CN112165373B - 配电mimo电力线通信多终端传输方法 - Google Patents

Abstract

一种配电MIMO电力线通信多终端传输方法，包括：获取MIMO电力线通信系统的OFDM信道参数，并根据OFDM信道参数计算MIMO电力线通信系统的数据传输总容量；获取配电终端业务数据量的上限值，并根据该上限值以及该数据传输总容量，计算MIMO电力线通信系统在一个OFDM符号周期内可支持的配网终端数；按照该配网终端数对所述MIMO电力线通信系统中的子载波进行划分，得到M个子载波组，M为配网终端数；在一个OFDM符号周期内选择前M个终端的数据对M个所述子载波组进行数据加载和传输。本发明基于子载波传输性能的时变动态性对业务终端数据进行动态信道分配，降低了配网终端数据的重传率，提高了系统的传输性能。

Description

配电MIMO电力线通信多终端传输方法

技术领域

本发明涉及电力线通信领域，特别是涉及一种配电MIMO电力线通信多终端传输方法。

背景技术

配电通信网是电力配电自动化业务系统的重要组成部分，配电自动化终端业务包括遥信、遥测和遥调等业务，按照业务数据长度可以划分为长比特业务类和短比特业务类。在构建配电通信网的通信技术中，PLC(Power Line Communication，电力线通信)技术具有先天技术优势，PLC技术利用配电网电力线路作为通信介质实现信号传输，具有节省成本、安装方便和灵活部署优点。

MIMO-PLC通信是近几年的研究热点，正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)是实现MIMO-PLC的重要技术之一。实现多用户的MIMO-PLC系统正常运行，需要依赖资源分配模块，主要就是子载波的分配。因此可通过优化子载波的分配方法，来提高通信信道容量或降低通信所需功率。合理的子载波分配方法能够最大化激发信道潜能，提高电力线通信系统资源分配的性能。通过给每个配电终端分配频域子载波信道与数据比特加载实现有效的配电业务数据传输。

现有的配电MIMO电力线通信系统多终端传输中基本采用固定连续子载波群进行终端数据传输，对于通信服务质量好的子载波群有较高的传输效率，但是针对某些通信服务质量差的子载波群则无法正常传输，导致配网终端数据的重传率高，影响终端通信传输性能。

发明内容

鉴于上述状况，有必要针对现有技术中配网终端数据的重传率高的问题，提供一种配电MIMO电力线通信多终端传输方法。

一种配电MIMO电力线通信多终端传输方法，包括：

获取MIMO电力线通信系统的OFDM信道参数，并根据所述OFDM信道参数计算所述MIMO电力线通信系统的数据传输总容量；

获取配电终端业务数据量的上限值，并根据所述上限值以及所述数据传输总容量，计算所述MIMO电力线通信系统在一个OFDM符号周期内可支持的配网终端数；

按照所述配网终端数对所述MIMO电力线通信系统中的子载波进行划分，得到M个子载波组，M等于所述配网终端数；

在一个OFDM符号周期内选择前M个终端的数据对M个所述子载波组进行数据加载和传输。

进一步的，上述配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其中，所述根据所述OFDM信道参数计算所述MIMO电力线通信系统的数据传输总容量的步骤包括：

根据所述OFDM信道参数计算一个OFDM符号周期内每个子载波的最大可分配比特数；

对所述OFDM符号周期内的子载波的最大可分配比特数进行求和计算得到所述数据传输总容量。

进一步的，上述配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其中，所述OFDM信道参数包括所述MIMO电力线通信系统的子载波总数、OFDM符号周期内所述MIMO电力线通信系统的总功率，子载波的信噪比差额，子载波的比特加载上限值，所述子载波的最大可分配比特数B(i))的计算公式为：

其中，P表示一个OFDM符号周期内所述MIMO电力线通信系统的总功率，Γ表示子载波的信噪比差额，N表示所述MIMO电力线通信系统的子载波总数，K表示子载波的比特加载上限值，g_i为子载波单位能量信噪比。

进一步的，上述配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其中，所述MIMO电力线通信系统的子载波总数通过对所述MIMO电力线通信系统进行奇异值分解后确定。

进一步的，上述配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其中，所述在一个OFDM符号周期内选择前M个终端的数据对M个所述子载波组进行数据加载和传输的步骤包括：

在一个OFDM符号周期内，选择前M个终端的数据按照发送子载波累计功率最小准则对M个所述子载波组进行数据加载和传输。

进一步的，上述配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其中，所述MIMO电力线通信系统在一个OFDM符号周期内可支持的配网终端数的计算公式为：

M＝floor(sumC/B^max)；

其中，sumC表示所述数据传输总容量，B^max表示配电终端业务数据量的上限值，floor(*)为下取整操作。

进一步的，上述配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其中，所述按照所述配网终端数对所述MIMO电力线通信系统中的子载波进行划分，得到M个子载波组，M为所述配网终端数的步骤包括：

采用全枚举搜索法从所述MIMO电力线通信系统的子载波中按照预设的条件选择构建M个子载波组，其中，所述预设条件包括：

条件一，每个所述子载波组的总传输比特容量满足公式：

其中，j为子载波组标号，j＝1,…j,…,M，S(j)表示子载波组j中的子载波数量，子载波ID集合TSet(j)＝{D(p)}(p＝1,…,S(j))，B^max表示配电终端业务数据量的上限值；

条件二、子载波组间比特容量方差和为最小。

本发明实施例在子载波分配方面充分考虑业务终端的灵活性、多样性，通过获取MIMO电力线通信系统OFDM信道参数，计算MIMO电力线通信系统当前OFDM符号周期内可支持配网终端数M，根据配网终端数对MIMO电力线通信系统中用于数据传输的子载波进行划分，在一个OFDM符号周期内每次选择前M个终端进行数据加载和传输。本发明充分考虑了子载波传输性能的时变动态性，对业务终端数据进行动态信道分配，降低了配网终端数据的重传率，提高了配网MIMO电力线通信系统的传输性能。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的配电MIMO电力线通信多终端传输方法的流程图；

图2为本发明第二实施例中的配电MIMO电力线通信多终端传输方法的流程图；

图3为本发明的一个具体的应用场景示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

请参阅图1，为本发明实施例中的配电MIMO电力线通信多终端传输方法，包括步骤S11～S14。

步骤S11，获取MIMO电力线通信系统的OFDM信道参数，并根据所述OFDM信道参数计算所述MIMO电力线通信系统的数据传输总容量。

其中，OFDM信道参数包括子载波总数N、MIMO电力线通信系统的总功率P，子载波的信噪比差额Γ，子载波的比特加载上限值K，子载波单位能量信噪比g。其中，子载波总数N根据MIMO电力线通信系统奇异值分解后得到的OFDM独立子载波的数量。

OFDM信道参数的子载波ID集合为DSet＝{1,...,i,...N}，对于编号(No.)i子载波，统计获取当前OFDM符号周期的功率信噪比SNR(j)。并且，按照公式

计算当前OFDM符号周期每个No.i子载波的最大可分配比特数为B(i)，其中，No.i子载波单位能量信噪比为g_i。对OFDM符号周期内的子载波的最大可分配比特数进行求和计算得到数据传输总容量

步骤S12，获取配电终端业务数据量的上限值，并根据所述上限值以及所述数据传输总容量，计算MIMO电力线通信系统在一个OFDM符号周期内可支持的配网终端数。

设配电MIMO电力线通信系统包含终端数目为Z，配电终端业务数据的上限值为B^max(单位为比特)。按照公式M＝floor(sumC/B^max)可计算出一个OFDM周期所能承载的业务终端数量，即配网终端数M，其中floor(*)为下取整操作。

步骤S13，按照所述配网终端数对所述MIMO电力线通信系统中的子载波进行划分，得到M个子载波组，M为所述配网终端数。

标识第No.j(j＝1,…j,…,M)数据传输子载波组为G(j),包含S(j)个子载波，对应的子载波ID集合TSet(j)＝{D(p)}(p＝1,…,S(j))；采用全枚举搜索法，从集合DSet中选择构建M个子载波组。

具体实施时，采用全枚举搜索法从MIMO电力线通信系统的子载波中按照预设的条件选择构建M个子载波组，其中，该预设条件包括：

条件一，每个所述子载波组的总传输比特容量满足公式：

式中，j为子载波组标号，j＝1,…j,…,M，S(j)表示子载波组j中的子载波数量，B^max表示配电终端业务数据量的上限值；

条件二、子载波组间比特容量方差和此时为最小。

其中按照公式δ(j)＝Var{B(D(1)),...,B(D(p))...,B(D[S(j)])}计算每个No.j数据传输子载波组比特容量方差和δ(j)，Var(·)为数学方差计算操作。

步骤S14，在一个OFDM符号周期内选择前M个终端的数据对M个所述子载波组进行数据加载和传输。

每个OFDM符号周期内选择前M个终端的数据进行加载和传输。具体实施时，可在当前OFDM符号周期内将M个终端数据按照发送子载波累计功率最小准则进行PLC子载波比特加载；然后进行MIMO电力线载波通信系统进行传输。剩余的Z-M个终端数据进入下一个OFDM周期内进行分配与传输。

本实施例在子载波分配方面充分考虑业务终端的灵活性、多样性，通过获取MIMO电力线通信系统OFDM信道参数，计算MIMO电力线通信系统当前OFDM符号周期内可支持配网终端数M，根据配网终端数对MIMO电力线通信系统中用于数据传输的子载波进行划分，在一个OFDM符号周期内每次选择前M个终端进行数据加载和传输。本实施例充分考虑了子载波传输性能的时变动态性，对业务终端数据进行动态信道分配，降低了配网终端数据的重传率，提高了配网MIMO电力线通信系统的传输性能。

请参阅图2，为本发明第二实施例中的配电MIMO电力线通信多终端传输方法，包括步骤S21～S26。

步骤S21，获取MIMO电力线通信系统的OFDM信道参数，所述OFDM信道参数包括所述MIMO电力线通信系统的子载波总数、OFDM符号周期内所述MIMO电力线通信系统的总功率，子载波的信噪比差额，子载波的比特加载上限值。

步骤S22，根据所述OFDM信道参数计算一个OFDM符号周期内每个子载波的最大可分配比特数。

所述子载波的最大可分配比特数B(i))的计算公式为：

其中，P表示一个OFDM符号周期内所述MIMO电力线通信系统的总功率，Γ表示子载波的信噪比差额，N表示所述MIMO电力线通信系统的子载波总数，K表示子载波的比特加载上限值。

步骤S23，对所述OFDM符号周期内的子载波的最大可分配比特数进行求和计算得到所述数据传输总容量。

具体公式如下：

对该MIMO电力线通信系统进行奇异值分解后可确定OFDM独立的子载波总数为N，具体的，该MIMO电力线通信系统中OFDM独立的子载波总数为N＝128。子载波ID集合为DSet＝{1,...,i,...N}，设OFDM符号周期内，系统的总功率为P＝1W，子载波的信噪比差额为Γ，子载波的比特加载上限为K＝8bit；对于每个No.i子载波，统计获取当前OFDM符号周期的功率信噪比SNR(j)。并按照公式

计算当前OFDM符号周期每个No.i子载波的最大可分配比特数为B(i)，最后计算系统数据传输比特总容量

步骤S24，获取配电终端业务数据量的上限值，并根据所述上限值以及所述数据传输总容量，计算MIMO电力线通信系统在一个OFDM符号周期内可支持的配网终端数。

实例中设配电MIMO电力线通信系统包含终端数目Z等于16，配电终端业务数据量上限为B^max(单位为比特)。按照公式M＝floor(sumC/B^max)计算确定当前OFDM周期所能承载的业务终端数量M，其中floor(*)为下取整操作。

步骤S25，按照所述配网终端数对所述MIMO电力线通信系统中的子载波进行划分，得到M个子载波组，M为所述配网终端数。

具体实施时，标识第No.j(j＝1,…j,…,M)数据传输子载波组为G(j)，包含S(j)个子载波，对应的子载波ID集合为TSet(j)＝{D(p)}(p＝1,…,S(j))。采用全枚举搜索法，从集合DSet中选择构建M个子载波组，使得在满足每个No.j数据传输子载波组总传输比特容量

条件下，子载波组间比特容量方差和

此时最小。具体实施时，按照公式δ(j)＝Var{B(D(1)),...,B(D(p))...,B(D[S(j)])}计算每个No.j数据传输子载波组比特容量方差和δ(j)，其中Var(·)为数学方差计算操作。

步骤S26，在一个OFDM符号周期内，选择前M个终端的数据按照发送子载波累计功率最小准则对M个所述子载波组进行数据加载和传输。

每次进行数据传输时，在当前OFDM符号周期内选择前M个终端的数据进行传输。具体实施时，可在当前OFDM符号周期内对前M个网终端数据以发送累计功率最小准则进行PLC子载波比特加载；然后进行MIMO电力线载波通信系统进行传输。剩余的Z-M个终端数据进入下一个OFDM周期内进行分配与传输。

本实施例在子载波分配方面充分考虑业务终端的灵活性、多样性，通过获取MIMO电力线通信系统OFDM信道参数，计算MIMO电力线通信系统当前OFDM符号周期内可支持配网终端数，根据配网终端数对MIMO电力线通信系统中用于数据传输的子载波进行划分，并基于功率最小准则对每个子载波组进行组内比特快速预加载。本实施例有效降低了重传率，提高网络有效实用率和传输效率。

下面以一个具体的应用场景为例来说明本发明的构思和原理。如图2所示，MIMO电力线通信系统包含3个电力线载波机输入端和3个电力线载波机输出端。将子载波平均分配到3个不同终端，先将子载波按照功率限制最大比特容量分为3组，然后对每组进行比特预加载以及剩余比特加载。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其特征在于，包括：

获取MIMO电力线通信系统的OFDM信道参数，并根据所述OFDM信道参数计算所述MIMO电力线通信系统的数据传输总容量；

获取配电终端业务数据量的上限值，并根据所述上限值以及所述数据传输总容量，计算所述MIMO电力线通信系统在一个OFDM符号周期内可支持的配网终端数；

按照所述配网终端数对所述MIMO电力线通信系统中的子载波进行划分，得到M个子载波组，M等于所述配网终端数；

在一个OFDM符号周期内选择前M个终端的数据对M个所述子载波组进行数据加载和传输；

所述根据所述OFDM信道参数计算所述MIMO电力线通信系统的数据传输总容量的步骤包括：

根据所述OFDM信道参数计算一个OFDM符号周期内每个子载波的最大可分配比特数；

对所述OFDM符号周期内的子载波的最大可分配比特数进行求和计算得到所述数据传输总容量；

所述在一个OFDM符号周期内选择前M个终端的数据对M个所述子载波组进行数据加载和传输的步骤包括：

在一个OFDM符号周期内，选择前M个终端的数据按照发送子载波累计功率最小准则对M个所述子载波组进行数据加载和传输；

所述按照所述配网终端数对所述MIMO电力线通信系统中的子载波进行划分，得到M个子载波组的步骤包括：

采用全枚举搜索法从所述MIMO电力线通信系统的子载波中按照预设的条件选择构建M个子载波组，其中，所述预设的条件包括：

条件一，每个所述子载波组的总传输比特容量满足公式：

其中，j为子载波组标号，j＝1,…j,…,M，S(j)表示子载波组j中的子载波数量，子载波ID集合TSet(j)＝{D(p)}(p＝1,…,S(j))，B^max表示配电终端业务数据量的上限值；

条件二、子载波组间比特容量方差和为最小。

2.如权利要求1所述的配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其特征在于，所述OFDM信道参数包括所述MIMO电力线通信系统的子载波总数、OFDM符号周期内所述MIMO电力线通信系统的总功率，子载波的信噪比差额，子载波的比特加载上限值，所述子载波的最大可分配比特数B(i)的计算公式为：

其中，P表示一个OFDM符号周期内所述MIMO电力线通信系统的总功率，Γ表示子载波的信噪比差额，N表示所述MIMO电力线通信系统的子载波总数，K表示子载波的比特加载上限值，g_i为子载波单位能量信噪比。

3.如权利要求2所述的配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其特征在于，所述MIMO电力线通信系统的子载波总数通过对所述MIMO电力线通信系统进行奇异值分解后确定。

4.如权利要求1所述的配电MIMO电力线通信多终端传输方法，其特征在于，所述MIMO电力线通信系统在一个OFDM符号周期内可支持的配网终端数的计算公式为：

M＝floor(sumC/B^max)；

其中，sumC表示所述数据传输总容量，B^max表示配电终端业务数据量的上限值，floor(*)为下取整操作。

Images