CN114337918B - 一种宽带电力线载波自适应调制编码系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽带电力线载波自适应调制编码系统及其方法,包括MCS调整评价因子生成子模块，MCS调整评价因子生成子模块依次通讯连接计数子模块、调整决策子模块、SNR辅助判定子模块和反馈子模块。通过本发明的技术方案，本发明的关键技术点在于结合各MCS等级调整评价因子和数据累积解析成功/失败计数进行AMC调整决策；以及MCS向上调整时，以SNR测量值作为辅助判定条件。本发明降低了AMC误调整的概率，从而提高HPLC信道传输成功率和网络吞吐能力。

Description

一种宽带电力线载波自适应调制编码系统及其方法
技术领域
本发明涉及载波通信技术领域，具体而言，特别涉及一种宽带电力线载波自适应调制编码系统及其方法。
背景技术
AMC（Adaptive Modulation and Coding，自适应调制编码）是通信网络中采用的一种自适应的编码调制技术。通信网络通常会设计多种MCS（调制与编码策略），每一个MCS索引分别对应一组调制方式、码率等参数，适用于不同的信道质量。数据链路层根据信道质量自动调整MCS，当信道质量恶劣时，使用低速率、抗干扰能力强、纠错能力强的MCS，提高传输可靠性；当信道质量优时，使用高速率的MCS，节省时隙资源，间接提高全网的传输效率和吞吐量。
HPLC通信信道具有时变性、频率选择性、噪声干扰强、信号衰减大等特点，在信道质量恶劣时需要较强纠错能力的MCS才可以保证业务正常运行；同时HPLC信道通信带宽较小，已逐渐无法满足各类电力线载波物联网新型业务的通信速率要求。因此需要一种自适应调整与编码的策略，使HPLC通信设备在不同的通信信道场景下均可以采用最优的MCS运行，获得最佳业务收益。
目前HPLC的MCS调整方案，分为两类：
一类是通过采集发送节点的SNR，取一段时间的采集值做平均后，与各MCS可成功解调的SNR门限相比较，然后上调或下调到对应的MCS等级。这种方案的缺点是，在HPLC信道上，干扰、脉冲噪声相互叠加，通信条件恶劣时， SNR结果可能会出现较大的误差，从而导致AMC误调。
另一类是通过统计接收端的连续或累积解对的数据包数，当连续或累积解对N个数据包，则向上调整一个MCS，当连续或累积解错N个数据包，则向下调整一个MCS。这种方案的缺点是，因为各MCS等级之间的速率承载能力和通信性能并不是均匀递增/递减的，N的取值可能不适用于全部相邻MCS的调整，从而导致AMC误调。
AMC误下调会导致网络吞吐量被浪费，降低传输效率；AMC误上调则会造成接收端业务数据解错。因此，现有技术的缺点主要是AMC调整容易出现误调，从而影响信道传输可靠性、传输效率和网络吞吐量。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，降低AMC误调整概率，提高HPLC信道传输可靠性、传输效率和网络吞吐量。本发明提供了一种宽带电力线载波自适应调制编码系统及其方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种宽带电力线载波自适应调制编码系统，包括MCS调整评价因子生成子模块，其中，MCS调整评价因子生成子模块依次通讯连接计数子模块、调整决策子模块、SNR辅助判定子模块和反馈子模块。
一种宽带电力线载波自适应调制编码系统的工作方法，具体步骤如下：
S1: MCS调整评价因子生成子模块；
根据各MCS等级设计生成调整评价因子表，定义以下变量：
Factor = PModu×PCode×1000；
PModu：表示调制方式，其中BPSK调制时PModu为1，QPSK调制时PModu为2，16QAM调制时PModu为4，64QAM调制时PModu为6；PModu越大，每时隙可承载速率越高；
PCode：表示码率，其值等于码率；PCode越大，每时隙可承载速率越高；
Factor：MCS调整评价因子，每个MCS对应一个Factor，用来表示各MCS等级之间的速率承载能力差异，Factor越大，该MCS可承载速率越高；
S2:计数子模块；
接收节点统计得出的调整评价因子为CurrFactor，这个值是动态变化的：针对任意一发送节点，接收节点解析成功一包数据，CurrFactor上调量为Increase，接收节点解析失败一包数据，CurrFactor下调量为Decrease；
若接收节点正确解码M包数据，解错N包数据，则：
CurrFactor = CurrFactor + M×Increase－N×Decrease。
S3：调整决策子模块；
根据步骤S1中的每个MCS对应一个Factor，可以表示为MCSn对应一个Factorn，MCSn+1对应一个Factorn+1，以此类推；
当CurrFactor >= Factorn+1，调整决策子模块判定MCS上调条件满足；
当CurrFactor <Factorn，调整决策子模块判定MCS下调条件满足；
S4：SNR辅助判定子模块；
上调条件满足时，SNR辅助判定子模块要根据待调整节点SNR测量值判定当前发送节点到本节点的SNR是否可以满足调整后的MCS的解调；
若SNRave>=调整后MCS的SNR解调门限，判定通过；
若SNRave<调整后MCS的SNR解调门限，判定不通过，处理结束；
下调条件满足时，直接判定通过；
S5：反馈子模块；
若SNR辅助判定子模块判定需要调整，则反馈子模块通过反馈信道将调整信息通告给相关节点。
作为优选方案，步骤S4 SNR辅助判定子模块中使用的SNR为当前MCS使用期间获取的所有测量值的平均值SNRave。
进一步地，步骤S4 SNR辅助判定子模块中可以提前获知任意一个发送节点SNR降低情况并主动下调MCS，具体包括以下步骤：
S41：节点1周期监听所有一跳邻居节点的信标时隙，测量SNR并记录平均值；
S42：节点1一段时间内与节点2无业务，但节点1通过节点2的信标时隙发现其平均SNR已经降低，无法完成当前MCS的解调；
S43：节点1查表，获得节点2信标时隙的平均SNR可以满足的MCS；
S44：节点1判定节点2应该调整至上述MCS。
本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：本发明的关键技术点在于结合各MCS等级调整评价因子和数据累积解析成功/失败计数进行AMC调整决策；以及MCS向上调整时，以SNR测量值作为辅助判定条件。本发明降低了AMC误调整的概率，从而提高HPLC信道传输成功率和网络吞吐能力。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合图1对本发明的实施例的宽带电力线载波自适应调制编码系统及其方法进行具体说明。
缩略语和关键术语定义：
AMC 自适应调制编码
BPSK 二进制相移键控
CQI 信道质量指示
HPLC 高速电力线通信
MCS 调制与编码策略
QPSK 正交相移键控
SNR 信噪比
16QAM 正交幅度调制
64QAM 相正交振幅调制
如图1所示，一种宽带电力线载波自适应调制编码系统，包括MCS调整评价因子生成子模块，其中，MCS调整评价因子生成子模块依次通讯连接计数子模块、调整决策子模块、SNR辅助判定子模块和反馈子模块。
一种宽带电力线载波自适应调制编码系统的工作方法，具体步骤如下：
S1: MCS调整评价因子生成子模块；
根据各MCS等级设计生成调整评价因子表，定义以下变量：
Factor = PModu×PCode×1000；
PModu：表示调制方式，其中BPSK调制时PModu为1，QPSK调制时PModu为2，16QAM调制时PModu为4，64QAM调制时PModu为6；PModu越大，每时隙可承载速率越高；
PCode：表示码率，其值等于码率；PCode越大，每时隙可承载速率越高；
Factor：MCS调整评价因子，每个MCS对应一个Factor，用来表示各MCS等级之间的速率承载能力差异，Factor越大，该MCS可承载速率越高；
S2:计数子模块；
接收节点统计得出的调整评价因子为CurrFactor，这个值是动态变化的：针对任意一发送节点，接收节点解析成功一包数据，CurrFactor上调量为Increase，接收节点解析失败一包数据，CurrFactor下调量为Decrease；
若接收节点正确解码M包数据，解错N包数据，则：
CurrFactor = CurrFactor + M×Increase－N×Decrease。
S3：调整决策子模块；
在MCS调整评价因子生成子模块已经描述过，根据步骤S1中的每个MCS对应一个Factor，可以表示为MCSn对应一个Factorn，MCSn+1对应一个Factorn+1，以此类推；
当CurrFactor >= Factorn+1，调整决策子模块判定MCS上调条件满足；
当CurrFactor <Factorn，调整决策子模块判定MCS下调条件满足；
S4：SNR辅助判定子模块；
上调条件满足时，SNR辅助判定子模块要根据待调整节点SNR测量值判定当前发送节点到本节点的SNR是否可以满足调整后的MCS的解调；
若SNRave>=调整后MCS的SNR解调门限，判定通过；
若SNRave<调整后MCS的SNR解调门限，判定不通过，处理结束；
下调条件满足时，直接判定通过；
S5：反馈子模块；
若SNR辅助判定子模块判定需要调整，则反馈子模块通过反馈信道将调整信息通告给相关节点。
可见，本发明综合利用了业务解析结果的累积趋势以及SNR门限，来进行AMC流程是否触发的判定，降低了AMC误调整的概率。
作为优选方案，步骤S4 SNR辅助判定子模块中使用的SNR为当前MCS使用期间获取的所有测量值的平均值SNRave。
进一步地，步骤S4 SNR辅助判定子模块中针对HPLC网络中业务突发、频次低的业务特性，SNR辅助判定子模块可以提前获知任意一个发送节点SNR降低情况并主动下调MCS，减少无谓的时隙解错发生。具体包括以下步骤：
S41：节点1周期监听所有一跳邻居节点的信标时隙，测量SNR并记录平均值；
S42：节点1一段时间内与节点2无业务，但节点1通过节点2的信标时隙发现其平均SNR已经降低，无法完成当前MCS的解调；
S43：节点1查表，获得节点2信标时隙的平均SNR可以满足的MCS；
S44：至此，节点1判定节点2应该调整至上述MCS。
本发明的具体实施例
下表为HPLC网络的一些典型MCS设计值：
表1 HPLC典型MCS设计值
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（1）MCS调整评价因子生成子模块
根据表1生成调整评价因子表，如下：
表2 调整评价因子表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）计数子模块
假设一定时间内，节点1使用MCSn向节点2发送业务数据，定义如下变量：
Figure 218945DEST_PATH_IMAGE005
MCSn对应的调整评价因子门限为Factorn
②节点2统计得出的调整评价因子为CurrFactor，建议的MCS等级为CurrMCS
③节点2正确解码一包数据，CurrFactor上调量为Increase；节点2解错一包数据，CurrFactor下调量为Decrease
④节点2正确解码M包数据，解错N包数据
则：CurrFactor = CurrFactor + M×Increase－N×Decrease
（3）调整决策子模块
当CurrFactor >= Factorn+1，上调条件满足；
当CurrFactor <Factorn，下调条件满足。
（4）SNR辅助判定子模块
定义如下变量：
SNRave：当前MCS使用期间获取的所有SNR测量值的平均值
SNR-MCSn+1： MCSn+1解调正确所需的SNR门限
当上调条件满足：
若SNRave>= SNR-MCSn+1，则SNRave满足解调MCSn+1成功的信噪比条件，此时CurrMCS= MCSn+1。
若SNRave＜SNR-MCSn+1，则SNRave不满足解调MCSn+1成功的信噪比条件，不执行任何操作。
当下调条件满足：CurrMCS = MCSn-1。
（5）反馈子模块
如果SNR辅助判定子模块判定需要触发AMC调整，则节点2通过反馈信道将CurrMCS通告给节点1。
在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”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实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或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。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种宽带电力线载波自适应调制编码系统，包括MCS调整评价因子生成子模块，其特征在于,所述MCS调整评价因子生成子模块依次通讯连接计数子模块、调整决策子模块、SNR辅助判定子模块和反馈子模块；
MCS调整评价因子生成子模块：根据各MCS等级设计生成调整评价因子表，定义以下变量：
Factor = PModu×PCode×1000；
PModu：表示调制方式，其中BPSK调制时PModu为1，QPSK调制时PModu为2，16QAM调制时PModu为4，64QAM调制时PModu为6；PModu越大，每时隙可承载速率越高；
PCode：表示码率，其值等于码率；PCode越大，每时隙可承载速率越高；
Factor：MCS调整评价因子，每个MCS对应一个Factor，用来表示各MCS等级之间的速率承载能力差异，Factor越大，该MCS可承载速率越高；
计数子模块：接收节点统计得出的调整评价因子为CurrFactor，这个值是动态变化的：针对任意一发送节点，接收节点解析成功一包数据，CurrFactor上调量为Increase，接收节点解析失败一包数据，CurrFactor下调量为Decrease；
若接收节点正确解码M包数据，解错N包数据，则：
CurrFactor = CurrFactor + M×Increase－N×Decrease；
调整决策子模块：根据MCS调整评价因子生成子模块中的每个MCS对应一个Factor，可以表示为MCSn对应一个Factorn，MCSn+1对应一个Factorn+1，以此类推；
当CurrFactor >= Factorn+1，调整决策子模块判定MCS上调条件满足；
当CurrFactor <Factorn，调整决策子模块判定MCS下调条件满足；
SNR辅助判定子模块：上调条件满足时，SNR辅助判定子模块要根据待调整节点SNR测量值判定当前发送节点到本节点的SNR是否可以满足调整后的MCS的解调；SNR辅助判定子模块中使用的SNR为当前MCS使用期间获取的所有测量值的平均值SNRave；
若SNRave>=调整后MCS的SNR解调门限，判定通过；
若SNRave<调整后MCS的SNR解调门限，判定不通过，处理结束；
下调条件满足时，直接判定通过；
反馈子模块：若SNR辅助判定子模块判定需要调整，则反馈子模块通过反馈信道将调整信息通告给相关节点。
2.根据权利要求1所述的一种宽带电力线载波自适应调制编码系统，其特征在于, 所述SNR辅助判定子模块中提前获知任意一个发送节点SNR降低情况并主动下调MCS为：
节点1周期监听所有一跳邻居节点的信标时隙，测量SNR并记录平均值；
节点1一段时间内与节点2无业务，但节点1通过节点2的信标时隙发现其平均SNR已经降低，无法完成当前MCS的解调；
节点1查表，获得节点2信标时隙的平均SNR可以满足的MCS；
节点1判定节点2应该调整至上述MCS。
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