CN105450259B - 智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法 - Google Patents

智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法。该方法在目标误码率和固定功率分配的限制下，首先由多载波通信模块信道增益估计和帧前导数据得到子载波信噪比估计值和多子载波信噪比估计值，然后根据信噪比估计获得可以增加至OFDM符号的额外比特，最后由子载波的增量误码率将额外比特自适应的分配给对平均误码率影响最小的子载波，从而得到接近最优传输率的调制方法，降低了运算的复杂性并易于实现和应用。

Description

智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法
技术领域
本发明涉及一种用于智能抄表***多载波(OFDM,Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)通信模块的自适应调制方法。
背景技术
现有智能抄表***多载波通信模块，实现标准有G3标准OFDM电力线载波通信技术和PRIME标准OFDM电力线载波通信技术，PRIME标准与G3标准类似，所以这里以G3标准为例举例说明现有技术的缺点。G3标准在满足传输速率或误比特率的要求基础上，各个子载波在不同模式间切换，但每个子载波采用相同的调制方式和发送功率，运用关闭某些干扰严重的子载波来抗干扰，以最差时的信道状况设计调制和编码等参数，***包含用以克服最差条件的许多开销，这样做是以牺牲频谱利用率和信息传输率为代价来换取可靠性，主要缺点如下：
1.噪声干扰比较大的子载波其鲁棒性将会变弱，所以传输错误较严重，传输效率低。
2.对于信噪比较高的子载波，采用低传输效率的调制方式将浪费带宽。
3.所有子载波采用相同的调制和解调方式，将降低整个***的传输效率和抗干扰能力。
发明内容
本发明的目的是在给定目标误码率(BER,Bit Error Rate)和固定功率分配前提下为智能抄表***多载波通信模块提供一种最优传输率的非迭代自适应调制方法。
本发明提供的这种智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法，该方法包括如下步骤：
步骤1，初始化目标误码率PT，PT由多载波通信模块传输性能的要求确定，所有子载波固定功率分配；
步骤2，计算子载波信噪比(SNR,Signal Noise Ratio)γn；
步骤3，由子载波信噪比γn，在Pn＜PT的限制下，为每个子载波计算可预分配的比特位数bn，其中bn和Pn分别是每个子载波的比特和BER，并计算平均误码率
步骤4，由子载波信噪比γn和平均误码率计算当前多信道信噪比γmc和子载波的平均比特数
步骤5，在PT的限制下，由γmc计算每个子载波的最大平均比特位数和能够增加至OFDM符号的额外比特位I；
步骤6，当子载波的时计算这个子载波上的递增误码率ΔPn，即计算此子载波分配最大比特位数时，所增加的误码率，并将ΔPn按照值的升序排列；
步骤7，增加I个额外比特位至最低ΔPn的子载波。
本发明的有益效果是：本发明在目标误码率和固定功率分配的限制下，根据每个子载波的信噪比估计值和多子载波信噪比估计值，确定可分配给子载波的额外比特，并将其分配给对平均误码率影响最小的子载波，从而自适应的调整每个子载波的比特位数，得到接近最优传输率的调制方法，降低了运算的复杂性并易于实现和应用。
附图说明
图1是本发明智能抄表***多载波通信模块的***结构图。
图2是本发明智能抄表***多载波通信模块分组帧结构。
图3是本发明自适应调制的方法流程图。
具体实施方式
智能抄表***电力载波模块是直接面向实际承担数据传输的物理媒体电力线，是在电力线之上为上层应用数据提供一个传输原始比特流的物理连接，所以电力载波模块直接面对电力线的各种干扰和衰减。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，智能抄表***多载波通信模块发送端包括前向错误控制编码器以及OFDM调制模块。待传输数据先进行串扰，RS编码，卷积编码，交织处理，再进行自适应调制并送去做IFFT变换。相应的接收端的结构与发送端正好相反，接收到的数据先进行符号同步，然后进行FFT变换，同时对信道进行估计。FFT变换后的数据进行解调，将多进制数据位变成2进制数据码流，之后进行解交织，Viterbi解码，解串扰处理，最后得到传输端数据。
低压电力线的频率衰减特性，决定了不同的子载波具有不同的噪声干扰，而在带宽和传输功率一定的前提下，为了提高OFDM***的传输容量，在OFDM载波模块中采用自适应调制方式，根据载波信道SNR估计动态分配比特。
如图2所示，本发明智能抄表***多载波通信模块分组帧结构包括前导，帧控制头和数据段。前导序列由8个完全相同的符号和1.5个与之倒相的符号组成，使用这完全相同的8个符号和接收端信道增益估计来获得子载波的SNR，根据下式计算子载波信噪比：
n＝1,2,...,N，其中ρn，Hn和分别是第n个子载波的信号功率，信道增益估计和噪声功率，N是被用到的子载波数。因为前导序列已知，所以子载波信号功率ρn已知，信道增益Hn由信道估计获得，噪声功率由接收端前导序列功率与ρn×|Hn|2相减得到。
帧控制头包含解调数据帧的重要信息。帧控制头之后是数据符号，称为负载。
下面结合图3说明本发明提供的这种智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法，该方法具体实施步骤：
步骤1，初始化目标误码率PT，所有子载波固定功率分配；
步骤2，由上一帧的前导数据和信道增益估计值Hn计算子载波信噪比(SNR,SignalNoise Ratio)：
n＝1,2,...,N，其中ρn，Hn和分别是第n个子载波的信号功率，信道增益估计值和噪声功率，N是被用到的子载波数；
步骤3，由子载波信噪比γn，在Pn＜PT的限制下，为每个子载波计算可预分配的比特位数bn和子载波平均误码率
其中，bn和Pn分别是每个子载波的比特和BER；
步骤4，由子载波信噪比γn和平均误码率计算当前多信道信噪比γmc和子载波的平均比特数
其中，和分别是子载波的平均比特数和平均BER，γmc是多信道信噪比；
步骤5，在PT的限制下，由γmc计算每个子载波的最大平均比特位数
步骤6，计算能够增加至OFDM符号的额外比特位：
步骤7，当子载波的时计算这个子载波上的增量误码率ΔPn，即计算此子载波分配最大比特位数时，所增加的误码率：
n＝1,2,...,N，其中是第n个子载波采用最大比特调制时的误码率，并将ΔPn按照值的升序排列。
步骤8，增加I个额外比特位至最低ΔPn的子载波。方法是对每个最低ΔPn子载波分配最大比特位数，即采用***所允许的最高阶调制，直至所有I个额外比特分配完毕或最低ΔPn子载波均分配完最大比特位数。

Claims (3)

1.一种智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法，该方法通过配套公式计算可以增加至当前符号子载波的额外比特，并找出所有子载波中对平均误码率影响最小的子载波进行分配，其特征在于：所述的智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法包括如下步骤：
步骤1，初始化目标误码率PT，PT由多载波通信模块传输性能的要求确定，所有子载波固定功率分配；
步骤2，计算子载波信噪比(SNR,Signal Noise Ratio)γn；
步骤3，由子载波信噪比γn，在Pn<PT的限制下，为每个子载波计算最大可预分配的比特位数bn，其中bn和Pn分别是每个子载波的比特和误码率(BER，Bit Error Rate)，并计算平均误码率
步骤4，由子载波信噪比γn和平均误码率计算当前多信道信噪比γmc和子载波的平均比特数
步骤5，在PT的限制下，由γmc计算每个子载波的最大平均比特位数和能够增加至OFDM符号的额外比特位I；
步骤6，当子载波的时计算这个子载波上的递增误码率ΔPn，即计算此子载波分配最大比特位数时，所增加的误码率，并将ΔPn按照值的升序排列；
步骤7，增加I个额外比特位至最低ΔPn的子载波。
2.根据权利要求1所述的智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法，其特征在于，所述计算子载波信噪比，是用接收端的前导数据和信道估计值计算子载波信噪比。
3.根据权利要求1所述的智能抄表***多载波通信模块自适应调制方法，其特征在于，所述增加I个额外比特位至最低ΔPn子载波，是对每个最低ΔPn子载波分配最大比特位数，即采用***所允许的最高阶调制，直至所有I个额外比特分配完毕或最低ΔPn子载波均分配完最大比特位。
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