一種曲線擬合的寬帶電力線ofdm子載波比特加載方法
【專利摘要】本發明公開一種寬帶電力線通信技術領域的曲線擬合的OFDM子載波比特加載方法。該方法首先在計算OFDM系統子載波信道質量基礎上，基于最小功率準則確定子載波集合以確定功率消耗滿足要求的子載波；然后按子載波質量確定子載波分塊數及分塊子載波集合，并建立子載波各分塊二維空間以進行后續曲線擬合操作；其次擬合加載比特曲線和確定各分塊子載波比特加載數目；最后按照曲線擬合子載波加載比特數對子載波進行加載操作完成資源分配。該方法能在保證一定功率消耗及系統速率的情況下，有效減少比特加載資源分配的計算復雜度，并具有較優的比特資源分配結果。
【專利說明】
-種曲線擬合的寬帶電力線OFDM子載波比特加載方法
技術領域
[0001] 本發明設及寬帶電力線OFDM通信系統傳輸技術領域，尤其關注子載波的功率分配 W及比特加載的方法。
【背景技術】
[0002] 寬帶電力線通信在利用電力線實現信息通信時存在許多問題，而OFDM (Orthogonal Frequen巧Division Multiplexing:正交頻分復用）技術由于具有數據傳輸 速率高，抗多徑干擾和窄帶干擾強，頻譜利用率高等優點，廣泛應用于電力線通信中。OFDM 系統可利用多用戶分集和信道衰落特性，根據信道增益自適應地進行資源分配，可明顯地 提高系統吞吐量等性能。OFDM系統中的資源分配設及子載波功率自適應調制W及比特加載 等幾種資源的聯合優化，是一個復雜度極高的問題。已有研究中主要采用分步優化的方法： 首先分配子載波，其次確定各子載波的功率、調制方式和加載比特數。
[0003] 單用戶比特加載是一個經典的研究問題，重點是如何保證用戶QoS性能且提高加 載效率。迭代注水算法是理論上界，但需經多次迭代運算才能求出吞吐量最大化的最優解， 且受到在每個子載波上只能分配整數比特的限制，導致注水算法在很多情況下無法收斂。 而逐比特位加載方法需要建立子載波在分配比特時的功率增量表，每加載一個比特時都需 要進行查表，將該比特加載到功率增量最小的子載波上，直到系統資源分配結束。該算法性 能雖優，但是由于每加載一個比特都需要進行查表，計算復雜度高。
[0004] 本文針對傳統比特加載方法中高計算復雜性問題，提出了一種曲線擬合的寬帶電 力線OFDM子載波比特加載方法。該方法首先在計算OFDM系統子載波信道質量基礎上，基于 最小功率準則確定子載波集合W確定功率消耗滿足要求的子載波;然后按子載波質量確定 子載波分塊數及分塊子載波集合，并建立子載波各分塊二維空間W進行后續曲線擬合操 作；其次擬合加載比特曲線和確定各分塊子載波比特加載數目；最后按照曲線擬合子載波 加載比特數對子載波進行加載操作完成資源分配。該方法能在保證一定功率消耗及系統速 率的情況下，有效減少比特加載資源分配的計算復雜度，并具有較優的比特資源分配結果。
【發明內容】
[0005] 本發明旨在提出一種曲線擬合的寬帶電力線OFDM子載波比特加載方法，其具體步 驟如下。
[0006] 步驟1 :(FDM系統子載波信道質量計算 根據子載波單位信噪比，求得各子載波信道質量，信道質量與系統所采用的編碼方式、 誤碼率、系統性能界和不同近似方式計算出來的信噪比差額有關。
[0007] 步驟2:基于最小功率準則確定子載波集合 按照基于最小功率準則選擇前n個子載波，將加載每比特所消耗功率超過單載波功率 闊值的子載波進行舍棄。運樣可W構成加載集合，W提高加載效率。
[000引步驟3:按子載波質量確定子載波分塊數及分塊子載波集合 由于實際情況中，子載波的質量多是連續平滑的，那么在最差子載波點附近將連續出 現較差質量的子載波，根據步驟2確定的子載波集合，W被舍棄的W及質量波動較大的連續 子載波為分界，假設分界有S個，那么將有S+1個分塊后的子載波集合。
[0009] 步驟4:子載波各分塊二維空間建立 建立新的二維空間，W信道的序號作為X軸，比特加載數作為y軸。將分塊后的子載波集 合分別置于不同的二維空間內。
[0010] 步驟5:加載擬合曲線及各分塊子載波比特加載數目確定 步驟5.1各分塊子載波曲線擬合初始化操作 對各分塊中最優子載波進行最多次數的比特加載，將最差但仍滿足功率要求的子載波 進行1次加載。
[0011] 步驟5.2二維曲線擬合端點選擇與擬合 將保留子載波的左右端點及最優子載波點的橫坐標及縱坐標，即加載比特數，代入形 如y=ax2+bx+c的一元二次方程并求解出系數。最后可解出S+1個一元二次方程。
[0012] 步驟5.3曲線擬合子載波加載比特數計算 然后依次將X軸各自然數點代入相應分塊的一元二次方程后，解出各子載波的y值。對 求得的y值進行四舍五入取至整數。該整數即為加載比特數，然后可根據信道特性計算各子 載波所消耗的總功率作為比特加載效率的參考。
[0013] 步驟6按照曲線擬合子載波加載比特數對子載波進行加載操作 根據步驟5.3所計算出的各子載波加載比特數，對子載波進行比特加載，完成資源分配 過程。
[0014] 本發明提出的基于曲線擬合的比特加載方法能有效減少比特加載時的計算量，加 快處理速度，同時保證分配結果可較好地滿足子載波功率要求。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明的整體流程圖。
[0016] 圖2為本發明的原理圖。
[0017] 圖3為本發明方法與對比方法在不同比特加載數時的功率增量圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0019] 實例在典型電力線信道環境中實現。參數設置為:設電力線(FDM系統中一個OFDM 符號的子載波數N=128,帶寬范圍為0~20MHz，系統功率譜上限為-50-0.8f (地m/Hz)，設各子 載波上最大分配比特數為8。需要說明的是上述參數不影響本發明的一般性。圖1是本發明 提出的基于曲線擬合的比特加載方法的整體流程圖，圖2為本發明提出的基于曲線擬合的 比特加載方法的原理圖。W圖2為例，將子載波根據步驟3的方法在連續較差質量子載波處 進行分塊，將子載波分為3塊，然后根據步驟4及步驟5的方法對每塊分別進行曲線擬合，共 擬合3條曲線，從而得出比特加載結果。
[0020] 本發明旨在提出一種曲線擬合的寬帶電力線OFDM子載波比特加載方法，其具體步 驟如下。
[0021] 步驟1 :(FDM系統子載波信道質量計算 根據子載波單位信噪比，求得各子載波信道質量，信道質量與系統所采用的編碼方式、 誤碼率、系統性能界和不同近似方式計算出來的信噪比差額有關。
[0022] 步驟2:基于最小功率準則確定子載波集合 按照基于最小功率準則選擇前n個子載波，將加載每比特所消耗功率超過單載波功率 闊值的子載波進行舍棄。運樣可W構成加載集合，W提高加載效率。
[0023] 步驟3:按子載波質量確定子載波分塊數及分塊子載波集合 由于實際情況中，子載波的質量多是連續平滑的，那么在最差子載波點附近將連續出 現較差質量的子載波，根據步驟2確定的子載波集合，W被舍棄的W及質量波動較大的連續 子載波為分界，假設分界有S個，那么將有S+1個分塊后的子載波集合。
[0024] 步驟4:子載波各分塊二維空間建立 建立新的二維空間，W信道的序號作為X軸，比特加載數作為y軸。將分塊后的子載波集 合分別置于不同的二維空間內。
[0025] 步驟5:加載擬合曲線及各分塊子載波比特加載數目確定 步驟5.1各分塊子載波曲線擬合初始化操作 對各分塊中最優子載波進行最多次數的比特加載，將最差但仍滿足功率要求的子載波 進行1次加載。
[0026] 步驟5.2二維曲線擬合端點選擇與擬合 將保留子載波的左右端點及最優子載波點的橫坐標及縱坐標，即加載比特數，代入y= ax2+bx+c形如的一元二次方程并求解出系數。最后可解出S+1個一元二次方程。
[0027] 步驟5.3曲線擬合子載波加載比特數計算 然后依次將X軸各自然數點代入相應分塊的一元二次方程后，解出各子載波的y值。對 求得的y值進行四舍五入取至整數。該整數即為加載比特數，然后可根據信道特性計算各子 載波所消耗的總功率作為比特加載效率的參考。
[0028] 步驟6按照曲線擬合子載波加載比特數對子載波進行加載操作 根據步驟5.3所計算出的各子載波加載比特數，對子載波進行比特加載，完成資源分配 過程。
[0029] 在此處選用資源分配性能最優的逐比特位添加方法作為對比方法。本發明的主要 優勢是通過子載波分塊及曲線擬合的方法減少運算復雜度，計算量對比結果如表1所示。
[0030] 表1本發明方法與對比方法的復雜度比較
本發明的計算量主要在步驟2及步驟5，步驟1、步驟3及步驟4計算量較小，可忽略。步驟 2中捜索質量較差被舍棄的子載波，需進行1次完整捜索即可得出所有被舍棄的子載波;步 驟5.1對各分塊捜索最優信道需進行s+1次捜索；步驟5.2在二次曲線擬合時所需運算量較 小，可忽略;步驟5.3在進行批量計算加載次數的時所需的加法次數為2N次，乘法次數為3N 次，所W總的運算量為5N+S+2。而分塊數S-般遠小于子載波數N，可W忽略不計，且運算復 雜度取最高次，所W本發明運算復雜度為O(N)。經典逐比特位加載算法的由于需要捜索R次 最優值，所W總的運算復雜度為O(RN)DR為系統要求分配的總比特數，實際情況R遠遠大于 N。所W本發明運算復雜度將遠小于經典逐比特位加載算法，達到快速比特加載的目的。
[0031] 表2為本發明方法與對比方法不同比特加載數下的功率增量表，圖3為本發明方法 與對比方法不同比特加載數下的功率增量圖。
[0032] 表2本發明方法與對比方法不同比特加載數下的功率增量表
可W看出本發明方法消耗功率雖然無法達到最優結果，但仍可W較好地滿足最優加載 策略。
[0033] W上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明掲露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該W權利要求的保護范圍 為準。
【主權項】
1. 一種曲線擬合的寬帶電力線OFDM子載波比特加載方法，其特征在于，它包括以下步 驟： 步驟1: OFDM系統子載波信道質量計算 步驟2:基于最小功率準則確定子載波集合 步驟3:按子載波質量確定子載波分塊數及分塊子載波集合 步驟4:子載波各分塊二維空間建立 步驟5:加載擬合曲線及各分塊子載波比特加載數目確定 步驟6:按照曲線擬合子載波加載比特數對子載波進行加載操作。2. 根據權利要求1所述的基于曲線擬合的比特加載方法，其特征在于，所述步驟3中的 按子載波質量確定子載波分塊數及分塊子載波集合，將確定的子載波集合進行分析，以確 定分塊數也即需擬合的曲線數。3. 根據權利要求1所述的基于曲線擬合的比特加載方法，其特征在于，所述步驟4中的 子載波各分塊二維空間建立，建立新的二維空間，以便對各分塊內的子載波比特加載數進 行曲線擬合操作。4. 根據權利要求1所述的基于曲線擬合的比特加載方法，其特征在于，所述步驟5中的 加載擬合曲線及各分塊子載波比特加載數目確定，對各分塊進行曲線擬合操作，從而確定 各子載波所加載的比特數。5. 根據權利要求4所述的基于曲線擬合的比特加載方法，其特征在于，所述步驟5.1對 各分塊子載波曲線擬合進行初始化操作，對各分塊中最優子載波進行最多次數的比特加 載，將最差但仍滿足功率要求的子載波進行1次加載。6. 根據權利要求4所述的基于曲線擬合的比特加載方法，其特征在于，所述步驟5.2對 二維曲線擬合端點選擇與擬合操作，將保留子載波的左右端點及最優子載波點的橫坐標及 縱坐標，即加載比特數，代入形如y=ax 2+bx+c的一元二次方程并求解出系數;最后可解出s+ 1個一元二次方程。7. 根據權利要求4所述的基于曲線擬合的比特加載方法，其特征在于，所述步驟5.3對 曲線擬合子載波加載比特數進行計算，依次將X軸各自然數點代入相應分塊的一元二次方 程后，解出各子載波的y值;對求得的y值進行四舍五入取至整數;該整數即為加載比特數， 可根據信道特性計算各子載波所消耗的總功率作為比特加載效率的參考。
【文檔編號】H04L27/26GK105846985SQ201610302896
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】陸俊, 劉振宇, 朱炎平, 彭文昊, 孫毅, 劉向軍
【申請人】華北電力大學