用電信息采集的寬帶電力線通信資源分配方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種用電信息采集的寬帶電力線通信資源分配方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 寬帶電力線通信（Broadband Power Line Communication，BPLC)技術是一種 以電力線為媒介的高速數(shù)據(jù)通信技術。針對電力線信道特有的噪聲和衰減環(huán)境給高速、 可靠的數(shù)據(jù)傳輸帶了新的技術難題，正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)調(diào)制技術具有多種優(yōu)點，可構(gòu)建寬帶電力線通信正交頻分復用 (BPLC-0FDM)系統(tǒng)來實現(xiàn)電力用電信息采集業(yè)務的有效通信支持。用電信息采集的寬帶電 力線通信OFDM系統(tǒng)是將電力線信道可用頻段劃分為若干個子信道作為OFDM數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖?載波，通過向用電信息采集終端分配子載波資源，子載波資源承載用電信息數(shù)據(jù)對應的比 特流，實現(xiàn)用電?目息米集業(yè)務。
[0003] 對于傳統(tǒng)單網(wǎng)關結(jié)構(gòu)的低壓寬帶電力線通信網(wǎng)絡，用電信息采集終端只能通過單 一網(wǎng)關實現(xiàn)用電信息數(shù)據(jù)向用電信息采集主站的傳輸。當電力線通信信道存在時變噪聲干 擾情況下，BPLC-0FDM系統(tǒng)的傳統(tǒng)單網(wǎng)關資源分配方法存在發(fā)送功率偏大和業(yè)務延遲長的 問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種發(fā)送功率合適、業(yè)務延時時間短、適用于雙網(wǎng)關 的用電信息采集的寬帶電力線通信資源分配方法。
[0005] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種應用該通信資源分配方法的用電信息采集的寬 帶電力線通信資源分配裝置。
[0006] 本發(fā)明提供的這種用電信息采集的寬帶電力線通信資源分配方法，主要包括如下 步驟： 51. 獲取用電信息采集終端的電力線信道特性參數(shù)； 52. 估算子載波比特容量； 53. 按照累加比特容量最大準則將子載波資源分配網(wǎng)關； 將所有終端對應的子載波比特容量進行累加操作，將子載波資源分配給累加比特容量 最大的對應網(wǎng)關，若子載波比特容量相等則按等概率隨機分配網(wǎng)關； 54. 按照最小子載波優(yōu)化準則分配終端對應網(wǎng)關； 給定每個終端傳送的估計比特容量，在分配子載波同屬一個網(wǎng)關的限制條件下，依次 對每個終端分配承載終端用電信息數(shù)據(jù)比特的子載波資源，直至所有終端子載波資源分配 完畢為止； 55. 網(wǎng)關對所屬終端分配子載波資源； 56. 終端按照分配的子載波資源傳送終端用電信息數(shù)據(jù)。
[0007] 所述步驟Sl的電力線信道特性參數(shù)，包括子載波數(shù)目、終端數(shù)目、終端與網(wǎng)關之 間的電力線信道單位功率信噪比、用電信息終端與網(wǎng)關之間的電力線信道的信噪比差額參 數(shù)、各用戶在各子載波上分配的功率子載波可分配比特數(shù)上限、頻帶范圍、系統(tǒng)總功率、功 率譜上限和終端用電信息采集速率要求。
[0008] 所述步驟S2的估算子載波比特容量為采用等功率分配法進行估算。
[0009] 所述步驟S5的分配子載波資源為采用多用戶總功率最小優(yōu)化準則。
[0010] 本發(fā)明還提供一種應用該通信資源分配方法的用電信息采集的寬帶電力線通信 資源分配裝置，其特征在于包括電力線信道狀態(tài)采集模塊、子載波比特容量估算模塊、子載 波分配網(wǎng)關模塊、終端分配網(wǎng)關模塊、網(wǎng)關分配終端子載波模塊和用電信息數(shù)據(jù)傳送模塊， 且各模塊之間依次串接；電力線信道狀態(tài)采集模塊用于獲取用電信息采集終端的電力線信 道特性參數(shù)，子載波比特容量估算模塊利用獲取的電力線信道特性參數(shù)估算子載波比特容 量，子載波分配網(wǎng)關模塊依據(jù)估算的子載波比特容量為子載波資源分配對應網(wǎng)關，終端分 配網(wǎng)關模塊利用子載波資源分配的對應網(wǎng)關數(shù)據(jù)為對應的網(wǎng)關分配終端，網(wǎng)關分配終端子 載波模塊用于為網(wǎng)關內(nèi)的終端分配子載波資源，用電信息數(shù)據(jù)傳送模塊利用已分配的子載 波資源傳送數(shù)據(jù)。
[0011] 本發(fā)明提供的這種用電信息采集的寬帶電力線通信資源分配方法和應用該方法 的裝置，由于考慮用電信息采集終端信道在不同網(wǎng)關間的信道增益，優(yōu)化了用電信息采集 寬帶電力線OFDM通信資源分配，改善了傳統(tǒng)方法采用單網(wǎng)關資源分配因素在噪聲干擾下 對通信吞吐量、發(fā)送功率和延遲服務質(zhì)量指標的影響，有利于實現(xiàn)用電力用電信息采集系 統(tǒng)的通信有效性。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明的方法整體流程圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明的裝置功能模塊圖。
【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示為本發(fā)明的通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖：用電信息采集主站通過網(wǎng)絡交換 機和BPLC網(wǎng)關1、BPLC網(wǎng)關2連接并獲取終端的用電數(shù)據(jù)；通信系統(tǒng)中的N個終端通過電 力線鏈路，采用電力線載波通訊的方式將用電數(shù)據(jù)上傳至相應的BPLC網(wǎng)關1或BPLC網(wǎng)關 2〇
[0016] 如圖2所示為本發(fā)明的方法整體流程圖，本發(fā)明的方法包括如下步驟： SI.獲取用電信息采集終端的電力線信道特性參數(shù)； 所述的電力線信道特性參數(shù)，包括子載波數(shù)目m，記為SubCSet= {SubCk}，k=L···!]!;終端 數(shù)目n，記為TSet={j}，j=L···!!;網(wǎng)關數(shù)目為2,記為i ;終端與網(wǎng)關之間的電力線信道單位 功率信噪比，記為SNRSetlj=KNRlj 1,…，SNR1/，…，SNRljmK其中SNR 1/對應用電信息終端 j與網(wǎng)關i之間的第k個子載波單位功率信噪比參數(shù)；用電信息終端j與網(wǎng)關i之間的電 力線信道的信噪比差額參數(shù)，記為FSet lj=ITlj1, ···，「：，…，Γ:}，其中對應用電 信息終端j與網(wǎng)關i之間的第k個子載波信噪比差額參數(shù)；各用戶在各子載波上分配的功 率子載波可分配比特數(shù)上限&^頻帶范圍、系統(tǒng)總功率P total、功率譜上限和終端用電信息 采集速率要求。
[0017] S2.估算子載波比特容量； 寬帶電力線通信OFDM系統(tǒng)通過子載波承載發(fā)送比特，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；子載波比特容量 由信道因素和發(fā)送功率限制因素決定。本方法中，采用等功率方法分配子載波發(fā)送功率，按 照以下公式估算子載波比特容量：
其中，
為終端j向網(wǎng)關i傳輸時子載波k上比特容量；
為系統(tǒng)可用總功率， Λ為子載波總數(shù)；
.為子載波可分配比特數(shù)上限，1?為向下取整運算。
[0018] 因此用終端j向網(wǎng)關i傳輸時子載波估計的比特容量可表示為各子載波可承載的 比特數(shù)集合
[0019] S3.按照累加比特容量最大準則將子載波資源分配網(wǎng)關； 將所有終端對應的子載波比特容量進行累加操作，將子載波資源分配給累加比特容量 最大的對應網(wǎng)關，若子載波比特容量相等則按等概率隨機分配網(wǎng)關； 對于子載波k，按以下公式計算累加容量：
當滿足以下條件：
子載波k分配給網(wǎng)關i 則子載波所屬網(wǎng)關信息可表示為各子載波所屬網(wǎng)關 的集合
；其中表示子載波k分配網(wǎng)關序號為i ;因為 i e {U};若i=l，則子載波k分配給1號網(wǎng)關進行后續(xù)步驟的比特加載。
[0020] S4.按照最小子載波優(yōu)化準則分配終端對應網(wǎng)關； 用電信息采集終端通過網(wǎng)關周期性將用電信息數(shù)據(jù)傳送用電信息主站，具有終端傳送 數(shù)據(jù)信息為固定值的業(yè)務特點，等價于寬帶電力線OFDM通信系統(tǒng)每次OFDM單位符號內(nèi)需 要子載波承載的終端比特數(shù)目也為固定值。
[0021] 采用最小子載波準則，給定每個終端傳送的估計比特容量，在分配子載波同屬一 個網(wǎng)關限制條件下，依次對每個終端分配承載終端用電信息數(shù)據(jù)比特的子載波資源，直至 所有終端子載波資源分配完畢為止。
[0022] 設一個OFDM單位符號內(nèi)終端j需要傳送用電信息數(shù)據(jù)比特數(shù)目記為：
（單位 bit)，則所述目標函數(shù)選擇為終端j分配子載波數(shù)目為
，約束條件1為終端分配子載 波屬于同一網(wǎng)關，約束條件2為終端分配子載波的可承載比特數(shù)之和大于
(?二j為向下取整運算，參數(shù)〃 € [[U.】），約束條件3為每個子載波只傳送同一終端數(shù)據(jù)；滿足 約束條件下的目標函數(shù)要求時子載波數(shù)目最小。
[0023] S5.網(wǎng)關對所屬終端分配子載波資源； 按照多用戶總功率資源分配最小優(yōu)化準則，每個網(wǎng)關依次對所屬多個終端進行子載 波資源分配，在滿足終端用電信息發(fā)送比特數(shù)要求條件下，資源分配發(fā)送總功率(單位為毫 瓦，mW)最小。
[0024] 本方法中，所述目標函數(shù)選擇為子載波發(fā)送總功率，約束條件1為每個終端j分配 子載波傳送比特數(shù)之和大于ΧΓ 5，約束條件2為每個子載波只傳送同一終端數(shù)據(jù)比特；滿 足約束條件下的目標函數(shù)要求時子載波發(fā)送總功率最小。
[0025] S6.終端按照分配的子載波資源傳送終端用電信息數(shù)據(jù)。
[0026] 每個終端按照分配子載波資源依次將用電信息數(shù)據(jù)比特傳送至網(wǎng)關，最后到達用 電信息采集主站，完成終端的用電信息數(shù)據(jù)采集。
[0027] 以下通過一個具體算例來詳細介紹本發(fā)明提供的這種用電信息采集的寬帶電力 線通信資源分配方法。在本實施例中對比方法采用典型的單網(wǎng)關寬帶電力線通信資源分配 方法(Max-min算法）： Sl :獲取用電信息采集終端的電力線信道特性參數(shù)； 采用典型電力線信道環(huán)境參數(shù)設置：頻帶范圍為〇~l〇MHz，系統(tǒng)總功率
，功 率譜上限為-60dBm/kHz，設置子載波總數(shù)Λ為16,則
終端 數(shù)目為4,終端用電采集速率要求lOkbit/s，
；仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參照圖2設置；對比 算法只包含網(wǎng)關1。本發(fā)明方法各步驟均是在一個OFDM符號周期（Ims)內(nèi)完成的，實驗仿 真100個OFDM符號周期后對性能指標進而統(tǒng)分析，以第16個OFDM符號周期內(nèi)的具體操作 加以說明。
[0028] 用電信息采集終端的電力線信道信噪比等信道特性參數(shù)獲取，以優(yōu)選實施例中兩 個網(wǎng)關和終端1部分單位功率信噪比數(shù)據(jù)為例，如表1