專利名稱：一種接觸網(wǎng)電力線通信的發(fā)送端、接收端、系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉄路信號(hào)通信城軌信號(hào)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的發(fā)送端、接收端、系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
鐵路運(yùn)輸?shù)淖钪匾黝}就是安全和效率，而信號(hào)通信系統(tǒng)就是提高效率保證安全的重要前提。目前，車一地信息傳輸方式主要包括軌道電路、軌道環(huán)線、漏泄波導(dǎo)、查詢應(yīng)答器、無(wú)線通信等。這些傳統(tǒng)的通信方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，有可能由于受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)、軌道污染銹蝕、機(jī)車牽引電流干擾等因素影響而使信號(hào)受阻，也可能由于雷暴泥石流等外力導(dǎo)致信號(hào)設(shè)備失靈。目前公開的技術(shù)使用物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的接觸網(wǎng)進(jìn)行信號(hào)的傳遞。I)電氣化鉄路和城軌的動(dòng)力源都是電能，電氣化鉄路和城軌的牽引供電系統(tǒng)在結(jié) 構(gòu)上有所不同，但是其原理沒(méi)有大大的差別，其牽引供電系統(tǒng)主要都是由牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分組成。一般來(lái)說(shuō)，電氣化鉄路的接觸網(wǎng)采用的是架空接觸網(wǎng)，而城軌的接觸網(wǎng)既有采用架空接觸網(wǎng)的形式，也有采用鋪地的接觸軌也稱第三軌的形式。車上的受流器通過(guò)與接觸網(wǎng)可靠地滑動(dòng)接觸受流，不斷取得電能，以維持電動(dòng)車組的穩(wěn)定運(yùn)行。電氣化鉄路是靠弓式受流器與架空式接觸網(wǎng)滑動(dòng)受流，接觸軌式的受流器又稱集電靴，電動(dòng)車組通過(guò)機(jī)車側(cè)面伸出集電靴與接觸軌滑動(dòng)接觸而取得電能。在我國(guó)電氣化鐵路的電カ牽引系統(tǒng)中，高壓輸電線一般為110千伏左右，饋電線為27千伏，而接觸網(wǎng)最高工作電壓為27. 5千伏，瞬時(shí)最大值為29千伏，最低工作電壓為20千伏，非正常情況下，一般要求不得低于19千伏，且為單相エ頻電流。城軌的接觸網(wǎng)或接觸軌的電壓等級(jí)一般為1500V或者750V。我國(guó)電氣化鐵路一般采用單相エ頻交流供電制式，為了使供電系統(tǒng)三相負(fù)載平衡同時(shí)提高電網(wǎng)利用效率，其接觸網(wǎng)采用換相分段供電機(jī)制。因此，接觸網(wǎng)在直供區(qū)段每20至25千米，AT供電方式區(qū)段每40至50千米，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要設(shè)置90至200米的分相區(qū)，且有的供電方式采用的是單邊供電，那么接觸網(wǎng)一般在兩個(gè)相鄰的牽引變電所中間會(huì)斷開，將供電區(qū)域分成兩段，每ー個(gè)供電段只從ー側(cè)的變電所取得電能。為了實(shí)現(xiàn)供電的靈活性并縮小事故影響范圍及停電檢修接觸網(wǎng)的要求，接觸網(wǎng)上還設(shè)置了許多沒(méi)有在圖上標(biāo)注的電分段裝置。因此，從信號(hào)傳輸?shù)慕嵌瓤?，這些分相區(qū)、電分段裝置和供電區(qū)域的分段都會(huì)造成信號(hào)傳輸通道的中斷，圖I為電氣化鉄路電カ牽引系統(tǒng)。在弓網(wǎng)滑動(dòng)或集電靴與軌道滑動(dòng)時(shí)，由于接觸網(wǎng)的不平順和受電弓或集電靴振動(dòng)也會(huì)使得受流器和接觸網(wǎng)瞬時(shí)斷開。在更惡劣的條件下，甚至還會(huì)使受電弓或集電靴與接觸網(wǎng)之間產(chǎn)生電弧，出現(xiàn)ー個(gè)短暫的強(qiáng)脈沖，這不僅對(duì)接觸網(wǎng)的受流質(zhì)量產(chǎn)生影響，這種強(qiáng)脈沖對(duì)數(shù)據(jù)包的損壞大多數(shù)時(shí)候是無(wú)法糾錯(cuò)復(fù)原的。受流器的時(shí)斷時(shí)續(xù)和電弧產(chǎn)生的脈沖都會(huì)増加信息傳輸時(shí)噪聲的污染。因此，由以上對(duì)電カ牽引系統(tǒng)，特別是接觸網(wǎng)與受流器的工作狀態(tài)可以看出，接觸網(wǎng)物理層具有一般中壓電カ線物理層噪聲以外的其它特點(diǎn)，特別是由分相區(qū)、電分段裝置和受流器與接觸網(wǎng)的時(shí)斷時(shí)續(xù)等原因造成物理層傳輸?shù)臅r(shí)斷時(shí)續(xù)，再加上由電弧產(chǎn)生的脈沖干擾、電磁場(chǎng)干擾等等，從總體上看，接觸網(wǎng)其特征類似于具有強(qiáng)噪聲高刪除概率的通信信道。但是又由于接觸網(wǎng)是電氣化鉄路和城軌牽引系統(tǒng)的最重要設(shè)備結(jié)構(gòu)，且接觸網(wǎng)是露天設(shè)置的，而線路上的負(fù)荷又是隨著電カ機(jī)車沿接觸線移動(dòng)而不斷變化的，運(yùn)行環(huán)境具有不可測(cè)性，因此對(duì)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和安全性要求很高，基本要求如下(I)接觸網(wǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單堅(jiān)固，便于施工、運(yùn)營(yíng)和維修。在出現(xiàn)事故的情況下，便于搶修和迅速恢復(fù)供電。(2)在機(jī)車高速運(yùn)行過(guò)程中，在惡劣氣候條件下，都要保證電カ機(jī)車正常取流，要求接觸網(wǎng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上具有穩(wěn)定性和足夠的彈性。(3)接觸網(wǎng)設(shè)備及零件要有互換性，應(yīng)具有足夠的耐磨性和抗腐蝕能力并要盡量延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。接觸網(wǎng)的分布廣、高穩(wěn)定性和高強(qiáng)度是其最大的優(yōu)點(diǎn)，如果一般的通信物理層因天氣或者地形等原因出現(xiàn)故障時(shí)或者失靈時(shí)，接觸網(wǎng)是ー個(gè)可以值得信賴的信息通道。其物理層模型由上文可以簡(jiǎn)單總結(jié)為由一般中壓電カ線物理層的五種噪聲加上由受流器和接觸網(wǎng)接觸不良產(chǎn)生的電弧噪聲的強(qiáng)噪聲刪除物理層。2)中壓電カ線通信普通的中低壓電カ線物理層進(jìn)行信號(hào)傳輸，其物理層狀態(tài)普遍具有線路阻抗小、信號(hào)衰減強(qiáng)、時(shí)變多徑干擾大等特點(diǎn)。其噪聲大致可以分為五類，即，有色背景噪聲、窄帶噪聲、與エ頻不同步周期性噪聲、突發(fā)性噪聲、與エ頻同步周期性噪聲。對(duì)于普通的中壓電カ線通信來(lái)說(shuō)，其手段相對(duì)成熟。常用的解決辦法如采用前向
糾錯(cuò)(FEC-Forward Error Correction)、接收端設(shè)置濾波器、自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(ARQ-
Automatic Repeat-reQuest)等。而對(duì)于電カ線物理層的多徑時(shí)延問(wèn)題，目前的最優(yōu)解決方法就是 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)。OFDM 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技木。3)噴泉碼譯碼理論的最早提出是為了解決Internet網(wǎng)絡(luò)物理層中信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃詥?wèn)題，Internet網(wǎng)絡(luò)物理層是ー個(gè)真實(shí)典型的ニ元?jiǎng)h除物理層。其概念的基本思想是應(yīng)用層發(fā)送端將原數(shù)據(jù)文件分組成一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包，對(duì)這些數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼并輸出一個(gè)編碼數(shù)據(jù)包流，接收端只要正確接收到這個(gè)數(shù)據(jù)包流中足夠數(shù)量的編碼包即可由譯碼器恢復(fù)出所有原數(shù)據(jù)文件，而不必考慮接收到的是編碼數(shù)據(jù)包流中的哪幾個(gè)數(shù)據(jù)包以及這些數(shù)據(jù)包的接收順序，這樣就可以避免由高刪除概率引起的大規(guī)模反饋重發(fā)。從斷續(xù)這ー特點(diǎn)來(lái)看接觸網(wǎng)電カ線，其特征類似于具有強(qiáng)噪聲高刪除概率的通信信道。噴泉碼譯碼技術(shù)是適用于斷續(xù)條件下的電カ線信息的傳輸?shù)?。由此可見，?duì)于實(shí)現(xiàn)用接觸網(wǎng)進(jìn)行信號(hào)的傳輸來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的中壓電カ線通信手段只能解決一般噪聲，對(duì)于接觸網(wǎng)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)斷時(shí)續(xù)和受流器與接觸網(wǎng)之間的電弧產(chǎn)生的大脈沖噪聲來(lái)講，并沒(méi)有提出ー個(gè)最優(yōu)的辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)(軌)進(jìn)行信號(hào)通信的方法，特別是針對(duì)接觸網(wǎng)(軌)這ー特殊的中壓電カ線結(jié)構(gòu)提出的ー個(gè)技術(shù)解決方法。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明公開了ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的發(fā)送端，包括以下模、塊一個(gè)應(yīng)用層編碼器，接收源信息，并提供編碼數(shù)據(jù)流，應(yīng)用層編碼器包含CRC編碼和噴泉碼編碼級(jí)聯(lián)；以及ー個(gè)物理層編碼器，接收應(yīng)用層編碼器數(shù)據(jù)流，具有前向糾錯(cuò)編碼功能；以及ー個(gè)物理層調(diào)制器，即OFDM調(diào)制器，接收物理層編碼器數(shù)據(jù)流，并用OFDM調(diào)制方式產(chǎn)生輸出信號(hào)。進(jìn)一歩，作為ー種優(yōu)選，所述物理層編碼器采用CRC校驗(yàn)和FEC碼級(jí)聯(lián)或LDPC碼或CRC碼和LDPC碼級(jí)聯(lián)。進(jìn)ー步，作為一種優(yōu)選，所述FEC碼采用Turbo碼。本發(fā)明還公開了ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的接收端，包括以下模塊 ー個(gè)物理層解調(diào)器，即OFDM解調(diào)器，接收接觸網(wǎng)物理層傳輸過(guò)來(lái)的調(diào)制信號(hào)，并用OFDM解調(diào)方式產(chǎn)生解調(diào)后輸出信號(hào)；以及ー個(gè)物理層解碼器，接收物理層解調(diào)器解調(diào)后的數(shù)據(jù)流，解碼具有前向糾錯(cuò)功能的調(diào)制信號(hào)，將解碼失敗的數(shù)據(jù)包進(jìn)行刪除，將剩下正確的數(shù)據(jù)包傳遞至應(yīng)用層解碼器；以及一個(gè)應(yīng)用層解碼器，接收物理層解碼器輸出的數(shù)據(jù)流，進(jìn)行噴泉碼譯碼、CRC校驗(yàn)。所述物理層解碼器采用CRC校驗(yàn)和FEC碼級(jí)聯(lián)或LDPC碼或CRC碼和LDPC級(jí)聯(lián)。本發(fā)明還公開了ー種接觸網(wǎng)電カ線通信系統(tǒng)，包括以下部分，ー個(gè)接觸網(wǎng)電カ線通信發(fā)送端；以及接觸網(wǎng)信道；以及ー個(gè)接觸網(wǎng)電カ線通信接收端。本發(fā)明還公開了ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的發(fā)送方法，包括以下步驟應(yīng)用層編碼步驟，先將源信息進(jìn)行分節(jié)，對(duì)每一個(gè)分節(jié)后數(shù)據(jù)包加上CRC校驗(yàn)，對(duì)每ー個(gè)加校驗(yàn)的數(shù)據(jù)包，以包為単位進(jìn)行噴泉碼編碼，傳輸至物理層；物理層編碼步驟，接收應(yīng)用層編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，采用具有前向糾錯(cuò)功能的編碼方法進(jìn)行編碼；物理層調(diào)制步驟，即用OFDM方法進(jìn)行調(diào)制，接收物理層編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，并用OFDM調(diào)制方式產(chǎn)生輸出信號(hào)。本發(fā)明還公開了ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的接收方法，包括以下步驟物理層解調(diào)步驟，即采用OFDM進(jìn)行解調(diào)，接收接觸網(wǎng)物理層傳輸過(guò)來(lái)的調(diào)制信號(hào)，并用OFDM解調(diào)方式產(chǎn)生解調(diào)后輸出信號(hào)；物理層解碼步驟，接收物理層解調(diào)后的數(shù)據(jù)流，采用具有前向糾錯(cuò)功能的解碼方法進(jìn)行解碼，將解碼失敗的數(shù)據(jù)包進(jìn)行刪除，刪除的數(shù)據(jù)包中并包含由于電弧大脈沖噪聲造成的無(wú)法譯碼的數(shù)據(jù)包，將剩下正確的數(shù)據(jù)包傳遞至應(yīng)用層解碼器；應(yīng)用層解碼步驟，噴泉碼解碼器不斷接收物理層解碼后輸出的數(shù)據(jù)流，不斷進(jìn)行噴泉碼譯碼，當(dāng)物理層傳送的數(shù)據(jù)包數(shù)略大于原分節(jié)數(shù)據(jù)包的數(shù)量，噴泉碼宣布譯碼成功后；將此信息數(shù)據(jù)包進(jìn)行CRC校驗(yàn)，判斷源信息是否傳送成功，以此為準(zhǔn)，反饋發(fā)送端以確定傳送下一條信息或重傳此信息。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本發(fā)明通過(guò)噴泉碼跨層技術(shù)和物理層信道編碼、OFDM調(diào)制技術(shù)的結(jié)合，解決了一般電カ線通信的五種噪聲問(wèn)題，特別是噴泉碼跨層設(shè)計(jì)解決了接觸網(wǎng)信道的通斷和受流器受接觸網(wǎng)電火花脈沖噪聲的干擾問(wèn)題，進(jìn)ー步提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院吞岣呦到y(tǒng)傳輸信息的效率，且考慮到接觸網(wǎng)本身穩(wěn)固、分布廣泛的特點(diǎn)，此方法是經(jīng)濟(jì)可靠的。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)ー步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中圖I是電氣化鐵路電カ牽引系統(tǒng)示意圖；圖2基于接觸網(wǎng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)實(shí)施例框圖；
圖3發(fā)送端編碼結(jié)構(gòu)示意圖；圖4應(yīng)用層、物理層編碼方式示意圖；圖5未加載應(yīng)用層噴泉碼譯碼的誤包率誤比特率仿真示意圖；圖6加載應(yīng)用層噴泉碼譯碼后的信噪比與誤包率仿真示意圖。圖中，I高壓輸電線，2牽引變電所，3饋電線，4回流線，5接觸網(wǎng)，6電カ機(jī)車，7隔離開關(guān)，8鋼軌。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI至圖6對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。為使上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I所示，壓輸電線I，牽引變電所2，饋電線3，回流線4，接觸網(wǎng)5，電カ機(jī)車6，隔尚開關(guān)7，鋼軌8構(gòu)成電氣化鐵路電カ牽引系統(tǒng)。如圖2所示，ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的發(fā)送端，包括以下模塊一個(gè)應(yīng)用層編碼器，接收源信息21，并提供編碼數(shù)據(jù)流，應(yīng)用層編碼器包含CRC編碼23和噴泉碼編碼24級(jí)聯(lián)；以及ー個(gè)物理層編碼器，接收應(yīng)用層編碼器數(shù)據(jù)流，具有前向糾錯(cuò)編碼功能；以及ー個(gè)物理層調(diào)制器，即OFDM調(diào)制器27，接收物理層編碼器數(shù)據(jù)流，并用OFDM調(diào)制方式產(chǎn)生輸出信號(hào)。ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的接收端，包括以下模塊ー個(gè)物理層解調(diào)器，即OFDM解調(diào)器29，接收接觸網(wǎng)物理層傳輸過(guò)來(lái)的調(diào)制信號(hào)，并用OFDM解調(diào)方式產(chǎn)生解調(diào)后輸出信號(hào)；以及ー個(gè)物理層解碼器，接收物理層解調(diào)器解調(diào)后的數(shù)據(jù)流，解碼具有前向糾錯(cuò)功能的調(diào)制信號(hào)，將解碼失敗的數(shù)據(jù)包進(jìn)行刪除，將剩下正確的數(shù)據(jù)包傳遞至應(yīng)用層解碼器；以及一個(gè)應(yīng)用層解碼器，接收物理層解碼器輸出的數(shù)據(jù)流，進(jìn)行噴泉碼譯碼33、CRC校驗(yàn)34。
ー種接觸網(wǎng)電カ線通信系統(tǒng)，包括以下部分，ー個(gè)接觸網(wǎng)電カ線通信的發(fā)送端；以及接觸網(wǎng)信道；以及 ー個(gè)接觸網(wǎng)電カ線通信的接收端。ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的發(fā)送方法，包括以下步驟應(yīng)用層編碼步驟，先將源信息進(jìn)行分節(jié)，對(duì)每ー個(gè)分節(jié)后數(shù)據(jù)包加上CRC校驗(yàn)，對(duì)每ー個(gè)加校驗(yàn)的數(shù)據(jù)包，以包為單位進(jìn)行噴泉碼編碼，傳輸至物理層；物理層編碼步驟，接收應(yīng)用層編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，采用具有前向糾錯(cuò)功能的編碼方法進(jìn)行編碼；物理層調(diào)制步驟，即用OFDM方法進(jìn)行調(diào)制，接收物理層編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，并用OFDM調(diào)制方式產(chǎn)生輸出信號(hào)。ー種接觸網(wǎng)電カ線通信的接收方法，包括以下步驟物理層解調(diào)步驟，即采用OFDM進(jìn)行解調(diào)，接收接觸網(wǎng)物理層傳輸過(guò)來(lái)的調(diào)制信號(hào)，并用OFDM解調(diào)方式產(chǎn)生解調(diào)后輸出信號(hào)；物理層解碼步驟，接收物理層解調(diào)后的數(shù)據(jù)流，采用具有前向糾錯(cuò)功能的解碼方法進(jìn)行解碼，將解碼失敗的數(shù)據(jù)包進(jìn)行刪除，刪除的數(shù)據(jù)包中并包含由于電弧大脈沖噪聲造成的無(wú)法譯碼的數(shù)據(jù)包，將剩下正確的數(shù)據(jù)包傳遞至應(yīng)用層解碼器；應(yīng)用層解碼步驟，噴泉碼解碼器不斷接收物理層解碼后輸出的數(shù)據(jù)流，不斷進(jìn)行噴泉碼譯碼，當(dāng)物理層傳送的數(shù)據(jù)包數(shù)略大于原分節(jié)數(shù)據(jù)包的數(shù)量，噴泉碼宣布譯碼成功后；將此信息數(shù)據(jù)包進(jìn)行CRC校驗(yàn)，判斷源信息是否傳送成功，以此為準(zhǔn)，反饋發(fā)送端以確定傳送下一條信息或重傳此信息。在物理層上采用OFDM技木，以克服中壓電カ線信道時(shí)變、多徑噪聲大的特點(diǎn)，對(duì)于時(shí)斷時(shí)續(xù)的信道特點(diǎn)和電弧產(chǎn)生的強(qiáng)脈沖干擾，可以將噴泉碼編碼用于通信系統(tǒng)的應(yīng)用層，這樣對(duì)于噴泉碼來(lái)說(shuō)可視物理層兩端和信道整體為ー個(gè)刪除信道。而物理層采用合適的前向糾錯(cuò)碼LDPC碼將物理層接收端的解碼錯(cuò)誤信息(包含由電弧脈沖干擾損壞而無(wú)法恢復(fù)的數(shù)據(jù)包)和由于信道中斷丟失的分組信息一同視為刪除信息，這樣的設(shè)計(jì)其優(yōu)勢(shì)在于無(wú)論信道的狀態(tài)和噪聲是如何的，物理層和信道這個(gè)整體對(duì)于噴泉碼來(lái)說(shuō)是ー個(gè)透明的刪除信道，同時(shí)避免了高刪除概率引起的大規(guī)模反饋重發(fā)，提高了信息傳輸?shù)男省Ｆ渲形锢韺有诺谰幋a方法有以下三種可以選擇I) CRC 校驗(yàn) +FEC，如 CRC 校驗(yàn) +Turbo 碼。2) LDPC 碼。3 ) CRC 校驗(yàn) +LDPC 碼。對(duì)于這三種編碼方法來(lái)說(shuō)，第一種和第二種編碼方式效果相差不大，且由于LDPC碼本身具有前向檢錯(cuò)糾錯(cuò)功能，因此較第一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。第三種編碼方法在第二種編碼方法基礎(chǔ)上又加上了 CRC校驗(yàn)更為可靠。實(shí)施例I圖2為本發(fā)明基于接觸網(wǎng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)框圖。在發(fā)送端應(yīng)用層圖框中，源信息21先經(jīng)過(guò)分節(jié)至數(shù)據(jù)包22，再實(shí)現(xiàn)CRC編碼23和噴泉碼編碼24功能，再得到編碼后數(shù)據(jù)包25。由于噴泉碼在譯碼33過(guò)程中是通過(guò)不斷接受發(fā)送端發(fā)送的編碼信息進(jìn)行譯碼的，本身不具有檢驗(yàn)譯碼成功與否的功能，需要CRC校驗(yàn)34數(shù)據(jù)包是否譯碼完整有效，從而終止此譯碼過(guò)程并宣布此數(shù)據(jù)包譯碼成功，因此在應(yīng)用層需要先對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行了 CRC編碼23，進(jìn)行CRC編碼23后進(jìn)行噴泉碼編碼24。在物理層圖框中實(shí)現(xiàn)的是物理層的信道編碼和OFDM調(diào)制27，具體包括串并轉(zhuǎn)換271、IFFT272、并串轉(zhuǎn)換273和D/A274，物理層的信道編碼是為了在接收端物理層和應(yīng)用層接ロ之間進(jìn)行錯(cuò)誤信息的刪除32，通過(guò)接收端具有校驗(yàn)功能的物理層信道編碼的譯碼對(duì)包含錯(cuò)誤信息的數(shù)據(jù)包進(jìn)行整體刪除，以保證傳輸至應(yīng)用層的數(shù)據(jù)包都是正確的，OFDM調(diào)制27的作用是為了抵抗電カ線信道中多徑時(shí)變衰落的特點(diǎn)，通過(guò)將用戶信號(hào)以串行的方式輸入通過(guò)串并轉(zhuǎn)換器以并行的方式輸出到N條線路上。這N條線路上的任何一條上的數(shù)據(jù)傳輸速率為原速率的1/N，從而有效的降低了由于時(shí)延造成的碼間干擾。其接收端的物理層應(yīng)用層框圖功能和接收端為逆過(guò)程。其具體步驟以第二種編碼方法LDPC碼26為例敘述如下I)將待發(fā)送信息21進(jìn)行分組成若干個(gè)數(shù)據(jù)包22，在應(yīng)用層將每個(gè)包加上CRC校驗(yàn)23，然后以數(shù)據(jù)包為單位進(jìn)行Raptor噴泉碼編碼24，源源不斷生成編碼數(shù)據(jù)包傳遞至物 理層。2)在物理層進(jìn)行LDPC編碼26后進(jìn)行OFDM調(diào)制27以抵抗多徑時(shí)延衰落，經(jīng)過(guò)接觸網(wǎng)信道28傳輸后，有的數(shù)據(jù)包因?yàn)楣W(wǎng)接觸的時(shí)斷時(shí)續(xù)和接觸網(wǎng)的分節(jié)結(jié)構(gòu)丟失了，有的數(shù)據(jù)包因?yàn)楦鞣N噪聲干擾包含錯(cuò)誤，再經(jīng)過(guò)OFDM解調(diào)29后進(jìn)行LDPC碼解碼30，OFDM解調(diào)29具體包括A/D294、串并轉(zhuǎn)換293、FFT2792和并串轉(zhuǎn)換291，同時(shí)憑借LDPC譯碼檢錯(cuò)功能檢出解碼失敗的數(shù)據(jù)包進(jìn)行刪除32，將剩下正確的數(shù)據(jù)包傳遞至應(yīng)用層313)在應(yīng)用層進(jìn)行噴泉碼的譯碼33，此過(guò)程直到待發(fā)送的信息經(jīng)過(guò)CRC校驗(yàn)34正確成功譯碼為止，然后再進(jìn)行下一條信息的傳輸，此為一條完整的信息傳輸過(guò)程。實(shí)施例2如圖2-4所示，系統(tǒng)傳輸一幀數(shù)據(jù)，此幀數(shù)據(jù)中包含N個(gè)數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為k。選取Raptor碼作為應(yīng)用層編碼方法。I)N個(gè)數(shù)據(jù)包在應(yīng)用層首先加入CRC校驗(yàn)23，此時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度由k變?yōu)镮。然后采用碼率為t的LDPC碼和LT碼級(jí)聯(lián)而成的Raptor碼進(jìn)行編碼24，其中Raptor碼中的LDPC編碼是在數(shù)據(jù)包間進(jìn)行，數(shù)據(jù)包由N個(gè)變?yōu)镽=N/t個(gè)數(shù)據(jù)包。再以數(shù)據(jù)包為單位將K個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行LT編碼，對(duì)LT編碼的譯碼開銷overhead設(shè)為n，一般來(lái)說(shuō)0〈n < 0. 05。由Raptor編碼后的數(shù)據(jù)包源源不斷生成并傳送至物理層，發(fā)送上限為V =RX (1+n)個(gè)。2)物理層編碼采用碼率為m的LDPC碼26對(duì)每ー個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，數(shù)據(jù)包的碼長(zhǎng)由I增至Γ =l/m位，進(jìn)而由OFDM進(jìn)行調(diào)制27。整個(gè)發(fā)送端的信息編碼調(diào)制結(jié)束。3)經(jīng)過(guò)接觸網(wǎng)信道28后，將丟失一部分?jǐn)?shù)據(jù)包p，剩下的包含錯(cuò)誤或不包含錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包傳送至物理層經(jīng)過(guò)OFDM解調(diào)29，進(jìn)行LDPC碼譯碼30。LDPC碼譯碼30經(jīng)過(guò)校驗(yàn)糾錯(cuò)、刪除32錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包數(shù)量為q，此時(shí)剩下的正確數(shù)據(jù)包總量為T=Z' -ρ-q個(gè)，傳送至應(yīng)用層31。4)當(dāng)正確的數(shù)據(jù)包源源不斷的傳遞至應(yīng)用層后，開始進(jìn)行Raptor碼的譯碼33和CRC校驗(yàn)34。此時(shí)，當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)略大于N吋，噴泉碼的譯碼33速度開始進(jìn)入雪崩區(qū)，譯碼過(guò)程直到所有的譯碼成功或者T個(gè)數(shù)據(jù)包全部傳送至應(yīng)用層而譯碼不成功為止。5)依照第4)中最后的譯碼結(jié)果決定進(jìn)行下一幀數(shù)據(jù)的傳輸或者進(jìn)行重傳。
采用第三種編碼方式CRC校驗(yàn)+LDPC碼的接觸網(wǎng)(軌)通信方法和上述方法差別不大。當(dāng)在實(shí)際應(yīng)用中，若采用第二種編碼方法未達(dá)到工程要求的指標(biāo)，可以采用第三種編碼方式，將LDPC為內(nèi)碼，CRC校驗(yàn)為外碼進(jìn)行編碼，進(jìn)ー步提高此方法信息傳輸?shù)目煽啃?。圖5、圖6分別為未加載應(yīng)用層噴泉碼時(shí)和加載應(yīng)用層噴泉碼時(shí)的性能比較。其中，系統(tǒng)傳輸一幀數(shù)據(jù)，此幀數(shù)據(jù)中包含1900個(gè)數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包中所含信息比特504位，overhead為η=0· 3,信道采用理想的混合刪除加性高斯信道模型。此巾貞數(shù)據(jù)經(jīng)Raptor編碼后的數(shù)據(jù)包由最初的1900個(gè)源源不斷生成新的數(shù)據(jù)包并傳輸至物理層，發(fā)送上限為2470 個(gè)。由仿真可以明顯看出此發(fā)明的優(yōu)勢(shì)。在未使用噴泉碼跨層設(shè)計(jì)吋，由于接觸網(wǎng)信道噪聲的惡劣和時(shí)斷時(shí)續(xù)的特點(diǎn)，傳遞ー幀數(shù)據(jù)總會(huì)有大量的數(shù)據(jù)包包含錯(cuò)誤比特，并且在大多數(shù)情況下，即使將信噪比增加，誤包率會(huì)進(jìn)入到錯(cuò)誤平臺(tái)區(qū)而無(wú)法減少到0(見圖5)，因此，對(duì)于整幀數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)譯碼是失敗的。在引入了噴泉碼跨層技術(shù)以后，對(duì)于最后傳遞給應(yīng) 用層的數(shù)據(jù)包來(lái)說(shuō)，并不要求在物理層接收端的誤包率為0，此時(shí)只要有一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包是正確的，且正確的數(shù)量略大于原噴泉碼編碼數(shù)據(jù)包的數(shù)量時(shí)就可以將所有的數(shù)據(jù)包譯碼成功(在圖6中，虛線表示在采用此技術(shù)方法下，本次仿真譯碼成功)。因此通過(guò)這ー技術(shù)方法可以實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)的信息可靠傳輸。如上所述，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒(méi)有脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種接觸網(wǎng)電力線通信的發(fā)送端，其特征在于，包括以下模塊 一個(gè)應(yīng)用層編碼器，接收源信息，并提供編碼數(shù)據(jù)流，應(yīng)用層編碼器包含CRC編碼和噴泉碼編碼級(jí)聯(lián)；以及 一個(gè)物理層編碼器，接收應(yīng)用層編碼器數(shù)據(jù)流，具有前向糾錯(cuò)編碼功能；以及 一個(gè)物理層調(diào)制器，即OFDM調(diào)制器，接收物理層編碼器數(shù)據(jù)流，并用OFDM調(diào)制方式產(chǎn)生輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種接觸網(wǎng)電力線通信的發(fā)送端，其特征在于，所述物理層編碼器采用CRC校驗(yàn)和FEC碼級(jí)聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種接觸網(wǎng)電力線通信的發(fā)送端，其特征在于，所述FEC碼采用Turbo碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種接觸網(wǎng)電力線通信的發(fā)送端，其特征在于，所述物理層編碼器采用LDPC碼或CRC碼和LDPC碼級(jí)聯(lián)。
5.一種接觸網(wǎng)電力線通信的接收端，其特征在于，包括以下模塊一個(gè)物理層解調(diào)器，即OFDM解調(diào)器，接收接觸網(wǎng)物理層傳輸過(guò)來(lái)的調(diào)制信號(hào)，并用OFDM解調(diào)方式產(chǎn)生解調(diào)后輸出信號(hào)；以及一個(gè)物理層解碼器，接收物理層解調(diào)器解調(diào)后的數(shù)據(jù)流，解碼具有前向糾錯(cuò)功能的調(diào)制信號(hào)，將解碼失敗的數(shù)據(jù)包進(jìn)行刪除，將剩下正確的數(shù)據(jù)包傳遞至應(yīng)用層解碼器；以及 一個(gè)應(yīng)用層解碼器，接收物理層解碼器輸出的數(shù)據(jù)流，進(jìn)行噴泉碼譯碼、CRC校驗(yàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種接觸網(wǎng)電力線通信的接收端，其特征在于，所述物理層解碼器采用CRC校驗(yàn)和FEC碼級(jí)聯(lián)或LDPC碼或CRC碼和LDPC級(jí)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種接觸網(wǎng)電力線通信的接收端，其特征在于，所述FEC碼采用Turbo碼。
8.一種接觸網(wǎng)電力線通信系統(tǒng)，其特征在于，包括以下部分， 如權(quán)利要求I至4之一的發(fā)送端；以及 接觸網(wǎng)信道；以及 如權(quán)利要求5至7之一的接收端。
9.一種接觸網(wǎng)電力線通信的發(fā)送方法，其特征在于，包括以下步驟 應(yīng)用層編碼步驟，先將源信息進(jìn)行分節(jié)，對(duì)每一個(gè)分節(jié)后數(shù)據(jù)包加上CRC校驗(yàn)，對(duì)每一個(gè)加校驗(yàn)的數(shù)據(jù)包，以包為單位進(jìn)行噴泉碼編碼，傳輸至物理層； 物理層編碼步驟，接收應(yīng)用層編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，采用具有前向糾錯(cuò)功能的編碼方法進(jìn)行編碼； 物理層調(diào)制步驟，即用OFDM方法進(jìn)行調(diào)制，接收物理層編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，并用OFDM調(diào)制方式產(chǎn)生輸出信號(hào)。
10.一種接觸網(wǎng)電力線通信的接收方法，其特征在于，包括以下步驟 物理層解調(diào)步驟，即采用OFDM進(jìn)行解調(diào)，接收接觸網(wǎng)物理層傳輸過(guò)來(lái)的調(diào)制信號(hào)，并用OFDM解調(diào)方式產(chǎn)生解調(diào)后輸出信號(hào)； 物理層解碼步驟，接收物理層解調(diào)后的數(shù)據(jù)流，采用具有前向糾錯(cuò)功能的解碼方法進(jìn)行解碼，將解碼失敗的數(shù)據(jù)包進(jìn)行刪除，同時(shí)將正確的數(shù)據(jù)包源源不斷傳遞至應(yīng)用層解碼器；應(yīng)用層解碼步驟，噴泉碼解碼器不斷接收物理層解碼后輸出的數(shù)據(jù)流，不斷進(jìn)行噴泉碼譯碼，當(dāng)物理層傳送的數(shù)據(jù)包數(shù)略大于原分節(jié)數(shù)據(jù)包的數(shù)量，噴泉碼宣布譯碼成功后；將此信息數(shù)據(jù)包進(jìn)行CRC校驗(yàn)，判斷源信息是否傳送成功，以此為準(zhǔn)，反饋發(fā)送端以確定傳送 下一條信息或重傳此信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種接觸網(wǎng)電力線通信的發(fā)送端、接收端、系統(tǒng)及方法，屬于鐵路通信、城軌通信技術(shù)領(lǐng)域。發(fā)送端包括以下模塊一個(gè)應(yīng)用層編碼器，接收源信息，并提供編碼數(shù)據(jù)流，應(yīng)用層編碼器包含CRC編碼和噴泉碼編碼級(jí)聯(lián)；一個(gè)物理層編碼器，接收應(yīng)用層編碼器數(shù)據(jù)流，具有前向糾錯(cuò)編碼功能；一個(gè)物理層調(diào)制器，即OFDM調(diào)制器，接收物理層編碼器數(shù)據(jù)流，并用OFDM調(diào)制方式產(chǎn)生輸出信號(hào)。本發(fā)明還公開了對(duì)應(yīng)的接收端、系統(tǒng)及發(fā)送、接收方法。通過(guò)噴泉碼跨層技術(shù)和物理層信道編碼、OFDM調(diào)制技術(shù)的結(jié)合，解決了一般電力線通信的五種噪聲問(wèn)題，特別是噴泉碼跨層設(shè)計(jì)解決了接觸網(wǎng)信道的通斷和受流器受接觸網(wǎng)電火花脈沖噪聲的干擾問(wèn)題。
文檔編號(hào)H04B3/54GK102710385SQ201210196020
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者馮錫生, 單冬, 張春明, 王文輝 申請(qǐng)人:北京交大微聯(lián)科技有限公司