用电信息采集的宽带电力线通信资源分配方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种用电信息采集的宽带电力线通信资源分配方法及装置。
【背景技术】
[0002] 宽带电力线通信（Broadband Power Line Communication，BPLC)技术是一种 以电力线为媒介的高速数据通信技术。针对电力线信道特有的噪声和衰减环境给高速、 可靠的数据传输带了新的技术难题，正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)调制技术具有多种优点，可构建宽带电力线通信正交频分复用 (BPLC-0FDM)系统来实现电力用电信息采集业务的有效通信支持。用电信息采集的宽带电 力线通信OFDM系统是将电力线信道可用频段划分为若干个子信道作为OFDM数据传输的子 载波，通过向用电信息采集终端分配子载波资源，子载波资源承载用电信息数据对应的比 特流，实现用电?目息米集业务。
[0003] 对于传统单网关结构的低压宽带电力线通信网络，用电信息采集终端只能通过单 一网关实现用电信息数据向用电信息采集主站的传输。当电力线通信信道存在时变噪声干 扰情况下，BPLC-0FDM系统的传统单网关资源分配方法存在发送功率偏大和业务延迟长的 问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一在于提供一种发送功率合适、业务延时时间短、适用于双网关 的用电信息采集的宽带电力线通信资源分配方法。
[0005] 本发明的目的之二在于提供一种应用该通信资源分配方法的用电信息采集的宽 带电力线通信资源分配装置。
[0006] 本发明提供的这种用电信息采集的宽带电力线通信资源分配方法，主要包括如下 步骤： 51. 获取用电信息采集终端的电力线信道特性参数； 52. 估算子载波比特容量； 53. 按照累加比特容量最大准则将子载波资源分配网关； 将所有终端对应的子载波比特容量进行累加操作，将子载波资源分配给累加比特容量 最大的对应网关，若子载波比特容量相等则按等概率随机分配网关； 54. 按照最小子载波优化准则分配终端对应网关； 给定每个终端传送的估计比特容量，在分配子载波同属一个网关的限制条件下，依次 对每个终端分配承载终端用电信息数据比特的子载波资源，直至所有终端子载波资源分配 完毕为止； 55. 网关对所属终端分配子载波资源； 56. 终端按照分配的子载波资源传送终端用电信息数据。
[0007] 所述步骤Sl的电力线信道特性参数，包括子载波数目、终端数目、终端与网关之 间的电力线信道单位功率信噪比、用电信息终端与网关之间的电力线信道的信噪比差额参 数、各用户在各子载波上分配的功率子载波可分配比特数上限、频带范围、系统总功率、功 率谱上限和终端用电信息采集速率要求。
[0008] 所述步骤S2的估算子载波比特容量为采用等功率分配法进行估算。
[0009] 所述步骤S5的分配子载波资源为采用多用户总功率最小优化准则。
[0010] 本发明还提供一种应用该通信资源分配方法的用电信息采集的宽带电力线通信 资源分配装置，其特征在于包括电力线信道状态采集模块、子载波比特容量估算模块、子载 波分配网关模块、终端分配网关模块、网关分配终端子载波模块和用电信息数据传送模块， 且各模块之间依次串接；电力线信道状态采集模块用于获取用电信息采集终端的电力线信 道特性参数，子载波比特容量估算模块利用获取的电力线信道特性参数估算子载波比特容 量，子载波分配网关模块依据估算的子载波比特容量为子载波资源分配对应网关，终端分 配网关模块利用子载波资源分配的对应网关数据为对应的网关分配终端，网关分配终端子 载波模块用于为网关内的终端分配子载波资源，用电信息数据传送模块利用已分配的子载 波资源传送数据。
[0011] 本发明提供的这种用电信息采集的宽带电力线通信资源分配方法和应用该方法 的装置，由于考虑用电信息采集终端信道在不同网关间的信道增益，优化了用电信息采集 宽带电力线OFDM通信资源分配，改善了传统方法采用单网关资源分配因素在噪声干扰下 对通信吞吐量、发送功率和延迟服务质量指标的影响，有利于实现用电力用电信息采集系 统的通信有效性。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的通信系统的结构示意图。
[0013] 图2为本发明的方法整体流程图。
[0014] 图3为本发明的装置功能模块图。
【具体实施方式】
[0015] 如图1所示为本发明的通信系统的结构示意图：用电信息采集主站通过网络交换 机和BPLC网关1、BPLC网关2连接并获取终端的用电数据；通信系统中的N个终端通过电 力线链路，采用电力线载波通讯的方式将用电数据上传至相应的BPLC网关1或BPLC网关 2〇
[0016] 如图2所示为本发明的方法整体流程图，本发明的方法包括如下步骤： SI.获取用电信息采集终端的电力线信道特性参数； 所述的电力线信道特性参数，包括子载波数目m，记为SubCSet= {SubCk}，k=L···!]!;终端 数目n，记为TSet={j}，j=L···!!;网关数目为2,记为i ;终端与网关之间的电力线信道单位 功率信噪比，记为SNRSetlj=KNRlj 1,…，SNR1/，…，SNRljmK其中SNR 1/对应用电信息终端 j与网关i之间的第k个子载波单位功率信噪比参数；用电信息终端j与网关i之间的电 力线信道的信噪比差额参数，记为FSet lj=ITlj1, ···，「：，…，Γ:}，其中对应用电 信息终端j与网关i之间的第k个子载波信噪比差额参数；各用户在各子载波上分配的功 率子载波可分配比特数上限&^频带范围、系统总功率P total、功率谱上限和终端用电信息 采集速率要求。
[0017] S2.估算子载波比特容量； 宽带电力线通信OFDM系统通过子载波承载发送比特，实现数据传输；子载波比特容量 由信道因素和发送功率限制因素决定。本方法中，采用等功率方法分配子载波发送功率，按 照以下公式估算子载波比特容量：
其中，
为终端j向网关i传输时子载波k上比特容量；
为系统可用总功率， Λ为子载波总数；
.为子载波可分配比特数上限，1?为向下取整运算。
[0018] 因此用终端j向网关i传输时子载波估计的比特容量可表示为各子载波可承载的 比特数集合
[0019] S3.按照累加比特容量最大准则将子载波资源分配网关； 将所有终端对应的子载波比特容量进行累加操作，将子载波资源分配给累加比特容量 最大的对应网关，若子载波比特容量相等则按等概率随机分配网关； 对于子载波k，按以下公式计算累加容量：
当满足以下条件：
子载波k分配给网关i 则子载波所属网关信息可表示为各子载波所属网关 的集合
；其中表示子载波k分配网关序号为i ;因为 i e {U};若i=l，则子载波k分配给1号网关进行后续步骤的比特加载。
[0020] S4.按照最小子载波优化准则分配终端对应网关； 用电信息采集终端通过网关周期性将用电信息数据传送用电信息主站，具有终端传送 数据信息为固定值的业务特点，等价于宽带电力线OFDM通信系统每次OFDM单位符号内需 要子载波承载的终端比特数目也为固定值。
[0021] 采用最小子载波准则，给定每个终端传送的估计比特容量，在分配子载波同属一 个网关限制条件下，依次对每个终端分配承载终端用电信息数据比特的子载波资源，直至 所有终端子载波资源分配完毕为止。
[0022] 设一个OFDM单位符号内终端j需要传送用电信息数据比特数目记为：
（单位 bit)，则所述目标函数选择为终端j分配子载波数目为
，约束条件1为终端分配子载 波属于同一网关，约束条件2为终端分配子载波的可承载比特数之和大于
(?二j为向下取整运算，参数〃 € [[U.】），约束条件3为每个子载波只传送同一终端数据；满足 约束条件下的目标函数要求时子载波数目最小。
[0023] S5.网关对所属终端分配子载波资源； 按照多用户总功率资源分配最小优化准则，每个网关依次对所属多个终端进行子载 波资源分配，在满足终端用电信息发送比特数要求条件下，资源分配发送总功率(单位为毫 瓦，mW)最小。
[0024] 本方法中，所述目标函数选择为子载波发送总功率，约束条件1为每个终端j分配 子载波传送比特数之和大于ΧΓ 5，约束条件2为每个子载波只传送同一终端数据比特；满 足约束条件下的目标函数要求时子载波发送总功率最小。
[0025] S6.终端按照分配的子载波资源传送终端用电信息数据。
[0026] 每个终端按照分配子载波资源依次将用电信息数据比特传送至网关，最后到达用 电信息采集主站，完成终端的用电信息数据采集。
[0027] 以下通过一个具体算例来详细介绍本发明提供的这种用电信息采集的宽带电力 线通信资源分配方法。在本实施例中对比方法采用典型的单网关宽带电力线通信资源分配 方法(Max-min算法）： Sl :获取用电信息采集终端的电力线信道特性参数； 采用典型电力线信道环境参数设置：频带范围为〇~l〇MHz，系统总功率
，功 率谱上限为-60dBm/kHz，设置子载波总数Λ为16,则
终端 数目为4,终端用电采集速率要求lOkbit/s，
；仿真系统结构参照图2设置；对比 算法只包含网关1。本发明方法各步骤均是在一个OFDM符号周期（Ims)内完成的，实验仿 真100个OFDM符号周期后对性能指标进而统分析，以第16个OFDM符号周期内的具体操作 加以说明。
[0028] 用电信息采集终端的电力线信道信噪比等信道特性参数获取，以优选实施例中两 个网关和终端1部分单位功率信噪比数据为例，如表1