[发明专利]一种多载波扩频电力线通信系统

摘要

一种多载波扩频电力线通信系统，该系统中的通信设备包括一个信号发送装置和一个信号接收装置，其特征在于，所述的信号发送装置由依次连接的编码器、扩频调制单元和载波调制单元组成；所述的信号接收装置由依次连接的小波滤波器、载波频率分离器、解扩单元和数据解调器、解码器组成；所述信号发送装置中的扩频调制单元先将编码器编码后的数据进行扩频调制，再由载波调制单元将扩频的信号做满足正交条件的多载波调制并经电力信道发送至信号接收装置；所述信号接收装置中的小波滤波器对接收的信号做小波滤波，再依次由载波频率分离器对滤波的各子载波做频率分离，由解扩单元解扩，然后由数据解调器将信号解调，最后由解码器解码获得数据。

主权项

1.一种多载波扩频电力线通信系统，该系统由设在电力线网络中的若干个相互通讯的通信设备组成，所述的通信设备包括信号发送装置和信号接收装置，其特征在于，所述的信号发送装置由依次连接的编码器、扩频调制单元和载波调制单元组成；其中，所述的扩频调制单元将所述的编码器编码后的各信道码元数据做以下扩频处理：a）根据数据速率的大小和允许的信道带宽，将待发送数据分配到允许带宽的N个子载波上，且依据线频率间距和数据采样长度计算和设定子载波间频率间距，使子载波频率在频率域上表现为连续的由小到大的单个频率，获得频率正交且间距可变的子载波二进制码元数据；b）将频率正交且间距可变的子载波二进制码元数据与扩频码相乘，得到码元数据信号的中心频率相互正交的连续变化的调制信号；c）将调制信号的二进制码元按下式I）进行扩频处理并进行相加操作，得到扩频信号s(t)：s(t)=Σi=1NAidi(t)c(t)cos(2πfcit+θ)---I)]]>式I）中，N为子载波的数量，d_i(t)为第i信道内t时刻的二进制码元数据，c(t)为扩频调制单元中带线性反馈的移位寄存器产生的值为+1或-1的t时刻扩频伪随机二进制码片（PN码），f_ci为第i信道内的子载波中心频率，A_i为第i信道的信号幅度，θ为该信道内信号的初始相位，为频率正交且间距可变的子载波二进制码元数据；然后，由所述的载波调制单元按下式II）调整线频率间距、子载波间频率间距和子载波间频率，并将扩频信号s(t)经电力信道发送至接收端：线频率间距：Δfl=C2n-1]]>子载波间频率间距：Δf=mNΔfl=mC(2n-1)N---II)]]>子载波频率：{fc-(N2-1)Δf},···,{fc-Δf},{fc},{fc+Δf},···,{fc+(N2)Δf}]]>式II）中，C为扩频伪随机二进制码片的码片速率，2ⁿ-1为该码片的码片长度，2ⁿ-1中n表示载波调制单元中的反馈移位寄存器的级数，Δf_l为扩频伪随机二进制码片的线频率间距，Δf为各子载波间频率间距，N为子载波的数量，f_c为中心信道子载波中心频率，m为大于等于1的正整数(m≥1)；所述的信号接收装置由依次连接的小波滤波器、载波频率分离器、解扩单元和数据解调器、解码器组成；其中，1）所述的小波滤波器将接收的信号按下式Ⅲ）进行小波滤波处理，得到降噪后的码元数据信号r(t)，r(t)=Σi=1N[D(t)+R(t)]+n(t)]]>=Σi=1N[Aidi(t-Td)c(t-Td)cos(2πfcit-φ0)+---III)]]>αAidi(t-Td-ΔTd)c(t-Td-ΔTd)cos(2πfcit-φ0-Δφ0)]+n(t)]]>式Ⅲ）中，D(t)为直接信号，R(t)为反射信号，n(t)为经过小波滤波降噪处理后的剩余噪声，T_d为传播延迟，φ₀为子载波相位，α为反射信号相较于直接信号的相对传播损耗，其中0＜α≤1，ΔT_d为相对传播延迟，Δφ₀为相对相位差；然后，采用下式IV）将r(t)变换复数形式，r(t)=h(t)*y(t)=h(t)*[s(t)+n(t)]=∫-∞+∞h(τ,t)y(t-τ)=---IV)]]>Σi=1Npαiexp[jφi(t)]y(t-τ)]]>式IV）中，h(t)为接收信道的脉冲响应，y(t)为发射信号，τ为时延，φ_i(t)为相位，*是卷积标志，N_p为发射信号y(t)的数量；2）所述的载波频率分离器先对式IV）进行快速傅立叶变换，将降噪后的码片数据r(t)转换为频域信号，再按下式V）将各子载波进行频率分离，R(f)=Σi=1N[Ri(f)↑N]=Σi=1N[Ri(f)↓N]---V)]]>式V）中，R(f)是r(t)的傅立叶变换值，R_i(f)↑^N为第i个子载波信号作N次上采样的傅立叶变换值，R_i(f)↓_N为为第i个子载波信号作N次下采样的傅立叶变换值；3）所述的解扩单元将分离后的频域信号与各子载波的扩频伪随机二进制码元信号按下式VI）作自相关处理，r_i(t)＝[R_i(f)S_i(f)]^-1   VI）式VI）中，r_i(t)是获得的第i个子载波信号，R_i(f)是收到的经过频率分离的第i个子载波信号的傅立叶变换值，S_i(f)是第i个子载波扩频伪随机二进制码元信号s_i(t)的傅立叶变换值；然后，采用快速傅立叶逆变换将自相关处理后的频域信号采用下式VII）转换为复数形式的时域信号，再用下式VIII)离散化，接着进行子载波间相干累加平均，ri(t)=a0cos(φ)+na(i)(t)+j[a0sin(φ)+nj(i)(t)]---VII)]]>ri(k)=a0cos(φ)+na(i)(k)+j[a0sin(φ)+nj(i)(k)]---VIII)]]>式VII）和式VIII)中，a₀cos(φ)是信号的实部，a₀sin(φ)是虚部，n_a⁽ⁱ⁾表示多路径衰落信道的作用于实部的影响，它包括噪声和加在第i个子载波上的频率误差的影响，n_j⁽ⁱ⁾表示作用于虚部的影响，t为连续的时域变量，k为与t对应的时域离散变量；4）所述的数据解调器对解扩后的信号做二进制相移键控解调，还原出所述信号发送装置所发送的数据；5）所述的解码器再将还原后的数据解码。