智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊自適應(yīng)調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于智能抄表系統(tǒng)多載波（OFDM,OrthogonalFrequency DivisionMultiplexing)通信模塊的自適應(yīng)調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)有G3標(biāo)準(zhǔn)0FDM電力線載波通信技術(shù) 和PRME標(biāo)準(zhǔn)0FDM電力線載波通信技術(shù)，PRHffi標(biāo)準(zhǔn)與G3標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)似，所以這里以G3標(biāo)準(zhǔn)為例 舉例說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。G3標(biāo)準(zhǔn)在滿足傳輸速率或誤比特率的要求基礎(chǔ)上，各個(gè)子載波 在不同模式間切換，但每個(gè)子載波采用相同的調(diào)制方式和發(fā)送功率，運(yùn)用關(guān)閉某些干擾嚴(yán) 重的子載波來(lái)抗干擾，以最差時(shí)的信道狀況設(shè)計(jì)調(diào)制和編碼等參數(shù)，系統(tǒng)包含用以克服最 差條件的許多開(kāi)銷(xiāo)，這樣做是以犧牲頻譜利用率和信息傳輸率為代價(jià)來(lái)?yè)Q取可靠性，主要 缺點(diǎn)如下：
[0003] 1.噪聲干擾比較大的子載波其魯棒性將會(huì)變?nèi)酰詡鬏斿e(cuò)誤較嚴(yán)重，傳輸效率 低。
[0004] 2.對(duì)于信噪比較高的子載波，采用低傳輸效率的調(diào)制方式將浪費(fèi)帶寬。
[0005] 3.所有子載波采用相同的調(diào)制和解調(diào)方式，將降低整個(gè)系統(tǒng)的傳輸效率和抗干擾 能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0000]本發(fā)明的目的是在給定目標(biāo)誤碼率(BER,BitErrorRate)和固定功率分配前提 下為智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊提供一種最優(yōu)傳輸率的非迭代自適應(yīng)調(diào)制方法。
[0007]本發(fā)明提供的這種智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊自適應(yīng)調(diào)制方法，該方法包括如 下步驟：
[0008] 步驟1，初始化目標(biāo)誤碼率Ρτ，Ρτ由多載波通信模塊傳輸性能的要求確定，所有子載 波固定功率分配；
[0009] 步驟2,計(jì)算子載波信噪比（SNR,SignalNoiseRatio)γη;
[0010] 步驟3,由子載波信噪比丫"，在Ρη<Ρτ的限制下，為每個(gè)子載波計(jì)算可預(yù)分配的比 特位數(shù)bn，其中b4PPn分別是每個(gè)子載波的比特和BER，并計(jì)算平均誤碼率Ρ;
[0011] 步驟4,由子載波信噪比γη和平均誤碼率F，計(jì)算當(dāng)前多信道信噪比。和子載波 的平均比特?cái)?shù)F;
[0012] 步驟5,在PT的限制下，由。計(jì)算每個(gè)子載波的最大平均比特位數(shù)，和能夠增 加至0FDM符號(hào)的額外比特位I;
[0013]步驟6,當(dāng)子載波的:6, 時(shí)計(jì)算這個(gè)子載波上的遞增誤碼率ΔPn，即計(jì)算此子 載波分配最大比特位數(shù)時(shí)，所增加的誤碼率，并將APn按照值的升序排列；
[0014]步驟7,增加I個(gè)額外比特位至最低ΔΡη的子載波。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在目標(biāo)誤碼率和固定功率分配的限制下，根據(jù)每個(gè) 子載波的信噪比估計(jì)值和多子載波信噪比估計(jì)值，確定可分配給子載波的額外比特，并將 其分配給對(duì)平均誤碼率影響最小的子載波，從而自適應(yīng)的調(diào)整每個(gè)子載波的比特位數(shù)，得 到接近最優(yōu)傳輸率的調(diào)制方法，降低了運(yùn)算的復(fù)雜性并易于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊分組幀結(jié)構(gòu)。
[0018] 圖3是本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)制的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 智能抄表系統(tǒng)電力載波模塊是直接面向?qū)嶋H承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砻襟w電力線，是 在電力線之上為上層應(yīng)用數(shù)據(jù)提供一個(gè)傳輸原始比特流的物理連接，所以電力載波模塊直 接面對(duì)電力線的各種干擾和衰減。
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021] 如圖1所示，智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊發(fā)送端包括前向錯(cuò)誤控制編碼器以及 0FDM調(diào)制模塊。待傳輸數(shù)據(jù)先進(jìn)行串?dāng)_，RS編碼，卷積編碼，交織處理，再進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制并 送去做IFFT變換。相應(yīng)的接收端的結(jié)構(gòu)與發(fā)送端正好相反，接收到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行符號(hào)同步， 然后進(jìn)行FFT變換，同時(shí)對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)。FFT變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，將多進(jìn)制數(shù)據(jù)位變成 2進(jìn)制數(shù)據(jù)碼流，之后進(jìn)行解交織，Viterbi解碼，解串?dāng)_處理，最后得到傳輸端數(shù)據(jù)。
[0022]低壓電力線的頻率衰減特性，決定了不同的子載波具有不同的噪聲干擾，而在帶 寬和傳輸功率一定的前提下，為了提高0FDM系統(tǒng)的傳輸容量，在0FDM載波模塊中采用自適 應(yīng)調(diào)制方式，根據(jù)載波信道SNR估計(jì)動(dòng)態(tài)分配比特。
[0023] 如圖2所示，本發(fā)明智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊分組幀結(jié)構(gòu)包括前導(dǎo)，幀控制頭 和數(shù)據(jù)段。前導(dǎo)序列由8個(gè)完全相同的符號(hào)和1.5個(gè)與之倒相的符號(hào)組成，使用這完全相同 的8個(gè)符號(hào)和接收端信道增益估計(jì)來(lái)獲得子載波的SNR，根據(jù)下式計(jì)算子載波信噪比：
[0024]
n=l，2,. . .，N，其中ρη，Η4Ρσ丨分別是第η個(gè)子載波的信號(hào)功率，信 道增益估計(jì)和噪聲功率，Ν是被用到的子載波數(shù)。因?yàn)榍皩?dǎo)序列已知，所以子載波信號(hào)功率ρη已知，信道增益仏由信道估計(jì)獲得，噪聲功率σ"2由接收端前導(dǎo)序列功率與ΡηΧ|Ηη|2相減 得到。
[0025] 幀控制頭包含解調(diào)數(shù)據(jù)幀的重要信息。幀控制頭之后是數(shù)據(jù)符號(hào)，稱為負(fù)載。
[0026] 下面結(jié)合圖3說(shuō)明本發(fā)明提供的這種智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊自適應(yīng)調(diào)制方 法，該方法具體實(shí)施步驟：
[0027] 步驟1，初始化目標(biāo)誤碼率Ρτ，所有子載波固定功率分配；
[0028]步驟2,由上一幀的前導(dǎo)數(shù)據(jù)和信道增益估計(jì)值Ηη計(jì)算子載波信噪比（SNR，Signal NoiseRatio)：
[0029]
,η= 1，2，. . .，N，其中pn，H4P<分別是第η個(gè)子載波的信號(hào)功率， 信道增益估計(jì)值和噪聲功率，Ν是被用到的子載波數(shù)；
[0030] 步驟3,由子載波信噪比丫"，在Ρη<Ρτ的限制下，為每個(gè)子載波計(jì)算可預(yù)分配的比 特位數(shù)bn和子載波平均誤碼率戶：
[0034]其中，別是每個(gè)子載波的比特和BER;
[0035]步驟4,由子載波信噪比γη和平均誤碼率計(jì)算當(dāng)前多信道信噪比。和子載波 的平均比特?cái)?shù)/7:
[0038] 其中，/7和P分別是子載波的平均比特?cái)?shù)和平均BER，是多信道信噪比；
[0039]步驟5，在Ρτ的限制下，由γm。計(jì)算每個(gè)子載波的最大平均比特位數(shù).％:ax?
[0041 ] 步驟6,計(jì)算能夠增加至OFDM符號(hào)的額外比特位：/ = ^x〇inax ,
[0042] 步驟7，當(dāng)子載波的九 <瓦_(dá)時(shí)計(jì)算這個(gè)子載波上的增量誤碼率ΔΡη，即計(jì)算此子 載波分配最大比特位數(shù)時(shí)，所增加的誤碼率：
[0043] Δ6, =/),,,x(6 -〇,n=l，2, . . .，Ν，其中棗是第η個(gè)子載波采用最大比特調(diào)制時(shí) 的誤碼率，并將△Ρη按照值的升序排列。
[0044] 步驟8,增加I個(gè)額外比特位至最低Δ?"的子載波。方法是對(duì)每個(gè)最低Δ?"子載波分 配最大比特位數(shù)，即采用系統(tǒng)所允許的最高階調(diào)制，直至所有I個(gè)額外比特分配完畢或最低 AΡη子載波均分配完最大比特位數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊自適應(yīng)調(diào)制方法，該方法通過(guò)配套公式計(jì)算可以 增加至當(dāng)前符號(hào)子載波的額外比特，并找出所有子載波中對(duì)平均誤碼率影響最小的子載波 進(jìn)行分配，其特征在于:所述的智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊自適應(yīng)調(diào)制方法包括如下步 驟： 步驟1，初始化目標(biāo)誤碼率Ρτ，ΡΤ由多載波通信模塊傳輸性能的要求確定，所有子載波固 定功率分配； 步驟2,計(jì)算子載波信噪比（SNR,Signal Noise Ratio)yn; 步驟3,由子載波信噪比丫"，在Ρη〈Ρτ的限制下，為每個(gè)子載波計(jì)算最大可預(yù)分配的比特 位數(shù)bn，其中b4PPn分別是每個(gè)子載波的比特和BER，并計(jì)算平均誤碼率.尹; 步驟4,由子載波信噪比γη和平均誤碼率.P，計(jì)算當(dāng)前多信道信噪比。和子載波的平 均比特?cái)?shù)I; 步驟5,在Pt的限制下，由ym。計(jì)算每個(gè)子載波的最大平均比特位數(shù)1"，和能夠增加至 OFDM符號(hào)的額外比特位I; 步驟6，當(dāng)子載波的(Fiwx時(shí)計(jì)算這個(gè)子載波上的遞增誤碼率Δ Pn，即計(jì)算此子載波 分配最大比特位數(shù)時(shí)，所增加的誤碼率，并將△ Pn按照值的升序排列； 步驟7,增加 I個(gè)額外比特位至最低△ Pn的子載波。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊自適應(yīng)調(diào)制方法，其特征在于， 所述計(jì)算子載波信噪比，是用接收端的前導(dǎo)數(shù)據(jù)和信道估計(jì)值計(jì)算子載波信噪比。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊自適應(yīng)調(diào)制方法，其特征在于， 所述增加 I個(gè)額外比特位至最低A Pn子載波，是對(duì)每個(gè)最低△ Pn子載波分配最大比特位數(shù)， 即采用系統(tǒng)所允許的最高階調(diào)制，直至所有I個(gè)額外比特分配完畢或最低A Pn子載波均分 配完最大比特位數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊自適應(yīng)調(diào)制方法。該方法在目標(biāo)誤碼率和固定功率分配的限制下，首先由多載波通信模塊信道增益估計(jì)和幀前導(dǎo)數(shù)據(jù)得到子載波信噪比估計(jì)值和多子載波信噪比估計(jì)值，然后根據(jù)信噪比估計(jì)獲得可以增加至OFDM符號(hào)的額外比特，最后由子載波的增量誤碼率將額外比特自適應(yīng)的分配給對(duì)平均誤碼率影響最小的子載波，從而得到接近最優(yōu)傳輸率的調(diào)制方法，降低了運(yùn)算的復(fù)雜性并易于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。
【IPC分類(lèi)】G08C19/00, H04L27/26, H04B3/54
【公開(kāi)號(hào)】CN105450259
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510781265
【發(fā)明人】谷志茹, 龍永紅, 黃曉峰, 石偉, 梁建華, 鄒豪杰, 張帥
【申請(qǐng)人】湖南工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日