CN112104397B - 一种mimo电力线通信数据传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MIMO电力线通信数据传输方法及装置，方法包括：响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；基于速率等级以及误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值；依据信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率；选取分配子载波发送功率后的子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波。本申请的方法及装置在获取MIMO电力线通信系统OFDM信道参数信息基础上，对子载波信道传输质量状态进行阈值等级划分与评价值计算，照信道传输质量状态评价值权重比例分配子载波发送功率，最终实现OFDM符号周期内的比特数据传输，实现了通过优化子载波功率分配，提高MIMO‑OFDM电力线系统数据传输性能的效果。

Description

一种MIMO电力线通信数据传输方法及装置

技术领域

本发明属于MIMO(Multiple Input Multiple Output，MIMO)宽带电力线通信技术领域，尤其涉及一种MIMO电力线通信数据传输方法及装置。

背景技术

为了满足电力线通信(power line communication,PLC)对更大容量和更广覆盖范围的需求，多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术已逐渐应用于PLC中,实现了高速率的数据传输，但MIMO-PLC信道具有严重的多径效应和频率选择性衰减的特性，而且不同子载波的信道质量差异性大。正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)技术由于具有数据传输速率高，抗多径干扰和窄带干扰强，频谱利用率高等优点，广泛应用于电力线通信中。

在MIMO-OFDM的电力线通信系统中，信道的功率分配是实现最优传输的关键，通常功率分配采用等功率或只考虑信道容量等单一信道状态指标进行分配，忽略多种指标对信道状态的联合评价后的功率分配优化。

为此，我们需要一种MIMO电力线通信数据传输方法及装置，以优化子载波功率分配，提高MIMO-OFDM电力线系统数据传输性能。

发明内容

本发明实施例提供一种MIMO电力线通信数据传输方法及装置，用于至少解决上述技术问题之一。

第一方面，本发明实施例提供一种MIMO电力线通信数据传输方法，包括：响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；基于所述速率等级以及所述误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值；依据所述信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率；选取分配子载波发送功率后的子载波，使其作为当前OFDM周期数据传送子载波。

第二方面，本发明实施例提供一种MIMO电力线通信数据传输装置，包括：确定模块，配置为响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；计算模块，配置为基于所述速率等级以及所述误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值；分配模块，配置为依据所述信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率；选取模块，配置为选取分配子载波发送功率后的子载波，使其作为当前OFDM周期数据传送子载波。

第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的MIMO电力线通信数据传输方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的MIMO电力线通信数据传输方法的步骤。

本申请的方法及装置在获取MIMO电力线通信系统OFDM信道参数信息基础上，对子载波信道传输质量状态进行阈值等级划分与评价值计算，照信道传输质量状态评价值权重比例分配子载波发送功率，最终实现OFDM符号周期内的比特数据传输，实现了通过优化子载波功率分配，提高MIMO-OFDM电力线系统数据传输性能的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种MIMO电力线通信数据传输方法方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的又一种MIMO电力线通信数据传输方法方法的流程图；

图3为本发明一实施例提供一个具体实施例的流程图；

图4为本发明一实施例提供的一种MIMO电力线通信数据传输装置的框图；

图5是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本申请的MIMO电力线通信数据传输方法一实施例的流程图，本实施例的MIMO电力线通信数据传输可以适用于具备数据处理功能的终端。

如图1所示，在S101中，响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；

在S102中，基于速率等级以及误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值；

在S103中，依据信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率；

在S104中，选取分配子载波发送功率后的子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波。

在本实施例中，对于S101，MIMO电力线通信数据传输装置响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级。之后，对于S102，MIMO电力线通信数据传输装置基于速率等级以及误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值。之后，对于S103，MIMO电力线通信数据传输装置依据信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率。之后，对于S104，MIMO电力线通信数据传输装置选取分配子载波发送功率后的子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波。

本实施例提供的方案将传输容量速率和误码率两个传输服务质量指标联合考虑实现功率分配，在获取MIMO电力线通信系统OFDM信道参数信息基础上，对子载波信道传输质量状态进行阈值等级划分与评价值计算，照信道传输质量状态评价值权重比例分配子载波发送功率，最终实现OFDM符号周期内的比特数据传输。在功率分配中同时考虑传输速率和误码率因素，通过优化子载波功率分配，提高MIMO-OFDM电力线系统数据传输性能的效果。

在一些可选的实施例中，确定速率等级的计算公式为：

式中，SNR_max为子载波功率信噪比的最大值，SNR_min为子载波功率信噪比的最小值，SNR_i为子载波信道的功率信噪比，α为子载波的信道等级阈值，α的取值范围为0-0.33。

在上述实施例中，采用子载波的信道等级阈值确定速率的等级，通过对传输容量速率指标进行考虑，实现功率分配的准确度。

在一些可选的实施例中，确定误码率等级的计算公式为：

式中，N_m为子载波误码率的最大值，N_min为子载波误码率的最小值，N_i为子载波误码率，α为子载波的信道等级阈值，α的取值范围为0-0.33。

在上述实施例中，采用子载波的信道等级阈值确定误码率的等级，通过对误码率指标进行考虑，进一步提高了功率分配的准确度。

在一些可选的实施例中，信道传输质量状态评价值的计算公式为

式中，Z_i为子载波的信号传输质量状态评价值，V_i为子载波信道传输质量状态的速率等级，Q_i为子载波信道传输质量状态的误码率等级，a为子载波的信道传输质量状态系数，a的取值范围为0-1。

在上述的实施例中，基于传输容量速率的等级以及误码率的等级计算信道传输质量状态评价值，能够对传输容量率以及误码率两个传输服务质量指标进行联合考虑，从而优化功率分配。

在一些可选的实施例中，权重计算公式为：

式中，w_i为信道传输质量状态评价值权重，Z_i为信道传输质量状态评价值，M为MIMO电力线通信系统奇异值分解后的OFDM独立子载波总数。

在一些可选的实施例中，分配子载波发送功率的计算公式为：

式中，w_i为信道传输质量状态评价值权重，B为系统发射总功率，P_i为分配的子载波发送功率，M为MIMO电力线通信系统奇异值分解后的OFDM独立子载波总数。

在上述的实施例中，通过分配子载波发送功率的计算公式能够实现对系统内的各个子载波进行功率分配。

请参阅图2，其示出了本申请的又一种MIMO电力线通信数据传输方法方法的流程图。该流程图主要是对S104“选取分配子载波发送功率后的子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波”的情况的进一步限定的步骤的流程图。

如图2所示，在S201中，依据分配子载波发送功率计算子载波传输比特容量；

在S202中，基于子载波传输比特容量由大到小顺序对子载波进行排序；

在S203中，基于由大至小的顺序选取至少一个子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波，其中，当前OFDM周期数据传送子载波满足条件为：

式中，H为选取的子载波数量，R为当前OFDM符号周期内的系统要求传输的总比特数，c_j为选取的子载波传输比特容量。

在本实施例中，对于S201，MIMO电力线通信数据传输装置依据分配子载波发送功率计算子载波传输比特容量。之后，对于S202，MIMO电力线通信数据传输装置基于子载波传输比特容量由大到小顺序对子载波进行排序。之后，对于S203，MIMO电力线通信数据传输装置基于由大至小的顺序选取至少一个子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波，其中，当前OFDM周期数据传送子载波满足条件为：

式中，H为选取的子载波数量，R为当前OFDM符号周期内的系统要求传输的总比特数，c_j为选取的子载波传输比特容量。

本实施例提供的方案通过筛选多个选取子载波传输比特容量大的子载波，能够实现在保证不少于当前OFDM符号周期内的系统要求传输的总比特数要求的前提下，降低了传输子载波的数量，从而达到优化MIMO-OFDM电力线系统数据传输性能的效果。

需要说明的是，上述方法步骤并不用于限制各步骤的执行顺序，实际上，某些步骤可能会同时执行或者以与步骤限定的相反的顺序执行，本申请在此没有限制。

请参阅图3，其示出了本申请的一个具体实施例的流程图。

如图3所示，一种基于信道传输状态评价的MIMO电力线通信数据传输方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、获取MIMO电力线通信系统OFDM信道参数信息

设MIMO电力线通信系统奇异值分解后的OFDM独立子载波总数为M，子载波ID集合为DSet＝{1,...,i,...M}；对每个NO.i子载波，统计获取当前OFDM符号周期的该子载波信道的功率信噪比SNR_i和误码率N_i；计算获得子载波集中功率信噪比的最大值和最小值SNR_max和SNR_min，误码率的最大值和最小值N_m和N_min。

具体地，设MIMO电力线通信系统奇异值分解后的OFDM独立子载波总数为M＝256，子载波ID集合为DSet＝{1,...,i,...M}；对每个NO.i子载波，统计获取当前OFDM符号周期的该子载波信道的功率信噪比SNR_i和误码率N_i；计算获得子载波集中功率信噪比的最大值和最小值SNR_max和SNR_min，误码率的最大值和最小值N_m和N_min。

步骤二、子载波信道传输质量状态的阈值等级划分与评价值计算

设子载波的信道等级阈值为α(0≤α≤0.33)，信道传输质量状态等级值分别为高等级H(对应等级序号为1)、中等级M(对应等级序号为2)、L为低等级(对应等级序号为3)；对每个NO.i子载波，按照公式

和

分别计算该子载波信道传输质量状态的速率分等级序号V_i和误码率分等级序号Q_i；按照公式

计算每个NO.i子载波的信道传输质量状评价值Z_i，其中a为子载波的信道传输质量状态系数,取值范围(0，1)。

具体地，设子载波的信道等级阈值为α＝0.32，信道传输质量状态等级值分别为高等级H(对应等级序号为1)、中等级M(对应等级序号为2)、L为低等级(对应等级序号为3)；对每个NO.i子载波，按照公式

和

分别计算该子载波信道传输质量状态的速率分等级序号V_i和误码率分等级序号Q_i；按照公式

计算每个NO.i子载波的信道传输质量状评价值Z_i，其中a为子载波的信道传输质量状态系数,取值为0.6。

步骤三、按照信道传输质量状态评价值权重比例分配子载波发送功率

设系统发射总功率为B(单位毫瓦)，对每个NOi子载波，按照公式

计算子载波信道传输质量状态评价值权重w_i；对每个NO.i子载波，按照公式

比例分配子载波发送功率P_i。

具体地，设系统发射总功率为B(单位毫瓦)，对每个NO.i子载波，按照公式

计算子载波信道传输质量状态评价值权重w_i；对每个NO.i子载波，按照公式

比例分配子载波发送功率P_i。

步骤四、选取子载波实现当前OFDM符号周期内的比特数据传输

设当前OFDM符号周期内的系统要求传输的总比特数为R(单位比特)；对每个NO.i子载波，按照分配功率P_i计算子载波传输比特容量c_i(单位比特)；按子载波传输比特容量c_i由大到小顺序对子载波进行排序，选取前H(H≤M)个子载波作为当前OFDM周期数据传送子载波，满足

具体地，设当前OFDM符号周期内的系统要求传输的总比特数为R(单位比特)；对每个NO.i子载波，按照分配功率P_i计算子载波传输比特容量c_i(单位比特)；按子载波传输比特容量c_i由大到小顺序对子载波进行排序，选取前H(H≤M)个子载波作为当前OFDM周期数据传送子载波，满足

请参阅图4，其示出了本发明一实施例提供的MIMO电力线通信数据传输装置的框图。

如图4所示，MIMO电力线通信数据传输装置300，包括确定模块310、计算模块320、分配模块330以及选取模块340。

其中，确定模块310，配置为响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；计算模块320，配置为基于速率等级以及误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值；分配模块330，配置为依据信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率；选取模块340，配置为选取分配子载波发送功率后的子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波。

应当理解，图4中记载的诸模块与参考图1和图2中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图4中的诸模块，在此不再赘述。

在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的手术器械清点方法；

作为一种实施方式，本发明的非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：

响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；

基于速率等级以及误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值；

依据信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率；

选取分配子载波发送功率后的子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波。

非易失性计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据手术器械清点装置的使用所创建的数据等。此外，非易失性计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，非易失性计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至手术器械清点装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本发明实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述任一项手术器械清点方法。

图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括：一个或多个处理器410以及存储器420，图5中以一个处理器410为例。手术器械清点方法的设备还可以包括：输入装置430和输出装置440。处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。存储器420为上述的非易失性计算机可读存储介质。处理器410通过运行存储在存储器420中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例手术器械清点方法。输入装置430可接收输入的数字或字符信息，以及产生与手术器械清点装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置440可包括显示屏等显示设备。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

作为一种实施方式，上述电子设备应用于手术器械清点装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：

响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；

基于速率等级以及误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值；

依据信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率；

选取分配子载波发送功率后的子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波。

本申请实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于：

(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括:智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括：PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。

(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括:音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

(4)服务器:提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

(5)其他具有数据交互功能的电子装置。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种MIMO电力线通信数据传输方法，其特征在于，包括：

响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；

基于所述速率等级以及所述误码率等级，计算MIMO电力线通信系统奇异值分解后的子载波的信道传输质量状态评价值，其中，所述信道传输质量状态评价值的计算公式为

式中，Z_i为子载波的信号传输质量状态评价值，V_i为子载波信道传输质量状态的速率等级，Q_i为子载波信道传输质量状态的误码率等级，a为子载波的信道传输质量状态系数，a的取值范围为0-1；

依据所述信道传输质量状态评价值的权重比例，分配MIMO电力线通信系统奇异值分解后的子载波发送功率；

选取分配子载波发送功率后的子载波，使其作为当前OFDM周期数据传送子载波。

2.根据权利要求1所述的一种MIMO电力线通信数据传输方法，其特征在于，确定所述速率等级的计算公式为：

式中，SNR_max为子载波功率信噪比的最大值，SNR_min为子载波功率信噪比的最小值，SNR_i为子载波信道的功率信噪比，α为子载波的信道等级阈值，α的取值范围为0-0.33。

3.根据权利要求1所述的一种MIMO电力线通信数据传输方法，其特征在于，确定所述误码率等级的计算公式为：

式中，N_m为子载波误码率的最大值，N_min为子载波误码率的最小值，N_i为子载波误码率，α为子载波的信道等级阈值，α的取值范围为0-0.33。

4.根据权利要求1所述的一种MIMO电力线通信数据传输方法，其特征在于，所述权重比例计算公式为：

式中，w_i为信道传输质量状态评价值权重，Z_i为信道传输质量状态评价值，M为MIMO电力线通信系统奇异值分解后的OFDM独立子载波总数。

5.根据权利要求4所述的一种MIMO电力线通信数据传输方法，其特征在于，所述分配子载波发送功率的计算公式为：

式中，w_i为信道传输质量状态评价值权重，B为系统发射总功率，P_i为分配的子载波发送功率，M为MIMO电力线通信系统奇异值分解后的OFDM独立子载波总数。

6.根据权利要求1所述的一种MIMO电力线通信数据传输方法，其特征在于，所述选取分配子载波发送功率后的子载波，使其作为当前OFDM周期数据传送子载波包括：

依据分配子载波发送功率计算子载波传输比特容量；

基于子载波传输比特容量由大到小顺序对子载波进行排序；

基于由大至小的顺序选取至少一个子载波，使作为当前OFDM周期数据传送子载波，其中，所述当前OFDM周期数据传送子载波满足条件为：

式中，H为选取的子载波数量，R为当前OFDM符号周期内的系统要求传输的总比特数，c_j为选取的子载波传输比特容量。

7.一种MIMO电力线通信数据传输装置，其特征在于，包括：

确定模块，配置为响应于获取的OFDM信道参数信息，确定子载波信道传输质量状态的速率等级以及误码率等级；

计算模块，配置为基于所述速率等级以及所述误码率等级，计算子载波的信道传输质量状态评价值；

分配模块，配置为依据所述信道传输质量状态评价值的权重比例，分配子载波发送功率；

选取模块，配置为选取分配子载波发送功率后的子载波，使其作为当前OFDM周期数据传送子载波。

8.一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

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