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(fā)明公開一種寬帶電力線通信技術(shù)領(lǐng)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(tǒng)子載波信道質(zhì)量基礎(chǔ)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(zhì)量確定子載波分塊數(shù)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(xù)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(shù)目；最后按照曲線擬合子載波加載比特數(shù)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(tǒng)速率的情況下，有效減少比特加載資源分配的計算復(fù)雜度，并具有較優(yōu)的比特資源分配結(jié)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(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及寬帶電力線OFDM通信系統(tǒng)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其關(guān)注子載波的功率分配 W及比特加載的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 寬帶電力線通信在利用電力線實現(xiàn)信息通信時存在許多問題，而OFDM (Orthogonal Frequen巧Division Multiplexing:正交頻分復(fù)用）技術(shù)由于具有數(shù)據(jù)傳輸 速率高，抗多徑干擾和窄帶干擾強，頻譜利用率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電力線通信中。OFDM 系統(tǒng)可利用多用戶分集和信道衰落特性，根據(jù)信道增益自適應(yīng)地進行資源分配，可明顯地 提高系統(tǒng)吞吐量等性能。OFDM系統(tǒng)中的資源分配設(shè)及子載波功率自適應(yīng)調(diào)制W及比特加載 等幾種資源的聯(lián)合優(yōu)化，是一個復(fù)雜度極高的問題。已有研究中主要采用分步優(yōu)化的方法： 首先分配子載波，其次確定各子載波的功率、調(diào)制方式和加載比特數(shù)。
[0003] 單用戶比特加載是一個經(jīng)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(jīng)多次迭代運算才能求出吞吐量最大化的最優(yōu)解， 且受到在每個子載波上只能分配整數(shù)比特的限制，導(dǎo)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(tǒng)資源分配結(jié)束。該算法性 能雖優(yōu)，但是由于每加載一個比特都需要進行查表，計算復(fù)雜度高。
[0004] 本文針對傳統(tǒng)比特加載方法中高計算復(fù)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(tǒng)子載波信道質(zhì)量基礎(chǔ)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(zhì)量確定 子載波分塊數(shù)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(xù)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(shù)目；最后按照曲線擬合子載波 加載比特數(shù)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(tǒng)速 率的情況下，有效減少比特加載資源分配的計算復(fù)雜度，并具有較優(yōu)的比特資源分配結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)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(tǒng)子載波信道質(zhì)量計算 根據(jù)子載波單位信噪比，求得各子載波信道質(zhì)量，信道質(zhì)量與系統(tǒng)所采用的編碼方式、 誤碼率、系統(tǒng)性能界和不同近似方式計算出來的信噪比差額有關(guān)。
[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(gòu)成加載集合，W提高加載效率。
[000引步驟3:按子載波質(zhì)量確定子載波分塊數(shù)及分塊子載波集合 由于實際情況中，子載波的質(zhì)量多是連續(xù)平滑的，那么在最差子載波點附近將連續(xù)出 現(xiàn)較差質(zhì)量的子載波，根據(jù)步驟2確定的子載波集合，W被舍棄的W及質(zhì)量波動較大的連續(xù) 子載波為分界，假設(shè)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(shù)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(nèi)。
[0010] 步驟5:加載擬合曲線及各分塊子載波比特加載數(shù)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(yōu)子載波進行最多次數(shù)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(yōu)子載波點的橫坐標及縱坐標，即加載比特數(shù)，代入形 如y=ax2+bx+c的一元二次方程并求解出系數(shù)。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(shù)計算 然后依次將X軸各自然數(shù)點代入相應(yīng)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(shù)。該整數(shù)即為加載比特數(shù)，然后可根據(jù)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(shù)對子載波進行加載操作 根據(jù)步驟5.3所計算出的各子載波加載比特數(shù)，對子載波進行比特加載，完成資源分配 過程。
[0014] 本發(fā)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(jié)果可較好地滿足子載波功率要求。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的整體流程圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明的原理圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明方法與對比方法在不同比特加載數(shù)時的功率增量圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0019] 實例在典型電力線信道環(huán)境中實現(xiàn)。參數(shù)設(shè)置為:設(shè)電力線(FDM系統(tǒng)中一個OFDM 符號的子載波數(shù)N=128,帶寬范圍為0~20MHz，系統(tǒng)功率譜上限為-50-0.8f (地m/Hz)，設(shè)各子 載波上最大分配比特數(shù)為8。需要說明的是上述參數(shù)不影響本發(fā)明的一般性。圖1是本發(fā)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(fā)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(jù)步驟3的方法在連續(xù)較差質(zhì)量子載波處 進行分塊，將子載波分為3塊，然后根據(jù)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(jié)果。
[0020] 本發(fā)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(tǒng)子載波信道質(zhì)量計算 根據(jù)子載波單位信噪比，求得各子載波信道質(zhì)量，信道質(zhì)量與系統(tǒng)所采用的編碼方式、 誤碼率、系統(tǒng)性能界和不同近似方式計算出來的信噪比差額有關(guān)。
[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(gòu)成加載集合，W提高加載效率。
[0023] 步驟3:按子載波質(zhì)量確定子載波分塊數(shù)及分塊子載波集合 由于實際情況中，子載波的質(zhì)量多是連續(xù)平滑的，那么在最差子載波點附近將連續(xù)出 現(xiàn)較差質(zhì)量的子載波，根據(jù)步驟2確定的子載波集合，W被舍棄的W及質(zhì)量波動較大的連續(xù) 子載波為分界，假設(shè)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(shù)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(nèi)。
[0025] 步驟5:加載擬合曲線及各分塊子載波比特加載數(shù)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(yōu)子載波進行最多次數(shù)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(yōu)子載波點的橫坐標及縱坐標，即加載比特數(shù)，代入y= ax2+bx+c形如的一元二次方程并求解出系數(shù)。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(shù)計算 然后依次將X軸各自然數(shù)點代入相應(yīng)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(shù)。該整數(shù)即為加載比特數(shù)，然后可根據(jù)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(shù)對子載波進行加載操作 根據(jù)步驟5.3所計算出的各子載波加載比特數(shù)，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(yōu)的逐比特位添加方法作為對比方法。本發(fā)明的主要 優(yōu)勢是通過子載波分塊及曲線擬合的方法減少運算復(fù)雜度，計算量對比結(jié)果如表1所示。
[0030] 表1本發(fā)明方法與對比方法的復(fù)雜度比較
本發(fā)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(zhì)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(yōu)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(shù)的時所需的加法次數(shù)為2N次，乘法次數(shù)為3N 次，所W總的運算量為5N+S+2。而分塊數(shù)S-般遠小于子載波數(shù)N，可W忽略不計，且運算復(fù) 雜度取最高次，所W本發(fā)明運算復(fù)雜度為O(N)。經(jīng)典逐比特位加載算法的由于需要捜索R次 最優(yōu)值，所W總的運算復(fù)雜度為O(RN)DR為系統(tǒng)要求分配的總比特數(shù)，實際情況R遠遠大于 N。所W本發(fā)明運算復(fù)雜度將遠小于經(jīng)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(fā)明方法與對比方法不同比特加載數(shù)下的功率增量表，圖3為本發(fā)明方法 與對比方法不同比特加載數(shù)下的功率增量圖。
[0032] 表2本發(fā)明方法與對比方法不同比特加載數(shù)下的功率增量表
可W看出本發(fā)明方法消耗功率雖然無法達到最優(yōu)結(jié)果，但仍可W較好地滿足最優(yōu)加載 策略。
[0033] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護范圍 為準。
【主權(quán)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(tǒng)子載波信道質(zhì)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(zhì)量確定子載波分塊數(shù)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(shù)目確定 步驟6:按照曲線擬合子載波加載比特數(shù)對子載波進行加載操作。2. 根據(jù)權(quán)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(zhì)量確定子載波分塊數(shù)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(shù)也即需擬合的曲線數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)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(nèi)的子載波比特加載數(shù)進 行曲線擬合操作。4. 根據(jù)權(quán)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(shù)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(shù)。5. 根據(jù)權(quán)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(yōu)子載波進行最多次數(shù)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(jù)權(quán)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(yōu)子載波點的橫坐標及 縱坐標，即加載比特數(shù)，代入形如y=ax 2+bx+c的一元二次方程并求解出系數(shù);最后可解出s+ 1個一元二次方程。7. 根據(jù)權(quán)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(shù)進行計算，依次將X軸各自然數(shù)點代入相應(yīng)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(shù);該整數(shù)即為加載比特數(shù)， 可根據(jù)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(fā)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