專利名稱：低壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于低壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
低壓電力線載波通信是電力通信系統(tǒng)中最基本的一種通信方式，它是利用電力線 作為傳輸通道，不需單獨(dú)架設(shè)線路和維護(hù)線路，而且電力線路結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，因此電力線載波通 信也是電力系統(tǒng)中特有的通信方式，目前已廣泛應(yīng)用于集中抄表、智能家居、智能樓宇等領(lǐng) 域。然而低壓電力線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、信號(hào)衰減大，低壓電力線信道噪 聲干擾和時(shí)變衰減是其固有的缺陷，這造成了電力線傳輸數(shù)據(jù)速率較低、可靠性也比較差， 嚴(yán)重制約了電力線載波通信技術(shù)的推廣應(yīng)用。目前國(guó)家正在大力推動(dòng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，而 低壓載波通信作為一種解決智能電網(wǎng)中存在的“最后一公里”問題的重要技術(shù)手段，將會(huì)發(fā) 揮越來(lái)越大的作用。因此解決低壓電力線載波通信的可靠性、提高通信速率成為了發(fā)展低 壓載波通信技術(shù)的關(guān)鍵。擴(kuò)頻通信是目前電力線載波通信領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種通信技術(shù)。該技術(shù)雖然 具有抗干擾能力強(qiáng)，保密性好，抗衰落、抗多徑干擾能力強(qiáng)，具有多址能力、易于實(shí)現(xiàn)碼多分 址等優(yōu)點(diǎn)，然而在實(shí)際應(yīng)用過程中還不盡如人意，存在通信成功率不高、通信速率較慢等問 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)及方法，對(duì)電力 線擴(kuò)頻載波通信的關(guān)鍵參數(shù)自動(dòng)調(diào)整，以提高電力線載波通信可靠性，降低誤碼率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種低電壓電力線載波通信的自適應(yīng) 調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，包括輸入信號(hào)調(diào)理模塊，將輸入信號(hào)通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成 采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；采樣及濾波模塊，將時(shí)間上、幅值上都連續(xù)的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn) 換成時(shí)間上離散、幅值上連續(xù)的離散模擬信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字濾波處理；鏈路質(zhì)量檢測(cè)模塊， 檢測(cè)當(dāng)前通信鏈路質(zhì)量，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算法；信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng) 前環(huán)境下的信號(hào)強(qiáng)度，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算法；綜合差錯(cuò)檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng)前 通信系統(tǒng)中最終誤碼率、通信成功率等參數(shù)，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算法模塊；自 適應(yīng)調(diào)整算法模塊，根據(jù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)到的鏈路質(zhì)量、信號(hào)強(qiáng)度、綜合誤差這些參數(shù)，自動(dòng)優(yōu)化 調(diào)整符號(hào)判決的閾值；及符號(hào)判決模塊，根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)，結(jié)合符號(hào)判決閾值，判決出通 信符號(hào)。上述自適應(yīng)調(diào)整算法模塊包括模糊歸一化模塊，將檢測(cè)到的單位量綱不同的數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱的數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行模糊化處理；模糊規(guī)則模塊，包含一系列模糊推理規(guī)則， 為推理機(jī)模塊提供推理依據(jù)；推理機(jī)模塊，根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，確定推理結(jié)果，即 最優(yōu)判決閾值調(diào)整量的模糊語(yǔ)言值；決策判決閾值模塊，將推理機(jī)確定的判決閾值調(diào)整量 的模糊語(yǔ)言值進(jìn)行逆模糊化處理，變換成可實(shí)際應(yīng)用的符號(hào)判決閾值。
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—種低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于，包括(1)將輸入信 號(hào)通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；(2)將時(shí)間上、幅值上都連 續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、幅值上連續(xù)的離散模擬信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字濾波處理；(3) 根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)，結(jié)合符號(hào)判決閾值，判決出通信數(shù)據(jù)符號(hào)；其中，通過檢測(cè)當(dāng)前通信鏈 路質(zhì)量、當(dāng)前環(huán)境下的信號(hào)強(qiáng)度、當(dāng)前通信系統(tǒng)中的綜合誤差，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng) 調(diào)整算法，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整符號(hào)判決的閾值。本發(fā)明提出的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)及方法，通過檢驗(yàn)通信系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量、信號(hào)強(qiáng)度 及綜合差錯(cuò)等參數(shù)，自動(dòng)跟蹤并調(diào)整擴(kuò)頻通信判決閾值，使通信系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)，即通信 成功率在當(dāng)前工作環(huán)境下達(dá)到最高值。解決了載波擴(kuò)頻通信通信成功率不高的問題，提高 了通信成功率。


圖1是本發(fā)明載波通信自適應(yīng)調(diào)整方法的原理示意圖。圖2是輸入信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)示意圖。圖3是采樣過程示意圖。圖4是自適應(yīng)調(diào)整算法模塊原理框圖。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例提供的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)包括七個(gè) 功能模塊，下面結(jié)合附圖分別說明。輸入信號(hào)調(diào)理模塊，將輸入信號(hào)通過放大、濾波操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備(AD轉(zhuǎn)換單 元)能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；該功能模塊由硬件電路實(shí)現(xiàn)，通過集成運(yùn)放、RC帶通濾波電路完 成信號(hào)調(diào)理功能。圖2a為輸入信號(hào)示意圖，圖2b為經(jīng)過放大、濾波處理后的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)示意 圖。采樣及濾波模塊，將上述時(shí)間上、幅值上都連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、 幅值上連續(xù)的離散模擬信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字濾波處理。圖3a為模擬信號(hào)，圖3b為等間隔采樣 后的離散模擬信號(hào)。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率至少要為信號(hào)最高頻率的兩倍，在具 體實(shí)施時(shí)本發(fā)明采用4倍頻采樣及Tchebyshev帶通濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波。鏈路質(zhì)量檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng)前通信鏈路質(zhì)量，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算 法；鏈路質(zhì)量檢測(cè)包括三個(gè)步驟數(shù)字鑒頻、數(shù)字解調(diào)、相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)運(yùn)算結(jié)果即為鏈路 質(zhì)量。信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境下的信號(hào)強(qiáng)度，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào) 整算法；信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)采用滑窗式計(jì)算方法，將采樣到的數(shù)據(jù)按時(shí)間積分，即得到當(dāng)前信號(hào) 強(qiáng)度。綜合差錯(cuò)檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng)前通信系統(tǒng)的綜合差錯(cuò)，本實(shí)施例中綜合差錯(cuò)包括誤 碼率及通信成功率，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算法模塊。誤碼率通過碼元匹配的方 法檢測(cè)，即碼元匹配率；通信成功率通過幀校驗(yàn)來(lái)檢測(cè)，若幀校驗(yàn)錯(cuò)誤或幀不完整則通信失 敗一次，反之則通信成功一次，統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)的通信次數(shù)及通信成功次數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出通信成功率。綜合考慮誤碼率及通信成功率，分別賦予誤碼率和通信成功率一個(gè)權(quán)重，即得到 綜合差錯(cuò)率。自適應(yīng)調(diào)整算法模塊，根據(jù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)到的鏈路質(zhì)量、信號(hào)強(qiáng)度、綜合差錯(cuò)這些參 數(shù)，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整符號(hào)判決的閾值。符號(hào)判決模塊，根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)，結(jié)合符號(hào)判決閾值，判決出通信符號(hào)。如圖4所示，本實(shí)施例中，自適應(yīng)調(diào)整算法模塊包括四個(gè)子模塊，下面分別詳細(xì)說 明。模糊歸一化模塊由于檢測(cè)到的數(shù)據(jù)的單位量綱不同，需轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱的數(shù)據(jù)，同 時(shí)進(jìn)行模糊化處理，以便進(jìn)行后續(xù)模糊推理。數(shù)據(jù)的歸一化采用以下歸一化公式，規(guī)一化到為Y的量程范圍，y為規(guī)一
φ-α) 2
化的輸出。規(guī)一化后的數(shù)據(jù)將進(jìn)行模糊化處理，分別根據(jù)各檢測(cè)數(shù)據(jù)(鏈路質(zhì)量、信號(hào) 強(qiáng)度、綜合誤差)的模糊檔次劃分，分別求出各數(shù)據(jù)量的模糊語(yǔ)言值emu、Ekssi、Ef。s。另 為使變量Y的模糊論域劃分無(wú)混疊、無(wú)空檔，同時(shí)零檔劃分要保證控制精度，本實(shí)施 例模糊化規(guī)則如下模糊檔次劃分采用不均勻分檔，分為7個(gè)檔次。并且設(shè)計(jì)零檔區(qū)
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間值最小，隨著檔次增大，相應(yīng)的區(qū)間值依次加大。B膠=,.
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？ sgn( ν)1 > [y|> 07sgw::.ν 丨O 7 > 2:0 4 ^模糊規(guī)則模塊包含一系列模糊推理規(guī)則，為推理機(jī)提供推理依據(jù)，是自適應(yīng)調(diào)整 算法的核心；模糊控制規(guī)則是模糊控制的依據(jù)，其形式如下IF條件1 AND條件2. . . AND條 件η THEN結(jié)論或動(dòng)作。本實(shí)施例所采用的模糊規(guī)則包含有三個(gè)條件，分別為鏈路質(zhì)量條件、信號(hào)強(qiáng)度 條件及綜合誤差條件，模糊規(guī)則的結(jié)論為符號(hào)判決閾值調(diào)整的模糊語(yǔ)言值EVal。下 面列出一條規(guī)則IF Efcs = 0 AND Elqu = -2 AND Eessi = -1 THEN Eval = -2 ；將 Efcs =0時(shí)的一系列規(guī)則匯總在一起，就得到了如下表所示的Ercs = 0時(shí)，由Ekssi和E·
推理出Eval的推理規(guī)則。同樣的也可以整理出當(dāng)Ercs為其他數(shù)值時(shí)的推理規(guī)則。
推理機(jī)模塊根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理運(yùn)算，確定推理結(jié)果(即最優(yōu)判決 閾值)的調(diào)整量的模糊語(yǔ)言值；決策判決閾值模塊將推理機(jī)確定的模糊語(yǔ)言值進(jìn)行 逆模糊化處理，變換成可實(shí)際應(yīng)用的符號(hào)判決閾值。逆模糊化的過程采用以下公式
權(quán)利要求
一種低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，包括輸入信號(hào)調(diào)理模塊，將輸入信號(hào)通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；采樣及濾波模塊，將時(shí)間上、幅值上都連續(xù)的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、幅值上連續(xù)的離散模擬信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字濾波處理；鏈路質(zhì)量檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng)前通信鏈路質(zhì)量，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算法；信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境下的信號(hào)強(qiáng)度，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算法；綜合差錯(cuò)檢測(cè)模塊，檢測(cè)當(dāng)前通信系統(tǒng)中最終誤碼率、通信成功率等參數(shù)，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算法模塊；自適應(yīng)調(diào)整算法模塊，根據(jù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)到的鏈路質(zhì)量、信號(hào)強(qiáng)度、綜合誤差這些參數(shù)，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整符號(hào)判決的閾值；符號(hào)判決模塊，根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)，結(jié)合符號(hào)判決閾值，判決出通信數(shù)據(jù)符號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，所 述自適應(yīng)調(diào)整算法模塊包括模糊歸一化模塊，將檢測(cè)到的單位量綱不同的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱的數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行模 糊化處理；模糊規(guī)則模塊，包含一系列模糊推理規(guī)則，為推理機(jī)模塊提供推理依據(jù)；推理機(jī)模塊，根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，確定最優(yōu)判決閾值調(diào)整量的模糊語(yǔ)言值；決策判決閾值模塊，將推理機(jī)確定的判決閾值調(diào)整量的模糊語(yǔ)言值進(jìn)行逆模糊化處 理，變換成可實(shí)際應(yīng)用的符號(hào)判決閾值。
3.一種低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于，包括(1)將輸入信號(hào)通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；(2)將時(shí)間上、幅值上都連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、幅值上連續(xù)的離散模擬 信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字濾波處理；(3)根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)，結(jié)合符號(hào)判決閾值，判決出通信符號(hào)；其中，通過檢測(cè)當(dāng)前通 信鏈路質(zhì)量、當(dāng)前環(huán)境下的信號(hào)強(qiáng)度、當(dāng)前通信系統(tǒng)中的綜合誤差，并將檢測(cè)結(jié)果輸入到自 適應(yīng)調(diào)整算法，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整符號(hào)判決的閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于步 驟(2)中將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散信號(hào)時(shí)采用四倍頻采樣及Tchebyshev帶通濾波器進(jìn)行數(shù) 字濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于通 過三個(gè)步驟檢測(cè)當(dāng)前通信鏈路質(zhì)量，該三個(gè)步驟包括數(shù)字鑒頻、數(shù)字解調(diào)、相關(guān)運(yùn)算，相關(guān) 運(yùn)算結(jié)果即為鏈路質(zhì)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于采 用滑窗式計(jì)算方法，將采樣到的數(shù)據(jù)按時(shí)間積分，即得到當(dāng)前環(huán)境下的信號(hào)強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于所 述綜合差錯(cuò)包括誤碼率及通信成功率；誤碼率通過碼元匹配的方法檢測(cè)；通信成功率通過 幀校驗(yàn)來(lái)檢測(cè)，若幀校驗(yàn)錯(cuò)誤或幀不完整則通信失敗一次，反之則通信成功一次，統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)的通信次數(shù)及通信成功次數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出通信成功率；綜合考慮誤碼率及通信成功 率，分別賦予誤碼率和通信成功率一個(gè)權(quán)重，即得到綜合差錯(cuò)率。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7任意一項(xiàng)所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其 特征在于所述將檢測(cè)結(jié)果輸入到自適應(yīng)調(diào)整算法自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整符號(hào)判決的閾值，具體包 括①將檢測(cè)到的當(dāng)前通信鏈路質(zhì)量、當(dāng)前環(huán)境下的信號(hào)強(qiáng)度、當(dāng)前通信系統(tǒng)中的綜合誤差 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)量綱的數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行歸一模糊化處理；②提供一系列模糊推理規(guī)則，作為 推理依據(jù)；③根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，確定最優(yōu)判決閾值調(diào)整量的模糊語(yǔ)言值；④將 推理確定的判決閾值調(diào)整量的模糊語(yǔ)言值進(jìn)行逆模糊化處理，變換成可實(shí)際應(yīng)用的符號(hào)判 決閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于所 述數(shù)據(jù)的歸一化采用以下歸一化公式，規(guī)一化到[-1 1]的范圍內(nèi)
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于所 述數(shù)據(jù)的模糊化處理中，分別根據(jù)當(dāng)前通信鏈路質(zhì)量、當(dāng)前環(huán)境下的信號(hào)強(qiáng)度、當(dāng)前通信系 統(tǒng)中的綜合誤差的模糊檔次劃分，分別求出各數(shù)據(jù)量的模糊語(yǔ)言值Emu、Ekssi、Ef。s ；模糊化規(guī) 則如下模糊檔次劃分采用不均勻分檔，分為7個(gè)檔次，并且設(shè)計(jì)零檔區(qū)間值最小，隨著檔 次增大，相應(yīng)的區(qū)間值依次加大。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于 所述模糊化規(guī)則如下
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于 所述模糊推理規(guī)則形式如下IF Efcs = AND Elqu = ？ AND Eessi = THEN Eval = ；Eval 為符號(hào)判決閥值調(diào)整的模 糊語(yǔ)言值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的低電壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整方法，其特征在于 所述逆模糊化的過程采用以下公式
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種低壓電力線載波通信的自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)及方法，對(duì)電力線擴(kuò)頻載波通信的關(guān)鍵參數(shù)自動(dòng)調(diào)整，以提高電力線載波通信可靠性，降低誤碼率。自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)包括輸入信號(hào)調(diào)理模塊、采樣及濾波模塊、鏈路質(zhì)量檢測(cè)模塊、信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)模塊、綜合差錯(cuò)檢測(cè)模塊、自適應(yīng)調(diào)整算法模塊、符號(hào)判決模塊；其中，自適應(yīng)調(diào)整算法模塊包括模糊歸一化、模糊規(guī)則、推理機(jī)、決策判決閾值四個(gè)部分。本發(fā)明通過檢驗(yàn)通信系統(tǒng)的鏈路質(zhì)量、信號(hào)強(qiáng)度及綜合差錯(cuò)等參數(shù)，自動(dòng)跟蹤并調(diào)整擴(kuò)頻通信判決閾值，使通信系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)，即通信成功率在當(dāng)前工作環(huán)境下達(dá)到最高值。
文檔編號(hào)H04B3/54GK101944935SQ20101019385
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者劉述剛, 史謙, 崔宇昊, 康希, 張波, 李開信, 許永平, 鄧延 申請(qǐng)人:珠海中慧微電子有限公司