专利名称：低压电力线载波通信的自适应调整系统及方法
技术领域：
本发明涉及用于低压电力线载波通信的自适应调整的系统及方法。
背景技术：
低压电力线载波通信是电力通信系统中最基本的一种通信方式，它是利用电力线 作为传输通道，不需单独架设线路和维护线路，而且电力线路结构坚固，因此电力线载波通 信也是电力系统中特有的通信方式，目前已广泛应用于集中抄表、智能家居、智能楼宇等领 域。然而低压电力线网络结构和负荷复杂、工作环境恶劣、信号衰减大，低压电力线信道噪 声干扰和时变衰减是其固有的缺陷，这造成了电力线传输数据速率较低、可靠性也比较差， 严重制约了电力线载波通信技术的推广应用。目前国家正在大力推动智能电网的建设，而 低压载波通信作为一种解决智能电网中存在的“最后一公里”问题的重要技术手段，将会发 挥越来越大的作用。因此解决低压电力线载波通信的可靠性、提高通信速率成为了发展低 压载波通信技术的关键。扩频通信是目前电力线载波通信领域应用较为广泛的一种通信技术。该技术虽然 具有抗干扰能力强，保密性好，抗衰落、抗多径干扰能力强，具有多址能力、易于实现码多分 址等优点，然而在实际应用过程中还不尽如人意，存在通信成功率不高、通信速率较慢等问 题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低压电力线载波通信的自适应调整系统及方法，对电力 线扩频载波通信的关键参数自动调整，以提高电力线载波通信可靠性，降低误码率。为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种低电压电力线载波通信的自适应 调整系统，其特征在于，包括输入信号调理模块，将输入信号通过放大、滤波等操作转换成 采集设备能够识别的标准信号；采样及滤波模块，将时间上、幅值上都连续的模拟信号，转 换成时间上离散、幅值上连续的离散模拟信号，并进行数字滤波处理；链路质量检测模块， 检测当前通信链路质量，并将检测结果输入到自适应调整算法；信号强度检测模块，检测当 前环境下的信号强度，并将检测结果输入到自适应调整算法；综合差错检测模块，检测当前 通信系统中最终误码率、通信成功率等参数，并将检测结果输入到自适应调整算法模块；自 适应调整算法模块，根据动态检测到的链路质量、信号强度、综合误差这些参数，自动优化 调整符号判决的阈值；及符号判决模块，根据检测到的信号，结合符号判决阈值，判决出通 信符号。上述自适应调整算法模块包括模糊归一化模块，将检测到的单位量纲不同的数 据转换为无量纲的数据，同时进行模糊化处理；模糊规则模块，包含一系列模糊推理规则， 为推理机模块提供推理依据；推理机模块，根据模糊规则进行模糊推理，确定推理结果，即 最优判决阈值调整量的模糊语言值；决策判决阈值模块，将推理机确定的判决阈值调整量 的模糊语言值进行逆模糊化处理，变换成可实际应用的符号判决阈值。
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—种低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于，包括(1)将输入信 号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号；(2)将时间上、幅值上都连 续的标准信号，转换成时间上离散、幅值上连续的离散模拟信号，并进行数字滤波处理；(3) 根据检测到的信号，结合符号判决阈值，判决出通信数据符号；其中，通过检测当前通信链 路质量、当前环境下的信号强度、当前通信系统中的综合误差，并将检测结果输入到自适应 调整算法，自动优化调整符号判决的阈值。本发明提出的自适应调整系统及方法，通过检验通信系统的链路质量、信号强度 及综合差错等参数，自动跟踪并调整扩频通信判决阈值，使通信系统性能达到最优，即通信 成功率在当前工作环境下达到最高值。解决了载波扩频通信通信成功率不高的问题，提高 了通信成功率。
图1是本发明载波通信自适应调整方法的原理示意图。图2是输入信号与标准信号示意图。图3是采样过程示意图。图4是自适应调整算法模块原理框图。以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施例方式如图1所示，本实施例提供的低电压电力线载波通信的自适应调整系统包括七个 功能模块，下面结合附图分别说明。输入信号调理模块，将输入信号通过放大、滤波操作转换成采集设备(AD转换单 元)能够识别的标准信号；该功能模块由硬件电路实现，通过集成运放、RC带通滤波电路完 成信号调理功能。图2a为输入信号示意图，图2b为经过放大、滤波处理后的标准信号示意 图。采样及滤波模块，将上述时间上、幅值上都连续的标准信号，转换成时间上离散、 幅值上连续的离散模拟信号，并进行数字滤波处理。图3a为模拟信号，图3b为等间隔采样 后的离散模拟信号。根据奈奎斯特采样定理，采样频率至少要为信号最高频率的两倍，在具 体实施时本发明采用4倍频采样及Tchebyshev带通滤波器进行数字滤波。链路质量检测模块，检测当前通信链路质量，并将检测结果输入到自适应调整算 法；链路质量检测包括三个步骤数字鉴频、数字解调、相关运算，相关运算结果即为链路 质量。信号强度检测模块，检测当前环境下的信号强度，并将检测结果输入到自适应调 整算法；信号强度检测采用滑窗式计算方法，将采样到的数据按时间积分，即得到当前信号 强度。综合差错检测模块，检测当前通信系统的综合差错，本实施例中综合差错包括误 码率及通信成功率，并将检测结果输入到自适应调整算法模块。误码率通过码元匹配的方 法检测，即码元匹配率；通信成功率通过帧校验来检测，若帧校验错误或帧不完整则通信失 败一次，反之则通信成功一次，统计一段时间内的通信次数及通信成功次数，进而计算出通信成功率。综合考虑误码率及通信成功率，分别赋予误码率和通信成功率一个权重，即得到 综合差错率。自适应调整算法模块，根据动态检测到的链路质量、信号强度、综合差错这些参 数，自动优化调整符号判决的阈值。符号判决模块，根据检测到的信号，结合符号判决阈值，判决出通信符号。如图4所示，本实施例中，自适应调整算法模块包括四个子模块，下面分别详细说 明。模糊归一化模块由于检测到的数据的单位量纲不同，需转换为无量纲的数据，同 时进行模糊化处理，以便进行后续模糊推理。数据的归一化采用以下归一化公式，规一化到为Y的量程范围，y为规一
φ-α) 2
化的输出。规一化后的数据将进行模糊化处理，分别根据各检测数据(链路质量、信号 强度、综合误差)的模糊档次划分，分别求出各数据量的模糊语言值emu、Ekssi、Ef。s。另 为使变量Y的模糊论域划分无混叠、无空档，同时零档划分要保证控制精度，本实施 例模糊化规则如下模糊档次划分采用不均勻分档，分为7个档次。并且设计零档区
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间值最小，随着档次增大，相应的区间值依次加大。B膠=,.
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？ sgn( ν)1 > [y|> 07sgw::.ν 丨O 7 > 2:0 4 ^模糊规则模块包含一系列模糊推理规则，为推理机提供推理依据，是自适应调整 算法的核心；模糊控制规则是模糊控制的依据，其形式如下IF条件1 AND条件2. . . AND条 件η THEN结论或动作。本实施例所采用的模糊规则包含有三个条件，分别为链路质量条件、信号强度 条件及综合误差条件，模糊规则的结论为符号判决阈值调整的模糊语言值EVal。下 面列出一条规则IF Efcs = 0 AND Elqu = -2 AND Eessi = -1 THEN Eval = -2 ；将 Efcs =0时的一系列规则汇总在一起，就得到了如下表所示的Ercs = 0时，由Ekssi和E·
推理出Eval的推理规则。同样的也可以整理出当Ercs为其他数值时的推理规则。
推理机模块根据模糊规则进行模糊推理运算，确定推理结果(即最优判决 阈值)的调整量的模糊语言值；决策判决阈值模块将推理机确定的模糊语言值进行 逆模糊化处理，变换成可实际应用的符号判决阈值。逆模糊化的过程采用以下公式
权利要求
一种低电压电力线载波通信的自适应调整系统，其特征在于，包括输入信号调理模块，将输入信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号；采样及滤波模块，将时间上、幅值上都连续的模拟信号，转换成时间上离散、幅值上连续的离散模拟信号，并进行数字滤波处理；链路质量检测模块，检测当前通信链路质量，并将检测结果输入到自适应调整算法；信号强度检测模块，检测当前环境下的信号强度，并将检测结果输入到自适应调整算法；综合差错检测模块，检测当前通信系统中最终误码率、通信成功率等参数，并将检测结果输入到自适应调整算法模块；自适应调整算法模块，根据动态检测到的链路质量、信号强度、综合误差这些参数，自动优化调整符号判决的阈值；符号判决模块，根据检测到的信号，结合符号判决阈值，判决出通信数据符号。
2.根据权利要求1所述的低电压电力线载波通信的自适应调整系统，其特征在于，所 述自适应调整算法模块包括模糊归一化模块，将检测到的单位量纲不同的数据转换为无量纲的数据，同时进行模 糊化处理；模糊规则模块，包含一系列模糊推理规则，为推理机模块提供推理依据；推理机模块，根据模糊规则进行模糊推理，确定最优判决阈值调整量的模糊语言值；决策判决阈值模块，将推理机确定的判决阈值调整量的模糊语言值进行逆模糊化处 理，变换成可实际应用的符号判决阈值。
3.一种低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于，包括(1)将输入信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号；(2)将时间上、幅值上都连续的标准信号，转换成时间上离散、幅值上连续的离散模拟 信号，并进行数字滤波处理；(3)根据检测到的信号，结合符号判决阈值，判决出通信符号；其中，通过检测当前通 信链路质量、当前环境下的信号强度、当前通信系统中的综合误差，并将检测结果输入到自 适应调整算法，自动优化调整符号判决的阈值。
4.根据权利要求3所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于步 骤(2)中将连续信号转化为离散信号时采用四倍频采样及Tchebyshev带通滤波器进行数 字滤波。
5.根据权利要求3所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于通 过三个步骤检测当前通信链路质量，该三个步骤包括数字鉴频、数字解调、相关运算，相关 运算结果即为链路质量。
6.根据权利要求3所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于采 用滑窗式计算方法，将采样到的数据按时间积分，即得到当前环境下的信号强度。
7.根据权利要求3所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于所 述综合差错包括误码率及通信成功率；误码率通过码元匹配的方法检测；通信成功率通过 帧校验来检测，若帧校验错误或帧不完整则通信失败一次，反之则通信成功一次，统计一段时间内的通信次数及通信成功次数，进而计算出通信成功率；综合考虑误码率及通信成功 率，分别赋予误码率和通信成功率一个权重，即得到综合差错率。
8.根据权利要求3至7任意一项所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其 特征在于所述将检测结果输入到自适应调整算法自动优化调整符号判决的阈值，具体包 括①将检测到的当前通信链路质量、当前环境下的信号强度、当前通信系统中的综合误差 的数据转换为无量纲的数据，同时进行归一模糊化处理；②提供一系列模糊推理规则，作为 推理依据；③根据模糊规则进行模糊推理，确定最优判决阈值调整量的模糊语言值；④将 推理确定的判决阈值调整量的模糊语言值进行逆模糊化处理，变换成可实际应用的符号判 决阈值。
9.根据权利要求8所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于所 述数据的归一化采用以下归一化公式，规一化到[-1 1]的范围内
10.根据权利要求9所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于所 述数据的模糊化处理中，分别根据当前通信链路质量、当前环境下的信号强度、当前通信系 统中的综合误差的模糊档次划分，分别求出各数据量的模糊语言值Emu、Ekssi、Ef。s ；模糊化规 则如下模糊档次划分采用不均勻分档，分为7个档次，并且设计零档区间值最小，随着档 次增大，相应的区间值依次加大。
11.根据权利要求10所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于 所述模糊化规则如下
12.根据权利要求11所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于 所述模糊推理规则形式如下IF Efcs = AND Elqu = ？ AND Eessi = THEN Eval = ；Eval 为符号判决阀值调整的模 糊语言值。
13.根据权利要求12所述的低电压电力线载波通信的自适应调整方法，其特征在于 所述逆模糊化的过程采用以下公式
全文摘要
本发明的目的是提供一种低压电力线载波通信的自适应调整系统及方法，对电力线扩频载波通信的关键参数自动调整，以提高电力线载波通信可靠性，降低误码率。自适应调整系统包括输入信号调理模块、采样及滤波模块、链路质量检测模块、信号强度检测模块、综合差错检测模块、自适应调整算法模块、符号判决模块；其中，自适应调整算法模块包括模糊归一化、模糊规则、推理机、决策判决阈值四个部分。本发明通过检验通信系统的链路质量、信号强度及综合差错等参数，自动跟踪并调整扩频通信判决阈值，使通信系统性能达到最优，即通信成功率在当前工作环境下达到最高值。
文档编号H04B3/54GK101944935SQ20101019385
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者刘述刚, 史谦, 崔宇昊, 康希, 张波, 李开信, 许永平, 邓延 申请人:珠海中慧微电子有限公司