《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》是清華大學，北京全電智領科技有限公司於2012年07月19日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN102820909A，專利公布日：2012年12月12日，該專利申請號為2012102520641，發明人是宋健，楊昉，顏克茜，王勁濤，張超，李曉。
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》提供了一種電力線通信與光通信結合的通信方法，包括步驟：S1、發射端根據預定的傳輸模式對待傳輸數位訊號進行編碼調製、組幀、模擬前端處理，得到發射信號並耦合到電力線路中傳輸；S2、轉發端通過耦合器提取電信號送入LED，經自動增益控制處理後，由LED驅動單元將電壓信號轉換為電流信號，對LED進行光強調製；S3、接收端通過光電檢測器接收到光信號，根據光強度轉換為電信號，經模擬前端處理、同步、解調解碼，得到傳輸數位訊號。《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》採用共性技術實現電力線網路和LED光通信的無縫結合，兩者信號合一，無需信號再生，即可將電力線路傳輸的電信號直接以無線光通信的方式通過LED發射出去，實現寬頻高速信號傳輸。
2020年7月14日，《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統
- 公布號：CN102820909A
- 地址：北京市海淀區清華園北京市100084-82信箱
- 公布日：2012年12月12日
- 發明人：宋健，楊昉，顏克茜，王勁濤，張超，李曉
- 申請號：2012102520641
- Int. Cl.：H04B3/54(2006.01)I; H04L1/06(2006.01)I; H04L27/26(2006.01)I; H04Q11/00(2006.01)I
- 申請日：2012年07月19日
- 專利代理機構：北京路浩智慧財產權代理有限公司
- 申請人：清華大學
- 專利類型：發明專利
- 代理人：王瑩
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著通信技術的快速發展，高速擴張的無線通信業務需求與頻譜資源矛盾日益加劇，探索新的頻譜資源已經成為無線通信領域的熱點問題。光通信作為一種以光波為信息傳輸載體的新興無線通信技術，具有傳輸頻頻寬、通信容量大、安全環保、無電磁干擾、無需占用現有頻譜資源等優點，在近年來備受關注。
自20世紀90年代以來，快速發展的LED技術取代傳統的光源在照明領域得到推廣套用。2012年，市面上主要採用的是通過藍光激發YAG螢光粉產生白光的白光LED。與傳統照明設備相比，LED具有體積小、功耗低、壽命長、環保節能等優點。回響靈敏度高、快速調製等特性也使得LED非常適用於作中短距離的高速無線通信系統的光源。
建立在白光LED技術上的光通信系統，可以發出肉眼難以察覺的高速閃爍的明暗信號傳遞信息，在照明的同時提供速率高達數百兆每秒的大容量通信服務。與其他傳統無線通信方式比較，光通信具有以下優點：一、光通信的照明光源可以安裝在任何地方，只要光照的地方均能實現信號覆蓋，減少了覆蓋盲區，接入方便快捷；二、光通信的信源發射功率一般不受限制，不會因為低發射功率影響系統性能；三、提供了超寬的光頻譜，不需要無線電頻譜申請；四、安全環保，不產生電磁干擾也不受電磁干擾影響，在一些特殊場合中非常適用，如煤礦安全生產、醫療監護、海洋勘探等；五、光穿透能力差，容易防止外泄，通信保密性好。
由於LED發光器件該身需要電流進行驅動，能夠自然而然與電力線連線在一起，因此邏輯上可以將電力線網路和LED光通信的結合看成是一個渾然一體的天然網路，其中電力線網路是短距離的骨幹網，一端與光纖等構成的大容量城域網/廣域網相聯；另一端與LED自然相聯，將信息以無線光通信的下行方式通過LED發射出去，並可利用電力線或者同樣利用無線光通信的方式實現上行的信息傳輸。電力線不僅給LED供電，也作為LED光通信的信號來源。電力線通信與光通信結合的通信技術，可以令兩者優勢互為補充進行寬頻高速信號傳輸，建立魯棒高效通信系統。
與採用電纜、光纖等其他傳輸媒介作為LED接口相比，電力線接入的光通信系統具有許多優勢：一、電力線系統基本覆蓋所有居室，是2012年覆蓋面積最廣、接入人數最多的網路，可以方便地提供接入服務；二、採用現有配電線路可以避免額外架設線路所需的資金投入，也不需要破壞原有的裝修，工程實施簡單；三、既可以進行語音、圖像、視頻等大容量傳輸，又便於實現家庭組網、智慧型家電控制，為物聯網提供了物理基礎。
要實現電力線通信與光通信結合的通信系統，存在著一些問題：一、如何實現兩個通信系統的無縫結合，方便快捷地實現電信號和光信號的互相轉換；二、如何根據兩種通信方式的特點和業務需求，合理選擇傳輸模式，儘可能改善傳輸的可靠性。針對第一個問題，可以採用能根據電信號進行光強調製的LED驅動單元，實現電信號和光信號之間的快速轉換。
在電力線通信與光通信結合的通信系統中，如何同時應對電力線傳輸環境和光傳輸環境的挑戰，是其核心問題之一，即如何根據電力線信道和光信道的特性，選擇合適的傳輸模式，提供高頻譜效率、高系統容量、高傳輸可靠性、滿足業務需求的服務保證。例如，光信道和電力線信道都深受多徑效應的影響。在光通信系統中，常常會採用多個LED光源實現良好的照明效果，且室內環境對照明燈光也具有反射作用，因此多徑效應對室內LED光通信系統的影響十分顯著；電力線路的線路結構複雜，信號可由多條路逕到達終端，在負載處還會出現信號反射，使得電力線通信中也存在嚴重的多徑效應。因此，在電力線通信與光通信結合的通信系統中，選擇能抵抗多徑效應的調製方式非常關鍵。現有研究結果表明，採用OFDM多載波調製技術具有抗多徑干擾、頻譜利用率高、傳輸速率高等優點，可以有效地改善電力線通信和光通信的性能。
利用電力線的廣泛存在特點和LED光通信的技術優勢，電力線通信與光通信結合的通信系統在照明與通信上都具有傳統通信技術無可比擬的優點，具有廣闊的市場化前景。例如，在高速公路上，大量LED照明燈可以套用於車聯網，提供路況信息、定位和互動信息服務；在智慧型電網領域，可提供一種全新的電網信息採集傳輸方法和網路，還可利用光通信橋接進行跨變壓器通信，解決傳統電力線通信無法跨越變壓器的難題，使智慧型配電網路真正集控制終端、數據通信、能量傳輸於一身；在數字家庭領域，可將家庭內電器和無線光通信設備很好連線起來，形成一個大容量高可靠性的家庭網路，同時可在家庭終端實現電信網、Internet網和廣播網的互聯互通，即三網融合；此外，這種通信系統還可以在對電磁較為敏感的特殊場合中自由使用，如煤礦安全生產、醫療監護、機場通信等，利用無線光通信的無電磁干擾特點，與電力線設備連線實現整個區域內的通信和監護。
發明內容
專利目的
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》要解決的技術問題是：如何提供一種電力線通信與光通信結合的通信系統。該系統採用共性技術將電力線通信系統和光通信系統無縫結合，實現電信號和光信號之間的快速轉換，可適用於多種套用場景，選擇合適的傳輸模式，實現高可靠性和大容量的通信服務。
技術方案
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》提供了一種電力線通信與光通信結合的通信方法，包括步驟：S1、發射端根據預定的傳輸模式對待傳輸數位訊號進行編碼調製、組幀、模擬前端處理，得到發射信號並耦合到電力線路中傳輸；S2、轉發端通過耦合器提取電信號送入LED，經自動增益控制處理後，由LED驅動單元將電壓信號轉換為電流信號，對LED進行光強調製；S3、接收端通過光電檢測器接收到光信號，根據光強度轉換為電信號，經模擬前端處理、同步、解調解碼，得到傳輸數位訊號。
優選地，所述發射端能夠將接收地址信息加入到發射信號中，相應地，所述轉發端能夠匹配電信號攜帶的地址信息。
優選地，所述傳輸模式包括：系統工作頻段、最大信道頻寬、擾碼方式、編碼方式、星座映射方式、交織方式、調製方式、組幀方式。
優選地，調製方式採用OFDM調製，組幀方式包括ZP-OFDM、CP-OFDM、TDS-OFDM。
優選地，“三相四線”的電力線路能夠同時傳輸兩路不同的電信號，驅動多個LED同時根據不同的電信號進行光強調製，在光信道中實現空間復用。
優選地，當LED的數量大於電力線路傳輸信號的數量時，可驅動多個LED同時根據相同的電信號進行光強調製，在光信道中實現空間分集。
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》還提供了一種發射端裝置，包括：編碼調製單元，用於根據預定的傳輸模式，對待傳輸數位訊號進行擾碼、編碼、星座映射、交織、IDFT運算處理，得到對應的時域數據塊；組幀單元，用於根據幀結構、當前幀的時序信號得到填充所需的保護間隔，將時域數據塊和保護間隔組合成信號幀，結合一個或多個信號幀，添加同步頭組成復幀結構；模擬前端單元，用於對基帶信號進行上變頻、數模轉換和濾波操作，得到發射信號，並將發射信號耦合到電力線路中。
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》還提供了一種轉發端裝置，包括：電力線耦合器，用於從電力線路中耦合出電信號並送入LED；自動增益控制單元，用於調整電信號的信號強度；LED驅動單元，用於將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製。
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》還提供了一種接收端裝置，包括：光電檢測器，用於接收變化的光信號，檢測光信號強度並轉換為電信號；模擬前端單元，用於自動增益控制調整電信號的信號強度，並完成模數轉換、濾波、下變頻得到基帶信號；同步單元，用於根據幀結構進行接收端同步，對幀頭進行定位，並校正載波頻偏和採樣頻偏，根據預定的幀結構從信號幀中分離出所需時域數據塊和輔助序列；解調解碼單元，用於對時域數據塊進行DFT變換得到頻域數據塊，根據輔助序列進行信道估計，並利用信道估計的結果對頻域數據塊進行信道均衡，根據預定的傳輸模式對信道均衡結果進行解交織、解星座映射、解碼、解擾等處理，得到傳輸數位訊號。
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》還提供了一種電力線通信與光通信結合的通信系統，其包括前述的發射端裝置、轉發端裝置、以及接收端裝置。
有益效果
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》提供的一種電力線通信與光通信結合的通信系統，採用共性技術實現電力線網路和LED光通信的無縫結合，兩者信號合一，無需信號再生，即可將電力線路傳輸的電信號直接以無線光通信的方式通過LED發射出去，實現寬頻高速信號傳輸。該系統有效令電力線通信和光通信的優勢互補，無需額外架設電路，成本低廉、接入方便，可用於智慧型電網、數字家庭、煤礦安全監控等領域，具有廣闊的市場化前景。
附圖說明
下面參照附圖並結合實例來進一步描述《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》。其中：
圖1為根據《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》實施例的電力線通信與光通信結合的通信方法流程圖。
圖2為根據《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》實施例的根據電信號進行光強調製的LED驅動電路示意圖。
圖3為根據《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》實施例的使LED光強恆定的LED恆流源驅動電路示意圖。
圖4為根據《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》實施例的電力線通信與光通信結合的通信系統示意圖。
技術領域
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》屬於通信技術領域，特別涉及一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統。
權利要求
1.一種電力線通信與光通信結合的通信方法，其特徵在於，包括步驟：S1、發射端根據預定的傳輸模式對待傳輸數位訊號進行編碼調製、組幀、模擬前端處理，得到發射信號並耦合到電力線路中傳輸；S2、轉發端通過耦合器提取電信號送入LED，經自動增益控制處理後，對所述電信號攜帶的地址信息進行匹配，若匹配成功，則由LED驅動單元將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製；若匹配不成功，則為LED提供穩定的驅動電流，電壓信號不轉換為電流信號，LED發光強度恆定；S3、接收端通過光電檢測器接收到光信號，根據光強度轉換為電信號，經模擬前端處理、同步、解調解碼，得到傳輸數位訊號；其中，所述發射端能夠將接收地址信息加入到發射信號中，相應地，所述轉發端能夠匹配電信號攜帶的地址信息；“三相四線”的電力線路能夠同時傳輸兩路不同的電信號，驅動多個LED同時根據不同的電信號進行光強調製，並採用偏振片使所述多個LED發出的光向不同的方向偏振化，偏振後的光在光信道中實現空間復用；當LED的數量大於電力線路傳輸信號的數量時，可驅動多個LED同時根據相同的電信號進行光強調製，並採用偏振片使所述多個LED發出的光向不同的方向偏振化，偏振後的光在光信道中實現空間分集。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於：所述傳輸模式包括：系統工作頻段、最大信道頻寬、擾碼方式、編碼方式、星座映射方式、交織方式、調製方式、組幀方式。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於：調製方式採用OFDM調製，組幀方式包括ZP-OFDM、CP-OFDM、TDS-OFDM。
4.一種基於權利要求1所述方法的發射端裝置，其特徵在於，包括：編碼調製單元，用於根據預定的傳輸模式，對待傳輸數位訊號進行擾碼、編碼、星座映射、交織、IDFT運算處理，得到對應的時域數據塊；組幀單元，用於根據幀結構、當前幀的時序信號得到填充所需的保護間隔，將時域數據塊和保護間隔組合成信號幀，結合一個或多個信號幀，添加同步頭組成復幀結構；模擬前端單元，用於對基帶信號進行上變頻、數模轉換和濾波操作，得到發射信號，並將發射信號耦合到電力線路中。
5.一種基於權利要求1所述方法的轉發端裝置，其特徵在於，包括：電力線耦合器，用於從電力線路中耦合出電信號並送入LED；自動增益控制單元，用於調整電信號的信號強度；LED驅動單元，用於將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製。
6.一種基於權利要求1所述方法的接收端裝置，其特徵在於，包括：光電檢測器，用於接收變化的光信號，檢測光信號強度並轉換為電信號；模擬前端單元，用於自動增益控制調整電信號的信號強度，並完成模數轉換、濾波、下變頻得到基帶信號；同步單元，用於根據幀結構進行接收端同步，對幀頭進行定位，並校正載波頻偏和採樣頻偏，根據預定的幀結構從信號幀中分離出所需時域數據塊和輔助序列；解調解碼單元，用於對時域數據塊進行DFT變換得到頻域數據塊，根據輔助序列進行信道估計，並利用信道估計的結果對頻域數據塊進行信道均衡，根據預定的傳輸模式對信道均衡結果進行解交織、解星座映射、解碼、解擾等處理，得到傳輸數位訊號。
7.一種電力線通信與光通信結合的通信系統，其特徵在於，包括：權利要求4所述的發射端裝置；權利要求5所述的轉發端裝置；權利要求6所述的接收端裝置。
實施方式
下面結合附圖和實施例，對《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》，但不用來限制《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》的範圍。
如圖1所示，《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》提出的電力線通信與光通信結合的通信方法包括：
S1、發射端根據預定的傳輸模式對待傳輸數位訊號進行編碼調製、組幀、模擬前端處理，得到發射信號並耦合到電力線路中傳輸；
關於S1中所述的傳輸模式，包括但不限於系統工作頻段、最大信道頻寬、擾碼方式、編碼方式、星座映射方式、交織方式、調製方式、組幀方式等。
考慮到電力線傳輸環境和光傳輸環境中的多徑干擾問題，採用的調製方式為OFDM調製，採用的組幀方式包括但不限於ZP-OFDM、CP-OFDM、TDS-OFDM等。
關於步驟S1中的發射端裝置，具體包括：編碼調製單元，用於根據預定的傳輸模式，對待傳輸數位訊號進行擾碼、編碼、星座映射、交織、IDFT運算等處理，得到對應的時域數據塊；組幀單元，用於根據幀結構、當前幀的時序信號得到填充所需的保護間隔，將時域數據塊和保護間隔組合成信號幀，結合一個或多個信號幀，添加同步頭組成復幀結構；模擬前端單元，用於對基帶信號進行上變頻、數模轉換和濾波操作，得到發射信號，並將發射信號耦合到電力線路中。
在編碼調製單元中，待傳輸數位訊號經加擾得到擾碼比特，再進行編碼得到對應碼字，根據預定的星座映射圖對碼字進行星座映射，得到碼字對應的複數符號，進行交織後，添加預定的訓練序列和虛擬子載波組成頻域數據塊，經IDFT運算得到時域數據塊。
根據預定的組幀方式，保護間隔填充時域數據塊的循環擴展、零序列或已知輔助序列，當保護間隔長度為零時，保護間隔填充空信號，即沒有保護間隔。
為了實現點對點轉發通信，在發射端裝置中可加入地址插入單元，用於將接收地址信息加入到發射信號中。
S2、轉發端通過耦合器提取電信號送入LED，經自動增益控制處理後，由LED驅動單元將電壓信號轉換為電流信號，對LED進行光強調製；
步驟S2中，“三相四線”的電力線路可同時傳輸兩路不同的電信號，驅動多個LED同時根據不同的電信號進行光強調製，在光信道中實現空間復用。
步驟S2中，當LED的數量大於電力線路傳輸信號的數量時，可驅動多個LED同時根據相同的電信號進行光強調製，在光信道中實現空間分集。
關於步驟S2中的轉發端裝置，具體包括：電力線耦合器，用於從電力線路中耦合出電信號並送入LED；自動增益控制單元，用於調整電信號的信號強度；LED驅動單元，用於將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製。
為了實現點對點轉發通信，在轉發端裝置中可加入地址匹配單元，用於對電信號攜帶的地址信息進行匹配。若匹配成功，則採用如圖2所示的驅動電路，將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製；若匹配不成功，則採用如圖3所示的驅動電路，為LED提供穩定的驅動電流，即電壓信號不轉換為電流信號，LED發光強度恆定。
S3、接收端通過光電檢測器接收到光信號，根據光強度轉換為電信號，經模擬前端處理、同步、解調解碼，得到傳輸數位訊號；
關於步驟S3中的接收端裝置，具體包括：光電檢測器，作為光接收設備，用於接收變化的光信號，檢測光信號強度並轉換為電信號；模擬前端單元，用於自動增益控制調整電信號的信號強度，並完成模數轉換、濾波、下變頻得到基帶信號；同步單元，用於根據幀結構進行接收端同步，對幀頭進行定位，並校正載波頻偏和採樣頻偏，根據預定的幀結構從信號幀中分離出所需時域數據塊和輔助序列；解調解碼單元，用於對時域數據塊進行DFT變換得到頻域數據塊，根據輔助序列進行信道估計，並利用信道估計的結果對頻域數據塊進行信道均衡，根據預定的傳輸模式對信道均衡結果進行解交織、解星座映射、解碼、解擾等處理，得到傳輸數位訊號。
光電探測器的選擇要充分考慮套用場景與傳輸環境。在室內，LED光強度較強，可以選擇使用成本較低、線性度好的PIN光電檢測器；在室外，對光電檢測器的靈敏度要求較高，可以選擇使用APD光電檢測器。
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》還提供了一種電力線通信與光通信結合的通信系統，其包括前述的發射端裝置、轉發端裝置、以及接收端裝置。
參考附圖4，給出依照《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》所述的電力線通信與光通信結合的通信系統示意圖。下面以四種典型傳輸業務為套用背景，進一步說明《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》。
- 實施例一
該實施例給出《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》提出的電力線通信與光通信結合的通信方法在面向寬頻數字地面廣播的下行鏈路通信系統中的套用。該系統要求在8兆赫茲頻寬內提供下行標清數位電視廣播業務。所涉及的方法流程和傳輸模式詳述如下：
S1、發射端根據預定的傳輸模式對待傳輸數位訊號進行編碼調製、組幀、模擬前端處理，得到發射信號並耦合到電力線路中傳輸；
系統頻寬為8兆赫茲，信道頻寬也為8兆赫茲，電力線通信系統工作頻段為2-10兆赫茲，LED閃爍速度為10兆赫茲。參考中國數位電視地面廣播標準DTMB，模擬前端採用時域濾波成型，成型濾波器選擇為SRRC濾波器，滾降因子為0.05，選擇基本符號速率為7.56兆赫茲，基本符號間隔為（1/7.56）us≈0.1323us。
考慮到對待傳輸數位訊號的隨機化以便於傳輸信息處理，需對待傳輸數位訊號進行加擾，擾碼是一個最大長度二進制的偽隨機序列，生成多項式定義為
G（x）=1+x14+x15
該序列的初始相位定義為100101010000000。
對擾碼結果進行編碼得到碼字。採用的編碼方法為前向糾錯編碼，由外碼和內碼級聯而成，外碼為BCH碼，內碼為等效編碼碼率為0.4的LDPC（7493,3048）碼。對得到的碼字進行星座映射，生成碼字對應的複數符號，星座映射的方式為QPSK。時域交織採用基於星座符號的卷積交織編碼，時域交織結果與系統信息參數組成頻域數據塊，每個頻域數據塊長為3780，其中包括3744個數據符號和36個系統信息參數符號。頻域數據塊經3780點IDFT變換得到時域數據塊。
採用TDS-OFDM作為組幀技術，選擇由一個已知輔助序列及其前同步、後同步組成的保護間隔作為時域數據塊之間的填充，其中，輔助序列為已知PN序列經過IDFT變換得到，長度為255個符號，前同步和後同步為該PN序列的循環擴展，前同步長度為82個符號，後同步長度為83個符號，保護間隔總長420個符號。將時域數據塊和保護間隔組合成信號幀，每個信號幀中，根據當前幀的時序信號採用不同相位的PN序列作為輔助序列。
此後，將基帶信號進行上變頻、取實部和數模轉換等後處理，得到發射信號，耦合到電力線路中傳輸。
S2、轉發端通過耦合器提取電信號送入LED，經自動增益控制處理後，由LED驅動單元將電壓信號轉換為電流信號，對LED進行光強調製；
由於該實施例中不考慮點對點轉發通信，無需進行地址匹配，直接採用如圖2所示的驅動電路，將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製。
S3、接收端通過光電檢測器接收到光信號，根據光強度轉換為電信號，經模擬前端處理、同步、解調解碼，得到傳輸數位訊號；
由PIN光電檢測器接收光信號，並檢測光信號強度，轉換為電信號。電信號在模擬前端完成自動增益控制、模數轉換、濾波、下變頻得到基帶信號，經同步和解調解碼得到傳輸數位訊號。
該實施例給出的下行鏈路通信系統中，經計算得到傳輸速率為R=7.56*2*0.4*3744/（420+3780）=5.3914Mbps，可以實現標清數位電視廣播業務的需求。
- 實施例二
該實施例給出《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》提出的電力線通信與光通信結合的通信方法在面向寬頻無線數字通信的雙工通信系統中的套用。該雙工通信系統中，上行鏈路採用WIFI實現，下行鏈路採用電力線通信與光通信結合的通信實現。要求在30兆赫茲頻寬內提供下行高清數位電視業務，所涉及的方法流程和傳輸模式詳述如下：
S1、發射端根據預定的傳輸模式對待傳輸數位訊號進行編碼調製、組幀、模擬前端處理，得到發射信號並耦合到電力線路中傳輸；
系統頻寬為30兆赫茲，信道頻寬也為30兆赫茲，電力線通信系統工作頻段為0-30兆赫茲，LED閃爍速度為30兆赫茲。模擬前端採用頻域子載波成型實現頻譜成型。選擇基本符號速率為30.00兆赫茲，基本符號間隔（1/30.00）us≈0.0333us，其有效信號頻寬為28兆赫茲，其中有效頻寬外的頻域子載波用於攜帶零符號（即虛擬子載波）。
考慮到對待傳輸數位訊號的隨機化以便於傳輸信息處理，需對業務數據進行加擾，擾碼是一個最大長度二進制的偽隨機序列，生成多項式定義為
G（x）=1+x14+x15
該序列的初始相位定義為100101010000000。
對擾碼結果進行編碼得到碼字。採用的編碼方法為前向糾錯編碼，由外碼和內碼級聯而成，外碼為BCH碼，內碼為編碼碼率0.5、碼長64800比特的LDPC碼。對得到的碼字進行比特交織後，由星座映射生成碼字對應的複數符號，星座映射的方式為QPSK。時域交織採用基於星座符號的卷積交織編碼，時域交織結果在預定位置添加導頻子載波和虛擬子載波組成頻域數據塊。每個頻域數據塊長為8192，其中前548個子載波為虛擬子載波，後7644個子載波中，1/6攜帶導頻符號，5/6攜帶數據符號。頻域數據塊經8192點IDFT變換得到時域數據塊。
採用CP-OFDM作為組幀技術，選擇時域數據塊的循環擴展作為保護間隔填充，保護間隔總長512個符號。將時域數據塊和保護間隔組合成信號幀。由於該實施例中考慮點對點轉發通信，在發射端需由地址插入單元在信號同步頭後添加預定的接收地址信息。
此後，將基帶信號進行上變頻、取實部和數模轉換等後處理，得到發射信號，耦合到電力線路中傳輸。
S2、轉發端通過耦合器提取電信號送入LED，經自動增益控制處理後，由LED驅動單元將電壓信號轉換為電流信號，對LED進行光強調製；
由於該實施例中考慮點對點轉發通信，在轉發端需由地址匹配單元對電信號攜帶的地址信息進行匹配。若匹配成功，則採用如圖2所示的驅動電路，將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製；若匹配不成功，則採用如圖3所示的驅動電路，為LED提供穩定的驅動電流，即電壓信號不轉換為電流信號，LED發光強度恆定。
考慮到高清數位電視業務對數據傳輸速率有較高要求，在所述通信系統中，採用基於偏振分光方式的MIMO技術提高數據傳輸速率。利用“三相四線”的電力線路同時傳輸兩路不同的電信號，驅動兩個LED分別根據這兩路電信號進行光強調製。為了區分兩個LED發出的光信號，需採用偏振片使不同LED發出的光向不同的方向偏振化，偏振後的光在光信道中實現空間復用。
S3、接收端通過光電檢測器接收到光信號，根據光強度轉換為電信號，經模擬前端處理、同步、解調解碼，得到傳輸數位訊號；
由PIN光電檢測器接收光信號，並檢測光信號強度，轉換為電信號。電信號在模擬前端完成自動增益控制、模數轉換、濾波、下變頻得到基帶信號，經同步和解調解碼得到傳輸數位訊號。
由於來自不同LED光源的光在光信道中實現空間復用，在接收光信號時，需由光電檢測器分別檢測出每一種偏振光的強度，對應每個LED接收的電信號，再進行後續的信號處理。
該實施例給出的雙工通信系統中，經計算得到下行鏈路的傳輸速率為R=28*2*0.5*7644/（512+8192）*5/6*2=40.9834Mbps，可以實現高清數位電視業務的需求。
- 實施例三
該實施例給出《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》提出的電力線通信與光通信結合的通信方法在面向室內寬頻多業務數字通信的雙工通信系統中的套用。該雙工通信系統中，上行鏈路採用電力線通信實現，下行鏈路採用電力線通信與光通信結合的通信實現。要求在48兆赫茲頻寬內提供智慧型家庭與物聯網業務，所涉及的方法流程和傳輸模式詳述如下：
S1、發射端根據預定的傳輸模式對待傳輸數位訊號進行編碼調製、組幀、模擬前端處理，得到發射信號並耦合到電力線路中傳輸；
系統頻寬為48兆赫茲，信道頻寬也為48兆赫茲，電力線通信系統工作頻段為2-50兆赫茲，LED閃爍速度為50兆赫茲。模擬前端採用時域濾波成型，成型濾波器選擇為SRRC濾波器，滾降因子為0.05，選擇基本符號速率為45.70兆赫茲，基本符號間隔為（1/45.70）us≈0.0219us。
考慮到對待傳輸數位訊號的隨機化以便於傳輸信息處理，需對待傳輸數位訊號進行加擾，擾碼是一個最大長度二進制的偽隨機序列，生成多項式定義為
G（x）=1+x14+x15
該序列的初始相位定義為100101010000000。
對擾碼結果進行編碼得到碼字。採用的編碼方法為前向糾錯編碼，由外碼和內碼級聯而成，外碼為BCH碼，內碼為等效編碼碼率為0.4的LDPC（7493,3048）碼。對得到的碼字進行星座映射，生成碼字對應的複數符號，星座映射的方式為16QAM。時域交織採用基於星座符號的卷積交織編碼，時域交織結果與系統信息參數組成頻域數據塊，每個頻域數據塊長為3780，其中包括3744個數據符號和36個系統信息參數符號。頻域數據塊經3780點IDFT變換得到時域數據塊。
採用TDS-OFDM作為組幀技術，選擇由一個已知輔助序列及其前同步、後同步組成的保護間隔作為時域數據塊之間的填充，其中，輔助序列為已知PN序列經過IDFT變換得到，長度為255個符號，前同步和後同步為該PN序列的循環擴展，前同步長度為82個符號，後同步長度為83個符號，保護間隔總長420個符號。將時域數據塊和保護間隔組合成信號幀，每個信號幀中，根據當前幀的時序信號採用不同相位的PN序列作為輔助序列。由於該實施例中考慮點對點轉發通信，在發射端需由地址插入單元在信號同步頭後添加預定的接收地址信息。
此後，將基帶信號進行上變頻、取實部和數模轉換等後處理，得到發射信號，耦合到電力線路中傳輸。
S2、轉發端通過耦合器提取電信號送入LED，經自動增益控制處理後，由LED驅動單元將電壓信號轉換為電流信號，對LED進行光強調製；
由於該實施例中考慮點對點轉發通信，在轉發端需由地址匹配單元對電信號攜帶的地址信息進行匹配。若匹配成功，則採用如圖2所示的驅動電路，將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製；若匹配不成功，則採用如圖3所示的驅動電路，為LED提供穩定的驅動電流，即電壓信號不轉換為電流信號，LED發光強度恆定。
考慮到物聯網業務對傳輸信息的可靠性有較高要求，在所述通信系統中，採用基於偏振分光方式的MIMO技術改善數據傳輸的準確性。由於照明系統通常需要多個LED光源實現良好的照明效果，可以允許電力線路上的多個LED接收同一電信號，並根據電信號進行光強調製。為了區分不同LED發出的光信號，需採用偏振片使不同LED發出的光向不同的方向偏振化，偏振後的光在光信道中實現空間分集。
S3、接收端通過光電檢測器接收到光信號，根據光強度轉換為電信號，經模擬前端處理、同步、解調解碼，得到傳輸數位訊號；
由PIN光電檢測器接收光信號，並檢測光信號強度，轉換為電信號。電信號在模擬前端完成自動增益控制、模數轉換、濾波、下變頻得到基帶信號，經同步和解調解碼得到傳輸數位訊號。
由於來自不同LED光源的光在光信道中實現空間分集，在接收光信號時，需由光電檢測器分別檢測出每一種偏振光的強度，對應每個LED接收的電信號，再進行後續的信號處理。
該實施例給出的雙工通信系統中，經計算得到下行鏈路的傳輸速率為R=45.70*4*0.6*3744/（420+3780）≈97.7719Mbps。本系統中採用了MIMO技術，可以實現可靠的物聯網業務需求。
- 實施例四
該實施例給出《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》提出的電力線通信與光通信結合的通信方法在面向窄帶無線移動通信的下行鏈路通信系統中的套用。要求在50千赫茲頻寬內提供支持移動接收的車載導航業務，所涉及的方法流程和傳輸模式詳述如下：
S1、發射端根據預定的傳輸模式對待傳輸數位訊號進行編碼調製、組幀、模擬前端處理，得到發射信號並耦合到電力線路中傳輸；
系統頻寬為50千赫茲，信道頻寬也為50千赫茲，電力線通信系統工作頻段為100-150千赫茲，LED閃爍速度為150千赫茲。採用頻域子載波成型和時域視窗成型技術相結合實現頻譜成型，時域視窗選擇為升餘弦滾降視窗。選擇基本符號速率為50千赫茲，基本符號間隔（1/50.00）毫秒=0.0200毫秒。
加擾待傳輸數位訊號使其隨機化後，採用碼率為0.5的RS碼級聯卷積碼作為編碼方案對擾碼結果進行編碼。編碼結果送入交織器進行交織後，由DBPSK映射生成數據符號，並與虛擬子載波組成頻域數據幀，每個頻域數據幀長為256個符號，其中只有36個載波攜帶數據符號，每兩個數據載波之間的間隔約為1.3889千赫茲。頻域數據幀經256點IDFT變換調製為時域數據幀。
採用CP-OFDM作為組幀技術，選擇時域數據塊的循環擴展作為保護間隔填充，保護間隔總長30個符號。將時域數據塊和保護間隔組合成信號幀。
此後，將基帶信號進行上變頻、取實部和數模轉換等後處理，得到發射信號，耦合到電力線路中傳輸。
S2、轉發端通過耦合器提取電信號送入LED，經自動增益控制處理後，由LED驅動單元將電壓信號轉換為電流信號，對LED進行光強調製；
由於該實施例中不考慮點對點轉發通信，無需進行地址匹配，直接採用如圖2所示的驅動電路，將電壓信號轉換為電流信號，驅動LED發光並進行光強調製。
S3、接收端通過光電檢測器接收到光信號，根據光強度轉換為電信號，經模擬前端處理、同步、解調解碼，得到傳輸數位訊號；
由APD光電檢測器接收光信號，並檢測光信號強度，轉換為電信號。電信號在模擬前端完成自動增益控制、模數轉換、濾波、下變頻得到基帶信號，經同步和解調解碼得到傳輸數位訊號。
該實施例給出的下行鏈路傳輸系統中，經計算得到傳輸速率為R=50*1*1/2*36/（256+30）≈3.1469kbps，可以實現移動接收環境下的車載導航業務需求。
《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》限於所公開的形式。很多修改和變化對於該領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》的原理和實際套用，並且使該領域的普通技術人員能夠理解《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種電力線通信與光通信結合的通信方法及系統》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。
