CN203661087U - 低压电力线通信的编码解码装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种低压电力线通信的编码解码装置。本实用新型低压电力线通信的编码解码装置，包括编码装置和解码装置，编码装置包括编码模块、第一选择模块和第一输出模块；解码装置包括解码模块、第二选择模块和第二输出模块；编码模块包括R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器；第一选择模块，与编码模块连接，用于从R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器中任意选择至少两个组成编码器组；编码模块用于通过编码器组对原始数据进行编码；第一输出模块，与编码模块连接；解码模块包括R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器。本实用新型与现有技术中使用扩频码编码和扩频码解码相比，既提高了通信的有效性，又提高了通信的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术，尤其涉及一种低压电力线通信的编码解码装置。
背景技术
电力线通信（Power Line Communication，简称PLC）技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式，包括：高压电力线通信，中、低压电力线通信。低压电力线通信广泛用于电力管理系统、工业自动控制系统、智能化小区等领域。但在电力线上进行信号传输，信号衰减大、噪声干扰大，使得电力线通信的应用受到了限制。
为了提高电力线通信系统的抗干扰能力，现有技术中采用扩频码编码和扩频码解码。在扩频码位数较少的条件下（如小于63位扩频码），扩频码的增益随扩频位数增加递增，但是，带来的问题是通信速率大幅度降低（即有效性低），并且扩频码在扩频位数较多的条件下（如大于63位扩频码）扩频码的编码增益提高的幅度随扩频位数增加而大大降低，即扩频码无法兼顾可靠性和有效性的问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种低压电力线通信的编码解码装置，以克服现有技术中采用扩频码编码和扩频码解码而无法兼顾通信过程可靠性和有效性的问题。
第一方面，本实用新型提供一种低压电力线通信的编码解码装置，包括编码装置和解码装置，其中：
所述编码装置包括编码模块、第一选择模块和第一输出模块；
所述解码装置包括解码模块、第二选择模块和第二输出模块；
所述编码模块包括R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器；
所述第一选择模块，与所述编码模块连接，用于从所述R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器中任意选择至少两个编码器，组成编码器组；
所述编码模块用于接收原始数据，并通过所述第一选择模块确定的所述编码器组对所述原始数据进行编码，获得编码结果；
所述第一输出模块，与所述编码模块连接，用于输出所述编码结果，所述编码结果经过处理后耦合到低压电力线上传输；
所述解码模块包括R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器；
所述第二选择模块，与所述解码模块连接，用于从所述R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器中任意选择至少两个解码器，组成解码器组；
所述解码模块用于接收通过低压电力线传输并经过处理后的编码数据，并通过所述第二选择模块确定的所述解码器组对所述编码数据进行解码，获得解码结果；
所述第二输出模块，与所述解码模块连接，用于输出所述解码结果。
可选地，所述编码装置还包括：
第一存储模块，与所述编码模块连接，用于存储编码数据输入、编码过程中的中间数据，以及所述编码结果。
可选地，所述解码装置还包括：
第二存储模块，与所述解码模块连接，用于存储解码数据输入、解码过程中的中间数据，以及所述解码结果。
可选地，所述第一存储模块与所述第二存储模块可复用。
可选地，所述第一选择模块与所述第二选择模块可复用。
本实用新型提供的低压电力线通信的编码解码装置，通过发送端使用R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器中任意至少两个编码器组成的编码器组对接收的原始数据进行编码，接收端对应的使用R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器中任意至少两个解码器组成的解码器组对接收的通过低压电力线传输的编码数据进行解码，与现有技术中使用扩频码编码和扩频码解码相比，既提高了通信的有效性，又提高了通信的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例一的结构示意图；
图2为图1所示实施例一的卷积码编码器示意图；
图3为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例二的结构示意图一；
图4为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例二的结构示意图二；
图5为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例三的扩频码解码器结构示意图；
图6为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例四的结构示意图；
图7为图1所示实施例的仿真结果示意图一；
图8为图1所示实施例的仿真结果示意图二；
具体实施方式
图1为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例一的结构示意图，图2为图1所示实施例一的卷积码编码器示意图，如图1所示，本实施例的编码解码装置100可以包括：编码装置10和解码装置20，其中，编码装置10包括编码模块101、第一选择模块102和第一输出模块103；解码装置20包括解码模块201、第二选择模块202和第二输出模块203；
编码模块101包括R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器；
第一选择模块102，与编码模块101连接，用于从R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器中任意选择至少两个编码器，组成编码器组；
编码模块101用于接收原始数据，并通过第一选择模块102确定的编码器组对原始数据进行编码，获得编码结果；
第一输出模块103，与编码模块101连接，用于输出编码结果，所述编码结果经过处理后耦合到低压电力线上传输；
解码模块201包括R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器；
第二选择模块202，与解码模块201连接，用于从R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器中任意选择至少两个解码器，组成解码器组；
解码模块201用于接收通过低压电力线传输并经过处理后的编码数据，并通过第二选择模块202确定的解码器组对编码数据进行解码，获得解码结果；
第二输出模块203，与解码模块201连接，用于输出解码结果。
具体地，本实施例的编码解码装置100可以应用在低压电力线通信中，编码模块101接收原始数据后通过R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器中任意选择至少两个编码器组成的编码器组进行编码；亦即：编码器组可以为：R-S编码器和卷积码编码器的组合，或R-S编码器和扩频码编码器的组合，或卷积码编码器和扩频码编码器的组合，或R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器的组合。进一步地，如编码器组选用的是R-S编码器和卷积码编码器的组合，则R-S编码器可以使用RS(N=255,K=239,T=8)或RS(N=255,K=247,T=4)，上述(N=255,K=239,T=8)中N表示编码后的数据长度为255个符号数即255个字节，K表示编码前的有用数据为239个字节，T表示可以纠错的符号数是4个，生成多项式可以是p(x)=x8+x4+x3+x2+1；卷积码编码器，如图2所示，I表示输入的有用数据，X、Y分别表示编码后的数据，使用1/2码率，约束长度m=6即（n=2，k=1，m=6）的编码，上述n=2表示编码后的数据长度为2比特，k=1表示编码前的有用数据为1比特，m=6表示约束长度为6，即对当前的有用数据比特进行编码时与前5个有用数据比特有关，D表示移位寄存器；扩频码编码器可以使用3位、5位、7位、15位、31位、63位等扩频码，如使用3位扩频码编码时，0编码后的数据可以为011,1编码后的数据可以为100，编码结果例如经调制处理后耦合到低压电力线上传输。
解码模块201接收通过低压电力线传输并经过处理后（例如经过解调处理）的编码数据，编码数据为使用编码装置10进行编码后的数据，并通过第二选择模块202确定的解码器组对编码数据进行解码，上述解码器组可以从R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器中任意选择至少两个解码器。亦即：解码器组可以为：R-S解码器和卷积码解码器的组合，或R-S解码器和扩频码解码器的组合，或卷积码解码器和扩频码解码器的组合，或R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器的组合。进一步地，卷积码解码器可以是维特比解码器。
编码装置10的编码器组和解码装置20的解码器组的选择存在对应关系。具体为：
当编码装置10中选择使用由R-S编码器和卷积码编码器组成的编码器组时，则解码装置20中必须选择使用由卷积码解码器和R-S解码器组成的解码器组进行解码，即先进行卷积码解码，再对卷积码解码后的数据进行R-S解码，其他以此类推。
本实施例，通过发送端使用R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器中任意至少两个编码器组成的编码器组对接收的原始数据进行编码，并向低压电力线输出编码结果，接收端对应的使用R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器中任意至少两个解码器组成的解码器组对接收的通过低压电力线传输的编码数据进行解码，与现有技术中仅使用扩频码编码和扩频码解码相比，既提高了通信的有效性，又提高了通信的可靠性。
图3为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例二的结构示意图一，图4为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例二的结构示意图二，在图1所示装置结构的基础上，在本实施例中，如图3所示，编码装置10还可以包括：
第一存储模块104，与编码模块101连接，用于存储编码数据输入、编码过程中的中间数据，以及编码结果。
具体地，例如编码器组为R-S编码器和卷积码编码器的组合时，编码模块101首先对原始数据进行R-S编码，再对R-S编码后的数据进行卷积码编码；对进行R-S编码的原始数据可以先存储在第一存储模块104中，R-S编码后的数据再存储在第一存储模块104中，此时，第一存储模块104的数据作为卷积码编码器的数据输入，卷积码编码后的数据最终存储在第一存储模块104中再发送至第一输出模块103。
可选地，上述解码装置20还可以包括：
第二存储模块204，与解码模块201连接，用于存储解码数据输入、解码过程中的中间数据，以及解码结果。
具体地，如图4所示，第二存储模块204可以复用第一存储模块104，即与第一存储模块104可以是一个存储模块，这里的中间数据也可以包括接收的低压电力线传输后的数据。
可选地，第一存储模块104与第二存储模块204可复用。
可选地，第一选择模块102与第二选择模块202可复用。
本实施例，通过发送端使用R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器中任意至少两个编码器组成的编码器组对接收的原始数据进行编码，并向低压电力线输出编码结果，接收端对应的使用R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器中任意至少两个解码器组成的解码器组对接收的通过低压电力线传输的编码数据进行解码，还可以使用第一存储模块存储编码数据输入、编码过程中的中间数据以及编码结果，第二存储模块存储解码数据输入、解码过程中的中间数据，以及解码结果，第一存储模块与第二存储模块可复用，第一选择模块与第二选择模块可复用。与现有技术中使用扩频码编码和扩频码解码相比，既提高了通信的有效性，又提高了通信的可靠性，同时还可以复用存储器，节省电路成本。
下面采用具体的实施例，对图1所示编码解码装置实施例的技术方案进行详细说明。
图5为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例三的扩频码解码器结构示意图，如图5所示，本实施例在图1所示实施例的基础上提供了一种具体的扩频码解码器，本实施例的扩频码解码器50可以包括：M序列寄存器501、移位寄存器502、相关运算逻辑电路503、运算结果寄存器504、相关阈值寄存器505、判决器506、输出器507。
具体地，相关运算逻辑电路503是将M序列寄存器501的数据和移位寄存器502的数据进行同或运算，相关运算的长度可以通过CPU进行控制，采用硬件逻辑电路实现，运算速度快；相关运算的结果存储在运算结果寄存器504中。判决器506的输入由运算结果寄存器504和相关阈值寄存器505组成，判决器506根据相关阈值寄存器505的值，判决扩频码解码的输出数据位为0还是为1。M序列寄存器501可以输出M取不同值的序列，如M=3则序列可以为011或100，序列为011时，如果相关运算的结果大于相关阈值寄存器505的值，则判决器506输出的值为0，否则为1。
可选地，移位寄存器502可以通过CPU设置为循环移位模式，用于查找接收数据的最佳采样时刻，即用于数据同步，可以通过一个与移位寄存器连接的选择器选择是否进行循环移位模式，例如在传输有用数据前可以在前端加一段同步序列，如01010101，假设移位寄存器接收的序列为10101011，则用10101011与本地存储的同步序列01010101进行相关运算，由于相关值较小，则对序列10101011进行循环移位，循环左移的结果为01010111，再进行相关运算的值超过预设的门限值，则确定此序列经过循环左移之后的序列为同步序列，可以使用一个移位次数寄存器存储进行循环移位的次数，则在对序列10101011进行接收的下一个时刻开始对接收数据进行采样以及扩频码解码得到发送数据。
同时还可以设置移位寄存器的长度，以及本地存储的序列的长度，实现多接收数据，从接收的数据序列内部寻找连续的相关峰值（即同步序列），例如接收序列为0011010101011010，则与本地存储的序列0101010101010101进行相关运算，对接收序列进行循环左移4次，则开始出现连续的相关峰值，则在对序列0011010101011010进行接收的第5个时刻开始对接收数据进行采样以及扩频码解码得到发送数据。
移位寄存器的时钟和移位次数寄存器的时钟，可以通过CPU配置，即可以通过一个选择器选择主时钟（CPU时钟）或采样时钟。当进行循环移位时，可以通过主时钟进行移位，提高相关运算的效率；当进行数据采样时，可以通过采样时钟进行移位。
上述M序列寄存器501、移位寄存器502可以与第一存储模块104或第二存储模块204复用。对于进行任意一种R-S码、卷积码和扩频码的编码或者解码，存储器容量足够，内部运算过程不需要进行复用，可以大大提升编码或解码的运算速度。
本实施例，通过接收端与发送端对应的使用R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器中任意至少两个解码器组成的解码器组对接收的通过低压电力线传输的编码数据进行解码，扩频码解码器采用相关运算，且可以对扩频码解码器中的移位寄存器设置为循环移位模式，便于查找接收数据的最佳采样时刻，与现有技术中使用扩频码编码和扩频码解码相比，既提高了通信的有效性，又提高了通信的可靠性。
图6为本实用新型低压电力线通信的编码解码装置实施例四的结构示意图，如图6所示，在本实施例中，通过控制信号控制第一选择模块603选择R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器组成编码器组作为编码模块601，并选择扩频码解码器、卷积码解码器和R-S解码器组成解码器组作为解码模块602，通过复用第一选择模块603执行以上选择操作，并复用第一存储模块604存储所有编码解码过程中的原始输入数据、中间数据以及最终结果。上述编码解码采用流水线架构。
本实施例，通过采用流水线架构并复用第一选择模块及第一存储模块，节省成本，同时可以降低装置工作时的功耗。
图7为图1所示实施例的仿真结果示意图一，图8为图1所示实施例的仿真结果示意图二。
以下为对图1所示实施例进行的仿真，仿真条件如下：
仿真信道采用高斯白噪声信道，数据帧长为64字节，PSK的符号速率为9.6kHz。其中，M表示扩频码编码的长度，RS是R-S编码采用RS(N=255,K=239,T=8)的编码，CC是卷积码编码采用CC（n=2，k=1，m=6）的编码；横坐标是信噪比(Signal-to-Noise Ratio，简称SNR)，纵坐标是误码率(Bit ErrorRate，简称BER)，仿真结果如图7、8所示。
下表1表示误码率为0.1%时，采用不同编码方式对应的传输速率及信噪比取值。
表1
| 调制编码方式 | 实际的传输速率(kbps) | SNR(dB) |
| BPSK | 9.6 | 9.5 |
| BPSK+M3 | 3.2 | 6.1 |
| BPSK+M5 | 1.92 | 4.1 |
| BPSK+M7 | 1.37 | 2.8 |
| BPSK+M15 | 0.64 | -0.6 |
| BPSK+M63 | 0.15 | -7.3 |
| BPSK+RS/CC | 4.25 | 2.9 |
由表1可知，在相同信噪比条件下，如采用RS编码和卷积码编码的级联编码比M=7的扩频码编码的传输速率即有效性高。
仿真结果表明，如图7所示，M=63的扩频码编码，相比之下，解调性能最佳，但是编码效率低，传输速率只有0.15kbps。如采用RS编码和卷积码编码的级联编码，在0.1%误码率条件下，性能和M=5的扩频码编码接近，但是由表1可知有效性要比M=5的扩频码编码高将近3kbps。
下表2表示误码率为0.1%时，采用不同编码方式对应的传输速率及信噪比取值。
表2
| 编码方式 | 实际的传输速率(kbps) | SNR(dB) |
| M15 | 0.64 | -0.5 |
| M63 | 0.15 | -6.8 |
| RS/CC+M3 | 1.4 | -1.3 |
| RS/CC+M5 | 0.85 | -3.3 |
| RS/CC+M7 | 0.61 | -4.6 |
| RS/CC+M15 | 0.28 | -7.8 |
由表2及图8可知，在相同传输速率即有效性条件下（第2行和第6行），如采用RS编码、卷积码编码和M=7扩频码的级联编码比M=15的扩频码编码的性能好4dB左右；RS编码、卷积码编码和M=3扩频码的级联编码的性能比M=15的扩频码编码的性能好，RS编码、卷积码编码和M=15扩频码的级联编码的性能比M=63的扩频码编码的性能好，同时使用RS编码、卷积码编码加扩频码编码的方法使得数据传输速率也得到相应提高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种低压电力线通信的编码解码装置，其特征在于，包括编码装置和解码装置，其中：
所述编码装置包括编码模块、第一选择模块和第一输出模块；
所述解码装置包括解码模块、第二选择模块和第二输出模块；
所述编码模块包括R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器；
所述第一选择模块，与所述编码模块连接，用于从所述R-S编码器、卷积码编码器和扩频码编码器中任意选择至少两个编码器，组成编码器组；
所述编码模块用于接收原始数据，并通过所述选择模块确定的所述编码器组对所述原始数据进行编码，获得编码结果；
所述第一输出模块，与所述编码模块连接，用于输出所述编码结果，所述编码结果经过处理后耦合到低压电力线上传输；
所述解码模块包括R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器；
所述第二选择模块，与所述解码模块连接，用于从所述R-S解码器、卷积码解码器和扩频码解码器中任意选择至少两个解码器，组成解码器组；
所述解码模块用于接收通过低压电力线传输并经过处理后的编码数据，并通过所述选择模块确定的所述解码器组对所述编码数据进行解码，获得解码结果；
所述第二输出模块，与所述解码模块连接，用于输出所述解码结果。
2.根据权利要求1所述的编码解码装置，其特征在于，所述编码装置还包括：
第一存储模块，与所述编码模块连接，用于存储编码数据输入、编码过程中的中间数据，以及所述编码结果。
3.根据权利要求2所述的编码解码装置，其特征在于，所述解码装置还包括：
第二存储模块，与所述解码模块连接，用于存储解码数据输入、解码过程中的中间数据，以及所述解码结果。
4.根据权利要求3所述的编码解码装置，其特征在于，所述第一存储模块与所述第二存储模块可复用。
5.根据权利要求1～3任一项所述的编码解码装置，其特征在于，所述第一选择模块与所述第二选择模块可复用。
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| CN201320725220.1U CN203661087U (zh) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | 低压电力线通信的编码解码装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN105406897A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-03-16 | 中国电子科技集团公司第二十七研究所 | 一种高数据率直接序列扩频编解码方法 |
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2013
- 2013-11-15 CN CN201320725220.1U patent/CN203661087U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 200235 Shanghai city Xuhui District Longcao Road No. 299 Tianhua Information Technology Park Building 2 floor A block 5 Patentee after: SHANGHAI EASTSOFT MICROELECTRONICS Co.,Ltd. Address before: 200235 Shanghai city Xuhui District Longcao Road No. 299 Tianhua Information Technology Park Building 2 floor A block 5 Patentee before: SHANGHAI HAIER INTEGRATED CIRCUIT Co.,Ltd. |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140618 |