CN101814935A - 电力线通信系统中的自适应调制器 - Google Patents

电力线通信系统中的自适应调制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力线通信系统的自适应调制器，包括卷积编码效率模块、调制模块、自适应控制模块、信噪比估计模块。其特征在于：接收端通过信噪比估计模块估计信道质量参数，接收端根据信噪比值选择合适的编码效率和调制方式进行编码，产生不同的传输速率。通过本技术方案，使得电力线通信系统可以根据信道情况动态的改变调制参数，在满足误码率的前提下有效提高了系统的数据传输率。

Description

电力线通信系统中的自适应调制器
技术领域
本发明涉及电力线通信领域，具有完成编码效率、调制方式和传输速率可以根据电力线信道情况进行自动切换的全数字调制器功能，适用于多种编码方式的电力线基带通信系统。
背景技术
电力线作用电力线通信系统中的通信介质，具有频率选择性衰落，时变信道，大量的有色和时变背景噪声等缺点。由于电力线信道的频率选择性衰落和时变性，每个子载波信道的频域响应互不相同且随频率和时间的变化而发生变化。因此，为了保证电力线通信的数据传输率和传输质量，可以采用自适应调制算法。自适应调制算法根据电力线信道的情况动态的改变调制参数，在信道条件好的时候选择高阶调制参数，在信道条件恶劣的时候，采用低阶调制参数或者停止传输数据，因此提高了系统容量，改善系统性能，提高频谱利用率和信息传输速率。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种自适应调制器，主要应用信道情况复杂多变的电力线通信系统。该自适应调制器通过在接收端进行信道估计，估算出能反映信道情况的特征参数信噪比，将信噪比估计值反馈到自适应控制模块，通过自适应控制模块来选择合适的编码效率和调制方式。
本发明的优越性在于，能够随时检测电力线信道的质量情况，并根据信道情况选择和匹配最佳的调制参数，能够在256Kbps、512Kbps、768Kbps和1024Kbps四个传输速率上进行自动切换，在保证最小误码率的基础上获得最大的数据传输率，提高了系统的传输性能。
附图说明
图1为自适应调制器原理结构框图
图2为信噪比估计模块实现框图
图3为卷积编码效率模块原理框图
图4为调制模块原理框图
图5为具体实现方式流程图
具体实施方式
如图1的自适应调制器原理结构框图所示，本发明的调制器主要包括卷积编码效率模块101，调制方式模块102，自适应控制模块103，信噪比估计模块104。
其中卷积编码效率模块101有两个输入信号，一个为数据信号端，对输入的数据进行卷积编码；一个是卷积编码效率选择信号，由自适应控制模块103产生，用来选择1/2或者3/4卷积编码效率。产生的编码数据输出信号送到调制模块进行调制。
调制模块102有两个输入信号，一个为数据信号端，对输入的数据进行QAM调制；一个是调制方式选择信号，由自适应控制模块103产生，用来选择16QAM或者64QAM调制方式。最后输出信号就是调制后的数据。
自适应控制模块103有一个输入信号和两个输出信号，输入信号与信噪比估计模块104相连，将信噪比估计模块104与预置的信噪比门限比较获得合适的卷积编码效率和调制方式。两个输出信号分别与卷积编码效率模块101与调制方式模块102相连，并用来控制上述两个模块。
信噪比估计模块104和自适应控制模块103相连，信噪比估计模块104估计接收端的信噪比值并将该值反馈给自适应控制模块103。四种传输速率在误码率BER＝1×10-5条件下的编码效率和调制方式所对应的信噪比门限理论值如表1所示：
表1BER＝1×10-5条件下的信噪比门限理论值
  传输速率   卷积编码效率   调制方式   信噪比门限理论值(dB)
  256Kbps   1/2   16QAM   15.9
  512Kbps   3/4   16QAM   17.7
  768Kbps   1/2   64QAM   20.9
  1024Kbps   3/4   64QAM   23.8
信噪比估算的公式为：
SNR = 2 < | H k | 2 > < | H k - H k &prime; | 2 >
其中Hk和H′k分别为接收端接收到的前后两个符号的信道估计值。
根据信噪比估算的原理设计的信噪比估计模块实现框图如图2所示，其中ROM201，ROM204分别用来保存前后两个符号的信道估计值Hk和H′k。减法器205实现Hk和H′k的相减功能，乘法累加器202，乘法累加器206用来计算Hk和H′k的自乘积累加求和功能，乘法器203将Hk的自乘积累加结果乘以系数2，经过除法器207的计算最后得到信噪比估计值。
如图3的卷积编码效率模块原理框图所示，卷积编码效率选择器301根据自适应控制模块提供的控制信号产生卷积编码效率选择信号eff，当eff＝0时，卷积效率1/2编码器302开始工作，当eff＝1时，卷积效率3/4编码器303开始工作。
如图4的调制模块原理框图所示，调制方式选择器401根据自适应控制模块提供的控制信号产生调制方式选择信号mod，当mod＝0时，16QAM调制器402开始工作，当mod＝1时，64QAM调制器403开始工作。
如图5所示为本发明的具体实现方式流程图，首先搭建通信模型仿真获得各种传输速率的理想信噪比门限值表。然后将信噪比估计模块计算得到的信噪比值和理想信噪比门限值表进行查找，获得合适的编码效率和调制方式，以及对应的传输速率。最后自适应控制模块产生对应的控制信号，控制卷积编码效率模块和调制模块进行数据的编码和调制工作。
本发明适用于噪声干扰大且复杂多变的电力线信道，可以根据电力线信道质量情况的变化选择合适的编码效率和调制方式，可以有效的降低系统的误码率性能并提高系统的传输速率。本发明不仅适用于模型复杂的电力线信道，也适用于模型相对简单的无线信道，具有极大的应用范围和极高的应用价值。

Claims (5)

1.一种应用于电力线通信系统的自适应调制器，其特征在于调制方式和传输速率可以根据电力线信道情况进行自动切换，以选择合适的传输速率进行数据的传输。包括卷积编码效率模块，调制模块，信噪比估计模块，以及与上述各模块并接的自适应控制模块。
2.根据权利要求1所述的自适应调制器，其特征在于：信噪比估计模块估算接收端的信道响应值和代表信道质量情况的参数信噪比值，并将信噪比值反馈到自适应控制模块。
3.根据权利要求1所述的自适应调制器，其特征在于：自适应控制模块根据信噪比估计值产生的控制信号来控制卷积编码效率模块和调制模块。
4.根据权利要求1所述的自适应调制器，其特征在于：卷积编码效率模块包括卷积1/2编码效率，卷积3/4编码效率，卷积编码效率模式选择器；卷积编码效率模式选择器用于选择卷积编码效率模式信号，其输入端与自适应控制模块的输出端相连，当卷积编码效率模式信号eff＝0时，卷积编码效率模块采用1/2编码效率，当卷积编码效率模式信号eff＝0时，卷积编码效率模块采用3/4编码效率。
5.根据权利要求1所述的自适应调制器，其特征在于：调制模块包括16QAM调制器，64QAM调制器和调制模式选择器；调制模式选择器用于选择调制模式信号，其输入端与自适应控制模块的输出端相连，当调制模式信号mod＝0时，16QAM调制器对编码后的数据进行调制处理，当调制模式信号mod＝1时，64QAM调制器对编码后的数据进行调制处理。
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