Fz=(F/L)×N；其中，F为OFDM通信标准中预定义的采样频率，L为OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度；N为系数，N的取值范围大于0小于等于（L/2）-1。
进一步地，处理器进行傅里叶变换处理的处理长度LN＝（L/F）×FN，其中，F为OFDM通信标准中预定义的采样频率，L为OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度；FN为转换器在对模拟信号进行采样时的采样频率。
进一步地，发射端测试模块选取每个周期的波峰值为采样点，判定选取的采样点的数值是否在处理器预先设置的阀值范围中，将比对结果发送至处理器和发射端适配模块内进行处理。
进一步地，接收端测试模块对传输至接收装置的模拟信号进行采样，判断采样峰值信息是否在处理器预先设置的阀值范围中，并将比对结果分别传输至处理器和接收端适配模块。
进一步地，接收端适配模块每间隔一个预设的周期后在下一个周期中选取Q个采样点，连续选取若干次，如果任一连续的峰值单侧的P个采样点的值在预设范围中，则第P个采样点的值修设为需求信号波形的极值；其中，P大于Q，它们差值的取值范围大于等于2小于等于10。
进一步地，切换器在发射端测试模块所检测的需求信号超出预设范围时将发射端适配模块连接至转换器；切换器在接收端测试模块所检测的模拟信号超出预设范围时将接收端适配模块连接至转换器。
本发明的有益之处在于：
提供了一种能有效的消除叠波干扰提高信号传输质量的采用OFDM的电力载波的通信方法。
附图说明
图1是本发明的采用OFDM的电力载波通信系统一个优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种采用OFDM的电力载波通信系统包括：发射装置1，接收装置2，电力线3，处理器4，发射端测试模块5，发射端适配模块6，接收端测试模块7，接收端适配 模块8，转换器9，切换器10；发射装置1用于发射通信信号；接收装置2用于接收通信信 号；电力线3用于在发射装置1和接收装置2之间建立通信通道；处理器4用于进行信号比 对并发出控制指令；转换器9用于将模拟信号转换为数字信号；切换器10分别连接至发射 端适配模块6和接收端适配模块8，切换器10与转换器9和处理器4也构成连接，处理器4 能控制切换器10使发射端适配模块6和接收端适配模块8选择性地与转换器9构成连接； 发射端测试模块5接收发射装置1发送的需求信号并对其进行采样检测；发射端适配模块6 用于接受处理器4的控制指令下对发射装置1发出的信号进行调整后发送至发射装置1；接 收端测试模块7用于接收电力线3上的信号；接收端适配模块8接受处理器4的控制指令下 对接收自接收端测试模块7的需求信号进行修正；转换器9在对模拟信号进行采样时采样频 率大于OFDM通信标准中预定义的采样频率；处理器4将转换器9输出的数字信号进行离 散傅里叶变换得到数字信号的频域信号，处理器4进行傅里叶变换处理的处理长度大于 OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度。
在OFDM通信标准中25MHZ是ADC采样率，采用1024点FFT，其每个子载波落在（25MHZ/1024）×M的频率点上，M= 0~511。
为降低模拟抗混叠滤波器的复杂度，本公开增加采样速率，比如如果选择37.5MHZ, 为保证FFT后的频率点和采用25MHZ采样率1024点FFT的频率点一样，FFT的点数选择为 1536，需要指出的是通常FFT的点数是2的幂。
但是其它的点数的FFT也存在，采用这样的方法明显降低模拟抗混叠滤波器的设计难度。如果是37.5MHZ的ADC采样速率，则需要1536点 FFT， 每个子载波在37.5M/1536xN的频率点上，N= 0~767。后续需要选择FFT后编号0~511号子载波做解调，N大于511的子载波不进行处理。0~511号子载波的频率和25MHZ，1024FFT编号0~511点上的一样，因此不影响后续的频域信号处理。在本发明实施例中，37.5MHZ只是一个例子。具体的选择可以根据实际需要选择，如果选择50MHZ，FFT的点数选择为2048点。选择FFT编号0~511点子载波上的模拟信号做解调。
具体而言，转换器9在将模拟信号进行采样处理之前，模拟信号经由发射端适配模块6或接收端适配模块8进行滤波处理。
具体而言，转换器9在对模拟信号进行采样时采样频率的取值范围为大于25 MHz。
具体而言，处理器4进行傅里叶变换处理的处理长度的取值范围为大于1024。
具体而言，电力线3所传输的模拟信号的子载波频率为Fz=(F/L)×N；其中，F为OFDM通信标准中预定义的采样频率，L为OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度；N为系数，N的取值范围大于0小于等于（L/2）-1。
具体而言，处理器4进行傅里叶变换处理的处理长度LN＝（L/F）×FN，其中，F为OFDM通信标准中预定义的采样频率，L为OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度；FN为转换器9在对模拟信号进行采样时的采样频率。
具体而言，发射端测试模块5选取每个周期的波峰值为采样点，判定选取的采样点的数值是否在处理器4预先设置的阀值范围中，将比对结果发送至处理器4和发射端适配模块6内进行处理。
具体而言，接收端测试模块7对传输至接收装置2的模拟信号进行采样，判断采样峰值信息是否在处理器4预先设置的阀值范围中，并将比对结果分别传输至处理器4和接收端适配模块8。
具体而言，接收端适配模块8每间隔一个预设的周期后在下一个周期中选取Q个采样点，连续选取若干次，如果任一连续的峰值单侧的P个采样点的值在预设范围中，则第P个采样点的值修设为需求信号波形的极值；其中，P大于Q，它们差值的取值范围大于等于2小于等于10。
具体而言，切换器10在发射端测试模块5所检测的需求信号超出预设范围时将发射端适配模块6连接至转换器9；切换器10在接收端测试模块7所检测的模拟信号超出预设范围时将接收端适配模块8连接至转换器9。切换器10根据发射端测试模块5和接收端测试模块7的检测结果，选择性的采用转换器9进行转换，这样节约了进行数模转换的设备，同时采用本发明的采样方法和傅里叶变换方法可以降低转换器的成本和设计难度。
作为进一步的具体方案，发射端测试模块6在连续的R0个周期内选取每个周期的波峰值为采样点，间隔时间T0采样一次，选取M0次，判定 M0次选取的采样峰值信息是否在处理器4预先设置的阀值 K 0～K 1之间，将比对结果发送至处理器4和发射端信号适配模块5内进行处理。
接收端适配模块8设置一个阈值K2，如果接收端适配模块8每间隔 R1个周期，在第R1+1个周期内选取X个取样点，连续选取 M1次，并且预设一阀值 K2(K2＞ 0)，若任一连续的波形峰值单侧的中间 X-2个取样点的值在 -K2～K2，则 M1组X-2个取样点的值修正为需求信号波形的极值。
以下介绍一种基于以上所介绍的采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法。
该通信方法包括：
发射装置发射通信信号。
接收装置接收通信信号。
电力线用于在发射装置和接收装置之间建立通信通道。
发射端测试模块对发射装置发出的需求信号进行采样和检测。
接收端测试模块对发送至接收装置的信号进行采样和检测。
处理器将来自发射端测试模块的信号与预设的阈值进行比较。
处理器将来自接收端测试模块的信号与预设的阈值进行比较。
发射端适配模块对发射装置发出的信号进行调整后发送至发射装置。
接收端适配模块对接收自接收端测试模块的需求信号进行修正。
转换器对模拟信号进行采样，采样时的采样频率大于OFDM通信标准中预定义的采样频率。
处理器对转换器输出的数字信号进行离散傅里叶变换，在进行离散傅里叶变换时的处理长度大于OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度。
具体而言，在该方法中，转换器在将模拟信号进行采样处理之前，模拟信号经由发射端适配模块或接收端适配模块进行滤波处理。
具体而言，在该方法中，转换器在对模拟信号进行采样时采样频率的取值范围为大于25 MHz。
具体而言，在该方法中，处理器进行傅里叶变换处理的处理长度的取值范围为大于1024。
具体而言，在该方法中，电力线所传输的模拟信号的子载波频率为Fz=(F/L)×N；其中，F为OFDM通信标准中预定义的采样频率，L为OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度；N为系数，N的取值范围大于0小于等于（L/2）-1。
具体而言，在该方法中，处理器进行傅里叶变换处理的处理长度LN＝（L/F）×FN，其中，F为OFDM通信标准中预定义的采样频率，L为OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度；FN为转换器在对模拟信号进行采样时的采样频率。
具体而言，在该方法中，发射端测试模块选取每个周期的波峰值为采样点，判定选取的采样点的数值是否在处理器预先设置的阀值范围中，将比对结果发送至处理器和发射端适配模块内进行处理。
具体而言，在该方法中，接收端测试模块对传输至接收装置的模拟信号进行采样，判断采样峰值信息是否在处理器预先设置的阀值范围中，并将比对结果分别传输至处理器和接收端适配模块。
具体而言，在该方法中，接收端适配模块每间隔一个预设的周期后在下一个周期中选取Q个采样点，连续选取若干次，如果任一连续的峰值单侧的P个采样点的值在预设范围中，则第P个采样点的值修设为需求信号波形的极值；其中，P大于Q，它们差值的取值范围大于等于2小于等于10。
具体而言，在该方法中，切换器在发射端测试模块所检测的需求信号超出预设范围时将发射端适配模块连接至转换器；切换器在接收端测试模块所检测的模拟信号超出预设范围时将接收端适配模块连接至转换器。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述采用OFDM的电力载波通信系统包括：发射装置，接收装置，电力线，处理器，发射端测试模块，发射端适配模块，接收端测试模块，接收端适配模块，转换器，切换器；
所述通信方法包括：
所述发射装置发射通信信号；
所述接收装置接收通信信号；
所述电力线用于在发射装置和接收装置之间建立通信通道；
所述发射端测试模块对所述发射装置发出的需求信号进行采样和检测；
所述接收端测试模块对发送至所述接收装置的信号进行采样和检测；
所述处理器将来自所述发射端测试模块的信号与预设的阈值进行比较；
所述处理器将来自所述接收端测试模块的信号与预设的阈值进行比较；
所述发射端适配模块对所述发射装置发出的信号进行调整后发送至所述发射装置；
所述接收端适配模块对接收自所述接收端测试模块的需求信号进行修正；
所述转换器对模拟信号进行采样，采样时的采样频率大于OFDM通信标准中预定义的采样频率；
所述处理器对所述转换器输出的数字信号进行离散傅里叶变换，在进行离散傅里叶变换时的处理长度大于OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度。
2.根据权利要求1所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述转换器在将模拟信号进行采样处理之前，所述模拟信号经由所述发射端适配模块或接收端适配模块进行滤波处理。
3.根据权利要求1所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述转换器在对模拟信号进行采样时采样频率的取值范围为大于25 MHz。
4.根据权利要求1所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述处理器进行傅里叶变换处理的处理长度的取值范围为大于1024。
5.根据权利要求1所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述电力线所传输的模拟信号的子载波频率为Fz=(F/L)×N；其中，F为OFDM通信标准中预定义的采样频率，L为OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度；N为系数，N的取值范围大于0小于等于（L/2）-1。
6.根据权利要求1至6任意一项所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述处理器进行傅里叶变换处理的处理长度LN＝（L/F）×FN，其中，F为OFDM通信标准中预定义的采样频率，L为OFDM通信标准中预定义的傅里叶变换处理的处理长度；FN为所述转换器在对模拟信号进行采样时的采样频率。
7.根据权利要求6所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述发射端测试模块选取每个周期的波峰值为采样点，判定选取的采样点的数值是否在所述处理器预先设置的阀值范围中，将比对结果发送至所述处理器和发射端适配模块内进行处理。
8.根据权利要求7所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述接收端测试模块对传输至所述接收装置的模拟信号进行采样，判断采样峰值信息是否在所述处理器预先设置的阀值范围中，并将比对结果分别传输至所述处理器和接收端适配模块。
9.根据权利要求8所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述接收端适配模块每间隔一个预设的周期后在下一个周期中选取Q个采样点，连续选取若干次，如果任一连续的峰值单侧的P个采样点的值在预设范围中，则第P个采样点的值修设为需求信号波形的极值；其中，P大于Q，它们差值的取值范围大于等于2小于等于10。
10.根据权利要求1所述的基于采用OFDM的电力载波通信系统的通信方法，其特征在于：
所述切换器在所述发射端测试模块所检测的需求信号超出预设范围时将所述发射端适配模块连接至所述转换器；
所述切换器在所述接收端测试模块所检测的模拟信号超出预设范围时将所述接收端适配模块连接至所述转换器。
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