CN108696295A - 基于电力线系统传输数据的方法和装置 - Google Patents

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CN108696295A CN201710225160.XA CN201710225160A CN108696295A CN 108696295 A CN108696295 A CN 108696295A CN 201710225160 A CN201710225160 A CN 201710225160A CN 108696295 A CN108696295 A CN 108696295A
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Abstract

本申请提供了一种基于电力线系统传输数据的方法，包括：发送端获取导频符号序列；所述发送端获取数据符号序列；所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，所述多个子载波的频率根据所述电力线中的噪声信息确定；所述发送端通过电力线向接收端发送所述物理帧，可以提高传输数据的可靠性。

Description

基于电力线系统传输数据的方法和装置
技术领域
本申请实施例涉及通信领域，并且更具体地，涉及通信领域中基于电力线系统传输数据的方法和装置。
背景技术
电力线通信(power line communication，PLC)是通过载波方式将模拟或者数字信号调制在电力线上进行传输，不需要重新架设网络，只需要电线就能进行数据传输，例如，G3-PLC的信号处理过程主要分成两个部分。首先对信号进行编码，然后是进行正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)调制，OFDM调制包括反向快速傅里叶变换(inverse fast fourier transform，IFFT)、差分二进制相移键控(differential binary phase shift keying，DBPSK)调制、加循环前缀、加窗等。IFFT通过积分有可能会将所有子载波的能量积分到一个频点，造成发射信号的峰均比很大。由于OFDM调制必须是连续的工作带宽，电力线传输中噪声干扰比较严重，并且不确定的噪声会频繁的出现在连续的工作带宽中，导致传输数据的性能较差。
发明内容
本申请提供一种基于电力线系统传输数据的方法，能够提高传输数据的可靠性。
第一方面，提供了一种基于电力线系统传输数据的方法，所述方法包括：发送端获取导频符号序列；所述发送端获取数据符号序列；所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，所述多个子载波的频率根据所述电力线中的噪声信息确定；所述发送端通过电力线向接收端发送所述物理帧。
在本申请实施例中，多个子载波的频率考虑了电力线系统中的噪声信息，例如，发送端在传输数据的过程中尽可能的避开频率幅度高的噪声频点，进而提高传输数据的可靠性。
可选地，噪声信息可以是噪声的频率幅度或者是用于指示噪声的频率幅度的指示信息，或者也可以是其他与噪声的频率幅度相关的信息，本申请实施例对此不作限制。
可选地，在本申请实施例中，多个子载波的频率也可以与电力线中的噪声信息没有关系，多个子载波的频率可以采用默认设定的频率。
可选地，所述多个子载波中至少两个子载波的间隔可以不相同。
可选地，所述多个子载波的子载波间隔与符号周期无关，这样，可以提高多个子载波的频率选择灵活性，例如，多个子载波可以避开噪声频点传输数据，可以提高传输数据的可靠性。
在某些实现方式中，当所述电力线中的噪声的频率幅度小于第一阈值时，所述发送端在频率幅度小于所述第一阈值的频率中确定为所述多个子载波的频率。
可选地，第一阈值可以是配置的或者是根据先验数据确定的，本申请实施例对此不作限制。
在本申请实施例中，当电力线中非周期性地出现幅度大于第一阈值的噪声频点时，发送端在选择多个子载波的频率时避开大于第一阈值的频点；当电力线中周期性地出现幅度大于第一阈值的噪声频点时，发送端在选择多个子载波的频率时避开周期性的噪声频点。在本申请实施例中，可以根据噪声的特征来确定子载波的频率，并且电力线中的噪声具有不固定性，当电力线中接入不同的电器时，会引入不同的噪声，这样，在传输数据时，可以根据电力线的噪声确定传输数据的多个子载波的频率，提高传输数据的可靠性。
在某些实现方式中，所述物理帧的帧结构用于指示在时间单元内包括用于信号自动增益控制的前导符号、所述导频符号序列和所述数据符号序列。
在某些实现方式中，所述帧结构具体用于指示帧头包括所述前导符号，帧体包括所述导频符号序列和所述数据符号序列，其中，所述导频符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述数据符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述导频符号序列和所述数据符号序列交错排布。
在某些实现方式中，所述帧结构还用于指示空符号交错排布在所述导频符号序列中，由于发送端的发射功率固定，当空符号排布在导频符号序列中时，帧体中的导频符号相对于数据符号有一定的功率提升。
在某些实现方式中，所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，包括：所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列分为多路信号，所述多路信号中每路信号与所述多个子载波中每个子载波一一对应；所述发送端将所述多路信号进行匹配滤波和上变频调制到所述多个子载波后，生成所述物理帧。
在本申请实施例中，发送端可以将数据符号序列和导频符号序列分为多路信号，多路信号中每路信号与多个子载波中每个子载波一一对应，例如，每路信号可以采用0.25的均方升余弦滚降滤波器对数据进行成型滤波。
在某些实现方式中，所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列分为多路信号，包括：所述发送端利用二相相移键控BPSK或四相相移键控QPSK对所述导频符号序列和所述数据符号序列进行星座映射得到星座映射后的导频符号序列和数据符号序列；所述发送端将所述星座映射后的导频符号序列和数据符号序列分为所述多路信号。
可选地，在本申请实施例中，发送端也可以利用16QAM或32QAM对所述导频符号序列和所述数据符号序列进行星座映射得到星座映射后的数据符号序列和导频符号序列，当然发送端也可以采用其他阶数的QAM进行调制，本申请实施例对此不作限制。
在某些实现方式中，在所述发送端获取数据符号序列之前，所述方法还包括：所述发送端获取媒体接入访问MAC层的数据和MAC层的参数，或者获取所述MAC层的数据；所述发送端对所述MAC层的数据和MAC的参数、或者所述MAC层的数据，进行加扰、循环冗余CRC校验、卷积编码、比特交织和符号交织处理以得到所述数据符号序列。
可选地，所述发送端对所述MAC层的数据和MAC层的参数进行加扰处理，或者对所述MAC层的数据进行加扰处理，得到加扰后的第一数据；所述发送端对所述第一数据进行循环冗余码CRC校验得到第二数据。
在本申请实施例中可以对接收到的MAC层的数据和MAC层的参数进行加扰，也可以仅对MAC层的数据进行加扰，本申请实施例对此不作限制。
可选地，在所述发送端对所述第一数据进行循环冗余码CRC校验得到第二数据之后，所述方法还包括：所述发送端利用当前信道质量确定编码的码率为第一码率；所述发送端利用所述第一码率对所述第二数据进行卷积编码得到编码后的第三数据。
可选地，本申请实施例中，发送端可以采用默认的码率对第二数据进行卷积编码得到编码后的第三数据。
可选地，本申请实施例中，发送端也可以采用默认的码率或者第一码率利用BCH(Bose、Chaudhuri、Hocquenghem)码、里德-所罗门(reed-solomon，RS)码、Turbo码、网格编码调制(Trellis Coded Modulation，TCM)、低密度奇偶校验码(Low Density ParityCheck Code，LDPC)等对第二数据进行编码得到第三数据。当然，发送端也可以采用默认码率或者第一码率利用以上这几种码对第二数据进行级联编码得到第三数据。
可选地，在所述发送端利用第一码率对所述第二数据进行卷积编码得到编码后的第三数据之后，所述方法还包括：所述发送端对所述第三数据进行比特交织得到比特交织后的第四数据；所述发送端对所述第四数据进行符号交织得到所述数据符号序列。
第二方面，提供了一种基于电力线系统传输数据的装置，用于执行第一方面或第一方面任意可能的实现方式中的方法。
第三方面，提供了一种基于电力线系统传输数据的装置，该装置包括：存储器和处理器，存储器用于存储计算机可执行的指令，处理器用于读取所述计算机可执行的指令并可以执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法。
第四方面，提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法的指令。
附图说明
图1是本申请实施例的应用场景示意图。
图2是本申请实施例中发送端的示意图。
图3是本申请实施例的物理帧的结构示意图。
图4是本申请实施例的基于电力线系统传输数据的方法示意图。
图5是本申请实施例的物理层的数据格式示意图。
图6是本申请实施例的扰码器的结构示意图。
图7是本申请实施例的交织器的示意图。
图8是本申请实施例的噪声示意图。
图9是本申请实施例的另一噪声示意图。
图10是本申请实施例的又一噪声示意图。
图11是本申请实施例的又一噪声示意图。
图12是本申请实施例的帧结构示意图。
图13是本申请实施例的PN序列生成器示意图。
图14是本申请实施例的基于电力线系统传输数据的装置示意图。
图15是本申请实施例的另一基于电力线系统传输数据的装置示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
图1示出了本申请实施例提供的应用场景示意图，包括：
发送端110，用于对MAC层的数据进行信道编码和信道调制。
电力线120，用于将发送端110调制后的数据发送给接收端130。
接收端130，用于接收电力线发送的发送端110的数据，例如，接收端130可以是电视、电话或智能家具等。在本申请实施例中，发送端110可以是电表，接收端130可以是处理抄表数据的设备；或者发送端110可以是光纤节点设备，接收端130可以是电视或电话等；或者发送端110可以是芯片，接收端130可以是芯片等等，本申请实施例对发送端110和接收端130具体是什么并不作限定。
可选地，如图2所示，其中，发送端110的信道编码部分包括：
数据封装模块111，用于接收MAC层发送的数据，并将MAC层发送的数据打包成适合物理层传输的数据格式，如果MAC层数据大小小于物理帧传输容量则需要插入填充数据。该过程还需要添加相关的物理层参数信息，例如可以是物理帧的帧长、码率和调制模式等。
扰码模块112，用于根据特定的伪随机序列对数据封装模块封装的数据进行加扰处理，以达到数据分布随机化目的，其中扰码的目的是为了避免传输中出现连续“0”或者连续“1”的数据流，例如，可以对伪随机序列进行二进制的异或运算，从而保证数据具备足够的二进制特性。这里，MAC数据、填充数据和物理层参数信息都需要加扰。
CRC模块113，用于对扰码的数据进行CRC校验，例如将二进制数据序列与指定的多项式进行多项式计算，将得到的余数附在该数据序列后面一起发送。这样接收端可以检验接收数据的正确性。
编码模块114，用于对CRC校验模块输入数据进行信道编码以提高数据传输的可靠性。电力线信道可能存在严重的脉冲噪声、窄带噪声、有色背景噪声和多径频率选择性衰落等，为了使信号能在信道中可靠传输，尽量降低误码率，必须进行纠错编码。只要信号在传输过程中出现的失真与误码在纠错码的纠错范围内，接收端可以正确解调出数据，从而保证了数据传送的正确性。
交织模块115，用于提高系统对抗长脉冲干扰的能力。交织过程包括符号交织和比特交织，符号交织是基于整帧数据的大尺度时间交织，比特交织是基于比特信息的小尺度时间交织。通过交织可以把信道错误的相关度减小，在交织度相对于相关干扰足够大时，就把突发错误离散成随机错误，提高接收端译码的可靠性。
发送端110的信道调制部分包括：
组帧模块116，将数据符号序列和导频符号序列构造出如图3所示的物理帧。导频符号序列是指要同步生成对应物理层结构中的前导符号和导频符号序列。具体来说，如图3所示，物理帧包括前导和帧体，帧体可以包括两种符号，例如可以是导频符号和数据符号。其中，前导用于信号自动增益控制，导频符号组成的导频符号序列用于帧同步和信道估计，数据符号组成的数据符号序列用于承载传输的数据信息，导频符号序列和数据符号序列按照一定的规律组合构成帧体，例如，导频符号序列和数据符号序列可以交替发送，或者先发送导频符号序列再发送数据符号序列；或者帧体也可以包括三种符号，分别是导频符号、数据符号和空符号，或者可以在发送导频符号序列的中间可以间隔存在空符号，本申请实施例对此不作限制。
星座映射模块117，用于对数据符号序列和导频符号序列进行星座映射，该过程可以获得更大的系统传输效率。在本申请实施例中，考虑到电力线通信环境的恶劣性，同时实际应用多是低速率低带宽的场合，对于数据传输效率没有很高的要求，因此在本申请实施例中可以采用低阶正交振幅调制(quadrature amplitude modulation，QAM)星座调制，应理解，导频符号序列和数据符号序列可以采用相同的星座调制模式也可以采用不同的星座调制模式，例如，导频符号序列可以采用二相相移键控(binary phase shift keying，BPSK)调制模式，数据符号序列可以采用BPSK和四相相移键控(quadrature phase shiftkeying，QPSK)调制模式。
调制合成模块118，用于将星座映射后的数据符号序列和导频符号序列进行滤波处理，滤波处理后上变频调制到对应的不同子载波上，每个子载波的间隔可以任意设置。
模拟前端(analog front end，AFE)119，用于根据前导符号将调制合成模块合成的数据的幅度调整到接收端期望的数值附近。
应理解，本申请实施例提供的基于电力线系统传输数据的方法可以应用于高速上网、音视频传输等场景下；或者也可以应用在室外低压电力线的通信中；当然，也可以应用于家庭智能设备的控制等。本申请实施例提供的基于电力线系统传输数据的方法所应用的场景并不作限定。
图4示出了本申请实施例的基于电力线系统传输数据的方法200示意图，方法200包括：
S210，发送端获取导频符号序列。
作为一个可选实施例，在S220之前，所述方法100还包括：所述发送端获取媒体接入访问MAC层的数据和MAC层的参数，或者获取所述MAC层的数据；所述发送端对所述MAC层的数据和MAC的参数、或者所述MAC层的数据，进行加扰、循环冗余CRC校验、卷积编码、比特交织和符号交织处理以得到所述数据符号序列。
作为一个例子，所述发送端对所述MAC层的数据和MAC的参数、或者所述MAC层的数据，进行加扰、循环冗余CRC校验、卷积编码、比特交织和符号交织处理以得到所述数据符号序列，包括以下三个步骤：
第一，所述发送端对所述MAC层的数据和MAC层的参数进行加扰处理，或者对所述MAC层的数据进行加扰处理，得到加扰后的第一数据；所述发送端对所述第一数据进行循环冗余码CRC校验得到第二数据。
具体来说，数据封装模块111可以将接收到的MAC层的数据打包成适合物理层传输的数据格式，例如，适合物理层传输的数据格式如图5所示，图5所示的数据格式包括X字节的MAC帧数据，Y字节的MAC层的参数，4字节的CRC校验位和1个全零字节。当然，适合物理层传输的数据格式也不限于图5这种格式，例如，可以是6个字节的CRC校验位等，本申请实施例不限于此。扰码模块112可以对数据封装模块111封装的数据进行加扰，具体来说，可以对MAC层的数据进行加扰，或者是对MAC层的数据和MAC层的参数进行加扰处理，例如，扰码生成式可以是公式(1)，扰码器的初始值可以是0001110100(0x74)，公式(1)的扰码器结构图如图6所示，MAC层的数据作为输入数据输入到扰码器中进行扰码得到加扰后的MAC层数据；或者MAC层的数据和MAC层的参数作为输入数据输入到扰码器中进行加扰得到加扰后的MAC层数据和MAC层的参数，可以将输出的数据称为第一数据。
G(x)＝x10+x7+1 (1)
发送端端110的CRC模块113对扰码后的数据进行CRC校验，可以根据不同的需求采用不同长度的CRC校验，例如，当对数据的正确率要求较高时，可以采用长度较长的CRC校验；当对数据的正确率要求较低时，可以采用长度较短的CRC校验，例如，可以是ITU-T V.4中的CRC-32，CRC-32的生成多项式为公式(2)，即为0x04C11DB7，本申请实施例中生成多项式只是示例性的举例，还可以是其他的生成多项式，本申请实施例对此不作限制。
F(x)＝x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 (2)
第二，在所述发送端对所述第一数据进行循环冗余码CRC校验得到第二数据之后，所述方法100还包括：所述发送端利用当前信道质量确定编码的码率为第一码率；所述发送端利用所述第一码率对所述第二数据进行卷积编码得到编码后的第三数据。
具体来说，当当前信道质量较好时，可以采用较高的码率来提高数据的传输效率，当当前信道质量较差时，可以采用较低的码率来保证接收端接收数据的准确性，例如，当信道质量好的情况下，可以采用1/2的码率，当信道质量差的情况下，可以采用1/8的码率；作为一个例子，发送端的编码模块114可以是卷积编码器，该卷积编码器可以为非系统的前馈卷积编码器，前馈卷积编码器的结构为64状态，1/4码率的卷积码，当然，也可以在1/4码率的基础上产生1/2和1/8的码率。例如，1/4码率的输入为x(n)，输出{y0(n)，y1(n)，y2(n)，y3(n)}；1/2码率的输入{x(n)，x(n+1)}，输出{y0(n)，y2(n)；y1(n+1)，y3(n+1)}；1/8码率的输入x(n)，输出{y0(n)，y1(n)，y2(n)，y3(n)，y0(n)，y1(n)，y2(n)，y3(n)}。
应理解，发送端也可以采用默认的码率或者第一码率利用BCH码、RS码、Turbo码、TCM码、LDPC码等对第二数据进行编码得到第三数据。当然，发送端也可以采用默认码率或者第一码率利用以上这几种码对第二数据进行级联编码得到第三数据，本申请实施例对此不作任何限定。
第三，在所述发送端利用第一码率对所述第二数据进行卷积编码得到编码后的第三数据之后，所述方法100还包括：所述发送端对所述第三数据进行比特交织得到比特交织后的第四数据；所述发送端对所述第四数据进行符号交织得到所述数据符号序列。
具体来说，发送端110的交织模块115对编码模块114得到的数据首先进行比特交织然后进行符号交织，例如，图7示出了比特交织器的示意图，比特交织器为2行64列，比特交织可以是行写入，列读出，首个64比特块写入第1行，第二个64比特块写入第2行。交织输出为按列读出，将当前读的列的索引号的反序作为列的序号，如第0列，000000的反序还为0；第1列，000001的反序为100000(32)，第2列，000010的反序为010000(16)，以此类推，读取的列序号为{0,32,16,48,8,40,24,56,…63}。符号交织的单位是符号，在BPSK中一个符号对应一个比特，在QPSK中一个符号对应2比特，并且不同帧长对应的物理帧的数据容量也不相同。例如，交织的过程可以是：计算其中L为每一物理帧的总符号数，为取大于等于的最小整数，n从0～2N-1之间计数，nr为n反序后的数值，若nr小于L，则将nr依次放入有效集合V，集合V中包括L个小于L的值。例如，L＝9，N＝4，0的反序还是0，就是集合V中的第一个数；1的反序是8，就是集合V中的第二个数……集合V为{0，8，4，2，6，1，5，3，2}，则输出索引即为0，8，4，2，6，1，5，3，2；输入数据{d0，d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8},输出数据是{d0，d8，d4，d2，d6，d1，d5，d3，d2}。
S220,所述发送端获取数据符号序列。
S230，所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，所述多个子载波的频率根据所述电力线中的噪声信息确定。
具体地，PLC技术是利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后用电线传输，接收信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来，并传送到计算机和电话等。电力线在铺设的过程中一般不会考虑数据传输时的噪声因素，导致传输数据的过程中的噪声比较严重，并且任何接入的电器都有可能给线路带来严重的噪声影响。因此，在确定多个子载波的频率时，可以利用电力线中的噪声信息进行确定，例如，多个子载波的频率的选择可以避开幅度较大的噪声频点，这样，可以减少噪声对数据的干扰，子载波的频率选择灵活，提高传输数据的可靠性。
作为一个可选实施例，所述方法还包括：当所述电力线中的噪声的频率幅度小于第一阈值时，所述发送端在频率幅度小于所述第一阈值的噪声的频率中确定为所述多个子载波的频率。
具体来说，发送端在确定多个子载波的频率时，发送端将噪声的频率幅度大于第一阈值的频点不作为多个子载波的频率的选择对象，而是在幅度小于第一阈值的噪声的频率中确定多个子载波的频率，例如，当电力线中非周期性地出现幅度大于第一阈值的噪声频点时，发送端在选择多个子载波的频率时避开大于第一阈值的频点，在非周期性频率幅度小于第一阈值的噪声的频率中确定多个子载波的频率；当电力线中周期性地出现幅度大于第一阈值的噪声频点时，发送端在选择多个子载波的频率时避开周期性幅度大于第一阈值的噪声频点，在周期性频率幅度小于第一阈值的噪声频点中确定多个子载波的频率。这样，在传输数据时，可以根据电力线的噪声确定传输数据的多个子载波的频率，提高传输数据的可靠性。
作为一个例子，当电力线中的噪声为图8所示的噪声时，第一阈值可以设定为100dB，则0.5×105Hz附近和1.5×105Hz附近幅度大于100dB的频率不能作为多个子载波的频率，在0～5×105Hz之间幅度小于100dB的频率都可以作为多个子载波的频率；又例如，当电力线中的噪声为图9所示的噪声时，第一阈值可以设定为100dB，则1～3.5×105Hz之间幅度大于80dB的频率不能作为多个子载波的频率，在0～5×105Hz之间幅度小于80dB的频率都可以作为多个子载波的频率，同样地，图10所示的噪声的第一阈值也可以设定为80dB；再例如，如图11示出了当电力线中的噪声为周期性的噪声，在确定多个载波的频率时，可以避开周期性出现噪声幅度高的频率，并且多个子载波的间隔可以不同于噪声频率的周期或者不同于噪声频率的周期的倍数。
应理解，在本申请实施例中，根据噪声信息确定的多个载波频率可以是发送端在开始发送数据之前确定多个子载波的频率，以后发送数据时，可以采用确定的载波频率进行传输数据；或者是在每次发送数据时，发送端确定多个子载波的频率；或者当发送端检测到电力线中接入新的用户时，发送端可以检测电力线中的噪声，根据电力线中的噪声确定多个子载波的频率。本申请实施例对此不作任何限制。
作为一个可选实施例，所述物理帧的帧结构用于指示在时间单元内包括用于信号自动增益控制的前导符号、导频符号序列和所述数据符号序列。
作为一个可选实施例，所述帧结构具体用于指示帧头包括所述前导符号，帧体包括所述导频符号序列和所述数据符号序列，其中，所述导频符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述数据符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述导频符号序列和所述数据符号序列交错排布。例如，图12中以16个子载波为例，帧结构中的数据符号序列采用从左到右，从上到下的顺序排布。前导、数据符号序列和导频符号序列均匀分布到16个子载波上进行并行调制，16个子载波的载波频率可以任意设置，16个子载波的载波频率间隔也可以各不相同，可以避免电力线信道中常见的谐波干扰点，即使有部分信号遭受到噪声的严重破坏，接收端也可以完整的恢复出原始的数据。
在本申请实施例中，前导符号采用伪噪声序列(pseudo-noise sequence，PN)生成，例如图12中可以采用128个前导符号，每个子载波发送8个前导符号，可使用一种PN255序列，生成式为公式(3)，生成器结构图如图13所示：
H(x)＝1+x4+x5+x6+x8 (3)
具体地，在本申请实施例中，导频序列为PN序列，可以根据不同的物理帧长度确定PN序列，不同的物理帧长度可以发送不同长度的数据，这样，接收端可以根据PN序列来确定接收到的物理帧的帧长。例如表1示出了物理帧长度与PN序列生成式的关系，表1中物理帧帧体长度例如可以是图12中每一行的除了前导符号的符号数，还可以包括导频符号序列、数据符号序列和空符号，物理帧长度为112，则图12中共有16列，则共有112*16个符号，若按照图12的排布方式，数据符号序列的数量为总符号数量的1/2，即为112*16/2＝896。
表1
物理帧帧体长度 数据符号序列数量 导频PN序列生成式
112 896 1+x2+x3+x8+x10
192 1536 1+x2+x3+x10+x11
288 2304 1+x+x4+x6+x12
576 4608 1+x+x3+x4+x13
作为一个可选实施例，所述帧结构还用于指示空符号交错排布在所述导频符号序列中，由于发送端的发射功率固定，当空符号排布在导频符号序列中时，帧体中的导频符号相对于数据符号有一定的功率提升。
作为一个可选实施例，S230，包括：所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列分为多路信号，所述多路信号中每路信号与所述多个子载波中每个子载波一一对应；所述发送端将所述多路信号进行匹配滤波和上变频调制到所述多个子载波后，生成所述物理帧。
作为一个可选实施例，所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列分为多路信号，包括：所述发送端利用二相相移键控BPSK或四相相移键控QPSK对所述导频符号序列和所述数据符号序列进行星座映射得到星座映射后的导频符号序列和数据符号序列；所述发送端将所述星座映射后的导频符号序列和数据符号序列分为所述多路信号。
在本申请实施例中，在低速率低带宽的场景中可以采用低阶调制方式，例如BPSK或者QPSK，通过低阶调制来提高接收端的接收性能。在高速率高带宽的场景中可以采用高阶调制方式，例如16正交振幅调制(quadrature amplitude modulation，QAM)或者32QAM调制等，本申请实施例对此不作限制。
例如，可以对每个子载波用滚降系数为0.25的均方升余弦滚降滤波器对多路信号中的每路信号进行成型滤波后，得到Ik(t)和Qk(t)，当然也可以采用其他的滚降系数进行成型滤波，本申请实施例对此不作限制。均方升余弦滚降滤波器如公式(4)所示。
其中，f表示输入的信号，I(f)表示滤波后输出的信号，fN＝Rs/2是奈奎斯特频率，Rs为数据符号率。α是均方升余弦滚降滤波器滚降系数。
滤波后各个子信道上的数据分别进行上变频调制到16个不同的子载波上，最后将16个子信道载波调制后的数据合成，得到最终的输出信号r(t)如公式(5)所示：
其中，Ik(t)表示同向分量，Qk(t)表示正交分量，fk表示载波频率，t表示时间，k表示子载波的序号。
S240,所述发送端通过电力线向接收端发送所述物理帧。
在本申请实施例中，由于电力线系统中噪声严重并且具有不确定性，任何电器的接入都有可能给线路带来严重的噪声影响，同时系统经常还会存在频域周期性的谐波干扰分量，因此，在本申请实施例中，多个子载波的频率可以根据电力线中的噪声确定，避开某些较高噪声的频点，任意选择的子载波间隔又可以避免周期性的噪声影响，可以提高传输数据的可靠性。
应理解，在本申请实施例中，在窄带场景下可以选择低阶调制和低码率传输；在宽带的场景下，可以选择高阶调制和高码率的传输。本申请实施例中，采用的调制方式、编码方式、码率、扰码方式、CRC校验等等只是示意性的举例，本申请还可以采用其他的调制方式、编码方式、码率、扰码方式和CRC校验等，本申请实施例对此不作任何限制。
上文中结合图1至图13，详细描述了根据本申请实施例的基于电力线系统传输数据的方法，下面将结合图14和图15，详细描述根据本申请实施例的基于电力线系统传输数据的装置。
图14示出了本申请实施例提供的基于电力线系统传输数据的装置300示意图，装置300包括：
获取模块310，用于获取导频符号序列；
所述获取模块还用于获取数据符号序列；
处理模块320，用于将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，所述多个子载波的频率根据所述电力线中的噪声信息确定；
发送模块330，用于通过电力线向接收端发送所述物理帧。
作为一个可选实施例，所述处理模块320还用于：当所述电力线中的噪声的频率幅度小于第一阈值时，在频率幅度小于所述第一阈值的噪声的频率中确定为所述多个子载波的频率。
作为一个可选实施例，所述物理帧的帧结构用于指示在时间单元内包括用于信号自动增益控制的前导符号、所述导频符号序列和所述数据符号序列。
作为一个可选实施例，所述帧结构具体用于指示帧头包括所述前导符号，帧体包括所述导频符号序列和所述数据符号序列，其中，所述导频符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述数据符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述导频符号序列和所述数据符号序列交错排布。
作为一个可选实施例，所述帧结构还用于指示空符号交错排布在所述导频符号序列中。
作为一个可选实施例，所述处理模块330具体用于：将所述导频符号序列和所述数据符号序列分为多路信号，所述多路信号中每路信号与所述多个子载波中每个子载波一一对应；将所述多路信号进行匹配滤波和上变频调制到所述多个子载波后，生成所述物理帧。
作为一个可选实施例，所述处理模块330具体还用于：利用二相相移键控BPSK或四相相移键控QPSK对所述导频符号序列和所述数据符号序列进行星座映射得到星座映射后的导频符号序列和数据符号序列；将所述星座映射后的导频符号序列和数据符号序列分为所述多路信号。
作为一个可选实施例，所述获取模块310还用于：在所述获取数据符号序列之前，获取媒体接入访问MAC层的数据和MAC层的参数，或者获取所述MAC层的数据；所述处理模块330还用于：对所述MAC层的数据和MAC的参数、或者所述MAC层的数据，进行加扰、循环冗余CRC校验、卷积编码、比特交织和符号交织处理以得到所述数据符号序列。
应理解，这里的装置300以功能单元的形式体现。这里的术语“模块”可以指应用特有集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、电子电路、用于执行一个或多个软件或固件程序的处理器(例如共享处理器、专有处理器或组处理器等)和存储器、合并逻辑电路和/或其它支持所描述的功能的合适组件。在一个可选例子中，本领域技术人员可以理解，装置300可以具体为上述实施例中的发送端，装置300可以用于执行上述方法实施例中与发送端对应的各个流程和/或步骤，为避免重复，在此不再赘述。
图15示出了本申请实施例提供的基于电力线系统传输数据的装置400示意图，该装置400包括存储器410和处理器420。
其中，存储器410用于存储计算机可执行的指令，处理器420用于读取所述计算机可执行的指令并实现本申请中前述实施例所提供的方法，具体地，处理器420用于在存储器410中获取导频符号序列，处理器420还用于从存储器420中获取数据符号序列；处理器420还用于将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，所述多个子载波的频率根据所述电力线中的噪声信息确定；处理器420还用于通过电力线向接收端发送所述物理帧。
应理解，该装置400可以对应于方法200中的发送端，可以实现方法200中与发送端的相应功能，为了简洁，在此不再赘述。
应理解，在本申请实施例中，处理器420可以是中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignal processing，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种基于电力线系统传输数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
发送端获取导频符号序列；
所述发送端获取数据符号序列；
所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，所述多个子载波的频率根据所述电力线中的噪声信息确定；
所述发送端通过电力线向接收端发送所述物理帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述电力线中的噪声的频率幅度小于第一阈值时，所述发送端在频率幅度小于所述第一阈值的频率中确定所述多个子载波的频率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述物理帧的帧结构用于指示在时间单元内包括用于信号自动增益控制的前导符号、所述导频符号序列和所述数据符号序列。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述帧结构具体用于指示帧头包括所述前导符号，帧体包括所述导频符号序列和所述数据符号序列，其中，所述导频符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述数据符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述导频符号序列和所述数据符号序列交错排布。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述帧结构还用于指示空符号交错排布在所述导频符号序列中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，包括：
所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列分为多路信号，所述多路信号中每路信号与所述多个子载波中每个子载波一一对应；
所述发送端将所述多路信号进行匹配滤波和上变频调制到所述多个子载波后，生成所述物理帧。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发送端将所述导频符号序列和所述数据符号序列分为多路信号，包括：
所述发送端利用二相相移键控BPSK或四相相移键控QPSK对所述导频符号序列和所述数据符号序列进行星座映射得到星座映射后的导频符号序列和数据符号序列；
所述发送端将所述星座映射后的导频符号序列和数据符号序列分为所述多路信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述发送端获取数据符号序列之前，所述方法还包括：
所述发送端获取媒体接入访问MAC层的数据和MAC层的参数，或者获取所述MAC层的数据；
所述发送端对所述MAC层的数据和MAC的参数、或者所述MAC层的数据，进行加扰、循环冗余CRC校验、卷积编码、比特交织和符号交织处理以得到所述数据符号序列。
9.一种基于电力线系统传输数据的装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取导频符号序列；
所述获取模块还用于获取数据符号序列；
处理模块，用于将所述导频符号序列和所述数据符号序列调制到多个子载波上，生成物理帧，所述多个子载波的频率根据所述电力线中的噪声信息确定；
发送模块，用于通过电力线向接收端发送所述物理帧。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
当所述电力线中的噪声的频率幅度小于第一阈值时，在频率幅度小于所述第一阈值的频率中确定所述多个子载波的频率。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述物理帧的帧结构用于指示在时间单元内包括用于信号自动增益控制的前导符号、所述导频符号序列和所述数据符号序列。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述帧结构具体用于指示帧头包括所述前导符号，帧体包括所述导频符号序列和所述数据符号序列，其中，所述导频符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述数据符号序列在所述帧体中按照从左到右，从上到下的顺序排布，所述导频符号序列和所述数据符号序列交错排布。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述帧结构还用于指示空符号交错排布在所述导频符号序列中。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：
将所述导频符号序列和所述数据符号序列分为多路信号，所述多路信号中每路信号与所述多个子载波中每个子载波一一对应；
将所述多路信号进行匹配滤波和上变频调制到所述多个子载波后，生成所述物理帧。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体还用于：
利用二相相移键控BPSK或四相相移键控QPSK对所述导频符号序列和所述数据符号序列进行星座映射得到星座映射后的导频符号序列和数据符号序列；
将所述星座映射后的导频符号序列和数据符号序列分为所述多路信号。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述获取模块还用于：
在所述获取数据符号序列之前，获取媒体接入访问MAC层的数据和MAC层的参数，或者获取所述MAC层的数据；
所述处理模块还用于：
对所述MAC层的数据和MAC的参数、或者所述MAC层的数据，进行加扰、循环冗余CRC校验、卷积编码、比特交织和符号交织处理以得到所述数据符号序列。
17.一种通信装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于执行所述存储器存储的所述程序，当所述程序被执行时，所述处理器用于执行如权利要求1-8中任意一项所述的方法。
18.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-8中任意一项所述的方法。
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