數據信號調制、解調方法以及收發機和收發系統的制作方法

專利名稱：數據信號調制、解調方法以及收發機和收發系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，尤其涉及數據信號調制方法、數據信號解調方法， 以及數據信號發射機和數據信號接收機，以及數據信號收發系統。
背景技術：
PLC ( Power Line Communication,電力線通j言)4支術包含兩個方面的內容 在高壓輸電網和中、低壓配電網中實現的窄帶電力線載波通信，以及在中低壓 配電線路上實現的寬帶數據通信(高速PLC)。
電力線通信的發展歷史可追溯到20世紀20年代，當時的應用主要集中在 110KV以上的高壓遠距離輸電線路上，工作頻率在150KHz以下，到20世紀 50年代后期至90年代早期，電力線通信開始應用于中壓和低壓電網上，其應 用主要集中在電力線自動抄表、電網負載控制和供電管理等窄帶通信領域。但 是由于調制技術因素，窄帶電力線通信中產生的電磁輻射對已有的通信系統產 生的嚴重的干擾問題，嚴重制約了該項技術的廣泛使用。2000年以來，隨著全 球信息化程度的加快，各種寬帶接入技術分別在網絡實現，成本、技術先進性 及接入方便性上不斷提高自身的竟爭優勢，出現了有線無線等各種方式。PLC 技術作為寬帶無線接入的方案之一重新引起關注，主要是因為PLC技術能夠 充分利用最為普及的電力線網絡資源，建設速度快、投資少、室內無需布線， 用戶通過遍布各個房間的電源插座即能進行高速上網，實現"有線移動"，具 備了其他接入方式不可比擬的優勢。
目前PLC技術使用的頻率范圍為1 30MHz,在此頻段電力線信道的噪聲 較高，對信號傳輸的影響較大。 一般電力線上的信號衰減隨著信號頻率的增加 而增大，但是在一定的傳輸距離范圍內，1 30MHz頻段內信號衰減要低于噪
聲的衰減，利用調制技術可將高頻信號從電力線中分離出來。室內復雜的電網 拓樸結構使得PLC呈現出頻率選擇特性、多徑反射性、易受干擾性、高衰減
'l"生等凈爭點。由于OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交步頁 分復用)技術具有良好的對抗多徑衰落的特點，因此，在PLC調制方案中作 為一種優選技術，被HomePlugAV (家庭插電音視頻)協議采用。
PLC有著強勁的發展勢頭，但是由于高速率的數據信號在電力線上傳輸會 因起較強的電磁輻射，直接對無線通信設備產生干擾，而OFDM技術由于自 身的特點非常適合頻率選擇性信道，對窄帶干擾及沖擊噪聲具有很強的免疫功 能，因此被HomePlugAV選為應用于寬帶電力線的調制技術，通過OFDM技 術實現PLC與無線電業務的頻語共享。在室內實現多用戶的寬帶PLC接入， 可以用TDMA ( Time Division Multiplexing Access ， 時分多址)、FDMA (Frequency Division Multiplexing Access,頻分多址)和CDMA ( Code Division Multiplexing Access,碼分多址)等技術實現。
OFDM由大量在頻率上等間隔的子載波構成(設共有N個子載波)，各載 波可用同一數字調制方法，或不同的載波使用不同的調制方法，將高速串行數 據信號分成多路并行的數據加以調制。在OFDM系統中，各載波在整個符號 周期上是正交的，因此各子載波信號頻譜可以互相重疊，大大提高了頻帶利用 率。
為實現多用戶檢測，可以利用多址接入技術，即將信道的全部可用資源(包 括頻率、時間、碼子、空間等)劃分為單獨的部分，供用戶使用。OFDM技術 是一種調制技術，該技術可以與多種多址接入技術相結合，為多個用戶(設備) 同時提供接入服務。常用的多址接入方式有3種，分別是TDMA、 FDMA和 CDMA。 OFDM都可以與它們結合，分別構成OFDM-TDMA、 OFDM-FDMA 和OFDM-CDMA。
在OFDM-TDMA系統中，數據信號的傳送是按時域上的幀來進行的，每 個時間幀包含多個時隙，每個時隙的寬度等于一個OFDM符號的時間長度，
有數據信號要傳送的用戶根據各自的需求可以占用一個或多個OFDM符號。 每個用戶在數據傳送期間，將占用所有的系統帶寬，即該用戶的數據信號可以
在OFDM的所有子載波上進行分配。如圖1所示，數據信號的傳送按時域上 的一個幀來進行，N個用戶共享這一幀。 一幀分為若干個時隙，每一時隙被分 配給一個用戶傳送一個OFDM符號，即一個時隙的長度等于一個OFDM符號 的時間長度。當有多個用戶存在時，每個用戶可以被分配占有一個或多個時隙， 而不會是整個時間幀，但在每一個時隙中可以獨享所有可用帶寬。各載波可用 同 一數字調制方法，也可使用自適應調制(Adaptive Modulation, AM)技術。 在OFDM-FDMA (也被簡稱為OFDMA )系統中，通過為每個用戶提供部 分可用子載波的方法來實現多用戶接入，即每個用戶分配一個OFDM符號中 的一個子載波或一組子載波，以子載波頻率來區分用戶。OFDMA方法不需要
率。如圖2a和圖2b所示，OFDM-FDMA系統中，將可用帶寬分為若干個子載 波后，將單個子載波或一組子載波按照一定的算法分配給需要的用戶。當有多 個用戶存在時，每個用戶可以被分配占有一個或多個子載波，而不會是整個頻 帶，但在每一個子載波上可以獨享時域上整個幀。
在OFDM-CDMA系統中，可采用多載波CDMA技術，即在頻域利用給定 的擴頻序列，多載波CDMA將原始數據在不同的子載波上進行擴頻以增加處 理增益。多載波CDMA技術是用戶信號經過擴頻后進行OFDM調制。由于既 有相互正交的擴頻碼調制，又有頻率正交的子載波傳輸數據，多載波CDMA 的頻譜效率較高。
目前HomePlug AV提出并使用了基于OFDM的電力線通信多址技術，該 技術采用TDMA或者OFDMA。
發明人在實現本發明的過程中，發現現有Homeplug AV中使用的多址接入 技術至少存在以下問題
OFDM-TDMA系統在保證多用戶中的每一個用戶可以占有全部頻率資源
的同時，不能保證該用戶占有全部時間資源；OFDM-FDMA系統在保證多用 戶中的每一個用戶可以占有全部時間資源的同時，不能^呆"i正該用戶占有全部頻 率資源，因而導致資源利用率較低。另外，多載波CDMA技術可以用于無線 通信即PLC的下行鏈路，但不能用于上行鏈路。

發明內容
本發明實施例揭示了 一種數據信號調制方法和解調方法以及數據信號發 射機和接收機，以及一種數據信號收發系統，以實現在發送端對數據進行調制 時，能夠使數據在占用全部時間資源的同時占用全部的頻率資源，以提高通信 系統的時間和頻率資源利用率、提高系統性能。
本發明實施例揭示的數據信號調制方法，包括以下步驟
產生正交脈沖波形；
對待發送的數據進行正交頻分復用調制；
利用產生的所述正交脈沖波形對經所述正交頻分復用調制后得到的數據 進行脈沖成形調制，得到發射信號。
本發明實施例揭示的數據信號解調方法，包括以下步驟 產生正交脈沖波形；
利用產生的所述正交脈沖波形對接收到的數據進^f于脈沖成形解調； 對經所述脈沖成形解調后得到的數據進行正交頻分復用解調，得到恢復后 的數據。
本發明實施例揭示的數據信號發射機，包括 正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形； 正交頻分復用調制模塊，用于對待發送數據進行正交頻分復用調制； 脈沖成形調制模塊，用于利用所述正交脈沖波形發生模塊產生的正交脈沖
波形對經所述正交頻分復用調制模塊調制后的數據進行脈沖成形調制，得到發
射信號；
13
發送模塊，用于發送所述發射信號。 本發明實施例揭示的數據信號接收機，包括 正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形；
接收模塊，用于接收發送端發送的數據信號；
脈沖成形解調模塊，用于利用所述正交脈沖波形發生模塊產生的正交脈沖
波形對所述接收模塊接收到的數據進行脈沖成形解調；
正交頻分復用解調模塊，用于對所述脈沖成形解調才莫塊解調后的數據進行 正交頻分復用解調。
本發明實施例揭示的數據信號收發系統，包括數據信號發射機和數據信 號接收機；
所述數據信號發射機，包括
第一正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形； 正交頻分復用調制模塊，用于對待發送數據進行正交頻分復用調制； 脈沖成形調制模塊，用于利用所述第 一正交脈沖波形發生模塊產生的正交
脈沖波形對經所述正交頻分復用調制模塊調制后的數據進行脈沖成形調制，得
到發射信號；
發送模塊，用于發送所述發射信號； 所述數據信號接收機，包括
第二正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形； 接收模塊，用于接收所述數據信號發射機發送的數據信號； 脈沖成形解調模塊，用于利用所述第二正交脈沖波形發生模塊產生的正交
脈沖波形對所述接收模塊接收到的數據進行脈沖成形解調；
正交頻分復用解調模塊，用于對所述脈沖成形解調才莫塊解調后的數據進行
正交頻分復用解調。
本發明的上述實施例，通過在進行數據信號調制時，在進行正交頻分復用
調制之后利用正交脈沖波形對數據信號進行脈沖成形調制，在進行數據信號解
調時釆用與調制過程相反的過程，從而使脈分多址和正交頻分復用調制相結 合，優化調制解調過程，與現有技術相比，不再用時隙和頻段區分接收端的數 據，使發送給接收端的數據信號在占用全部時間資源的同時可占用全部的頻率 資源，提高通信系統的時間和頻率資源的利用率，提高通信系統可靠性。


圖1為現有技術中TDMA方式幀結構示意圖； 圖2a、圖2b為現有技術中FDMA方式幀結構示意圖； 圖3為本發明實施例的基于OFDM-BPS-PDMA的數據信號調制及解調過 程的示意圖4為本發明實施例的PLC系統基于OFDM-BPS-PDMA的凝:據信號調制
及解調實現流程示意圖5為本發明實施例的PLC系統中的巻積碼電^^示意圖6a為本發明實施例的PLC系統中OFDM調制的實現示意圖6b為本發明實施例的PLC系統中OFDM解調的實現示意圖7為本實施例的PLC系統基于HPSM-OFDM的調制過程中產生的正交
脈沖示意圖8a為本發明實施例的PLC系統中PSM調制的實現示意圖； 圖8b為本發明實施例的PLC系統中PSM解調的實現示意圖； 圖9為本發明實施例的PLC系統中正交脈沖波形集與發送端的對應關系 示意圖10a為本發明實施例的PLC系統中BPS調制的實現示意圖； 圖10b為本發明實施例的PLC系統中BPS解調的實現示意圖； 圖11為本發明實施例的PLC系統的信道估計的實現示意圖； 圖12為本發明實施例的PLC系統中多徑合并的實現示意圖； 圖13為本發明實施例的PLC信號發射模板示意圖14為本發明實施例的PLC發射功率譜密度示意圖15為本發明實施例的PLC沖激響應仿真和網絡測試結果對比示意圖16a、圖16b為本發明實施例的OFDM-BPS-PDMA系統性能仿真示意
圖17為本發明實施例的OFDM-BPS-PDMA系統用戶間干擾仿真示意圖； 圖18為本發明實施例的數據信號發射機結構示意圖； 圖19為本發明實施例的數據信號接收機結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明實施例進行詳細描述。
參見圖3,為本發明實施例的基于OFDM-BPS-PDMA (Barker碼脈沖擴展 的正交頻分復用與脈分多址)的數據信號調制及解調過程的示意圖，其中步驟 301 303為信號調制過程，步驟304 306為信號解調過程，具體步驟包括 步驟301 、發送端將需要發送給接收端的數據進行OFDM調制。 步驟302、發送端將OFDM調制之后得到的數據信號進行PSM調制(Pulse Shaping Modulation,脈沖成形調制)，即，將數據信號調制到正交的脈沖波形 上。
步驟303、為了利于接收端對于接收信號進行波形恢復和信道估計，發送 端還可進一步將經過PSM調制后的數據信號進行脈沖擴展成形調制，并將調 制后的數據信號發送到通信系統的信號傳輸信道。脈沖擴展成形調制過程中， 可利用Barker碼或其它數據碼，與脈沖波形一起對數據信號進行脈沖擴展成形 調制。利用Barker碼和脈沖波形一起對數據信號進行脈沖擴展成形調制也稱為 Barker碼脈沖擴展，簡稱BPS調制。
步驟304、接收端從通信系統的信號傳輸信道中接收數據信號，對于發送 端進行了脈沖擴展成形調制的數據信號，進行脈沖擴展解調(如Barker碼脈沖 解擴，可筒稱為BPS解調)；
步驟305、接收端將經過BPS解調后得到的數據信號進行PSM解調(脈 沖成形解調)；在PSM解調過程中所使用的正交脈沖波形與發送端對該數據信 號進行PSM調制時所使用的正交脈沖波形相同；
步驟306、接收端將經過PSM解調后的數據信號進行OFDM解調，得到 發送端發送給該接收端的數據。
本發明實施例提出的數據信號調制與解調方案，可應用于一般的通信系 統，如WLAN ( Wireless Local Area Network,無線局i或網)、UWB (Ultra Wide Band,超寬帶)或3G等系統的上行接入或下行接入過程，尤其可以應用于PLC 系統，實現PLC系統的上行或下行多址接入。
參見圖4，為本發明實施例的PLC系統基于OFDM-BPS-PDMA的數據信 號調制及解調實現流程示意圖。如圖4所示，有TV個用戶需要發送上行數據， 其中m, 2, N, N為用戶數)為發送數據流，&為第/個用戶的發射
信號，r為接收端接收到的信號，。為接收端接收到的第/個用戶的信號。
在圖4所示的流程中，步驟401 ~ 405為發送端(用戶端)進行數據信號 調制及發送的過程，步驟406-411為接收端接收數據信號及解調的過程，具 體步驟包括
步驟401、N個發送端中的每個發送端分別產生發往接收端的數據m/ 2, AO,每個發送端對其產生的數據^進行編碼、交織，以及單載波調制 等處理。
此步驟中，編碼方式可以是巻積碼、TC碼(Turbo Convolutional Code, Turbo巻積碼)、RS碼(Reed-Solomon碼)等，碼速率可以是1/2、 3/4等；單 載波調制方式可以根據信道情況采用BPSK (二進制相移鍵控)調制、QPSK (正交相移鍵控)調制、QAM(正交幅度調制)調制，其中QAM調制方式具 體可以是64-QAM、 256-QAM、 512-QAM或1024-QAM調制等。
本實施例中，選用(2,1,3)巻積碼電路進行編碼，(2,1,3)巻積碼電路示 意圖可如圖5所示，其中，w為輸入數據序列，卜l為輸入端數，c為編碼輸出
序列，"=2為輸出端數，^=3為編碼器約束長度，即從輸入數據序列從輸入端 輸入到輸出數據序列從輸出端輸出的 一段時間內產生W個碼元。產生的碼元不 僅與這段時間的A個信息位有關，還與前(〖-l)段規定時間的信息位有關。
編碼電路中，寄存器的個數為(〖-l),在圖5中的寄存器有2個，分別為501 和502,編碼效率為A:/w=l/2， 503和504為加法器電路，其實現的碼多項式分 其中
g'0)二l + x + x2, g2(x) = l + x2。
步驟402、發送端將步驟401處理后得到的數據信號進行OFDM調制。
本實施例中，OFDM的調制過程如圖6a所示。圖6a中，設M表示所有 的傅立葉變換子信道的個數(即傅立葉變換點數，如1024,如果輸入數據塊長 度不足M,則用零補齊)，串/并變換電路601將輸入的串行信號(經編碼、交 織、單載波調制后形成的串行信號)轉換為M個并行信號并分配給各個子載 波，再經過求和電^各602完成多載波調制并發送。
步驟403、發送端將經過OFDM調制后的數據信號再次進行單載波調制， 即二次單載波調制。調制方式如256QAM調制。
在進行PSM調制之前先進行二次單載波調制，可以進一步保證數據信號 傳輸的可靠性。
步驟404、發送端對二次單載波調制后的數據信號進行上采樣，并將上采 樣數據調制到該發送端對應的正交脈沖波形上，完成PSM調制。
沖波形發生器根據PLC系統使用的帶寬，構造厄密共軛(Hermitian)矩陣， 利用Hermitian矩陣的特征向量產生正交脈沖波形集。在具體實現中，正交脈 沖波形發生器中預置有脈沖波形發生模板，正交脈沖波形發生器根據該模板產 生一系列正交脈沖波形。例如，
生成Hermitian矩陣的時域模板函數為
式(l)中，力為下截至頻率，/;=l.8MHz;人為上截至頻率，/ =30MHz。 產生Hermitian矩陣特征向量對應的離散時域巻積形式為
i /2
S^9[附]/ziy - m] = #[r|................................................[2]
式(2)中，為脈沖抽樣點數，w為輸入到才莫板函數p中的元素序號，r 為/z中的元素序號，r的取值范圍為r=-7 /2，…,W/2。式(2)表示成矩陣形式， 即
= #.....................................................................
從式(3)可以看出，矩陣//為Hermitian矩陣，所要求的成形脈沖p與衰 減因子X即可由的特征向量與特征值矩陣獲得。由于為Hermitian矩陣， 因此所求得的特征向量組為線性無關的正交向量組，并且特征值為實數，因此 成形脈沖之間具有正交性，即高度的自相關性和很低的互相關性(在理想同步 的情況下互相關性為零)，并且，產生的波形滿足電力線輻射限制。產生的正 交脈沖波形集為i 維正交脈沖波形集(即包含i 個正交脈沖波形)，其中的基 于Heimittian矩陣特征向量生成的兩個正交脈沖可如圖7所示。
可以看出，脈沖波形發生模板采用PLC系統使用的1.8MHz 30MHz帶寬 以及合適的脈沖抽樣點數，可使產生的正交脈沖波形信號符合HomePlug AV協 議規定的頻率范圍、載波的數量、OFDM保護間隔、規避的廣播頻段等。
除了利用Hermitian矩陣的特征向量產生正交脈沖波形集以外，還可以利 用橢球波函數、勒讓德多項式等方法構造正交脈沖波形集。
本實施例中實現PSM調制的電路可如圖8a所示。圖8a中，輸入數據(即 經過二次單載波調制之后的數據信號)輸入到零差值上采樣電路801,零差值 上采樣電路801進行零插值上采樣，采樣率可選用8,16,…等整數。Hermittian 正交脈沖發生器802生成i 維正交脈沖波形集。巻積電路803將零差值上采樣 電路801采集到的上采樣數據信號與Hermittian正交脈沖發生器802生成的正 交脈沖波形進行巻積處理，得到的輸出數據信號即為經PSM調制后的數據信
號。在PSM調制過程中，在一個小區，可以由接入點(Access Point, AP)或 者HE (Header End，前端)為每個接入用戶分配正交脈沖波形，使每個發送 端所使用的正交脈沖波形都不相同，TV個接收端與正交脈沖波形
A(0(其中1《^^"的對應關系可如圖9所示。
步驟405、發送端將經過PSM調制后的數據進行BPS調制，并將調制后 的數據信號以及導頻序列發送到PLC信道。導頻序列中包含有接收端用于進 行信道估計的信息，如隨機序列。
本實施例中，BPS調制的實現電路可如圖lOa所示，零差值上采樣電路lOOl 對輸入數據(經PSM調制后的數據)進行上采樣，Barker碼發生器生成Barker 碼，Barker碼的位數可以是2, 3, 4, 5, 7, 11， 13,系統對誤碼率的要求越 高Barker碼的位數越多。成形脈沖發生器1004生成BPS調制用波形，可以是 余弦脈沖波形或高斯波形，也可以是基于Hermittian矩陣或橢球波函數等方式 生成的正交成形脈沖波形。巻積電路1003將上采樣數據信號和生成的Barker 碼進行巻積積分，巻積電路1005將巻積電路1003處理后的數據信號和成形脈 沖發生器1004生成的脈沖波形進行巻積處理，處理后得到的數據信號即為BPS 調制后的數據信號。
發送端將調制后的數據發往PLC信道，發送信號的形式是擴展的OFDM 符號。設M表示所有的子信道的個數，由第A個發送端生成的數據分配給每個 子載波信道的數據符號為4=(!' = 0,1,...,^-1)，則第6個發送端的一個OFDM
符號可以表示為
<formula>formula see original document page 20</formula>4]
其中，r為一個擴展OFDM符號的時間長度，4表示擴展OFDM符號的開
始時刻。
步驟406、接收端對〃個發送端調制后的發送數據進行信道估計、同步， 以及多徑合并等處理。
本實施例中，接收端進行信道估計的實現電路如圖11所示，平均相關積
分電路1202接收導頻序列和導頻脈沖電^各1201生成的導頻脈沖并進行積分處 理，峰值檢測電路1203根據平均相關器1202的積分數值進行峰值檢測，多徑 時延估計電路1204根據峰值檢測電路1203的檢測結果，得到各徑的延時參數， 該延時參數將用于發送端和接收端的同步處理。
接收端進行多徑合并的實現電路可如圖12所示，接收端根據信道估計得 到的延時參數，各徑數據的到達時間減去相應的時延后，可以將各徑數據對齊， 然后分別乘以各徑的增益(實例中采用等增益)后相加，實現多徑合并。
步驟407、接收端將經過信道估計后的數據信號進行BPS解調，恢復正交 脈沖波形。
本實施例中，實現BPS解調的電路可如圖10b所示，Barker碼發生器1101 生成Barker碼，成形脈沖發生器1102生成BPS解調用的波形，巻積電路1103 將Barker碼和BPS解調用的波形進行巻積處理，巻積電路1104將巻積電路1103 巻積處理后的信號和接收端進行多徑合并后的信號進行巻積處理，積分電路 1105將巻積電路1104處理后的信號進行積分，得到的輸出數據即為BPS解調 數據。
上述BPS解調過程中，Barker碼發生器1101所產生的Barker碼與圖10a 的Barker碼發生器1002產生的Barker碼相同，成形脈沖發生器1102生成的 BPS解調用波形與圖10a中的成形脈沖發生器1004生成的BPS調制用波形相同。
步驟408、接收端利用正交脈沖波形，將BPS解調后的數據信號通過相關 器進行PSM解調，得到相應發送端發送的數據。
對于第/個用戶的數據，將BPS解調后的數據通過相關器，分離出該用戶 的接收信號，然后利用正交脈沖波形對該信號進行相關積分運算，得到該用戶 的PSM解調數據。其中，所用的正交脈沖波形與該用戶進行BPS調制時使用 的正交脈沖波形相同。
本實施例中，PSM解調過程可如圖8b所示，Hermittian正交脈沖發生器 812生成正交脈沖波形，同步電路811根據信道估計結果生成發送端和接收端 的同步信號，巻積電路810將輸入信號(BPS解調信號)和正交脈沖波形信號 經過巻積處理，積分電路813將巻積電路810處理后的信號進行積分處理，得 到的輸出信號為PSM解調數據信號。
在PSM解調過程中，經過同步處理后，對發送端的數據進行PSM解調所 使用的正交脈沖波形與該發送端進行PSM調制時所使用的正交脈沖波形相同。
步驟409、接收端對PSM解調后的數據進行二次單載波解調。
在二次單載波解調過程中，采用與該用戶進行二次單載波調制方式相應的 方式進行解調。
步驟410、接收端對二次單載波解調后的數據進行OFDM解調。
本實施例中，進行OFDM解調的實現過程可如圖6b所示，M個并行信號 經過與子載波信號相乘并積分，再經過并/串變換電路611轉換為串行信號。
步驟411、接收端將經過OFDM解調后的數據進行單載波解調、解交織、 解碼，恢復發送端發送的數據，并進一步計算誤碼率。
下面是一個利用圖4所示的流程進行寬帶PLC通信時的具體實例，其中， 設有N個用戶通信，并通過波分復用共享帶寬。
按照步驟401~403，對N個用戶的發送數據進行編碼、交織、單載波調 制以及OFDM調制和二次單載波調制。其中，編碼采用(2,1,3)巻積碼，單 載波采用512QAM調制。采用的OFDM參數如下子載波間隔24.4KHz,子 載波總數1155, OFDM符號長度49.2(is, PLC路徑長度最小為50m,最大為 615m,取16個徑，比特速率100M/s。采用512QAM進行二次單載波調制。
按照步驟404,將正交脈沖波形集中的波形分配給每一個用戶后進行PSM 調制，上采樣率為16;
按照步驟405，進行BPS調制，并產生導頻序列。其中，選擇的Barker 碼為3位。調制后的數據發往電力線信道，并加入高斯噪聲。BPS調制中采用
的脈沖為上述正交脈沖波形集中的第3個脈沖(可任選)。其中注入PLC的信
號源以圖13所示的HomePlugAV的頻譜模板為發射標準，得到的發射功率譜 如圖14所示。
步驟406~411，可以實現對其中第/個用戶接收數據的解調。
上述圖4所示流程的是對上行數據進行調制與解調過程，對于下行數據的 調制與解調，也可以按照上述基于OFDM-BPS-PDMA的^:據調制與解調方法， 其實現流程與圖4所示的流程類似，區別在于
在下行數據的調制過程中，發送端分別對發送給N個接收端的數據進行編 碼、交織、單載波調制、OFDM調制、二次單載波調制、PSM調制以及BPS 調制，然后，對經上述調制后得到的N個接收端的數據進行同步相加處理，并 將合并后的數據發送到PLC信道。其中，PSM調制以及BPS調制的過程與圖 4流程中的相應過程類似，在PSM調制時，每個接收端的數據分別使用不同的 正交脈沖波形進行調制。
在下行數據的解調過程中，接收端分別從PLC信道接收數據，以第i個接 收端接收數據并解調該數據為例，第i個接收端接收到數據后，進行信道估計、 同步處理以及多徑合并，然后依次經過BPS解調、PSM解調、二次單載波解 調、OFDM解調，以及單載波解調、解交織和解碼，最后得到解調后的數據。 其中，BPS解調以及PSM解調的過程與圖4流程中的相應過程類似，在PSM 解調時，接收端所用的正交脈沖波形，與發送端對該接收端的數據進行PSM 調制時所使用的正交脈沖波形一致。
上述圖4所示的PLC數據信號調制與解調的過程中，將基于Barker碼脈 沖擴展、基于正交脈沖波形的脈沖成形調制以及OFDM技術相結合，其中， OFDM技術用于速率匹配和子載波選擇，脈沖成形調制用于用戶多址接入， Barker碼脈沖擴展用于波形恢復和信道估計。這種數據調制方式，不再用時隙 和頻段區分用戶，而用脈沖波形區分用戶，因此，這N個用戶可以同時占用所 有的時間資源和頻率資源，實現了在保證用戶可以同時占有全部頻率資源和全
部時間資源。這種寬帶電力線系統的多址通信方案，可用于PLC及一般通信
系統的上行鏈路，可以獲得到寬帶電力線通信在1 30MHz頻率范圍內的高效
調制方式，符合國際電力線通信標準。實現頻譜共存而降低相互干擾，增加了
PLC通信的可靠性，提高了頻譜利用率和系統性能。在具體實現中，還可以結 合動態自適應載波分配進行，在信道好的條件下采用64QAM、 256QAM、 1024QAM等效率高的調制方法進行單載波調制；在信道差的情況下釆用 BPSK、 QPSK等穩健的調制方法進行單載波調制，或者增加Barker碼的位數、 BPS采樣點數、多徑接收的分離路徑等。根據信道的情況靈活控制，以適應不 同通信環境的要求。
通過上述圖4所示的流程對PLC數據信號進行調制后得到的射頻信號S注 入到網絡并經過多次反射后，在信號S的傳輸過程中，大部分反射信號將衰減 到限值以下，具有良好的傳輸性能。下面通過一個PLC沖激響應仿真，對家 庭內部PLC調制信號的傳輸性能進行驗證。
本驗證過程采用回波傳輸函數方法，將傳輸信道中iV個反射波合并成一個 脈沖響應，即
邵)=|>, x e, W她.............................................[5]
其中,Tj是反射波的延時，且與傳輸環境和路徑成正比；A是信號幅度，
e一"W'為頻率衰減系數，該系數統不僅取決于電纜的長度，還取決于信號的頻 率。實際情況中家庭內部電力線網絡結構相對簡單，通信的高頻信號傳輸情況 可以經過式(5)疊加表示出來。
電力線通信中高頻信號衰減受電纜長度以及頻率的影響。這種傳導衰減可 以分解為天線模和傳輸線模，經過特性分析，電力線上的傳導衰減傳輸線模分 量比天線模分量占優勢，因而可以用電力線上的衰減傳輸線模分量近似表示整 個傳導衰減。由平行傳輸線理論，單位長度的傳輸線的傳輸系數r: r = # +周(G + >C) = a + j./ ....................................200710154463.3
說明書第16/24頁
其中R,L,G和C是電力線的基本電參數。當信號頻率在1MHz和30MHz 之間，簡得
<formula>formula see original document page 25</formula>經過分析可知，丄A的含義是指趨膚效應的影響，丄GZ,是指電力線絕緣材
料的絕緣損耗。單位長度電線的電阻抗主要由趨膚效應所決定，并且和V7成
正比。單位長度電纜的電導率G主要受介電材料(PVC塑料)的耗散系數影 響，和頻率/成比例。因此電力線傳輸在30MHz以內頻率信號的信道是一個 和頻率/有關的衰落信道，傳輸系數r中的實數部分a為衰減系數可以寫成
<formula>formula see original document page 25</formula>其中常數&和^主要由材料和環境綜合而成。進一步改寫可得 <formula>formula see original document page 25</formula>一般一個局域網內的構成材料都是一種類型，因此系數^A,都是預置常 數，由試驗確定，6也根據試驗測得，取值范圍比較小，在0.5-0.7之間。總 之整個電力線在高頻段的信號衰減可以寫成
<formula>formula see original document page 25</formula>
從電力線高頻信號的物理傳輸機制出發得到這個信號模型得出測量結果將
在實際計算中得到證實。而且由實際測量數據表明，在lMHz到30MHz范圍 內幅度系數&與頻率相關性不大，可以當成實數來處理。
雖然局域網內部一般有十幾個接入點，整個線路中包含很多反射信號，但 是實際觀測數據顯示，接收機附近的端點產生的反射信號對接收端有較大影 響，其余的接入點由于距離相對較遠，反射波在線路中衰減近似為零，而且各
條反射線路上的延遲近似相同，即相位變化^"'("保持一致。因此對電力線上
任意一個多徑接收機，信號模型可以化簡為
<formula>formula see original document page 26</formula>
這個簡化模型描述了典型的電力線信道頻率響應曲線。模型的精確性取決 于反射路徑的數目N， N被考慮的越多，模型的精確性都會得到提高。對電力 線信道沖激響應的仿真和網絡測試結果如圖15所示。由此可見， >換照本發明 實施例進行PLC數據信號的調制與解調，電力線信道沖激響應的仿真結果與 實際網絡測試的結果比較接近，從而說明本發明實施例基于 OFDM-BPS-PDMA的PLC信道具有代表性。
通過圖4所示的流程對PLC數據信號進行調制，可以達到較理想的系統 性能。下面通過仿真實驗數據驗證圖4所示的數據信號調制與解調過程的有效 性和可行性。
假設系統理想同步，接收機采用3個徑，在256QAM調制下，采用 OFDM-BPS-PDMA多址方式，在室內環境，2 - 10個用戶情況下的系統誤碼性 能如圖16a所示(BPS調制中Baker碼取3位，二次單載波調制為256QAM), 其中也給出了理想信道估計情況下系統的多址通信誤碼性能，以及沒有采用多 址時系統的誤碼性能。由仿真結果可見，在理想信道估計下，可以完全消除多 用戶間干擾，系統在信噪比為-4dB的情況下就可以達到4艮好的通信可靠性； 在實際信道估計情況下，誤碼率有所上升，但是可以在信噪比為8dB以上保持 良好的系統通信可靠性。采用更好的信道估計算法，并結合時域/頻域均衡方法， 可以進一步提高系統的性能。由圖16a, OFDM-BPS-PDMA在256QAM調制 與一般OFDM在QPSK調制下的情況下相比，其誤碼率性能相近，說明這種 多址方式獲得了通信系統誤碼性能的很大改善，即OFDM-BPS-PDMA高速調 制的系統性能與OFDM低速調制相當。系統如果采用QPSK、 16QAM、 64QAM 等，可以進一步降低系統的誤碼率；如果采用512QAM、 1024QAM等則可以 進一步提高系統的傳輸速率。
圖17給出了室內信道在信噪比為8dB、 10dB情況下，用戶數與誤碼率的 變化曲線。由于系統采用了正交脈沖調制，雖然在理想信道估計的情況下，用 戶間干擾為零，誤碼率不隨用戶數的增加而上升。但是在實際信道的情況下， 由于多徑效應不能完全消除，因此存在多用戶干擾。在4個以上的用戶時，誤 碼率的增加比較緩慢。
圖16b給出了室外環境，采用256QAM調制(BPS調制中Baker碼取5 位，二次調制為64QAM)2-10個用戶情況下的系統誤碼性能。可見，此時 在信噪比為3dB時就可以達到較好的數據接收可靠性，并且多用戶間干擾不明顯。
從以上本發明實施例的流程以及仿真實驗數據可以看出，通過本發明實施 例基于OFDM-BPS-PDMA的方式進行數據調制及解調，由于不同用戶使用正 交脈沖波形進行調制，因此在理想情況下用戶間干擾為零。仿真實驗數據表明， 在實際信道估計的情況下，雖然存在用戶間干擾，但是可以限制在通信可靠性 要求的范圍之內。進一步，還可以采用先進的信道估計和波形恢復技術減小用 戶間干擾。由于在OFDM之后進行多址方式調制(PSM調制)，可以提高時間 和頻率資源的利用率，并提高系統通信的可靠性，并且對于OFDM技術的實 現要求簡單，不需要加入循環前綴，不需要插入導頻序列單獨進行信道估計。 即，將信道估計和抗多徑技術放到BPS中進行，整個系統的實現比較簡單易行， 可以使得這些通信用戶共享他們全部的時間資源和頻率資源，而不產生相互干 擾，并改善了接收系統的性能。在接收端利用相關解調的方法即可實現對接收 數據的解讀。
本發明實施例還提供了 一種數據信號發射機和一種數據信號接收機。 參見圖18,為本發明實施例提供的數據信號發射機的結構示意圖，該數據
信號發射機包括正交脈沖波形發生模塊、正交頻分復用調制模塊、脈沖成形
調制模塊和發送模塊。其中
正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形；
正交頻分復用調制模塊，用于對待發送數據進行正交頻分復用調制； 脈沖成形調制模塊，用于利用正交脈沖波形發生模塊產生的正交脈沖波形
對經正交頻分復用調制模塊調制后的數據進行脈沖成形調制，生成發射信號；
發送模塊，用于發送發射信號。
圖18所示的數據信號發射機中，還可包括編碼調制^t塊，用于對待發送
數據信號進行編碼和單載波調制，使正交頻分復用調制模塊對經該編碼調制模 塊調制后的待發送數據進行正交頻分復用調制。
圖18所述的數據信號發射機中，還可包括脈沖擴展成形調制模塊，用于
對脈沖成形調制模塊調制后的數據進行脈沖擴展成形調制。脈沖擴展成形調制
模塊可為Barker碼脈沖擴展調制模塊，該模塊用于利用Barker碼和脈沖波形， 對經脈沖成形調制模塊調制后的數據進行Barker碼脈沖擴展，得到發射信號。 Barker碼脈沖擴展調制模塊包括Barker碼發生子模塊、Barker碼發生子模塊、 上采樣子模塊、第一調制子模塊和第二調制子模塊，其中
Barker碼發生子模塊用于生成進行Barker碼脈沖擴展用的Barker碼；成 形脈沖發生子模塊用于生成進行Barker碼脈沖擴展用的脈沖波形；上采樣子模 塊，用于對脈沖成形調制模塊調制后的數據進行上采樣；第一調制子模塊，用 于利用Barker碼發生子模塊生成的Barker碼，對經上采樣后得到的數據進行 Barker碼調制；第二調制子4莫塊，用于利用成形脈沖發生子模塊生成的脈沖波 形，對經第 一調制子模塊調制后的數據進行脈沖成形調制。
成形脈沖發生子模塊為用于生成余弦脈沖波形的成形脈沖發生子模塊，或 為用于生成高斯脈沖波形的成形脈沖發生子^t塊，或為用于生成正交脈沖波形 的成形脈沖發生子模塊。
Barker碼脈沖擴展調制模塊的具體實現可如圖10a所示，其中，零差值上 采樣電路1001相當于上述的上采樣子模塊，Barker碼發生器1002相當于上述
模塊，巻積電路1003相當于上述的第一調制子模塊，巻積電路1004相當于上 述的第二調制子模塊。
圖18所述的數據信號發射機中，正交脈沖波形發生模塊包括厄密共輒矩 陣生成子模塊和正交脈沖波形生成子模塊，其中
厄密共軛矩陣生成子模塊，用于根據電力通信系統所4吏用的帶寬，尤其是
1.8MHz-30MHz的帶寬，生成厄密共軛矩陣；正交脈沖波形生成子模塊，用 于解出厄密共軛矩陣的特征向量，并根據該特征向量生成正交脈沖波形。
圖18所述的數據信號發射機中，正交頻分復用調制才莫塊的具體實現可如 圖6a所示。
圖18所述的數據信號發射機中，脈沖成形調制模塊包括上采樣子模塊和 調制子模塊，其中，
上采樣子模塊，用于對正交頻分復用調制模塊調制后的數據進行上采樣； 調制子模塊，用于利用正交脈沖波形對經上采樣后得到的數據進行脈沖成形調制。
脈沖成形調制模塊的具體實現可如圖8a所示，其中，零差值上采樣電路 801相當于上述的上采樣子模塊，巻積電路803相當于上述的調制子模塊。
圖18所述的數據信號發射機中，還包括二次單載波調制模塊，用于對正 交頻分復用調制模塊調制后的數據進行單載波調制，此時正交頻分復用調制模 塊包括獲取單元和調制單元，其中，獲取單元用于獲取經二次單載波調制模塊 進行單載波調制之后的數據；調制單元用于對獲取單元獲得的數據進行脈沖成 形調制。
參見圖19，為本發明實施例提供的數據信號接收機的結構示意圖，該數據 信號接收機包括正交脈沖波形發生模塊、接收模塊、脈沖成形解調模塊、正 交頻分復用解調才莫塊。其中
接收模塊，用于接收上行數據信號;
脈沖成形解調模塊，用于利用正交脈沖波形對Barker碼脈沖解擴模塊解調 后的數據進行脈沖成形解調；
正交頻分復用解調模塊，用于對脈沖成形解調模塊解調后的數據進行正交 頻分復用解調；
編碼解調模塊，用于對正交頻分復用解調模塊解調后的數據進行單載波解 調、解碼。
圖19所示的數據信號接收機中，還可包括脈沖擴展解調模塊，用于對接 收模塊接收到的數據信號進行脈沖擴展解調。脈沖擴展解調模塊可以是Barker 碼脈沖解擴模塊，該模塊利用Barker碼和脈沖波形對接收到的數據進行Barker 碼脈沖解擴。Barker碼脈沖解擴模塊包括Barker碼發生子模塊、成形脈沖發 生子模塊和解調子模塊，其中
Barker碼發生子模塊用于生成進行Barker碼脈沖解擴用的Barker碼；成 形脈沖發生子模塊用于生成進行Barker碼脈沖解擴用的脈沖波形；解調子模塊 用于利用Barker碼發生子模塊生成的Barker碼，以及成形脈沖發生子模塊生 成的脈沖波形，對接收模塊接收到的數據進行Barker碼脈沖解擴。其中，成形 脈沖發生子模塊可以為用于生成余弦脈沖波形的成形脈沖發生子模塊，或為用 于生成高斯脈沖波形的成形脈沖發生子模塊，或為用于生成正交脈沖波形的成 形脈沖發生子模塊。
Barker碼脈沖解擴模塊的具體實現可如圖10b所示，其中，Barker碼發生 器1101相當于上述的Barker碼發生子模塊，成形脈沖發生器1102相當于上述 的成形脈沖發生子模塊，巻積電路1103和1104以及積分電路1105實現的功 能相當于解調子模塊。
圖19所示的數據信號接收機中，接收模塊還用于接收導頻序列，接收模 塊包括信息接收子模塊、信道估計子模塊和多徑合并子模塊，其中
信息接收子模塊用于接收數據信號及導頻序列；信道估計子模塊用于根據 該導頻序列進行信道估計，得到同步信息；多徑合并子模塊用于根據得到的同 步信息將接收到的數據信號進行多徑合并處理。
信道估計子模塊的具體實現可如圖11所示，多徑合并子模塊的具體實現
可如圖12所示。
圖19所示的數據信號接收機中，正交脈沖波形發生模塊包括厄密共輒
矩陣生成子^t塊和正交脈沖波形生成子模塊，其中
厄密共軛矩陣生成子模塊用于根據電力通信系統所使用的帶寬，尤其是根
據電力通信系統所使用的1.8MHz到30MHz的帶寬，生成厄密共軛矩陣；正 交脈沖波形生成子it塊，用于解出所述厄密共軛矩陣的特;fi向量，并才艮據該特 征向量生成正交脈沖波形。
圖19所示的數據信號接收機中，脈沖成形解調模塊包括同步子模塊和 解調子模塊，其中
同步子模塊用于對接收到的數據與相應的發送端進行同步處理，具體可以 根據接收模塊中的信道估計子模塊得到的同步信息進行同步處理；解調子模 塊，用于根據同步子模塊的同步處理結果得到相應的正交脈沖波形，并利用該 正交脈沖波形進行脈沖成形解調。
脈沖成形解調模塊的具體實現可如圖8b所示，其中，同步電路811相當 于上述的同步子模塊，巻積電路810和積分電路813所實現的功能相當于上述 的解調子才莫塊。
圖19所述的數據信號接收機中，還可包括編碼解調模塊，用于對正交頻 分復用解調模塊解調后的數據進一步進行單載波解調和解碼。
圖19所示的數據信號接收機中，還可包括二次單載波解調模塊，用于對 脈沖成形解調模塊解調后的數據進行單載波解調，此時正交頻分復用模塊包括 獲取單元和解調單元，其中，獲取單元用于獲取所述二次單載波解調模塊進行 單載波解調后的數據；解調單元用于對獲取單元獲取的數據進行正交頻分復用 解調。
圖19所示的數據信號接收機中，正交頻分復用解調才莫塊的具體實現可如 圖6b所示。
本發明實施例還提供了 一種數據信號收發系統，該系統包括數據信號發射
機和數據信號接收機；數據信號發射機可如圖18所示，數據信號接收機可如
圖19所示，其中，
數據信號發射機，包括
第一正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形； 正交頻分復用調制模塊，用于對待發送數據進行正交頻分復用調制； 脈沖成形調制模塊，用于利用第一正交脈沖波形發生才莫塊產生的正交脈沖 波形對經正交頻分復用調制模塊調制后的數據進行脈沖成形調制，得到發射信
號；
發送模塊，用于發送發射信號； 數據信號接收機，包括
第二正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形；
接收模塊，用于接收數據信號發射機發送的數據信號；
脈沖成形解調模塊，用于利用第二正交脈沖波形發生模塊產生的正交脈沖 波形對接收模塊接收到的數據進行脈沖成形解調；
正交頻分復用解調模塊，用于對脈沖成形解調模塊解調后的數據進行正交 頻分復用解調。
上述數據信號發射機還包括脈沖擴展成形調制模塊，用于對脈沖成形調制 模塊調制后的數據進行脈沖擴展成形調制；上述數據信號接收機還包括脈沖擴 展解調模塊，用于對接收模塊接收到的數據進行脈沖擴展解調。
上述數據信號發射機的脈沖擴展成形調制模塊可為Barker碼脈沖擴展模 塊，用于利用Barker碼和脈沖波形對脈沖成形調制模塊調制后的數據進行 Barker碼脈沖擴展調制；上述數據信號接收機的脈沖擴展解調模塊可為Barker 碼脈沖解擴模塊，用于利用Barker碼和脈沖波形對接收模塊接收到的數據進行 Barker碼脈沖擴展解調。
上述數據信號發射機的第一正交脈沖波形調制模塊和上述數據信號接收 機的第二正交脈沖波形調制模塊，分別包括厄密共軛矩陣生成子模塊和正交脈
沖波形生成子^t塊，其中
厄密共軛矩陣生成子模塊，用于根據電力通信系統所-使用的帶寬，尤其是
1.8MHz到30MHz的帶寬，生成厄密共輒矩陣；
正交脈沖波形生成子模塊，用于根據所述厄密共軛矩陣對應的特征向量生 成所述正交脈沖波形。
綜上所述，本發明實施例基于Barker碼脈沖擴展、脈分多址和OFDM技 術，提出了一種家庭內部高效寬帶電力線多址通信方案(OFDM-BPS-PDMA)。 在利用厄密共軛矩陣的特征向量獲得多用戶的正交脈沖波形，并產生用于 Barker碼脈沖擴展的脈沖后，首先將用戶發送的數據進行OFDM調制，然后 將數據通過上采樣技術進行過采樣，利用正交脈沖波形進行脈沖成形調制,再 通過Barker碼脈沖擴展，發往電力線信道。在接收端，首先經過Barker碼脈 沖解擴，然后利用與用戶對應的正交脈沖進行解調，再進行OFDM解調等過 程，最后得到用戶接收數據。這種方法可以用于PLC上行信道，為不同用戶 分配不同的正交脈沖，使這些用戶共享電力線帶寬。由于脈沖的正交性，能夠 消除用戶間干擾；同時，利用OFDM技術將串行數據變為并行數據傳輸，降 低了數據速率，還可以避讓法定的無線電使用頻段，達到與其他系統頻鐠共享 的目的，相比于目前存在的調制技術，具有頻譜利用率高、誤碼率低、通信可 靠性高等優點。將脈沖成形調制、脈沖擴展和OFDM技術結合，可以充分利 用正交脈沖的優良相關特性，實現多址通信；又可以利用OFDM的速率匹配 和子載波控制技術，既消除了用戶間干擾，又減小了符號間干擾，既提高了頻 譜利用率，又增強了系統性能。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發
明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及 其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1、一種數據信號調制方法，其特征在于，包括以下步驟產生正交脈沖波形；對待發送的數據進行正交頻分復用調制；利用產生的所述正交脈沖波形對經所述正交頻分復用調制后得到的數據進行脈沖成形調制，得到發射信號。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖成形調制后還包括 步驟對經所述脈沖成形調制后得到的數據進行脈沖擴展成形調制，得到發射 信號。
3、 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述對經所述脈沖成形調制 后得到的數據進行脈沖擴展成形調制，具體為利用Barker碼和脈沖波形對經 所述脈沖成形調制后得到的數據進行Barker碼脈沖擴展。
4、 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述Barker碼脈沖擴展的過 程包括對經所述脈沖成形調制后得到的數據進行上采樣；利用Barker碼對經所述上采樣后得到的數據進行Barker碼調制；
5、 如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述脈沖波形為余弦脈沖波、 高斯脈沖波形或正交脈沖波形。
6、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述發射信號中還包括導頻 序列。
7、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述正交頻分復用調制之前 還包括步驟對所述待發送數據進行編碼、單載波調制。
8、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述產生正交脈沖波形，具 體為利用厄密共軛矩陣的特征向量產生正交脈沖波形。
9、 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述厄密共軛矩陣為根據電t形調制。力通信系統所使用的帶寬生成的厄密共軛矩陣。
10、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述脈沖成形調制的過程包括對經所述正交頻分復用調制后得到的數據進行上采樣； 利用所述正交脈沖波形對經所述上采樣后得到的數據進行脈沖成形調制。
11、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述對待發送數據進行正交 頻分復用調制之后，還包括對所述正交頻分復用調制后的數據進行二次單載 波調制；所述利用正交脈沖波形對經所述正交頻分復用調制后得到的數據進行脈 沖成形調制具體為利用正交脈沖波形對經所述二次單載波調制后得到的數據 進行脈沖成形調制。
12、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述正交脈沖波形為多個， 所述利用正交脈沖波形對經所述正交頻分復用調制后得到的數據進行脈沖成 形調制，具體為利用與所述數據信號的發送端對應的正交脈沖波形，對經所述正交頻分復 用調制后得到的數據進行脈沖成形調制。
13、 一種數據信號解調方法，其特征在于，包括以下步驟 產生正交脈沖波形；利用產生的所述正交脈沖波形對接收到的數據進行脈沖成形解調； 對經所述脈沖成形解調后得到的數據進行正交頻分復用解調，得到恢復后 的數據。
14、 如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述對接收到的數據進行 脈沖成形解調之前，還包括步驟對接收到的數據信號進行脈沖擴展解調。
15、 如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述脈沖解擴具體為利 用Barker碼和脈沖波形對接收到的數據信號進行Barker碼脈沖解擴。
16、 如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述脈沖波形為余弦脈沖波、高斯脈沖波形或正交脈沖波形。
17、 如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述脈沖擴展解調之前， 還包括步驟對接收到的數據信號進行多徑合并。
18、 如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述正交頻分復用解調之 后，還包括步驟對經所述正交頻分復用解調后得到的凄t據進行單載波解調和 解碼。
19、 如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述脈沖成形解調時所利 用的正交脈沖波形與調制對應數據信號時使用的正交脈沖波形相同。
20、 如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述產生正交脈沖波形， 具體為利用厄密共軛矩陣的特征向量產生正交脈沖波形。
21、 如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述厄密共軛矩陣為根據 電力通信系統所使用的帶寬構造的厄密共軛矩陣。
22、 如權利要求13所述的方法，其特征在于，若所述接收到的數據信號 在調制時進行了二次單載波調制，則在所述脈沖成形解調之后，還包括對經 所述脈沖成形解調之后得到的數據進行二次單載波解調；所述對經所述脈沖成形解調后得到的數據進行正交頻分復用解調具體為 對經所述二次單載波解調后得到的數據進行正交頻分復用解調。
23、 一種數據信號發射機，其特征在于，包括 正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形； 正交頻分復用調制模塊，用于對待發送數據進行正交頻分復用調制； 脈沖成形調制模塊，用于利用所述正交脈沖波形發生模塊產生的正交脈沖波形對經所述正交頻分復用調制模塊調制后的數據進行脈沖成形調制，得到發 射信號；發送模塊，用于發送所述發射信號。
24、 如權利要求23所述的數據信號發射機，其特征在于，還包括 脈沖擴展成形調制模塊，用于對所述脈沖成形調制模塊調制后的數據進行 脈沖擴展成形調制，得到發射信號。
25、 如權利要求24所述的數據信號發射機，其特征在于，所述脈沖擴展成形調制模塊為Barker碼脈沖擴展調制模塊，所述Barker碼脈沖擴展調制模 塊用于利用Barker碼和脈沖波形對經所述脈沖成形調制模塊調制后的數據進 行Barker碼脈沖擴展，得到發射信號。
26、 如權利要求25所述的數據信號發射機，其特征在于，所述Barker碼 脈沖擴展調制模塊包括Barker碼發生子模塊，用于生成進行Barker碼脈沖擴展用的Barker碼； 成形脈沖發生子模塊，用于生成進行Barker碼脈沖擴展用的脈沖波形； 上采樣子模塊，用于對所述脈沖成形調制模塊調制后的數據進行上采樣； 第一調制子才莫塊，用于利用所述Barker碼發生子才莫塊生成的Barker碼，對經所述上采樣后得到的lt據進行Barker碼調制；第二調制子模塊，用于利用所述成形脈沖發生子才莫塊生成的脈沖波形，對經所述第 一調制子模塊調制后的數據進行脈沖成形調制。
27、 如權利要求26所述的數據信號發射機，其特征在于，所述成形脈沖 發生子模塊生成的脈沖波形為余弦脈沖波形，或高斯脈沖波形，或正交脈沖波 形。
28、 如權利要求23所述的數據信號發射機，其特征在于，還包括編碼調 制模塊，用于對數據進行編碼和單載波調制；所述待發送數據是經過所述編碼 調制模塊進行編碼和單載波調制后得到的數據。
29、 如權利要求23所述的數據信號發射機，其特征在于，所述正交脈沖 波形發生模塊包括厄密共軛矩陣生成子模塊，用于根據電力通信系統所使用的帶寬生成厄密 共軛矩陣；正交脈沖波形生成子模塊，用于根據所述厄密共軛矩陣對應的特征向量生 成所述正交脈沖波形。
30、 如權利要求23所述的數據信號發射機，其特征在于，所述脈沖成形調制模塊包括上采樣子模塊，用于對所迷正交頻分復用調制it塊調制后的數據進行上采樣；調制子^f莫塊，用于利用所述正交脈沖波形對經所述上采樣后得到的數據進 行脈沖成形調制。
31、 如權利要求23所述的數據信號發射機，其特征在于，還包括 二次單載波調制模塊，用于對所述正交頻分復用調制模塊調制后的數據進行單載波調制；所述脈沖成形調制模塊包括獲取單元，用于獲取經所述二次單載波調制模塊進行單載波調制之后的數據；調制單元，用于對所述獲取單元獲得的數據進行脈沖成形調制。
32、 一種數據信號接收機，其特征在于，包括 正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形； 接收模塊，用于接收發送端發送的數據信號；脈沖成形解調模塊，用于利用所述正交脈沖波形發生模塊產生的正交脈沖 波形對所述接收模塊接收到的數據進行脈沖成形解調；正交頻分復用解調模塊，用于對所述脈沖成形解調才莫塊解調后的數據進行 正交頻分復用解調。
33、 如權利要求32所述的數據信號接收機，其特征在于，還包括脈沖擴 展解調模塊，用于對所述接收模塊接收到的數據進行脈沖擴展解調。
34、 如權利要求33所述的數據信號接收機，其特征在于，所述脈沖擴展 解調模塊為Barker碼脈沖解擴模塊，所述Barker碼脈沖解擴模塊用于利用 Barker碼和脈沖波形，對接收到的數據信號進4亍Barker碼脈沖解擴。
35、 如權利要求34所述的數據信號接收機，其特征在于，所述Barker碼 脈沖解擴模塊包括Barker碼發生子模塊，用于生成進行Barker碼脈沖解擴用的Barker碼； 成形脈沖發生子模塊，用于生成進行Barker碼脈沖解擴用的脈沖波形； 解調子模塊，用于利用所述Barker碼發生子模塊生成的Barker碼，以及所述成形脈沖發生子模塊生成的脈沖波形，對經所述接收模塊接收到的數據進行Barker碼脈沖解擴。
36、 如權利要求35所述的數據信號接收機，其特征在于，所述成形脈沖 發生子模塊生成的脈沖波形為余弦脈沖波形，或高斯脈沖波形，或正交脈沖波 形。
37、 如權利要求32所述的數據信號接收機，其特征在于，還包括 編碼解調模塊，用于對所述正交頻分復用解調模塊解調后的數據進行單載波解調和解碼。
38、 如權利要求32所述的數據信號發射機，其特征在于，所述正交脈沖 波形發生模塊包括厄密共軛矩陣生成子模塊，用于根據電力通信系統所使用的帶寬生成厄密 共軛矩陣；正交脈沖波形生成子^t塊，用于根據所述厄密共軛矩陣對應的特征向量生 成所述正交脈沖波形。
39、 如權利要求38所述的數據信號接收機，其特征在于，所述脈沖成形 解調模塊包括同步子模塊，用于對接收到的數據與相應的發送端進行同步處理； 解調子模塊，用于根據所述同步子模塊的同步處理結果得到相應的正交脈 沖波形，并利用所述正交脈沖波形進行脈沖成形解調。
40、 如權利要求32所述的數據信號接收機，其特征在于，還包括 二次單載波解調模塊，用于對所述脈沖成形解調模塊解調后的數據進行單載波解調；所述正交頻分復用解調模塊包括獲取單元，用于獲取所述二次單載波解調模塊進行單載波解調后的數據；解調單元，用于對所述獲取單元獲取的數據進行正交頻分復用解調。
41、 如權利要求32所述的數據信號接收機，其特征在于，所述接收模塊 包括信息接收子模塊，用于接收數據信號及導頻序列；信道估計子模塊，用于根據所述導頻序列進行信道估計，得到同步信息； 多徑合并子模塊，用于根據所述同步信息將接收到的數據信號進行多徑合 并處理。
42、 一種數據信號收發系統，其特征在于，包括數據信號發射機和數據信 號接收機；所述數據信號發射機，包括第一正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形； 正交頻分復用調制模塊，用于對待發送數據進行正交頻分復用調制； 脈沖成形調制模塊，用于利用所述第 一正交脈沖波形發生模塊產生的正交脈沖波形對經所述正交頻分復用調制模塊調制后的數據進行脈沖成形調制，得到發射信號；發送模塊，用于發送所述發射信號； 所述數據信號接收機，包括第二正交脈沖波形發生模塊，用于產生正交脈沖波形； 接收模塊，用于接收所述數據信號發射機發送的數據信號； 脈沖成形解調模塊，用于利用所述第二正交脈沖波形發生模塊產生的正交脈沖波形對所述接收模塊接收到的數據進行脈沖成形解調；正交頻分復用解調模塊，用于對所述脈沖成形解調模塊解調后的數據進行正交頻分復用解調。
43、 如權利要求42所述的系統，其特征在于，所述數據信號發射機還包 括脈沖擴展成形調制模塊，用于對所述脈沖成形調制模塊調制后的數據進行脈沖擴展成形調制；所述數據信號接收機還包括脈沖擴展解調模塊，用于對所述接收模塊接收 到的數據進行脈沖擴展解調。
44、如權利要求43所述的系統，其特征在于，所述脈沖擴展成形調制模 塊為Barker碼脈沖擴展模塊，用于利用Barker碼和脈沖波形對所述脈沖成形 調制模塊調制后的數據進行Barker碼脈沖擴展調制；所述脈沖擴展解調模塊為Barker碼脈沖解擴才莫塊，用于利用Barker碼和 脈沖波形對所述接收模塊接收到的數據進行Barker碼脈沖擴展解調。
全文摘要
本發明公開了一種數據信號調制與解調方法及其收發機和收發系統。在數據信號調制過程中，產生正交脈沖波形；對待發送的數據進行正交頻分復用調制；利用產生的所述正交脈沖波形對經所述正交頻分復用調制后得到的數據進行脈沖成形調制，得到發射信號。數據信號解調過程為與數據信號調制過程相反的過程。本發明具有較高的頻譜利用率和通信可靠性以及較低的誤碼率低，尤其可應用于電力線通信系統，從而提高系統資源利用率，消除用戶間干擾，提高系統性能。
文檔編號H04L27/26GK101388872SQ20071015446
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月10日 優先權日2007年9月10日
發明者呂英華, 張洪欣, 張金玲, 柳海波, 王登偉, 王野秋, 賀鵬飛 申請人:華為技術有限公司;北京郵電大學