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Q／GDW 11612.41-2018 低压电力线高速载波通信互联互通技术规范 第4-1部分：物理层通信协议.pdf

加循环前缀形成OFDM符号，加入前导符号进行加窗处理后，形成PPDU信号送入模拟前端最终发送到 电力线信道中。 在接收端，从模拟前端接收到数据协同采用AGC和时间同步分别对帧控制和载荷数据进行调整， 并对顿控制和载荷数据进行FFT变换后，进入解调、译码模块，最终恢复出帧控制信息的原始数据与载 荷的原始数据。

5.1.3物理层数据结构

5.1.3物理层数据结构

物理层数据单元帧结构如图2所示。

物理层发送的PPDU信号结构如图2所示。PPDU由前导、顺控制和载荷数据组成。前导为一个 序列池洲碧桂园一期地下室工程施工方案（62P）.doc，每个符号的顿控制和载荷数据的子载波个数为512个。其中，符号的保护间隔的类型包括 的保护间隔、载荷数据第1个和第2个符号的保护间隔，载荷数据第3个符号及以后的保护间隔。

5.1.3.2物理层符号

物理层OFDM符号，时域上是基于25MHz的时钟采样率。数据经过1024点IFFT后取实数部 循环前缀，形成OFDM符号，循环前缀由滚降间隔和保护间隔组成。OFDM符号时序如图3所示 符号特性如表1所示。

图3OFDM符号时序

表1OFDM符号特性

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1.4顿控制前向纠错码

5.1.4.1顿控制前向纠错码流程

控制前向纠错码由Turbo编码、信道交织和分集拷贝组成。 在物理层OFDM系统中，顺控制符号传输的信息位为128比特。在发射端，顺控制通过Turbo编 8比特的信息位编码为256比特，再通过信道交织以及分集拷贝对256比特进行交织和拷贝。顿控 纠错码流程如图4所示。

4.2顿控制Turbo编码

图4顿控制前向纠错码流程图

顺控制的Turbo编码块长度为PB16，码率为1/2，最终Turbo输出为256比特。其中前128比特是信息 码，后面是校验码。 具体方法见5.1.5.3

5.1.4.3帧控制信道交织

顺控制的信道交织单元用于在多次拷贝和传送到信道之前，将Turbo编码器的输出比特位置进行随 机化。 具体方法见5.1.5.4

5.1.4.4控制分集拷贝

顺控制的分集拷贝是为了下一步星座点映射的调制方式，将输入的256比特数据拷贝到频域子载波 上以便于后续星座映射。 对于频段0，帧控制的可用载波数为411，子载波编号从80到490，采用QPSK调制方式，有4个顿控 制符号。顿控制的第1个符号，对于I路来说，输入的比特流（256比特）按照顺序拷贝到对应的载波上： 对于Q路来说，输入的比特流（256比特）加上一个128的偏置拷贝到对应的载波上，直至完成本次可用 载波的拷贝，即在有效子载波上顺序填充的比特编号为（c+128）mod256，c的值顺序从0到255。帧控 制的第2个符号，对于路来说，输入的比特流（256比特）加上一个192的偏置拷贝到对应的载波上：对 于Q路来说，输入的比特流（256比特）加上一个64的偏置拷贝到对应的载波上。顺控制的第3个符号， 对于I路来说，输入的比特流（256比特）加上一个160的偏置拷贝到对应的载波上；对于Q路来说，输 入的比特流（256比特）加上一个32的偏置拷贝到对应的载波上。顿控制的第4个符号，对于I路来说， 渝入的比特流（256比特）加上一个96的偏置拷贝到对应的载波上；对于Q路来说，输入的比特流（256 比特）加上一个224的偏置拷贝到对应的载波上。详细定义如表2：

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此外，扩展频段1，控制的可用载波数为131，子载波编号从100到230，采用QPSK调制方式，有 12个顿控制符号。前4个顿控制符号的I路和Q路拷贝方式与频段0一致；顿控制的第5个符号，对于I路来 说，输入的比特流加上一个144的偏置拷贝到对应的载波上，对于Q路来说，输入的比特流加上一个16 的偏置拷贝到对应的载波上；顿控制的第6个符号，对于I路来说，输入的比特流加上一个80的偏置拷贝 到对应的载波上，对于Q路来说，输入的比特流加上一个208的偏置拷贝到对应的载波上；帧控制的第7 个符号，对于I路来说，输入的比特流加上一个48的偏置拷贝到对应的载波上，对于Q路来说，输入的 比特流加上一个176的偏置拷贝到对应的载波上；控制的第8个符号，对于路来说，输入的比特流加 上一个240的偏置拷贝到对应的载波上，对于Q路来说，输入的比特流加上一个112的偏置拷贝到对应的 载波上。顺控制的第9个符号，对于I路来说，输入的比特流加上一个24的偏置拷贝到对应的载波上，对 于Q路来说，输入的比特流加上一个152的偏置拷贝到对应的载波上。顺控制的第10个符号，对于路来 说，输入的比特流加上一个184的偏置拷贝到对应的载波上，对于Q路来说，输入的比特流加上一个56 的偏置拷贝到对应的载波上。帧控制的第11个符号，对于I路来说，输入的比特流加上一个136的偏置拷 贝到对应的载波上，对于Q路来说，输入的比特流加上一个8的偏置拷贝到对应的载波上。帧控制的第

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12个符号，对于路来说，输入的比特流加上一个40的偏置拷贝到对应的载波上，对于Q路来说，输入 的比特流加上一个168的偏置拷贝到对应的载波上。 另外，扩展频段2，顿控制的可用载波数为分别为89，子载波编号从32到120，采用QPSK调制方式， 有12个帧控制符号。12个顿控制的I路和Q路拷贝方式与频段1一致；而扩展频段3，顿控制的可用载波 数为分别为49，子载波编号从72到120，也采用QPSK调制方式，有12个顿控制符号。12个顿控制的I路 和Q路拷贝方式与频段1和频段2一致。

5.1.5.1载荷数据前向纠错码流程

载荷数据的前向纠错码由加扰、Turbo编码、信道交织和分集拷贝组成，其流程如图5所示。

5.1.5.2载荷数据扰码

图5载荷数据前向纠错码流程图

载荷数据流通过和一个由下面扰码多项式产生的重复伪随机噪声序列进行“异或”运算。

S(x) = x° + x +1

在开始处理每个PB时，扰码多项式的初始值全部设置为1，每输入一个数据比特，扰码多项式左移 位，并将它的第3位和第10位做异或运算，输出的结果与输入数据再做异或运算，即可得到输出数据 加扰实现流程如图6所示。

5.1.5.3载荷数据Turbo编码

5.1.5.3.1Turbo编码模式

5.1.5.3.2编码模块

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图7Turbo编码器架构

ENC1和ENC2使用8状态编码器，输入数据流的第一个比特位映射到u,，第二个比特位映射到u 类推，在一个ENC中，每一对比特位对应输出一个校验位。校验（p，q）的计算根据图8确定

图8ENC1/ENC2编码架构

每个成员码编码器的具体算法如下： 步骤1为设置寄存器初始状态S0=[So1,So2,So3|，为[0,0,0]。 步骤2为输入信息比特至分量编码器（ENC2输入的是交织后的信息比特），直至最后一位，用于得 到编码结束的末状态SN=[SM,Sn2,SN3]。 步为定义钜陈M

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5. 1.5.3.3Turbo 交织模块

表3Turbo交织参数表

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式（3）中： DataO一交织器输入； IntDataO一交织器输出。 需要注意的是，当交织器输出地址为偶数时，对应的交织后的信息比特对的第0和第1比特要交换

表4PB16的S查找表

表5PB72的S查找表

表6PB136的S查找表

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表7PB264的S查找表

表8PB520的S查找表

5.1.5.3.4打孔模块

打孔模块就是根据所需码率，对Turbo编码比特进行打孔输出。 信息位不做打孔处理，打孔模块只是对ENC1和ENC2输出的p和q奇偶位做打孔处理，并按原始顺序 写入到奇偶输出缓存。对于不同的码率，打孔模式如表9、表10所示。

表9码率为1/2时的打孔模式

10码率为16/18时的

p 1000000010000000 q 1000000010000000

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打孔的具体算法流程： a）根据码率，设置打孔模式。 b 根据打孔模式，按从右（低位）到左（高位）顺序对Turbo编码比特中的校验比特进行打孔处 理，最后将打孔剩下的Turbo编码比特排列输出，先依次输出信息位，再输出校验位。

5.1.5.4载荷数据信道交织

5.1.5.4.1信道交织步骤

5.1.5.4.2信息码的交织

将Turbo编码输出的信息码写入矩阵存储空间中，编码器顺序输出信息比特的第一块（K/4比特）到 区块1中，第二块（K/4比特）到区块2中，第三块（K/4比特）到区块3中，第四块（K/4比特）到区块4 中，等价于把信息比特存入一个K/4行4列的矩阵，第1列代表区块1，第2列代表区块2，第3列代表区块3， 第4列代表区块4。进行交织时每行的4个比特同时读出。从矩阵读出数据时，首先从第0行开始，之后每 次读取首行地址增加一个读取步长StepSize，这样第一轮行地址读出顺序为(O，StepSize，2*StepSize，...) 当读取[K/4]/StepSize行后，就读到矩阵尾部，然后下一轮读取行首地址加1，之后每次读取行地址增加 步长步长StepSize，读取[K/4]/StepSize行后再次到达尾部，第二轮读取行地址顺序为(1，1+StepSize， 1+2*StepSize，...），然后第三轮行地址再加1为2，依次类推，经过StepSize轮之后全部行读取完毕。

5.1.5.4.3校验码交织

5.1.5.4.4信息码和校验码之间的交织

5.1.5.4.4信息码和校验码之间的交织

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对于1/2码率，输出的前4比特为信息码，接着4比特为校验码，以此类推。对于16/18码率，首先是 3个4位的信息比特，然后是4位的校验比特 5个4位的信息比特，重复这一模式。

5.1.5.4.5半字节移位

半字节移位以4比特为单位进行移位，不论信息比特还是校验比特，每两个半字节调整一次顺序， 规则如表12所示。

上图中b0表示比特来自信息或者校验比特的区块1，以此类推，b1表示t来自区块2，b2表示来 3，b3表示来自区块4。比特串行输出时，4个比特中最左边的比特先输出，从左向右。

5.1.5.5载荷数据分集拷贝

1.5.5.1分集拷贝流程

5. 1. 5. 5. 2 参数定义

图9分集拷贝参数的图示

ValidCarrierNum：有效子载波数，根据表21中通信频段所支持的子载波数来表示可以传数据的子 载波数； UsedCarrierNum：分集拷贝模式实际使用的子载波数目，当UsedCarrierNum不等于ValidCarrierNum 时，选取低位编号子载波使用，未用子载波能量置为0。 CopyNum：数据的分集次数； BPC：每子载波调制的比特数； InterNum：交织器个数，与CopyNum和InterNumPerGroup的关系如见表13

表13分集次数与交织个数映射表

5. 1. 5.5. 3 变量计算

ValidCarrierNum UsedCarrierNum=InterNum InterNum UsedCarrierNum CarrierNumPerGroup CopyNum ValidCarrierNum CarrierNumPerlnter: InterNum

BitsPerOFDM=BPC×UsedCarrierNum BitsPerGroup=BPC×CarrierNumPerGroup

5.1.5.5.4参数运算

BitsInLastOFDM=BitsPerOFDM BitsInLastGroup=BitsPerGroup

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GroupShiftNum (1)=(O); elseifCopyNum==2 ifBitsInLastOFDM<=BitsPerGroup GroupShiftNum(1, 2)=(0, 0); else GroupShiftNum(1, 2)=(0, 1); end elseifCopyNum==4 ifBitsInLastOFDM<=BitsPerGroup GroupShiftNum(1，2，3，4)=(0，0,0,0); elseifBitsInLastOFDM<=2·BitsPerGroup GroupShiftNum(1,2,3，4)=(0,0,1,1); elseif BitsInLastOFDM<=3·BitsPerGroup GroupShiftNum(1，2，3，4)=(0，0,0,0); else GroupShiftNum(1，2，3，4)=(0，1，2，3); end elseifCopyNum==5 ifBitsInLastOFDM<=4·BitsPerGroup GroupShiftNum(1，2，3，4，5)=(0，0，0，0，0); else GroupShiftNum(1，2，3，4，5)=(0，1，2，3，4); end elseifCopyNum==7 ifBitsInLastOFDM<=6·BitsPerGroup GroupShiftNum(1，2，3，4，5，6，7)=(0，0，0，0，0,0，0,); else GroupShiftNum(1，2，3，4，5，6，7)=(0，1，2，3，4，5，6); end end elseifCopyNum==ll ifBitsInLastOFDM<=10·BitsPerGroup GroupShiftNum(1,2,3,4,5，6,7，8,9,10,11)=(0,0,0,0,0,0,0，0,0,0,0) else GroupShiftNum(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11)=(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10) end end 555六如器地址台数管

5.1.5.5.5交织器地址参数计

InterShiftStep：交织器循环移位步长 InterShiftStep =floor(CarrierNumPerInter/(2*InterNum); if InterShiftStep<1 InterShiftStep=O; elseifInterShiftStep<2 InterShiftStep=l;

5. 1. 5. 5. 6 分集交织

如图10所示，G1~G6表示信道交织输出后经过PadBitsNum个比特填充的数据，G1表示第1个Gro 所有数据(BitsPerGroup)，I1表示InterOutAddr中的第一组交织器生成的载波地址。例如，若按照

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次分集，Group的循环移位参数为GroupShiftNum(1,2,3,4)=(0,0,1,1)，每个Group需要两个交织器 InterNumPerGroup=2)。 在第一次分集中，每个Group中的数据分别采用2个交织器进行交织，交织参数为InterOutAddr(:,1) 和InterOutAddr(:,2)，交织后的结果为G1(I1)、G1(I2)，并且G1(I1)、G1(I2)按照GroupShiftNum[1]=0按 照BitsPerGroup步长进行循环移位； 在第二次分集中，每个Group中的数据分别采用2个交织器进行交织，交织参数为InterOutAddr（:,3) 和InterOutAddr(:,4)，交织后的结果为G1(I3)、G1(I4)，并且G1(I3)、G1(14)按照GroupShiftNum[2)=0 按照BitsPerGroup步长进行循环移位； 在第三次分集中，每个Group中的数据分别采用2个交织器进行交织，交织参数为InterOutAddr（:,5) 和InterOutAddr(:,6)，交织后的结果为G1(I5)、G1(I6)，并且G1(I5)、G1(I6)按照GroupShiftNum[3)=1, 按照BitsPerGroup步长进行循环移位； 在第四次分集中，每个Group中的数据分别采用2个交织器进行交织，交织参数为InterOutAddr（:,7) 和InterOutAddr(:,8)，交织后的结果为G1(I7)、G1(I8)，并且G1(I7)、G1(I8)按照GroupShiftNum[4)=1, 按照BitsPerGroup步长进行循环移位。 完成4次分集拷贝后，形成的分集拷贝数据用于星座点映射

5. 1. 6 星座点映射

5. 1. 6. 1 映射方式

图10分集拷贝示意图

顿控制和载荷数据采用不同的映射方式，其中帧控制采用QPSK进行映射；载荷数据可采用B PSK、16QAM进行映射。帧控制和载荷数据信息采用不同调制方式在每个数据子载波上所能承载 数如表14所示。

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表 14 调制特性表

5. 1. 6. 2星座点映射表

每种星座映射方式对应的比特数 央输入比特流中最先输入的比特分配给x0，其余x1，x2，x3依次输入。

表16比特到I/Q映射的表

5.1.6.3星座点映射相位表

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表17顿控制和载荷数据映射相位表

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5.1.6.4功率归一化

采用归一化因子，对不同调制方式得到的星座点数据进行功率归一化，功率归一化因子如表18所示。

5. 1.7 符号生成

表18功率归一化因子

前导顿格式示意图如图11所示。

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由10.5个SYNCP与2.5个SYNCM组成。SYNCP的

其中，C为可用的载波集合，N取1024。 另外，前导SYNCP也可以通过IFFT产生，IFFT的公式为：

5.1.7.2前导相位表

前导参考相位用于对前导的SYNCP进行相位旋转，从1号载波到511号载波的相角参考值如表19所 示。实际的相位为对应每个载波的相角参考值乘以元/8。

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5. 1. 7. 3窗函数

前导、控制及载荷数据的前RI个数据与后RI个数据要做加窗处理，窗函数的定义如表20：

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不与任何信号重叠，其后部的RI个数据乘以Wfa[n]并与顿控制第一个OFDM符号的前部的RI个数据乘 以Wrise[n]相加；对于顿控制和载荷数据数据是每个OFDM符号都要加CP并加窗，加窗操作对包含IFFT 块和它的循环前缀的整个OFDM符号，每个OFDM符号的前部的RI个数据乘以Wrise[n]和它前面一个 OFDM符号的后部的RI个数据乘以Wa[n]，作加法累加到一起，就是前后OFDM符号有重叠，最后 个OFDM符号的后部的RI个数据乘以Wa[n]不与任何信号重叠

5.1.7.4载波屏蔽表

设备应能够支持载波的任意组合。载波屏蔽表定义了数据调制可使用的频段，用于前导、顺控制及 我荷数据。电力用户用电信息采集系统高速载波方案所支持加载有效数据的子载波的个数最大为490个， 是针对有用子载波的，屏蔽掉的子载波不算在内。其中0号子载波和491~511号子载波不可用。载波屏蔽 表定义为1维数组，有512个元素，对应512个子载波（编号0到编号511），载波屏蔽表的元素值为1表示 对应子载波使用，值为0表示对应子载波不使用。推荐采用的一组子载波是从子载波80到子载波490，全 部使用，没有屏蔽中间某个或者某几个子载波，扩展一组子载波从子载波100到子载波230，全部使用， 没有屏蔽中间某个或者某几个子载波。另外扩展两组，其中一组从子载波32到子载波120，另一组从子 载波72到子载波120，均没有屏蔽中间某个或者某几个子载波。屏蔽掉的子载波上不发送任何信号，节 省功率，避免对其它通信系统的干扰。具体调制方式和码率等由分集拷贝模式决定。

5.1.7.5通信频段

高速载波通信支持的频段如表21所示。

5.1.7.6分集拷贝模式

载荷数据支持的分集拷贝模式如表22、表23所示。分集拷贝支持基本模式以及扩展模式。基本模式！ 如表22所示。分集拷贝模式表示这一帧的载荷中的编码码率、调制方式、分集拷贝次数、物理块数、物 理块类型。分集拷贝模式编号在顿控制顿中携带，接收机解出顿控制后就可以得到解载荷所需信息。

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表22分集拷贝基本模式

注2：子频段物理块数应不大于4，且同时保证顿控制域符号数不超过5

表23分集拷贝扩展模式

5. 1. 7. 7 相对功率

PPDU中各组成部分子载波平均能量级别如表24所示。

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表24顿控制和载荷数据相对功率表

5.2.1发射功率谱密度

符合本部分的设 小于10%（业务报文包长<100字

5.3.1物理层服务参考模型

物理层由接收/发送机获取物理层常量（包括物理层服务信息、可维可测信息等），通过物理 管理与数据链路层（数据链路层承载应用层，应用层承载的业务报文应符合DL/T645的规定。） 互。物理层服务模型如图12所示。

5.3.2物理层基本服务

5.3.2.1发射机信号开始发送状态原语

发射端发送数据时域第一个点发送时，将状态上

图12物理层服务模型

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表25发射机信号开始发送状态原语

5.3.2.2发射机信号发送完成状态原语

居发送完成时，将状态上

发射端数据发送完成时，将状态上报给MAC层。

表26发射机信号发送完成状态原语

5.3.2.3接收机信号接收开始状态原语

当接收机检测到前导时，将状态上报给MAC层

表27接收机信号接收开始状态原语

5.3.2.4接收机顿控制接收完成原语

当接收机完成帧控制接收后，将顿控制 译码状态及控制报文上报给MAC层

表28接收机顿控制接收完成原语

5.3.2.5接收机载荷数据接收完成原语

机完成载荷数据接收后，将状态及载荷数据报

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表29接收机载荷数据接收完成原语

5.3.2.6噪声功率原语

统计网络空闲或静默时的噪声功率，上报给MAC层

表30发射机信号开始发送状态原语

5.3.2.7信号传输衰减原语

取信号在两个站点间传输过程的信道衰减，上报

5.3.2.8信噪比/平均信噪比原语

通过前导序列在频域上计算载波上信号与噪声功率之比，可以得到每个可用载波上的信噪比 （SNR），并计算出平均信噪比，同时上报。

表32发射机信号开始发送状态原语

5.3.2.9时钟偏差估计结果原语

表33发射机信号开始发送状态原语

低压电力线高速载波通信互联互通技术规范

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编制主要原则室内装饰施工工艺流程.doc， .38 与其他标准文件的关系. .38 主要工作过程. ..38 标准结构和内容 .39 条文说明. 39

编制主要原则 与其他标准文件的关系.. 主要工作过程.. 标准结构和内容. 条文说明.

本部分依据《国家电网公司关于下达2018年度公司第一批技术标准制修订计划的通知》（国家电网 科（2018）23号）文的要求编写。 通过制定《低压电力线高速载波通信互联互通技术规范》系列标准，将提升用电信息采集系统管理 的规范化、标准化水平，实现高速载波通信模块之间的互联互通，提升用电信息采集系统本地信道的有 效性及可靠性，满足日益增长的新型电力业务需求，体现智能电网“信息化、自动化、互动化”的建设要 求，提高高速载波通信模块的使用寿命，促进高速载波通信模块质量提升，推动用电信息采集工作健康 有序地发展。

本部分根据以下原则编制： a） 坚持先进性与实用性相结合、统一性与灵活性相结合、可靠性与经济性相结合的原则，以标准 化为引领，服务国民经济科学发展。 b 采用分散与集中讨论的形式，充分了解高速载波通信建设现状，明确系统及终端功能需求，建 立采集系统功能模型和数据模型，研究新的需求形势下不同应用场景和配电网环境对高速载波 通信模块的使用要求，体现研究的实用性和先进性。 C 认真研究国内外现行相关的国际标准、国家标准、行业标准、企业标准，达到相关技术标准的 协调统一，并考虑系统和设备的扩展性、兼容性。 d 坚持集中人才资源优势，吸收高速载波通信先进的发展理念、创新技术和成果，协调高速载波 通信芯片设计商、方案设计商、系统集成商等各方技未资源，促进利益相关方意见的统一。 标准项目计划名称为“低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范第4一1部分：物理层通信协 义”，因标准涉及的技术内容调整，经编写组与专家商定，更名为“低压电力线高速载波通信互联互通技 术规范第4一1部分：物理层通信协议

3与其他标准文件的关系

本部分与相关技术领域的国家现行法律、法规和政策保持一致。 本部分涉及到专利的知识产权问题。 本部分中第5.1条为专利技术，其著作权名称为：基于OFDM的宽带电力线载波通信物理层信号 处理方法，申请号为：201611128977.7，专利权人为中国电力科学研究院、国家电网公司北亚热带新校区景观工程施工组织设计，专利申请人 为张海龙、刘宣、唐悦、章欣、赵兵、闫梓桐，专利公开日期为2017.4.26。 本部分中第5.1.5.5条为专利技术，其著作权名称为：一种基于正交频分复用的时频分集拷贝方法， 申请号为：2016111286410，专利权人为中国电力科学研究院、国家电网公司，专利申请人为刘宣、张 海龙，专利公开日期为2017.8.4

2018年2月，完成低压电力线高速载波通信技术可行性分析。 2018年4月，成立标准起草工作组，召开工作组第一次会议，启动标准制定工作，并撰写标准

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