CN108712355B - 一种plc设备动态选择调制类型的方法 - Google Patents

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Abstract

一种PLC设备动态选择调制类型的方法，首先计算每个子载波上分配的比特数Cn，然后计算每一个OFDM符号上可发送的最大比特数与必须发送的最小比特数的差值在每个子载波上的平均值d，最后分别计算每个子载波上分配的比特数Cn与平均值d的差值
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，并根据差值
Figure 81463DEST_PATH_IMAGE002
的大小确定每个子载波对应的调制方法。本发明显著改善了两个PLC设备之间丢包率、报文传输时间间隔的抖动、以及时延性能，提高了抗衰减能力，增强了实时传输能力。

Description

一种PLC设备动态选择调制类型的方法
技术领域
本发明涉及一种PLC设备动态选择调制类型的方法。
背景技术
宽带电力线载波通信系统的一大优势就是利用既有线路，无需新增布线来完成通信。这些既有线路可以是电力线，也可以是诸如双绞线、同轴电缆、电梯随行电缆之类的有线电信道。这些既有线路作为传输介质，一般具有复杂的特性，以电力线为例，它的信道具有时变性强，干扰噪声源种类多、噪声随机性强，线路衰减特性复杂、难于建立准确的数学模型，整个网络的阻抗动态变化、阻抗不匹配，有相移等特性，因此要根据信道特性动态调整信号发送的参数才能提高两个PLC(电力线载波通讯Power Line Communication)设备之间的传输性能。
如HomePlug AV/HomePlug GreenPHY协议所规定，宽带电力线载波通信系统基于正交频分复用(OFDM)技术，将可用频谱划分为N个频带较窄、相对低速率传输的子载波，子载波的幅频响应相互重叠和正交。每个子载波可以分别使用不同的调制方式也可以使用相同的调制方式，比较常见调制方式的有BPSK(二进制相移键控)、QPSK(正交相移键控)、QAM(正交振幅调制)、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM。两个PLC设备在传输之前要进行信道估计，基于信道估计的结果为子载波选择不同的调制方式，并在传输过程中进行动态信道估计，动态改变子载波的调制方式来不断调整传输性能。
现有的宽带电力线载波通信技术主要是针对信道带宽容量做优化，对带宽要求高但对实时性要求不高的业务场景较为有效，但不适合对于实时性要求较高但带宽要求不高的业务需求。基于信噪比的信道估计，依赖于计算得到的自适应调节的门限值，而这些门限值不一定是正确的。一旦门限值不正确，可能会使相关相应子载波上调制信号无法被正确解调，从而导致上层网络报文的丢包，时延、抖动等一系列网络传输实时性降低的现象，影响实时业务的用户体验。且信道估计的过程相对复杂，实时性差，不能适应快速的信道衰落，在实际的业务和带宽限制下的效果有限。
发明内容
本发明提供一种PLC设备动态选择调制类型的方法，显著改善了两个PLC设备之间丢包率、报文传输时间间隔的抖动、以及时延性能，提高了抗衰减能力，增强了实时传输能力。
为了达到上述目的，本发明提供一种PLC设备动态选择调制类型的方法，包含以下步骤：
计算每个子载波上分配的比特数序列{Cn}，其中，Cn表示第n个子载波上分配的比特数，1<＝n<＝N，N为子载波数目的最大值；
计算每一个OFDM符号上可发送的最大比特数与必须发送的最小比特数的差值在每个子载波上的平均值d；
分别计算每个子载波上分配的比特数Cn与平均值d的差值C′n＝Cn–d，并根据差值C′n的大小确定每个子载波对应的调制方法。
所述的子载波上分配的比特数Cn是基于信道估计并按照信道容量最优化方法计算得到的。
所述的计算平均值d的方法包含以下步骤：
按照信道容量最优化得到当前一个用来传输数据的OFDM符号可以发送的最大比特数
Figure BDA0001666658980000021
1<＝n<＝N；
估算每个OFDM符号所需传输的最小比特数Rmin＝ROUNDUP((Bt/Bmax)*Rmax)，其中，ROUNDUP(x)是向上取整函数；Bmax是信道最大带宽，是基于信噪比的信道估计并按照信道容量最优化方法计算得到的；Bt是传输带宽，是根据实时业务需求配置的；
计算当前分配比特数的子载波总数
Figure BDA0001666658980000022
(Cn>0)，1<＝n<＝N；
计算d＝(Rmax-Rmin)/M。
所述的根据差值C′n确定子载波调制方法包含以下步骤：
C′n≤0时，则不使用该子载波；
C′n＝＝1时，该子载波选择BPSK调制方式；
C′n＝＝2时，该子载波选择QPSK调制方式；
C′n＝＝3时，该子载波选择QAM调制方式；
C′n＝＝4时，该子载波选择16QAM调制方式；
C′n＝＝5或6时，该子载波选择64QAM调制方式；
C′n＝＝7或8时，该子载波选择256QAM调制方式；
C′n＝＝9时，该子载波选择1024QAM调制方式。
PLC设备每次发送一个用来传输数据的OFDM符号的时候，都执行一次该动态调制方法。
本发明动态选择子载波的调制类型，在保证实时带宽需求的前提下，在相同信道信噪比条件下，在每个子载波上的误比特率有指数级明显降低，显著改善了两个PLC设备之间丢包率(Drop)、报文传输时间间隔的抖动(Jitter)以及时延(Delay)等多方面的性能，提高了抗衰减的能力，增强了基于电力线载波通信技术的实时传输能力，提高了在电力线载波通信系统上承载诸如视频监控、楼宇对讲、VoIP等对传输实时性要求较高的应用的稳定性和鲁棒性，改善了电力线载波通信系统对各类实时传输性要求高的应用的用户体验。
附图说明
图1是本发明提供的一种PLC设备动态选择调制类型的方法流程图。
图2是计算平均值d的方法流程图。
具体实施方式
以下根据图1和图2，具体说明本发明的较佳实施例。
本发明提供一种PLC设备动态选择调制类型的方法，PLC设备每次发送一个用来传输数据的OFDM符号的时候，都执行一次该动态调制方法，如图1所示，所述的PLC设备动态选择调制类型的方法包含以下步骤：
步骤S1、计算每个子载波上分配的比特数序列{Cn}，其中，Cn表示第n个子载波上分配的比特数，(1<＝n<＝N)，N为子载波数目的最大值；
步骤S2、计算每一个OFDM符号上可发送的最大比特数与必须发送的最小比特数的差值在每个子载波上的平均值d；
步骤S3、分别计算每个子载波上分配的比特数Cn与平均值d的差值C′n＝Cn–d，并根据差值C′n的大小确定每个子载波对应的调制方法。
具体来说，所述的子载波上分配的比特数Cn是基于信噪比的信道估计并按照信道容量最优化方法计算得到的。
如图2所示，所述的计算平均值d的方法具体包含以下步骤：
步骤S2.1、按照信道容量最优化得到当前一个用来传输数据的OFDM符号可以发送的最大比特数
Figure BDA0001666658980000041
(1<＝n<＝N)；
步骤S2.2、估算每个OFDM符号所需传输的最小比特数Rmin；
Rmin＝ROUNDUP((Bt/Bmax)*Rmax)；
其中，ROUNDUP(x)是向上取整函数；Bmax是信道最大带宽，是基于信噪比的信道估计并按照信道容量最优化方法计算得到的；Bt是传输带宽，是根据实时业务需求配置的；
实际使用时对Rmin可加一些余量；
步骤S2.3、计算当前分配比特数的子载波总数
Figure BDA0001666658980000042
(Cn>0)，(1<＝n<＝N)；
Cn表示第n个子载波上分配的比特数，当n<＝N时，如果Cn>0，则令M＝M+1，且令n＝n+1，遍历所有的Cn，最终计算得到的M即为当前分配了比特数的子载波总数；
步骤S2.4、计算d＝(Rmax-Rmin)/M，d为Rmax和Rmin平均在每个子载波上的差值。
所述的根据差值C′n确定子载波调制方法具体包含以下步骤：
C′n≤0时，则不使用该子载波；
C′n＝＝1时，该子载波选择BPSK调制方式；
C′n＝＝2时，该子载波选择QPSK调制方式；
C′n＝＝3时，该子载波选择QAM调制方式；
C′n＝＝4时，该子载波选择16QAM调制方式；
C′n＝＝5或6时，该子载波选择64QAM调制方式；
C′n＝＝7或8时，该子载波选择256QAM调制方式；
C′n＝＝9时，该子载波选择1024QAM调制方式。
本发明动态选择子载波的调制类型，在保证实时带宽需求的前提下，在相同信道信噪比条件下，在每个子载波上的误比特率有指数级明显降低，显著改善了两个PLC设备之间丢包率(Drop)、报文传输时间间隔的抖动(Jitter)以及时延(Delay)等多方面的性能，提高了抗衰减的能力，增强了基于电力线载波通信技术的实时传输能力，提高了在电力线载波通信系统上承载诸如视频监控、楼宇对讲、VoIP等对传输实时性要求较高的应用的稳定性和鲁棒性，改善了电力线载波通信系统对各类实时传输性要求高的应用的用户体验。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种PLC设备动态选择调制类型的方法，其特征在于，包含以下步骤：
计算每个子载波上分配的比特数序列{Cn}，其中，Cn表示第n个子载波上分配的比特数，1<＝n<＝N，N为子载波数目的最大值；
计算每一个OFDM符号上可发送的最大比特数与必须发送的最小比特数的差值在每个子载波上的平均值d；
分别计算每个子载波上分配的比特数Cn与平均值d的差值C′n＝Cn–d，并根据差值C′n的大小确定每个子载波对应的调制方法；
其中，所述的计算平均值d的方法包含以下步骤：
按照信道容量最优化得到当前一个用来传输数据的OFDM符号可发送的最大比特数
Figure FDA0002933090090000011
估算每个OFDM符号所需传输的最小比特数Rmin＝ROUNDUP((Bt/Bmax)*Rmax)，其中，ROUNDUP(x)是向上取整函数；Bmax是信道最大带宽，是基于信噪比的信道估计并按照信道容量最优化方法计算得到的；Bt是传输带宽，是根据实时业务需求配置的；
计算当前分配比特数的子载波总数
Figure FDA0002933090090000012
计算d＝(Rmax-Rmin)/M。
2.如权利要求1所述的PLC设备动态选择调制类型的方法，其特征在于，所述的子载波上分配的比特数Cn是基于信道估计并按照信道容量最优化方法计算得到的。
3.如权利要求1所述的PLC设备动态选择调制类型的方法，其特征在于，所述的根据差值C′n确定子载波调制方法包含以下步骤：
C′n≤0时，则不使用该子载波；
C′n＝＝1时，该子载波选择BPSK调制方式；
C′n＝＝2时，该子载波选择QPSK调制方式；
C′n＝＝3时，该子载波选择QAM调制方式；
C′n＝＝4时，该子载波选择16QAM调制方式；
C′n＝＝5或6时，该子载波选择64QAM调制方式；
C′n＝＝7或8时，该子载波选择256QAM调制方式；
C′n＝＝9时，该子载波选择1024QAM调制方式。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的PLC设备动态选择调制类型的方法，其特征在于，PLC设备每次发送一个用来传输数据的OFDM符号的时候，都执行一次该动态调制方法。
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