一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力通信技术领域，具体地，涉及一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置及方法。
【背景技术】
[0002]电力线载波通信(Powerline Communicat1ns, PLC)技术作为电力行业特有的通信技术，拥有覆盖范围广、成本低的巨大优势，在电力用户用电信息采集系统、智能家居等领域得到广泛应用。
[0003]无线通信技术可以克服其他通信方式在某些抄表应用场合的不足，施工方便，不需要额外铺设电缆，一般工人都可以方便的进行安装；通信不受限于电网特性，可方便的对跨台区、复杂用电环境快速实施抄表方案；通信速率快，实时性高，方便实施远程预付费，远程拉合闸等应用。
[0004]OFDM (Orthogonal Frequency Divis1n Multiplexing，即正交频分复用技术)是一种不受频率选择性衰落影响，同时又能使系统具有高频带利用率的技术。其基本思路是将一个宽带的频率选择性衰落信道划分成大量的带宽相同的子信道，每个子信道带宽很窄，其信道频率响应特性可以近似为理想情况，可以有效地对抗频率选择性衰落。0FDM系统是一个多载波调制系统，每个子信道分配相互正交的子载波，每个子载波可以分别调制数据，所有子信道上的调制信号相加后形成0FDM信号发送到信道。由于0FDM将数据串/并变换后，码元周期远大于一般典型的多径反射时延，因此可以有效地消除码间干扰。
[0005]在基于电力线载波通信的用电信息采集系统应用中，由于电力线载波通信的传输距离有限，需要通过中继方式保证抄表覆盖范围，对于农村、城乡结合部等低密度住宅不能做到全覆盖，实施难度很大；而且低压电力线窄带载波速率低，实时性差，无法满足远程预付费，远程拉合闸的需求。在基于无线通信的用电信息采集系统中，由于无线距离短，穿透力弱，直接影响通信可靠性、系统容量。此外，在基于电力线载波通信或者基于无线通信的用电信息采集系统中，由于这两种通信系统所承载的电力用户用电数据信息较为敏感，对通信可靠性有着极高的要求。因此，采用单一的通信方式难以保证高度可靠通信质量，这已成为亟待解决的紧迫问题。
【发明内容】
[0006]本发明是为了克服现有技术中电力线载波通信和无线通信的通信方式比较单一的缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置。
[0007]本发明实施例提供的一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置，包括:物理层0FDM基带、发送前端电路和接收前端电路；
[0008]物理层0FDM基带为电力线载波信号和无线信号共用的基带，用于对数据进行信道编解码、交织/解交织处理、信号映射、导频/信道估计、串并变换、FFT/IFFT、保护间隔处理和AD/DA转换；且物理层0FDM基带通过AD/DA转换电路分别与发送前端电路的输入端和接收前端电路的输出端相连；
[0009]发送前端电路的第一输出端与电力线相连，用于输出电力线载波信号；发送前端电路的第二输出端设有第一天线，用于输出无线信号；
[0010]接收前端电路的第一输入端与电力线相连，用于输入电力线载波信号；接收前端电路的第二输入端设有第二天线，用于输入无线信号。
[0011 ] 在上述技术方案中，发送前端电路包括:一级放大器、二级放大器、第一耦合器和调制器；接收前端电路包括:放大器、第二耦合器和解调器；
[0012]—级放大器一端与物理层0FDM基带的AD/DA转换电路相连，另一端分别与第一親合器和调制器相连；第一耦合器的另一端与电力线相连，调制器的另一端通过二级放大器与第一天险相连；
[0013]第二耦合器一端与电力线相连，另一端与物理层0FDM基带的AD/DA转换电路相连；放大器一端与第二天线相连，另一端通过解调器后与物理层0FDM基带的AD/DA转换电路相连。
[0014]在上述技术方案中，发送前端电路还包括低通滤波器；接收前端电路还包括第一带通滤波器和第二带通滤波器；
[0015]一级放大器的另一端通过低通滤波器分别与第一耦合器和调制器相连；
[0016]第二耦合器的另一端通过第一带通滤波器与物理层0FDM基带的AD/DA转换电路相连；放大器的另一端通过第二带通滤波器和解调器后与物理层0FDM基带的AD/DA转换电路相连。
[0017]在上述技术方案中，物理层0FDM基带采用全双工方式通信方式。
[0018]在上述技术方案中，电力线载波信号在其工作载频范围内子载波数为920个，子载波之间的频谱间隔为21.5KHz ;
[0019]无线信号在其载频范围内子载波数为920个，子载波之间的频谱间隔为25KHz。
[0020]本发明实施例提供的一种基于如上述任一装置的电力线载波与无线物理层融合通信的方法，包括:
[0021]通过接收前端电路同时接收电力线载波信号和无线信号；
[0022]对电力线载波信号和无线信号进行基带频谱融合，基带频谱包括电力线载波频谱、无线频谱和保护间隔，保护间隔位于电力线载波频谱和无线频谱之间；
[0023]通过物理层0FDM基带对融合后的信号进行数据处理，数据处理包括对数据进行信道编解码、交织/解交织处理、信号映射、导频/信道估计、串并变换、FFT/IFFT、保护间隔处理；
[0024]将处理后的信号转发至MAC层，并通过MAC层分配的单一的MAC地址实现通信。
[0025]在上述技术方案中，该装置还包括:通过发送前端电路将物理层0FDM基带发出的基带信号分别转发至电力线和天线。
[0026]本发明实施例提供的一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置及方法，电力线载波通信和无线通信以高度集成的方式实现物理层的融合，具有高集成度的优点。同时，电力线载波通信和无线通信采用统一的0FDM技术，并共用同一个MAC层的单一 MAC形式，能够高效支持单一 MAC层的方式，使得MAC层设计的复杂度大为简化；可以提高通信带宽，并优化频谱资源的使用效率。电力线载波与无线融合通信的0FDM频谱统一调度方案将电力线载波频谱和无线频谱融合为一体，统一进行OFDM资源分配，使得两者的融合更为彻底和高效。
[0027]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0028]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0029]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0030]图1为本发明实施例中电力线载波与无线物理层融合通信的装置第一结构图；
[0031]图2为本发明实施例中电力线载波与无线物理层融合通信的装置第二结构图；
[0032]图3为本发明实施例中电力线载波与无线物理层融合通信的装置第三结构图；
[0033]图4为本发明实施例中电力线载波与无线物理层融合通信方法的流程图；
[0034]图5为本发明实施例中基带频谱融合的示意图；
[0035]图6为本发明实施例中载频融合的示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0037]根据本发明实施例，提供了一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置，参见图1所示，该装置包括:物理层0FDM基带10、发送前端电路20和接收前端电路30。
[0038]其中，物理层0FDM基带10为电力线载波信号和无线信号共用的基带，用于对数据进行信道编解码、交织/解交织处理、信号映射、导频/信道估计、串并变换、FFT/IFFT、保护间隔处理和AD/DA转换；且物理层0FDM基带10通过AD/DA转换电路分别与发送前端电路20的输入端和接收前端电路30的输出端相连。
[0039]发送前端电路20的第一输出端与电力线相连，用于输出电力线载波信号；发送前端电路20的第二输出端设有第一天线，用于输出无线信号；接收前端电路30的第一输入端与电力线相连，用于输入电力线载波信号；接收前端电路30的第二输入端设有第二天线，用于输入无线信号。
[0040]本发明实施例中，电力线载波信号和无线信号共用一个物理层0FDM基带，对通信节点装置的MAC层而言，物理层实际上只有一个通信通道，因此该方案只需要单一的MAC层和MAC地址
[0041]本发明实施例提供的一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置，同时，电力线载波通信和无线通信采用统一的0FDM技术，并共用同一个MAC层的单一 MAC形式，能够高效支持单一 MAC层的方式，使得MAC层设计的复杂度大为简化；可以提高通信带宽，并优化频谱资源的使用效率。
[0042]优选的，参见图2所示，发送前端电路20包括:一级放大器、二级放大器、第一耦合器和调制器；接收前端电路30包括:放大器、第二耦合器和解调器。
[0043]具体的，一级放大器一端与物理层0FDM基带的AD/DA转换电路相连，另一端分别与第一耦合器和调制器相连；第一耦合器的另一端与电力线相连，调制器的另一端通过二级放大器与第一天险相连。在接收前端电路中，第二耦合器一端与电力线相连，另一端与物理层0FDM基带的AD/DA转换电路相连；放大器一端与第二天线相