CN116094626A - 一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法 - Google Patents

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王亚梁
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刘昭赫
段雪娇
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Abstract

本发明涉及电力线通信技术领域，提供一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，首先综合考虑信道信噪比、畸变以及纠错等级建立新的信道质量评估方案；其次，根据各个子载波的信道质量对各个子载波进行能量分配，同时确定各个子载波的调制方式、纠错等级。最后，若总功率还有剩余的话，则均分在可以使用的子载波上。本发明通过建立新的信道评估方案，将信道的畸变、纠错等级也考虑在功率分配的影响因素内，由此对发射端资源的动态分配可以更贴合实际系统的情况，从而使得实际系统可以在保证通信成功率的前提下得到最大化的通信速率。此外，本发明使用的能量分配方案极大的降低了算法的复杂度，更易于开发实现。

Description

一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法
技术领域
本发明涉及电力线通信技术领域，具体涉及一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法。
背景技术
当前电力线通信领域已进军到多载波调制技术，OFDM（正交频分复用，OrthogonalFrequency Division Multiplexing）技术以其频谱利用率高、抗干扰能力强等众多优点受到了广泛的关注。OFDM系统的一个重要特点就是将一个宽带信道划分成了多个相互正交的并行窄带子信道，以此来提高信息传输的速率。但是每个子信道的信噪比、畸变等情况是不一样的，因此需要根据各个子信道的信道特性，在各个子信道上进行自适应调制，动态分配系统发射功率、调制方式以及纠错等级，以达到该系统的最大传输速率。
根据优化目标不同，优化准则主要分为功率自适应、速率自适应和误码率最小化。功率自适应是指在一定误比特率和数据速率要求条件下使系统总发送功率最小化。速率自适应是指在一定误比特率和数据速率要求条件下使系统总数据速率最大化。裕量最大化主要是指在一定数据速率和误比特率限制条件下，使系统的性能裕量最大化，裕量最大化也可以归到功率自适应中。误码率最小化是指在一定数据速率和总功率限制条件下使系统的误码率最小化。在资源分配一类问题中，注水算法作为自适应功率分配的基础常常被人提及；综合而言对应上述的不同优化准则，各个领域的研究者从不同角度出发提出了注水算法、Chow算法、Hughes-Hartogs算法、Fisher算法等不同的自适应分配算法。但是以上算法对于信道质量的评估都是仅限于对各个子信道的信噪比参数进行评估，并且以其中Hughes-Hartogs算法为例其需要额外的搜索与排序，算法复杂度相当高，实时性较差。因此对于多子载波的OFDM符号来说以上几种算法都存在极大的应用阻碍。此外，收到实际系统的限制，单子载波的传输比特数是有上限的，并且子载波的传输比特数只能量化为整数值，不能达到以上各种算法的最优解。因此对于中压载波系统而言，使用已有的算法不仅会收到算法复杂度的制约，同时也会因为对子信道分配功率的不合理限制系统的传输速率。
本发明通过建立新的信道评估方案，将信道的畸变、纠错等级也考虑在功率分配的影响因素内，由此对发射端资源的动态分配可以更贴合实际系统的情况，从而使得实际系统可以在保证通信成功率的前提下得到最大化的通信速率。本发明使用的能量分配方案极大的降低了算法的复杂度，更易于开发实现。
发明内容
为解决上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明提出一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，基于重新定义的子信道质量评估方式，结合现有的多种自适应分配方案，通过在发射端对每个子信道进行能量分配，筛选掉信道质量差的子载波，保证通讯成功率，并通过既定的调制方式、纠错等级调整每个子载波传输的比特数，以此来实现功率的动态分配。从而在降低算法复杂度的前提下也能使实际系统中给每个子信道所分配的功率能达到每个子载波的最大传输比特数，以得到该系统下的最优功率分配比。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，包括具体以下内容：
建立信道质量评估方案；
确定能量分配方案。
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述建立信道质量评估方案包括以下内容：
信道质量评估包括对信道的信噪比、畸变以及纠错编码等级进行综合评估从而得出信道质量参数。
其中信道信噪比是通过四阶矩法在接受端求得的，信道畸变是通过EVM(ErrorVector Magnitude, 误差向量幅度)的相位畸变来进行表征的，并且畸变以及纠错编码等级对应的参数都转化为相应的dB值，方便之后进行能量分配。
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述能量分配方案在对不同信道进行能量分配时需要将信道数目变化导致的峰均比的变化从而导致可分配总能量变化同样考虑在内。
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述的能量分配方案根据不同子信道的信道质量分配不同的能量，使得信道质量好的子信道能通过高的调制方式并以低纠错等级准确的发送数据，并且可以剔除掉信道质量差的子信道。
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，在使用该方法进行能量分配时可以极大的简化计算量，减少该算法开发过程中的资源消耗，并且在保证系统的通信速率的前提下提高该算法实施的可行性。
附图说明
图1为一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法的整体工作流程图。
图2为一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法中的能量分配算法方案流程图
具体实施方式
下面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、完整的描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，本发明的技术方案为:
一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，包括具体以下内容：
建立信道质量评估方案；
确定能量分配方案。
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述建立信道质量评估方案包括以下内容：
信道质量评估包括对信道的信噪比、畸变以及纠错编码等级进行综合评估从而得出信道质量参数。
其中信道信噪比是通过四阶矩法在接受端求得的，信道畸变是通过EVM(ErrorVector Magnitude, 误差向量幅度)的相位畸变来进行表征的，并且畸变以及纠错编码等级对应的参数都转化为相应的dB值，方便之后进行能量分配。
其中，Q表示信道质量评估参数；表征信道的信噪比；表征信道畸变；表征不同纠错等级对应的参数
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述能量分配方案在对不同信道进行能量分配时需要将信道数目变化导致的峰均比的变化从而导致可分配总能量变化同样考虑在内。
其具体方式可以通过查表方式获得：
子载波数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
PAPR 3.010 6,021 7.782 9.031 10.000 10.676 10.721 10.777 10.792 10.993 11.038 11.066 11.072 11.130 11.175 11.195 11.198
子载波数 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
PAPR 11.303 11.310 11.310 11.314 11,314 11.329 11.346 11.347 11.354 11.356 11.360 11.391 11.404 11.405 11.408 11.424 11.429
子载波数 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
PAPR 11.436 11.437 11.448 11.450 11.461 11.472 11.481 11.488 11.490 11.491 11.497 11.509 11.510 11.513 11.530 11.544 11.579
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法如图2所示，其特征在于，以使用Turbo码编码方式为例，所述的能量分配方案的具体流程包括：
步骤1：确定各个子信道在1/3码率下Turbo码满足调制时的信道质量最低值并而以此求得满足其他情况下的信道质量值、、以及满足QPSK调制方式时对应的Q值。可以得到八个常数。
步骤2：计算每个子信道满足调制时所需要的最小能量以及满足其他情况下的信道质量以此类推求得其他的信道质量、以及QPSK调制方式下的Q值。
步骤3：对以及其他Q值进行从小到大排序：
<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Q</mi><msub><mrow /><mrow><mi>B</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>/</mi><mi>3</mi></mrow></msub><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>P</mi><munderover><mi /><mrow><mi>s</mi><mi>1</mi></mrow><mi>1</mi></munderover><mi>,</mi><mi>P</mi><munderover><mi /><mrow><mi>s</mi><mi>2</mi></mrow><mi>1</mi></munderover><mi>,</mi><mi>P</mi><munderover><mi /><mrow><mi>s</mi><mi>3</mi></mrow><mi>1</mi></munderover><mi>,</mi><mi>⋯</mi><mi>,</mi><mi>P</mi><munderover><mi /><mrow><mi>s</mi><mi>N</mi></mrow><mi>1</mi></munderover><mi>]</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>Q</mi><msub><mrow /><mrow><mi>B</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>/</mi><mi>2</mi></mrow></msub><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>C</mi><msub><mrow /><mrow><mi>B</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>/</mi><mi>2</mi></mrow></msub><mi>,</mi><mi>C</mi><msub><mrow /><mrow><mi>B</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>/</mi><mi>2</mi></mrow></msub><mi>,</mi><mi>C</mi><msub><mrow /><mrow><mi>B</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>/</mi><mi>2</mi></mrow></msub><mi>,</mi><mi>⋯</mi><mi>,</mi><mi>C</mi><msub><mrow /><mrow><mi>B</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>/</mi><mi>2</mi></mrow></msub><mi>]</mi></mtd></mtr></mtable></mstyle>
……
<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>Q</mi><msub><mrow /><mrow><mi>Q</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>6</mi><mi>/</mi><mi>1</mi><mi>8</mi></mrow></msub><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>C</mi><msub><mrow /><mrow><mi>Q</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>6</mi><mi>/</mi><mi>1</mi><mi>8</mi></mrow></msub><mi>,</mi><mi>C</mi><msub><mrow /><mrow><mi>Q</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>6</mi><mi>/</mi><mi>1</mi><mi>8</mi></mrow></msub><mi>,</mi><mi>C</mi><msub><mrow /><mrow><mi>Q</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>6</mi><mi>/</mi><mi>1</mi><mi>8</mi></mrow></msub><mi>,</mi><mi>⋯</mi><mi>,</mi><mi>C</mi><msub><mrow /><mrow><mi>Q</mi><mi>_</mi><mi>1</mi><mi>6</mi><mi>/</mi><mi>1</mi><mi>8</mi></mrow></msub><mi>]</mi></mstyle>
步骤4：对以上八个数组按照优先分配最小值进行能量分配；需注意，对于任何一个子信道来说，只有前一个数组中对应的子信道的能量分配完成之后，下一个数组对应的值才能参与最小值比较，以确定能量分配。在考虑子信道数目变化导致可分配总能量变化的前提下，以总能量减去数组比较得到的最小值为剩余可分配能量，直到可分配能量不足以分配下一个子载波为止。
根据每个子信道对应的数组，确定该子信道所使用的调制方式以及纠错等级，根据总能量的分配比例确定每个子信道的幅值。
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，其能量分配方案，当能量不足以分配到下一个子信道时，剩余能量均分到该方案所确定的能够使用的子信道上。
进一步的，所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，在使用该方法进行能量分配时可以极大的简化计算量，减少该算法开发过程中的资源消耗，并且在保证系统的通信速率的前提下提高该算法实施的可行性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，包括具体以下内容：
建立信道质量评估方案；
确定能量分配算法方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述建立信道质量评估方案包括以下内容：
信道质量评估包括对信道的信噪比、畸变以及纠错编码等级进行综合评估从而得出信道质量参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述信道信噪比是通过四阶矩法在接收端求得的，信道畸变是通过EVM(ErrorVector Magnitude, 误差向量幅度)的相位畸变来进行表征的，并且畸变以及纠错编码等级对应的参数都转化为相应的dB值，方便之后进行能量分配。
4.根据权利要求1所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述能量分配方案在对不同信道进行能量分配时，信道数目变化导致的峰均比的变化，从而导致可分配总能量变化也需要同样考虑在内。
5.根据权利要求1所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，所述的能量分配方案根据不同子信道的信道质量分配不同的能量，使得信道质量好的子信道能通过高阶调制方式并以低纠错等级准确的发送数据，并且可以剔除掉信道质量差的子信道。
6.根据权利要求1所述的一种基于信道质量评估的中压载波功率分配优化方法，其特征在于，在使用该方法进行能量分配时可以极大的简化计算量，减少该算法开发过程中的资源消耗，并且在保证高的系统通信速率的前提下提高该算法实施的可行性。
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