专利名称：一种应用于电力线通信的子载波分配方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力载波通信技术领域，尤其涉及一种应用于电力载波通信的子载波分配方法与相应装置。
背景技术：
电力线载波通信(PLC)技术是利用现有电力网作为信道，实现数据传递和信息交互的新兴技术。由于电网覆盖范围广、建设成本低、架构趋于完善等诸多优点，借助于电力网进行数据通信的应用场合越来越多，比如智能小区系统、自动抄表系统、家居智能化系统，具有十分广阔的应用前景。然而，由于电力线本身并非专为传输通信信号而设计，相对于其它有线通信信道而言，其传输环境恶劣、多径衰减严重、噪声干扰明显，数据传输速率较低、误码率较高，这些问题成为电力载波技术发展的瓶颈。为突破上述技术瓶颈，人们对电力载波通信技术的帧结构设计、子载波分配方式进行了有效探索。附图1示出了一种应用于电力线载波的子载波分配方法。尽管采用上述载波分配方法，电力载波通信的数据传输速率提高到200 300Mbps，但是，这些改进仍然不能满足人们对电力载波通信的数据传输速率和准确性的要求。
发明内容
有鉴于现有技术中电力载波通信数据传输速率较低的问题，本发明的发明目的在于提供一种应用于电力线载波通信的子载波分配方法和相应装置，该方法和装置充分考虑不同业务的Qos要求、不同信道的传输情况等多种因素，以避免信道干扰、提高信号传输质量和速率。本发明实施例提供的应用于电力载波通信的子载波分配方法包括获取OFDM符号中的子载波的信噪比；将所述子载波信噪比与预设信噪比进行比较，选出信噪比大于预设信噪比的子载波；将选取的子载波的信噪比与该子载波所在节点的信噪比裕值进行除法运算，对相除的结果加上1后求取对数，得到所述选取的子载波的可发送的比数；读取预设节点优先级表，根据所述节点的优先级次序分配子载波。优选地，所述根据节点的优先级次序分配子载波包括将可发送的比特数大的子载波分配给优先级高的节点，将可发送的比特数小的子载波分配给优先级低的节点。优选地，所述方法还包括在向节点分配一个子载波后，获取该节点的实际数据传输速率；将节点的实际数据传输速率与预设目标速率进行比较，如果实际数据传输速率小于预设目标速率，则按照预设目标速率的要求，向该节点增加分配子载波。优选地，所述方法还包括
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在向节点分配一个子载波后，获取该节点的实际数据传输速率；将节点的实际数据传输速率与预设最小速率进行比较，如果实际数据传输速率与预设最小速率之差大于预设速率差值，则按照预设速率差值的要求，向所述节点重新分配一个子载波。优选地，在选出信噪比大于预设信噪比的子载波后，将选出的子载波信噪比与预设信噪比进行比较，如果子载波信噪比与预设信噪比值之差小于预设信噪比差值，则将所述子载波放大预设倍数。本发明实施例还提供了一种应用于电力载波通信的子载波分配装置，该装置包括第一获取单元、第一比较单元、计算单元和分配单元，其中所述第一获取单元，用于获取OFDM符号中的子载波的信噪比；所述第一比较单元，用于将所述子载波信噪比与预设信噪比进行比较，选出信噪比大于预设信噪比的子载波；所述计算单元，用于将选取的子载波的信噪比与该子载波所在节点的信噪比裕值进行除法运算，对相除的结果加上1后求取对数以得到所述选取的子载波的可发送的比特数；所述分配单元，用于读取预设节点优先级，根据所述节点的优先级次序分配子载波。优选地，所述分配单元分配子载波时，将可发送的比特数大的子载波分配给优先级高的节点，将可发送的比特数小的子载波分配给优先级低的节点。优选地，所述装置还包括第二获取单元和第二比较单元，所述第二获取单元用于在向节点分配一个子载波后获取该节点的实际数据传输速率；所述第二比较单元用于将节点的实际数据传输速率与预设目标速率进行比较，如果实际数据传输速率小于预设目标速率，则调用分配单元按照预设目标速率的要求，向该节点增加分配子载波。优选地，所述装置还包括第三获取单元和第三比较单元，所述第二获取单元用于在向节点分配一个子载波后获取该节点的实际数据传输速率；所述第三比较单元用于将节点的实际数据传输速率与预设最小速率进行比较，如果实际数据传输速率与预设最小速率之差大于预设速率差值，则调用分配单元按照预设速率差值的要求，向所述节点重新分配一个子载波。优选地，所述装置还包括第四比较单元，用于在选出信噪比大于预设信噪比的子载波后，将选出的子载波信噪比与预设信噪比进行比较，如果子载波信噪比与预设信噪比值之差小于预设信噪比差值，则将所述子载波放大预设倍数。本发明实施例提供的技术方案将子载波的信噪比与预设信噪比进行比较，选出大于预设信噪比的子载波作为可用子载波，在选出的子载波基础上，计算出各子载波能够发送的比特数，然后根据子载波能够发送的比特数对具有不同优先级的节点分配子载波。与现有技术相比，本发明实施例考虑了各节点当前子载波的具体情况，在剔除不可用的子载波后，根据节点优先级不同按照一定的规则向各节点分配子载波，该方式提高各节点的数据传输速率。
图1为本发明的一个方法实施例的流程图；图2为图1所述的方法实施例的实现架构图；图3为基于图1所述方法实施例的一种帧结构图；图4为本发明又一个方法实施例的流程图；图5为本发明装置实施例的结构图。
具体实施例方式本发明的主要思想是按照不同的业务Qos要求为从节点用户设置不同的优先级， 然后根据优先级利用不同的优化目标进行资源分配，从而提高了电力载波通信的数据传输速率，减少了数据传输的误码率。为便于理解本发明的技术特征、技术方案，下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍。参见附图1，该图示出了本发明实施例提供的一种应用于电力线通信的子载波分配方法，该方法包括步骤101 获取OFDM符号中的子载波的信噪比SNRk,n ；OFDM 是英文 Orthogonal Frequency Division Multiplexing 的缩写，即正交频分复用技术，它的传输信道被划分为若干正交子信道，将高速数据信号被转换成并行的低速子数据流后，调制到在每个子信道上进行传输。OFDM的信号相互正交，每个子信道平坦衰落，传输过程中信号间产生串扰的可能减小，信道均衡变得相对容易。基于OFDM的一系列优点，电力线通信广泛采用这种技术，由于不同子信道上的信噪比不同，本实施例先获取 OFDM符号中的子载波的信噪比，具体获得信噪比的方法现有技术已经公开，这里不再赘述。步骤102 将所述子载波信噪比与预设信噪比进行比较，选出信噪比大于预设信噪比SNRTh的子载波；在OFDM符号中的多个子信道中，由于不同的信道噪声状况不同，数据传输的效果纯在差异，对于噪声较大，严重影响数据传输的信道应当剔除掉，为此，按照步骤201获得子载波的信噪比后，将子载波信噪比与预设信噪比进行比较，将信噪比大于预设信噪比的子载波选取出来作为可用子载波；这里的预设信噪比可根据实际情况或经验设置，由于实际情况的复杂性和经验的非量化性，本实施例在考虑节点的发射功率和纠错编码条件基础上，选择满足目标通信BER(误码率)的最小信噪比，具体设置过程包括按照如下的公式计算得到各节点的子载波的信噪比SNRk, n = (2m-1) Q-1 [BERk/4] 7 (3gk, npk, n)式中《―1是误差函数的逆函数，M是MQAM调制方式对应的比特数，BE&是第k节点的目标误码率，是第k节点的第η个子载波的信道纠错编码增益、Pk,n是第k节点的第η个子载波的发射功率。然后按照如下公式选取信噪比最小的子载波的信噪比SNRTh作为预设信噪比阈值 SNRlhoSNRra=Itiin(^n)步骤103 将选取的子载波的信噪比与该子载波所在节点的信噪比裕值进行除法
运算，对相除的结果加上1后求取对数，得到所述选取的子载波的可发送的比特数；
在满足目标通信BER条件下的各可用子载波能够发送的比特数大小涉及到信道数据传输速率，为此，在进行子载波分配之前，需要先计算出各子载波的比特数发送比特数，具体计算时可按照如下公式进行bk,n= log2(l+SNRk,n/rk)式中bi,n为每个子载波能够发送的比特数，Γ = -ln(5BERk)/l. 5为信噪比的裕值。步骤104 读取预设节点优先级表，根据所述节点的优先级次序分配子载波。各个节点由于自身业务不同，所需要QoS保障水平存在差异，通常可根据各节点的具体情况设置节点的优先级，节点的优先级也可根据实际情况考虑其他因素后确定；获得节点的优先级后，即可根据节点优先级次序分配子载波，具体分配方法可以是将可发送比特数大的子载波分配给优先级高的节点，将可发送比特数小的子载波分分配给优先级低的节点，以优先满足级别高的节点的数据传输速率的需要，从而整体上提升数据信道传输速率。本实施例提供的技术方案将子载波的信噪比与预设信噪比进行比较，选出大于预设信噪比的子载波作为可用子载波，在选出的子载波基础上，计算出各子载波能够发送的比特数，然后根据子载波能够发送的比特数对具有不同优先级的节点分配子载波。与现有技术相比，本实施例考虑了各节点当前子载波的具体情况，在剔除不可用的子载波后，根据节点优先级不同按照一定的规则向各节点分配子载波，该方式提高了各节点的数据传输速率。根据申请人的测验，采用本实施例的技术方案进行数据传输的速率可达到l(ibps以上， 远远高于当前电力线通信的传输速率。图2示出了本实施例的一种实现架构。在该架构中电力线通信网络采用主从式组网方式，即网络的最小单元包括一个中心节点和多个从节点，中心节点起到基站和中继的作用，设置有负责向本单元内从节点传输指令和数据，从节点对应用户终端，用于接收中心节点发送的指令和数据。在采用OFDM技术中，OFDM符号中的子载波可分成多组，每组构成一个子信道。数据传输时，如果是下行方向，一个子信道可指定给位于从节点侧的不同的接收机，中心节点产生若干数据流后，每个数据流发送给不同的从节点，因此，不同的从节点在时间上是并行发送数据；如果是上行方向，每个逻辑流由一个从节点产生，一个发射机可以分配一个或多个子信道，几个发射机可并行发送数据。图3示出了本实施例的一种帧结构。在该帧结构中，帧与帧之间采用时分复用方式组成，每帧包括上行子帧和下行子帧，上行子帧与下行子帧之间间隔一个TTG。下行子帧包括训练序列、FCH、下行数据等字段；上行子帧包括初始测距、带宽请求和上行数据、RTG 等字段。本帧结构中的训练序列采用零相关区码该码在零相关区内自相关性为冲激响应， 互相关性为零。值得注意的是本发明的编码采用级联方案外码为RS055，239)系统码，通过截断支持多种码率。每个码元取自域GF056)，其域生成多项式为p(x) =x8+x4+x3+x2+l0 码生成多项式g (χ) = (x+X^OOc+XOOc+Xs^hOc+X15)。内码采用约束长度为7，原码率为1/2，生成多项式为(171，13；3)的卷积码，通过删余支持1/2、2/3、3/4和5/6等多种码率。 卷积码对每一个RS编码以后的数据块进行编码。通过RS码和卷积码的多种码率组合，支持不同的数据块大小和自适应编码调制。编码后的比特经过交织后再进行调制。交织器采用随机交织，通过两步骤的排序处理来确定。第一步确保相邻编码比特映射到不相邻的子载波上；第二步保证相邻编码比特交替映射到星座的低或高比特位上，这样可避免长期使用不可靠的比特。本发明的调制方式可选择中的一种或多种BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM、 10MQAM和4096QAM，以适应电力线信道中不同链路、不同子载波之间的信道比差异，充分利用信道资源。物理层通过配置RS码和卷积码的码率，结合各阶QAM调制，并采用不同的子载波选择方式，支持多重数据传输速率。本发明使用频段优选为0-50MHZ或O-IOOMHz，支持50MHz和IOOMHz带宽两种模式。调制的基本参数可采用表1所示的参数。表1:0FDMA调制参数
权利要求
1.一种应用于电力线通信的子载波分配方法，其特征在于，该方法包括 获取OFDM符号中的子载波的信噪比；将所述子载波信噪比与预设信噪比进行比较，选出信噪比大于预设信噪比的子载波； 将选取的子载波的信噪比与该子载波所在节点的信噪比裕值进行除法运算，对相除的结果加上1后求取对数，得到所述选取的子载波的可发送的比特数； 读取预设节点优先级表，根据所述节点的优先级次序分配子载波。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据节点的优先级次序分配子载波包括将可发送的比特数大的子载波分配给优先级高的节点，将可发送的比特数小的子载波分配给优先级低的节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 在向节点分配一个子载波后，获取该节点的实际数据传输速率；将节点的实际数据传输速率与预设目标速率进行比较，如果实际数据传输速率小于预设目标速率，则按照预设目标速率的要求，向该节点增加分配子载波。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 在向节点分配一个子载波后，获取该节点的实际数据传输速率；将节点的实际数据传输速率与预设最小速率进行比较，如果实际数据传输速率与预设最小速率之差大于预设速率差值，则按照预设速率差值的要求，向所述节点重新分配一个子载波。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在选出信噪比大于预设信噪比的子载波后，将选出的子载波信噪比与预设信噪比进行比较，如果子载波信噪比与预设信噪比值之差小于预设信噪比差值，则将所述子载波放大预设倍数。
6.一种应用于电力线通信的子载波分配装置，其特征在于，该装置包括第一获取单元、第一比较单元、计算单元和分配单元，其中所述第一获取单元，用于获取OFDM符号中的子载波的信噪比； 所述第一比较单元，用于将所述子载波信噪比与预设信噪比进行比较，选出信噪比大于预设信噪比的子载波；所述计算单元，用于将选取的子载波的信噪比与该子载波所在节点的信噪比裕值进行除法运算，对相除的结果加上1后求取对数以得到所述选取的子载波的可发送的比特数； 所述分配单元，用于读取预设节点优先级，根据所述节点的优先级次序分配子载波。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分配单元分配子载波时，将可发送的比特数大的子载波分配给优先级高的节点，将可发送的比特数小的子载波分配给优先级低的节点。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二获取单元和第二比较单元，所述第二获取单元用于在向节点分配一个子载波后获取该节点的实际数据传输速率；所述第二比较单元用于将节点的实际数据传输速率与预设目标速率进行比较，如果实际数据传输速率小于预设目标速率，则调用分配单元按照预设目标速率的要求，向该节点增加分配子载波。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三获取单元和第三比较单元，所述第二获取单元用于在向节点分配一个子载波后获取该节点的实际数据传输速率；所述第三比较单元用于将节点的实际数据传输速率与预设最小速率进行比较，如果实际数据传输速率与预设最小速率之差大于预设速率差值，则调用分配单元按照预设速率差值的要求，向所述节点重新分配一个子载波。
10.根据权利要求6至9中任何一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第四比较单元，用于在选出信噪比大于预设信噪比的子载波后，将选出的子载波信噪比与预设信噪比进行比较，如果子载波信噪比与预设信噪比值之差小于预设信噪比差值，则将所述子载波放大预设倍数。
全文摘要
本发明实施例提供了一种应用于电力线通信的子载波分配方法。该方法包括获取OFDM符号中的子载波的信噪比；将所述子载波信噪比与预设信噪比进行比较，选出信噪比大于预设信噪比的子载波；将选取的子载波的信噪比与该子载波所在节点的信噪比裕值进行除法运算，对相除的结果加上1后求取对数，得到所述选取的子载波的可发送的比特数；读取预设节点优先级表，根据所述节点的优先级次序分配子载波。本发明实施例还提供了一种应用于电力线通信的子载波分配装置。本发明实施例的技术方案提高了电力线通信的数据传输速率。
文档编号H04L5/00GK102497259SQ20111039798
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者胡国荣, 郝学飞 申请人:中国科学院微电子研究所