專利名稱：電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力線系統(tǒng)調(diào)節(jié)網(wǎng)路負載匹配技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
電力傳輸系統(tǒng)中，對于中壓和低壓網(wǎng)絡(luò)，由于終端較多、接入負載變化頻繁以及由于線路老化、短路或者斷路造成的線路失衡，導(dǎo)致負載的情況不穩(wěn)定，因此，輸電網(wǎng)絡(luò)往往長期處于負載不匹配的狀態(tài)。輸電網(wǎng)絡(luò)的負載不匹配會導(dǎo)致電力線的功率品質(zhì)降低，也就意味著電力線的傳輸效能降低，產(chǎn)生較多的能量耗散，導(dǎo)致電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，甚至可能會產(chǎn)生安全隱患。因此，為了提高電力網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)，對于電力線網(wǎng)絡(luò)的負載匹配調(diào)節(jié)在電力傳輸系統(tǒng)中是十分重要的。
目前對電力線負載匹配的調(diào)節(jié)方法僅僅局限在對單一時間對單個終端測量后進行調(diào)節(jié)匹配，但是在正常情況下，電力線網(wǎng)絡(luò)由于負載很多以及自身拓撲結(jié)構(gòu)原因會非常復(fù)雜，不可能僅由單一時間的單端阻抗測量和調(diào)節(jié)就達到較好的匹配，因此實際的應(yīng)用情況并不好；而利用人工對于網(wǎng)絡(luò)負載進行調(diào)節(jié)的方法則工作量太大，還需要額外的測量儀器，非常不方便，效率很低，靈活性也不夠。
由于負載網(wǎng)絡(luò)的阻抗不匹配造成了電力線網(wǎng)絡(luò)對電磁波的信號反射，形成了多徑干擾，這會對利用電力網(wǎng)絡(luò)進行通信產(chǎn)生一定影響；但反過來，亦可以通過電力線通信系統(tǒng)中獲得信道沖激響應(yīng)評估電力線網(wǎng)絡(luò)的負載匹配程度。一般我們認為，當(dāng)整個負載網(wǎng)絡(luò)完全匹配或匹配較好的時候，傳輸網(wǎng)絡(luò)信道的多徑會完全消失或降低至很小范圍，因此我們調(diào)節(jié)負載網(wǎng)絡(luò)至匹配的過程可以用多徑效應(yīng)是否減小來指示。在一定的誤差容忍度下，當(dāng)降低信道沖激響應(yīng)中的從徑到合理水平以下時，就可以認為電力線網(wǎng)絡(luò)達到了負載阻抗匹配。
隨著世界范圍內(nèi)能源消耗快速增長，以及由于過度使用和浪費導(dǎo)致的傳統(tǒng)能源的逐漸枯竭，如何更好地、高效地利用現(xiàn)有能源、如何提高電力傳輸線的功率品質(zhì)成為當(dāng)前的主要難題。基于電力線通信的電力網(wǎng)絡(luò)負載匹配調(diào)節(jié)方案，相比于其他各種電力網(wǎng)絡(luò)匹配調(diào)節(jié)的方法，具有實時性強、成本低、效率高等眾多優(yōu)點，有利于電力能源的合理高效利用。發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法及其裝置，利用輸電線電路收集、分析電力線網(wǎng)絡(luò)的負載情況，并做出負載調(diào)節(jié)調(diào)度。
(二)技術(shù)方案
本發(fā)明提供一種電力線系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟
S1、主節(jié)點將訓(xùn)練序列和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀，并通過耦合器將信號傳輸至電力線；
S2、各從節(jié)點通過耦合器接收發(fā)送信號，利用訓(xùn)練序列解調(diào)接收信號，提取網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載；
S3、主節(jié)點獲得主節(jié)點到各從節(jié)點間或各從節(jié)點到主節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信
S4、主節(jié)點根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度，并計算各從節(jié)點可變負載值，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令；
S5、若滿足預(yù)設(shè)條件，主節(jié)點停止調(diào)度；否則主節(jié)點返回步驟SI進行再次調(diào)度。
其中，在步驟SI中，所述訓(xùn)練序列包括時域訓(xùn)練序列和頻域訓(xùn)練序列；所述網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀采用OFDM方式組幀，所述OFDM方式組幀包括TDS_0FDM、CP-OFDM或 ZP-OFDM。
其中，在步驟S2中，所述調(diào)節(jié)從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載方式為在從節(jié)點端并聯(lián)定量的負載，負載可以是感性的、容性的、阻性的或者是這三種的任意的組合
其中，本方法提供“主發(fā)從收”和“從發(fā)主收”兩種工作模式，若采用“主發(fā)從收”模式，步驟S3具體包括S301、各從節(jié)點利用已知訓(xùn)練序列計算主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)；S302、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和所獲得的信道沖激響應(yīng)信息及其他待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將信號送入電力線回傳到主節(jié)點；S303、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，并解調(diào)獲得主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
若采用“從發(fā)主收”模式，步驟S3具體包括S311、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將組幀信號送入電力線回傳到主節(jié)點；S312、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，利用從節(jié)點發(fā)射的訓(xùn)練序列計算得到從節(jié)點到主節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
其中，在步驟S4中，所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)包括從徑的總能量相對于主徑的能量大小，各從徑相對于主徑的幅度大小，各從徑之間的相對幅度大小，從徑相對于主徑的時延以及從徑之間的時延。
其中，在步驟S5中，所述預(yù)設(shè)條件包括從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑的數(shù)量最少或少于預(yù)設(shè)值，從徑的幅度最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑幅度之和最小或小于預(yù)設(shè)值。
優(yōu)選地，所述的訓(xùn)練序列相比于待傳輸信號，功率加倍或者長度加長，用于獲得更精確信道沖激響應(yīng)估計，訓(xùn)練序列的初始歸一化功率為1，功率可以增加到2倍、3倍或4 倍，訓(xùn)練序列的長度不超過OFDM長度的一半。
其中，在步驟S301和步驟S312之前，進行高倍過采樣，用于獲得更精確的信道沖激響應(yīng)估計，所述高倍采樣包括2倍、3倍、4倍、6倍或8倍。
本發(fā)明還提供一種電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)裝置，該裝置包括
主節(jié)點包括
信號調(diào)制單元，用于根據(jù)系統(tǒng)的需求將產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)進行OFDM調(diào)制， 并將已知的訓(xùn)練序列與OFDM符號進行組合、組幀，輸出到耦合器單元；
耦合器單元，用于將信號調(diào)制單元輸出的信號耦合到電力線上進行傳輸，或用于將電力線上的信號耦合接收下來并傳輸給信號解調(diào)單元進行處理；
信號解調(diào)單元，用于將從耦合單元上接收到的信號通過訓(xùn)練序列進行同步、信道沖激響應(yīng)估計、對傳輸數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼后解調(diào)出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)；
信道沖激響應(yīng)計算單元，用于節(jié)點利用接收到的序列和已知的訓(xùn)練序列進行信道沖擊響應(yīng)的估計；
網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度計算單元，用于主節(jié)點根據(jù)傳輸信道沖擊響應(yīng)參數(shù)計算網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度；
網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令產(chǎn)生單元，用于主節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度產(chǎn)生待傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)。
從節(jié)點包括
耦合器單元，用于將信號調(diào)制單元輸出的信號耦合到電力線上進行傳輸，或用于將電力線上的信號耦合接收下來并傳輸給信號解調(diào)單元進行處理；
信號調(diào)制單元，用于根據(jù)系統(tǒng)的需求將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行OFDM調(diào)制，并將已知的訓(xùn)練序列與OFDM符號進行組合、組幀，輸出到耦合器單元；
信號解調(diào)單元，用于將從耦合單元上接收到的信號通過訓(xùn)練序列進行同步、信道沖激響應(yīng)估計、對傳輸數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼后解調(diào)出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)；
信道沖激響應(yīng)計算單元，用于節(jié)點利用接收到的序列和已知的訓(xùn)練序列進行信道沖擊響應(yīng)的估計；
數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，用于節(jié)點產(chǎn)生所需的待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
(三)有益效果
本發(fā)明提供的電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法及其裝置，利用輸電線電路收集、分析電力線網(wǎng)絡(luò)的負載情況，并作出負載調(diào)節(jié)調(diào)度，對于網(wǎng)絡(luò)整體實時調(diào)節(jié)電力線網(wǎng)絡(luò)負載匹配，無需外加測量儀器或者進行人工調(diào)節(jié)，有效利用了電力線路本身的網(wǎng)絡(luò)資源，符合創(chuàng)建節(jié)約型社會的要求，具有實時性強、效率高、成本低等優(yōu)點。


·
圖1為本發(fā)明電力線系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法步驟流程圖2為本發(fā)明電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡調(diào)節(jié)方法節(jié)點拓撲結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明實施例1電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法流程圖4為本發(fā)明實施例1電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法節(jié)點接收和發(fā)送框圖5為本發(fā)明實施例1電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法的幀結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明實施例2電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法流程圖7為本發(fā)明實施例2電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法節(jié)點接收和發(fā)送框圖8為本發(fā)明實施例2電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法的幀結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明實施例3電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法節(jié)點接收和發(fā)送框圖10為本發(fā)明實施例4電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法節(jié)點接收和發(fā)送框圖11為本發(fā)明實施例1中電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法對應(yīng)的裝置工作原理圖12為本發(fā)明實施例2中電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法對應(yīng)的裝置工作原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種電力線系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟
S1、主節(jié)點將訓(xùn)練序列和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀，并通過耦合器將信號傳輸至電力線；
S2、各從節(jié)點通過耦合器接收發(fā)送信號，利用訓(xùn)練序列解調(diào)接收信號，提取網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載；
S3、主節(jié)點獲得主節(jié)點到各從節(jié)點間或各從節(jié)點到主節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信息；
S4、主節(jié)點根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度，并計算各從節(jié)點可變負載值，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令；
S5、若滿足預(yù)設(shè)條件，主節(jié)點停止調(diào)度；否則主節(jié) 點返回步驟SI進行再次調(diào)度。
在步驟SI中，所述訓(xùn)練序列包括時域訓(xùn)練序列和頻域訓(xùn)練序列；所述網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀采用OFDM方式組幀，所述OFDM方式組幀包括TDS_0FDM、CP-OFDM或 ZP-OFDM。
在步驟S2中，所述調(diào)節(jié)從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載方式為在從節(jié)點端并聯(lián)定量的負載，負載可以是感性的、容性的、阻性的或者是這三種的任意的組合。
采用“主發(fā)從收”工作模式，步驟S3具體包括
S301、各從節(jié)點利用已知訓(xùn)練序列計算主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)；
S302、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和所獲得的信道沖激響應(yīng)信息及其他待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將信號送入電力線回傳到主節(jié)點；
S303、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，并解調(diào)獲得主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
采用“從發(fā)主收”工作模式，步驟S3具體包括
S311、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將組幀信號送入電力線回傳到主節(jié)點；
S312、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，利用從節(jié)點發(fā)射的訓(xùn)練序列計算得到從節(jié)點到主節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
在步驟S4中，所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)包括從徑的總能量相對于主徑的能量大小，各從徑相對于主徑的幅度大小，各從徑之間的相對幅度大小，從徑相對于主徑的時延以及從徑之間的時延。
在步驟S5中，所述預(yù)設(shè)條件包括從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑的數(shù)量最少或少于預(yù)設(shè)值，從徑的幅度最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑幅度之和最小或小于預(yù)設(shè)值。
所述的訓(xùn)練序列相比于待傳輸信號，功率加倍或者長度加長，用于獲得更精確信道沖激響應(yīng)估計，訓(xùn)練序列的初始歸一化功率為1，功率可以增加到2倍、3倍或4倍，訓(xùn)練序列的長度不超過OFDM長度的一半。
在步驟S301和步驟S312之前，進行高倍過采樣，用于獲得更精確的信道沖激響應(yīng)估計，所述高倍采樣包括2倍、3倍、4倍、6倍或8倍。
實施例1
實施例1給出了本發(fā)明提出的方案用于電力線系統(tǒng)中基于TDS-OFDM技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡調(diào)節(jié)的一種具體實施方式
。
本實施方式針對PLC系統(tǒng)的一種典型的多載波工作模式,具體參數(shù)如下載波模式Z=3780，發(fā)射端星座圖映射方式為16QAM，幀頭模式PN420，F(xiàn)EC碼率為O. 4。
如圖3和圖4所示，依照本發(fā)明實施方案調(diào)節(jié)本實施例所述的網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的方法，并參考圖2節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)圖所示，本實施例的調(diào)節(jié)方法采用“主發(fā)從收”工作模式(主發(fā)從收的意思是指主節(jié)點發(fā)送信道估計序列，從節(jié)點接收，在從節(jié)點處進行信道的沖激響應(yīng)估計)，其具體步驟如下
S1、主節(jié)點將訓(xùn)練序列和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀，并通過耦合器將信號傳輸至電力線；在步驟SI中，所述訓(xùn)練序列包括時域訓(xùn)練序列和頻域訓(xùn)練序列；所述網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀采用OFDM方式組 幀，所述OFDM方式組幀包括TDS_0FDM、CP-OFDM或ZP-0FDM。
本實施例中，在主節(jié)點中，待發(fā)送數(shù)據(jù)首先經(jīng)過FEC編碼，然后進行16QAM星座映射獲得頻域的符號Xk，每3780個頻域符號Xk構(gòu)成一個OFDM符號，經(jīng)過長度為3780的IDFT (IFFT)變換將每一個頻域符號Xk對應(yīng)到相應(yīng)的子載波上；在時域，符號長度為420的PN序列被置于OFDM符號的前端作為幀頭進行組幀，發(fā)送的PN序列的功率為OdBm，幀結(jié)構(gòu)如圖 4所示，然后利用均方根升余弦脈沖進行時域成型濾波，對處理過的信號進行上變頻和功率放大后耦合進入電力線進行信號的傳輸。
S2、各從節(jié)點通過耦合器接收發(fā)送信號，利用訓(xùn)練序列解調(diào)接收信號，提取網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載；所述調(diào)節(jié)從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載方式為 在從節(jié)點端并聯(lián)定量的負載，負載可以是感性的、容性的、阻性的或者是這三種的任意的組口 ο
本實施例中，各從節(jié)點通過耦合器從電力線中接收信號，接收到的信號被下變頻， 經(jīng)過均方根升余弦脈沖濾波和采樣；采樣后的數(shù)據(jù)相應(yīng)進行同步、信道計算和FFT。從傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中提取出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，根據(jù)指令調(diào)整從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載，對本節(jié)點的負載阻抗進行調(diào)節(jié)。
S3、主節(jié)點獲得主節(jié)點到各從節(jié)點間或各從節(jié)點到主節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信肩、O
采用“主發(fā)從收”模式，具體包括
S301、各從節(jié)點利用已知訓(xùn)練序列計算主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)；
本實施例中，在進行信號同步之后，就可以進行信道頻率響應(yīng)計算了。由于一段具有良好自相關(guān)性的已知PN序列(時域訓(xùn)練序列)作為幀頭在步驟SI中被插入，我們利用PN 序列作為信道沖激響應(yīng)估計信號。對于每一個信號幀，將接收到的PN序列和本地的PN序列進行相關(guān)就可以獲得信道的沖激響應(yīng)h(t)。
具體的原理如下
電力線信道可以用一個多徑函數(shù)來建模，沖激響應(yīng)如下
h(i) =(I)
其中，gi是每一徑的衰減參數(shù)，其表達式和涵義將在下文從傳輸線理論予以解釋。
假設(shè)待傳輸?shù)脑夹盘枙rs (η)，加性的噪聲為η (η)，那么接收信號的采樣可以表達為
V(H) = .V(ZV) Ι (ι ) + Mn) = '^gis{n-Tl) + n{n)(2)i=l
由于PN序列具有良好的自相關(guān)性，信道的沖激響應(yīng)計算可以表示為接收信號與已知PN序列的相關(guān)
h(n) = Rpy (η)(3)
其中Rpy (η)表示接收信號與已知PN序列的相關(guān)。
S302、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和所獲得的信道沖激響應(yīng)信息及其他待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將信號送入電力線回傳到主節(jié)點；
本實施例中，訓(xùn)練序列和信道沖激響應(yīng)信息組幀的具體實施方式
與本實施例的步驟SI相同，在此不再贅述。
S303、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，并解調(diào)獲得主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
本實施例中，主節(jié)點通過耦合器從電力線中接收信號，接收到的信號被下變頻，經(jīng)過均方根升余弦脈沖濾波和采樣；采樣后的數(shù)據(jù)相應(yīng)進行同步、信道計算和FFT。之后就可以獲得傳輸數(shù)據(jù)中的主節(jié)點到從節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信息。
S4、主節(jié)點根據(jù)主節(jié)點到從節(jié)點的信道沖激響應(yīng)參數(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度，并計算各從節(jié)點可變負載值，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令；在步驟S4中，所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)包括 從徑的總能量相對于主徑的能量大小，各從徑相對于主徑的幅度大小，各從徑之間的相對幅度大小，從徑相對于主徑的時延以及從徑之間的時延。
本實施例中，采用的是“主發(fā)從收”的工作模式，因此把主節(jié)點到從節(jié)點的信道沖激響應(yīng)作為分析的對象，我們選取沖激響應(yīng)中從徑的總能量與主徑的能量之比作為主要參數(shù)用作調(diào)度分析。
根據(jù)前文的分析，在電力線信道中，信道是天然的多徑信道，因此在負載阻抗不匹配的情況下，主節(jié)點到任意一個從節(jié)點的信道的沖激響應(yīng)會有多徑出現(xiàn)其中幅度較大、延時最短的是從主節(jié)點到從節(jié)點的直通路徑；其余的從徑則是由于阻抗失配導(dǎo)致的反射造成的，幅度較小、延時較長。
我們根據(jù)主節(jié)點到不同從節(jié)點的信道參數(shù)，計算每一個從節(jié)點所需調(diào)節(jié)的可變負載值，形成整體網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度指令。
S5、若滿足預(yù)設(shè)條件，主節(jié)點停止調(diào)度；否則主節(jié)點產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，返回步驟SI進行再次調(diào)度；在步驟S5中，所述預(yù)設(shè)條件包括從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑的數(shù)量最少或少于預(yù)設(shè)值，從徑的幅度最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑幅度之和最小或小于預(yù)設(shè)值。
根據(jù)前文分析，當(dāng)負載阻抗匹配時，多徑會消失，電力傳輸達到最大的效率；但是一般情況下，由于所需調(diào)節(jié)的電力負載網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，幾乎不可能通過有限次的精確調(diào)節(jié)將網(wǎng)絡(luò)的所有負載阻抗調(diào)節(jié)匹配。因此，我們需要在時間和效果之間進行折中選擇。
本實施例中，我們選取的預(yù)設(shè)條件是從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，每次記錄的從徑總能量與主徑能量的比值，并與上次記錄比值比較，確認每次的負載調(diào)節(jié)可以使從徑的總能量逐漸降低。具體的判斷標(biāo)準(zhǔn)是，某一次調(diào)節(jié)后的從徑總能量比前一次值變化小于O. 5%，或者從徑的總能量占與主徑的能量比小于5%，就可以認定該次的調(diào)節(jié)達到了最優(yōu)，整個網(wǎng)絡(luò)的負載匹配得到了最優(yōu)化；如果不滿足，就需要產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，返回步驟 SI再次調(diào)度。
實施例2
實施例2給出了本發(fā)明提出的方案用于電力線系統(tǒng)中基于TDS-OFDM技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡調(diào)節(jié)的一種具體實施方式
。
本實施方式針對PLC系統(tǒng)的一種典型的多載波工作模式,具體參數(shù)如下載波模式Z=3780，發(fā)射端星座圖映射方式為QPSK，幀頭長度加倍采用模式PN945，F(xiàn)EC碼率為O. 6。
如圖6和圖7所示，依照本發(fā)明實施方案調(diào)節(jié)本實施例所述的網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的方法，并參考圖2節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)圖所示，本實施例采用“從發(fā)主收”的工作模式(從發(fā)主收的意思是指從節(jié)點發(fā)送信道估計序列，主節(jié)點接收，在主節(jié)點處進行信道的沖激響應(yīng)估計)，其具體步驟如下
S1、主節(jié)點將訓(xùn)練序列和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀，并通過耦合器將信號傳輸至電力線；在步驟Si中，所述訓(xùn) 練序列包括時域訓(xùn)練序列和頻域訓(xùn)練序列；所述網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀采用OFDM方式組幀，所述OFDM方式組幀包括TDS_0FDM、CP-OFDM或ZP-0FDM。
本實施例中，在主節(jié)點中，待發(fā)送數(shù)據(jù)首先經(jīng)過FEC編碼，然后進行QPSK星座映射獲得頻域的符號Xk，每3780個頻域符號Xk構(gòu)成一個OFDM符號，經(jīng)過長度為3780的IDFT (IFFT)將每一個頻域符號Xk變換到時域一個相應(yīng)的子載波上；在時域，為了提高信道沖激響應(yīng)估計的精度，將訓(xùn)練序列的長度加長，采用長度為925的PN序列作為訓(xùn)練序列，置于OFDM符號的前端作為幀頭進行組幀，同時將訓(xùn)練序列的功率增加為原來的2倍，功率為 3dBm，幀結(jié)構(gòu)如圖9所示然后利用均方根升余弦脈沖進行時域成型濾波將信號的帶寬進行限制，對處理過的信號進行上變頻和功率放大后耦合進入電力線進行信號的傳輸。
S2、各從節(jié)點通過耦合器接收發(fā)送信號，利用訓(xùn)練序列解調(diào)接收信號，提取網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載；在步驟S2中，所述調(diào)節(jié)從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載方式為在從節(jié)點端并聯(lián)定量的負載，負載可以是感性的、容性的、阻性的或者是這三種的任意的組合。
本實施例中，各從節(jié)點通過耦合器從電力線中接收信號，接收到的信號被下變頻， 經(jīng)過均方根升余弦脈沖濾波和采樣；采樣后的數(shù)據(jù)相應(yīng)進行同步、信道計算和FFT。從傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中提取出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，根據(jù)指令調(diào)整從節(jié)點可變負載，對本節(jié)點的負載阻抗進行調(diào)節(jié)。
S3、主節(jié)點獲得主節(jié)點到各從節(jié)點間或各從節(jié)點到主節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信肩、O
采用“從發(fā)主收”模式，具體包括
S311、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將組幀信號送入電力線回傳到主節(jié)點；
本實施例中，訓(xùn)練序列組幀的具體實施方式
與本實施例的步驟SI相同，在此不再贅述。
S312、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，利用從節(jié)點發(fā)射的訓(xùn)練序列計算得到從節(jié)點到主節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
本實施例中，主節(jié)點通過耦合器從電力線中接收信號，接收到的信號被下變頻，經(jīng)過均方根升余弦脈沖濾波和采樣；采樣后的數(shù)據(jù)相應(yīng)進行同步、信道計算和FFT。
本實施例中，采用的是“從發(fā)主收”的工作模式。為了防止信道沖激響應(yīng)沒有落到采樣點上而造成的估計不準(zhǔn)，對接收到的信號進行4倍過采樣，從而獲得更精確的信道沖激響應(yīng)估計。在進行信號同步之后，就可以進行信道頻率響應(yīng)計算了。由于一段具有良好自相關(guān)性的已知PN序列(時域訓(xùn)練序列)作為幀頭在步驟SI中被插入，我們利用PN序列作為信道監(jiān)測信號。對于每一個信號幀，將接收到的PN序列和本地的PN序列進行相關(guān)就可以獲得信道的沖激響應(yīng)h (t)。
S4、主節(jié)點根據(jù)從節(jié)點到主節(jié)點的信道沖激響應(yīng)中多徑的幅度、位置參數(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度，并計算各從節(jié)點可變負載值，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令；在步驟S4中，所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)包括從徑的總能量相對于主徑的能量大小，各從徑相對于主徑的幅度大小， 各從徑之間的相對幅度大小，從徑相對于主徑的時延以及從徑之間的時延。
本實施例中，由于采用的是“從發(fā)主收”的工作模式，因此把從節(jié)點到主節(jié)點的信道沖激響應(yīng)作為分析的對象，我們選取沖激響應(yīng)中從徑和主徑之間的延時大小和從徑的數(shù)量作為主要參數(shù)用作調(diào)度分析。
根據(jù)前文的分析，在電力線信道中，信道是天然的多徑信道，因此在負載阻抗不匹配的情況下，主節(jié)點到任意一個從節(jié)點的信道的沖激響應(yīng)會有多徑出現(xiàn)其中幅度較大、延時最短的是從主節(jié)點到從節(jié)點的直通路徑；其余的從徑則是由于阻抗失配導(dǎo)致的反射造成的，幅度較小、延時較長。
我們根據(jù)不同從節(jié)點到主節(jié)點的信道參數(shù)，計算每一個從節(jié)點所需調(diào)節(jié)的可變負載值，形成整體網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度指令。
S5、若滿足預(yù)設(shè)條件，主節(jié)點停止調(diào)度；否則主節(jié)點產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，返回步驟 SI進行再次調(diào)度；在步驟S5中，所述預(yù)設(shè)條件包括從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑的數(shù)量最少或少于預(yù)設(shè)值，從徑的幅度最小或小于預(yù)設(shè)值、從徑幅度之和最小或小于預(yù)設(shè)值。
根據(jù)前文分析，當(dāng)負載阻抗匹配時，多徑會消失，電力傳輸達到最大的效率；但是一般情況下，由于所需調(diào)節(jié)的電力負載 網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，幾乎不可能通過有限次的精確調(diào)節(jié)將網(wǎng)絡(luò)的所有負載阻抗調(diào)節(jié)匹配。因此，我們需要在時間和效果之間進行折中選擇。
本實施例中，我們選取的預(yù)設(shè)條件是從徑和主徑之間的延時最小或小于預(yù)設(shè)值且從徑的數(shù)量最少或少于預(yù)設(shè)值，每次記錄一下上一次的數(shù)值，已確認每次的負載調(diào)節(jié)可以使從徑和主徑之間的延時減少，同時多次的調(diào)節(jié)可以使從徑數(shù)數(shù)量減少。具體的判斷標(biāo)準(zhǔn)是，某一次調(diào)節(jié)后的從徑和主徑之間的延時比前后兩次調(diào)節(jié)的都小以及從徑的數(shù)量最小， 或者從徑完全消失，就可以認定該次的調(diào)節(jié)達到了最優(yōu)，整個網(wǎng)絡(luò)的負載匹配得到了最優(yōu)化；如果不滿足，就需要產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，返回步驟SI再次調(diào)度。
實施例3
實施例3給出了本發(fā)明提出的方案用于電力線系統(tǒng)中基于ZP-OFDM技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡調(diào)節(jié)的一種具體實施方式
。
本實施例與實施例1中的電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法一致， 采用“主發(fā)從收”的工作模式，其區(qū)別為本實施方式針對PLC系統(tǒng)的一種典型的多載波工作模式，具體參數(shù)如下載波模式Z=3780，發(fā)射端星座圖映射方式為64QAM，F(xiàn)EC碼率為O. 6。
如圖3和圖9所示，依照本發(fā)明實施方案調(diào)節(jié)本實施例所述的網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的方法，并參考圖2節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)圖所示，其具體步驟如下
S1、主節(jié)點將訓(xùn)練序列和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀，并通過耦合器將信號傳輸至電力線；
本實施例中，在主節(jié)點中，待發(fā)送數(shù)據(jù)首先經(jīng)過FEC編碼，然后進行64QAM星座映射獲得頻域的符號xk，將特定的頻域訓(xùn)練序列插入到原始的頻域符號Xk中作為信道計算的手段，其中插入的位置是經(jīng)過精心設(shè)計并固定的，為了提高后續(xù)步驟信道估計的精度，可以將將訓(xùn)練序列的功率增加為原來的3倍，功率為4. 77dBm。。
其中頻域?qū)ьl序列的插入方式常見的有塊(Block)導(dǎo)頻和梳妝(Comb)導(dǎo)頻兩種， 其中Block方式是周期地將OFDM符號中的所有子載波用來傳輸導(dǎo)頻，而Comb方式是使用子雜波的一個子集來傳輸導(dǎo)頻。
本實施例中，我們采用Block方式傳輸導(dǎo)頻。
然后每3780個頻域符號Xk構(gòu)成一個OFDM符號，經(jīng)過長度為3780的IDFT(IFFT) 將每一個頻域符號Xk變換到相應(yīng)的子載波上；在時域，將420個O序列置于OFDM符號的前端構(gòu)成前綴(ZP)作為幀頭進行組幀，然后利用均方根升余弦脈沖進行時域成型濾波將信號的帶寬進行限制，對處理過的信號進行上變頻和功率放大后耦合進入電力線進行信號的傳輸。
S2、各從節(jié)點通過耦合器接收發(fā)送信號，利用訓(xùn)練序列解調(diào)接收信號，提取網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載；在步驟S2中，所述調(diào)節(jié)從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載方式為在從節(jié)點端并聯(lián)定量的負載，負載可以是感性的、容性的、阻性的或者是這三種的任意的組合。
本實施例中，各從節(jié)點通過耦合器從電力線中接收信號，接收到的信號被下變頻， 經(jīng)過均方根升余弦脈沖濾波和采樣；采樣后的數(shù)據(jù)相應(yīng)進行同步、信道計算和FFT。從傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中提取出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，根據(jù)指令調(diào)整從節(jié)點可變負載，對本節(jié)點的負載阻抗進行調(diào)節(jié)。
S3、主節(jié)點獲得主節(jié)點到各從節(jié)點間或各從節(jié)點到主節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信肩、O
采用“主發(fā)從收”模式，具體包括
S301、各從節(jié)點利用已知訓(xùn)練序列計算主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)；
本實施例中，為了防止信道沖激響應(yīng)沒有落到采樣點上而造成的估計不準(zhǔn)，對接收到的信號進行6倍過采樣，從而獲得更精確的信道沖激響應(yīng)估計。在進行信號同步之后， 就可以進行信道頻率響應(yīng)計算了。OFDM系統(tǒng)接收端經(jīng)過A/D和低通濾波器，去掉幀頭，對接收信號進行DFT，如果不存在ISIJlJ
Y(k) =X(k)H(k) +I (k) +W(k)(4)
本實例對準(zhǔn)靜態(tài)的確定性信道建模，旨在一個OFDM信息符號期間對OFDM系統(tǒng)的信道計算進行討論，所以上式中省去OFDM信息符號序列η的下標(biāo)索引。式中，Y(k)表示接收端第k個子載波處的接收信號值，H(k)表示第k個子載波處的信道頻率特性值，ff(k)表示頻域嘉興高斯白噪聲，I (k)表示OFDM系統(tǒng)第k個載波處參與的ICI分量。接收端對接收信號進行FFT處理后，系統(tǒng)利用頻域插入的導(dǎo)頻進行信道計算。
LS準(zhǔn)則下信道計算結(jié)果
His=XplYp<5)·
根據(jù)導(dǎo)頻子載波計算值進行內(nèi)插，就可以獲得所有子載波出的信道計算值。常見的內(nèi)插方法有二維麗SE內(nèi)插、分段線性內(nèi)插、分段多項式擬合、基于DFT的內(nèi)插和低通內(nèi)插等。然后對信道的頻率響應(yīng)做IDFT就可以獲得信道的沖激響應(yīng)。
S302、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和所獲得的信道沖激響應(yīng)信息及其他待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將信號送入電力線回傳到主節(jié)點；
本實施例中，本實施例中，訓(xùn)練序列和信道沖激響應(yīng)信息組幀的具體實施方式
與本實施例的步驟Si相同，在此不再贅述。
S303、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，并解調(diào)獲得主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
本實施例中，主節(jié)點通過耦合器從電力線中接收信號，接收到的信號被下變頻，經(jīng)過均方根升余弦脈沖濾波和采樣；采樣后的數(shù)據(jù)相應(yīng)進行同步、信道計算和FFT。
本實施例中，由于本實施例采用的是“主發(fā)從收”的工作模式，在此步驟就不需要再進行沖激響應(yīng)計算了。
S4、主節(jié)點根據(jù)主節(jié)點到從節(jié)點的信道沖激響應(yīng)參數(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度，并計算各從節(jié)點可變負載值，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令。在步驟S4中，所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)包括 從徑的總能量相對于主徑的能量大小，各從徑相對于主徑的幅度大小，各從徑之間的相對幅度大小，從徑相對于主徑的時延以及從徑之間的時延。
本實施例中，采用的是“主發(fā)從收”的工作模式，因此把主節(jié)點到從節(jié)點的信道沖激響應(yīng)作為分析的對象，我們選取沖激響應(yīng)中從徑與主徑的幅度之比作為主要參數(shù)用作調(diào)度分析。
根據(jù)前文的分析，在電力線信道中，信道是天然的多徑信道，因此在負載阻抗不匹配的情況下，主節(jié)點到任意一個從節(jié)點的信道的沖激響應(yīng)會有多徑出現(xiàn)其中幅度較大、延時最短的是從主節(jié)點到從節(jié)點的直通路徑；其余的從徑則是由于阻抗失配導(dǎo)致的反射造成的，幅度較小、延時較長。
我們根據(jù)主節(jié)點到不同從節(jié)點的信道參數(shù)，計算每一個從節(jié)點所需調(diào)節(jié)的可變負載值，形成整體網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度指令。
S5、若滿足預(yù)設(shè)條件，主節(jié)點停止調(diào)度；否則主節(jié)點產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，返回步驟SI進行再次調(diào)度。在步驟S5中，所述預(yù)設(shè)條件包括從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑的數(shù)量最少或少于預(yù)設(shè)值，從徑的幅度最小或小于預(yù)設(shè)值、從徑幅度之和最小或小于預(yù)設(shè)值。
根據(jù)前文分析，當(dāng)負載阻抗匹配時，多徑會消失，電力傳輸達到最大的效率；但是一般情況下，由于所需調(diào)節(jié)的電力負載網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，幾乎不可能通過有限次的精確調(diào)節(jié)將網(wǎng)絡(luò)的所有負載阻抗調(diào)節(jié)匹配。因此，我們需要在時間和效果之間進行折中選擇。
本實施例中，我們選取的預(yù)設(shè)條件是所有從徑的幅度最小或小于預(yù)設(shè)值，每次記錄一下上一次的數(shù)值，已確認每次的負載調(diào)節(jié)可以使從徑的幅度減小。具體的判斷標(biāo)準(zhǔn)是， 某一次調(diào)節(jié)后的從徑的幅度比前后兩次調(diào)節(jié)的都小，或者從徑的幅度不超過主徑幅度的 5%，就可以認定該次的調(diào)節(jié)達到了最優(yōu)，整個網(wǎng)絡(luò)的負載匹配得到了最優(yōu)化；如果不滿足， 就需要產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，返回步驟SI再次調(diào)度。
實施例4
實施例四給出了本發(fā)明提出的方案用于電力線系統(tǒng)中基于CP-OFDM技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡調(diào)節(jié)的一種具體實施方式
。
本實施例與實施例2中的電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法一致， 采用“從發(fā)主收”的工作模式，其區(qū)別為本實施例針對PLC系統(tǒng)的一種典型的多載波工作模式，具體參數(shù)如下載波模式Z=3780，發(fā)射端星座圖映射方式為64APSK，F(xiàn)EC 碼率為O. 4。
如圖6和圖10所示，依照本發(fā)明實施方案調(diào)節(jié)本實施例所述的網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的方法，并參考圖2節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)圖所示，其具體步驟如下
S1、主節(jié)點將訓(xùn)練序列和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀，并通過耦合器將信號傳輸至電力線；
本實施例中，在主節(jié)點中，待發(fā)送數(shù)據(jù)首先經(jīng)過FEC編碼，然后進行64APSK星座映射獲得頻域的符號xk，將特定的頻域訓(xùn)練序列插入到原始的頻域符號Xk中作為信道計算的手段，其中插入的位置是經(jīng)過精心設(shè)計并固定的。
同樣地，頻域?qū)ьl序列的插入方式常見的有塊(Block)導(dǎo)頻和梳妝(Comb)導(dǎo)頻兩種。
本實施例中，我們米用Comb方式傳輸導(dǎo)頻。
然后每3780個新的頻域符號口 Xk構(gòu)成一個OFDM符號，經(jīng)過長度為3780的IDFT (IFFT)將每一個頻域符號Xk變換到相應(yīng)的子載波上，則頻域?qū)ьl序列就固定在了特定的子載波上；在時域，取IDFT的后420個符號序列置于OFDM符號的前端構(gòu)成循環(huán)前綴(CP)作為幀頭進行組幀，然后利用均方根升余弦脈沖進行時域成型濾波將信號的帶寬進行限制， 對處理過的信號進行上變頻和功率放大后耦合進入電力線進行信號的傳輸。
S2、各從節(jié)點通過耦合器接收發(fā)送信號，利用訓(xùn)練序列解調(diào)接收信號，提取網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整從節(jié)點可變負載。在步驟S2中，所述調(diào)節(jié)從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載方式為在從節(jié)點端并聯(lián)定量的負載，負載可以是感性的、容性的、阻性的或者是這三種的任意的組合。
本實施例中，各從節(jié)點通過耦合器從電力線中接收信號，接收到的信號被下變頻， 經(jīng)過均方根升余弦脈沖濾波和采樣；采樣后的數(shù)據(jù)相應(yīng)進行同步、信道計算和FFT。從傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中提取出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，根據(jù)指令調(diào)整從節(jié)點可變負載，對本節(jié)點的負載阻抗進行調(diào)節(jié)。
S3、主節(jié)點獲得主節(jié)點到各從節(jié)點間或各從節(jié)點到主節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信肩、O
采用“從發(fā)主收”模式，具體包括
S311、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將組幀信號送入電力線回傳到主節(jié)點；
本實施例中，訓(xùn)練序列組幀的具體實施方式
與本實施例的步驟SI相同，在此不再贅述。
S312、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，利用從節(jié)點發(fā)射的訓(xùn)練序列計算得到從節(jié)點到主節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
本實施例中，主節(jié)點通過耦合器從電力線中接收信號，接收到的信號被下變頻，經(jīng)過均方根升余弦脈沖濾波和采樣；采樣后的數(shù)據(jù)相應(yīng)進行同步、信道計算和FFT。
本實施例中，為了防止信道沖激響應(yīng)沒有落到采樣點上而造成的估計不準(zhǔn)，對接收到的信號進行8倍過采樣，從而獲得更精確的信道沖激響應(yīng)估計。在進行信號同步之后， 就可以進行信道頻率響應(yīng)計算了。OFDM系統(tǒng)接收端經(jīng)過A/D和低通濾波器，去掉循環(huán)前綴， 對接收信號進行DFT，如果不存在ISI，則如式(4)所示。
接收端對接收信號進行FFT處理后，系統(tǒng)利用頻域插入的導(dǎo)頻進行信道計算。
LMMSE準(zhǔn)則下以Hp為變量最小化下式
min{ (Yp-XpHp)η(Yp-XpHpM(6)
在CIR抽頭和加性噪聲均為復(fù)高斯分布，并且二者相互獨立的前提條件下，LMMSE準(zhǔn)則的信道計算結(jié)果為
% LMMSB 二 Rhh{Rhh + P Iy1^LS{7)HH 冊 SNR
根據(jù)導(dǎo)頻子載波計算值進行內(nèi)插，就可以獲得所有子載波出的信道計算值。常見的內(nèi)插方法有二維麗SE內(nèi)插、分段線性內(nèi)插、分段多項式擬合、基于DFT的內(nèi)插和低通內(nèi)插等。然后對信道的頻率響應(yīng)做IDFT就可以獲得信道的沖激響應(yīng)。
S4、主節(jié)點根據(jù)從節(jié)點到主節(jié)點的信道沖激響應(yīng)中多徑的幅度、位置參數(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度，并計算各從節(jié)點可變負載值，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令。在步驟S4中，所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)包括從徑的總能量相對于主徑的能量大小，各從徑相對于主徑的幅度大小， 各從徑之間的相對幅度大小，從徑相對于主徑的時延以及從徑之間的時延。
本實施例中，采用的是“從發(fā)主收”的工作模式，因此把從節(jié)點到主節(jié)點的信道沖激響應(yīng)作為分析的對象，我們選取沖激響應(yīng)中從徑與主徑的幅度之比作為主要參數(shù)用作調(diào)度分析。
根據(jù)前文的分析，在電力線信道中，信道是天然的多徑信道，因此在負載阻抗不匹配的情況下，主節(jié)點到任意一個從節(jié)點的信道的沖激響應(yīng)會有多徑出現(xiàn)其中幅度較大、延時最短的是從主節(jié)點到從節(jié)點的直通路徑；其余的從徑則是由于阻抗失配導(dǎo)致的反射造成的，幅度較小、延時較長。
我們根據(jù)主節(jié)點到不同從節(jié)點的信道參數(shù)，計算每一個從節(jié)點所需調(diào)節(jié)的可變負載值，形成整體網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度指令。
S5、若滿足預(yù)設(shè)條件，主節(jié)點停止調(diào)度；否則主節(jié)點產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，返回步驟 SI進行再次調(diào)度。在步驟S5中，所述預(yù)設(shè)條件包括從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑的數(shù)量最少或少于預(yù)設(shè)值，從徑的幅度最小或小于預(yù)設(shè)值、從徑幅度之和最小或小于預(yù)設(shè)值。
根據(jù)前文分析，當(dāng)負載阻抗匹配時，多徑會消失，電力傳輸達到最大的效率；但是一般情況下，由于所需調(diào)節(jié)的電力負載網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，幾乎不可能通過有限次的精確調(diào)節(jié)將網(wǎng)絡(luò)的所有負載阻抗調(diào)節(jié)匹配。因此，我們需要在時間和效果之間進行折中選擇。
本實施例中，我們選取的預(yù)設(shè)條件是從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，每次記錄一下上一次的比值，已確認每次的負載調(diào)節(jié)可以使從徑的總能量逐漸降低。具體的判斷標(biāo)準(zhǔn)是，某一次調(diào)節(jié)后的從徑總能量比前后兩次的總能量都小，或者從徑的總能量占與主徑的能量比小于5%，就可以認定該次的調(diào)節(jié)達到了最優(yōu)，整個網(wǎng)絡(luò)的負載匹配得到了最優(yōu)化； 如果不滿足，就需要產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，返回步驟SI再次調(diào)度。
實施例5
本發(fā)明還提供一種電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)裝置，基于背景技術(shù)和上述有關(guān)基于OFDM技術(shù)的電力線傳輸系統(tǒng)的描述,本發(fā)明提出基于OFDM調(diào)制技術(shù)的用于電力線系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負 載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法的裝置，從功能上劃分，包括主節(jié)點(含有耦合器單元、信號調(diào)制單元、信號解調(diào)單元、信號解調(diào)單元、信道沖激響應(yīng)計算單元、網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度計算單元、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令產(chǎn)生單元)，從節(jié)點(含有耦合器單元、信號調(diào)制單元、信號解調(diào)單元、信道沖激響應(yīng)計算單元、數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元)，分為“主發(fā)從收”和“從發(fā)主收” 兩種模式。
該裝置包括
主節(jié)點包括
信號調(diào)制單元，用于根據(jù)系統(tǒng)的需求將產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)進行OFDM調(diào)制， 并將已知的訓(xùn)練序列與OFDM符號進行組合、組幀，輸出到耦合器單元；
耦合器單元，用于將信號調(diào)制單元輸出的信號耦合到電力線上進行傳輸，或用于將電力線上的信號耦合接收下來并傳輸給信號解調(diào)單元進行處理；
信號解調(diào)單元，用于將從耦合單元上接收到的信號通過訓(xùn)練序列進行同步、信道沖激響應(yīng)估計、對傳輸數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼后解調(diào)出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)；
信道沖激響應(yīng)計算單元，用于節(jié)點利用接收到的序列和已知的訓(xùn)練序列進行信道沖擊響應(yīng)的估計；
網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度計算單元，用于主節(jié)點根據(jù)傳輸信道沖擊響應(yīng)參數(shù)計算網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度；
網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令產(chǎn)生單元，用于主節(jié)點根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度產(chǎn)生待傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)。
從節(jié)點包括
耦合器單元，用于將信號調(diào)制單元輸出的信號耦合到電力線上進行傳輸，或用于將電力線上的信號耦合接收下來并傳輸給信號解調(diào)單元進行處理；
信號調(diào)制單元，用于根據(jù)系統(tǒng)的需求將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行OFDM調(diào)制，并將已知的訓(xùn)練序列與OFDM符號進行組合、組幀，輸出到耦合器單元；
信號解調(diào)單元，用于將從耦合單元上接收到的信號通過訓(xùn)練序列進行同步、信道沖激響應(yīng)估計、對傳輸數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼后解調(diào)出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)；
信道沖激響應(yīng)計算單元，用于節(jié)點利用接收到的序列和已知的訓(xùn)練序列進行信道沖擊響應(yīng)的估計；
數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，用于節(jié)點產(chǎn)生所需的待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
圖11為本發(fā)明實施例1中電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法對應(yīng)的裝置工作原理圖，如圖11所示，在主節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令產(chǎn)生單元101首先產(chǎn)生調(diào)度指令，經(jīng)過信號調(diào)制單元102將待發(fā)送的調(diào)度指令與訓(xùn)練導(dǎo)頻進行處理，產(chǎn)生OFDM信號并組幀，經(jīng)過耦合單元103發(fā)送到電力傳輸線上，在從節(jié)點，通過耦合單元103將信號接收至信號解調(diào)單元104，對接收到的信號進行同步并解調(diào)出攜帶的訓(xùn)練導(dǎo)頻后，在信道沖激響應(yīng)計算單元105，利用已知的訓(xùn)練導(dǎo)頻對信道的沖激響應(yīng)進行計算，信號調(diào)制單元102將沖激響應(yīng)信息組幀發(fā)出經(jīng)過耦合單元傳回給主節(jié)點，主節(jié)點經(jīng)過耦合單元103和信號解調(diào)單元 104獲得信道的沖激響應(yīng)，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度計算單元106計算網(wǎng)絡(luò)負載的匹配程度，最后再通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令單元產(chǎn)生新的調(diào)節(jié)指令。
圖12為本發(fā)明實施例2中電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法對應(yīng)的裝置工作原理圖，如圖12所示，在主節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令產(chǎn)生單元201首先產(chǎn)生調(diào)度指令，經(jīng)過信號調(diào)制單元202將待發(fā)送的調(diào)度指令與訓(xùn)練導(dǎo)頻進行處理，產(chǎn)生OFDM信號并組幀，經(jīng)過耦合單元203·發(fā)送到電力傳輸線上，在從節(jié)點，通過耦合單元203將信號接收至信號解調(diào)單元204，獲得調(diào)度指令后對從節(jié)點處的負載進行調(diào)節(jié)，然后將數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)制單元202和耦合單元203發(fā)送給主節(jié)點，主節(jié)點經(jīng)過耦合單元203和號解調(diào)單元204，在信道沖激響應(yīng)計算單元205，利用已知的訓(xùn)練導(dǎo)頻對信道的沖激響應(yīng)進行計算，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度計算單元206計算網(wǎng)絡(luò)負載的匹配程度，最后再通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令單元產(chǎn)生新的調(diào)節(jié)指令。
以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種電力線系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括以下步驟 s1、主節(jié)點將訓(xùn)練序列和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀，并通過耦合器將信號傳輸至電力線. s2、各從節(jié)點通過耦合器接收發(fā)送信號，利用訓(xùn)練序列解調(diào)接收信號，提取網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載； s3、主節(jié)點獲得主節(jié)點到各從節(jié)點間或各從節(jié)點到主節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信息； s4、主節(jié)點根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度，并計算各從節(jié)點可變負載值，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令； s5、若滿足預(yù)設(shè)條件，主節(jié)點停止調(diào)度；否則主節(jié)點返回步驟SI進行再次調(diào)度。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟SI中，所述訓(xùn)練序列包括時域訓(xùn)練序列和頻域訓(xùn)練序列；所述網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀采用OFDM方式組幀，所述OFDM方式組幀包括TDS-0FDM、CP-OFDM 或 ZP-0FDM。
3.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟S2中，所述調(diào)節(jié)從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載方式為在從節(jié)點端并聯(lián)定量的負載，負載可以是感性的、容性的、阻性的或者是這三種的任意的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，采用“主發(fā)從收”工作模式，步驟S3具體包括 s301、各從節(jié)點利用已知訓(xùn)練序列計算主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)； s302、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和所獲得的信道沖激響應(yīng)信息及其他待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將信號送入電力線回傳到主節(jié)點； s303、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，并解調(diào)獲得主節(jié)點到從節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
5.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，采用“從發(fā)主收”工作模式，步驟S3具體包括 s311、各從節(jié)點將已知訓(xùn)練序列和待傳輸信息進行組幀，并依次通過耦合器將組幀信號送入電力線回傳到主節(jié)點； s312、主節(jié)點通過耦合器接收從節(jié)點反饋的信號，利用從節(jié)點發(fā)射的訓(xùn)練序列計算得到從節(jié)點到主節(jié)點間的傳輸信道沖激響應(yīng)信息；
6.如權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在步驟S4中，所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)包括從徑的總能量相對于主徑的能量大小，各從徑相對于主徑的幅度大小，各從徑之間的相對幅度大小，從徑相對于主徑的時延以及從徑之間的時延。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S5中，所述預(yù)設(shè)條件包括從徑的總能量最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑的數(shù)量最少或少于預(yù)設(shè)值，從徑的幅度最小或小于預(yù)設(shè)值，從徑幅度之和最小或小于預(yù)設(shè)值。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，所述的訓(xùn)練序列相比于待傳輸信號，功率加倍或者長度加長，用于獲得更精確信道沖激響應(yīng)估計若待傳輸數(shù)據(jù)歸一化功率為1，訓(xùn)練序列功率可以增加到其2倍、3倍或4倍；訓(xùn)練序列的長度不超過OFDM長度。
9.如權(quán)利要求4和權(quán)利要求5所述的方法，在步驟S301和步驟S312之前，進行高倍過采樣，用于獲得更精確的信道沖激響應(yīng)估計，所述高倍采樣包括2倍、3倍、4倍、6倍或8倍。
10.一種電力線通信系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，該裝置包括 主節(jié)點包括 信號調(diào)制單元，用于根據(jù)系統(tǒng)的需求將產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)進行OFDM調(diào)制，并將已知的訓(xùn)練序列與OFDM符號進行組幀，輸出到耦合器單元； 耦合器單元，用于將信號調(diào)制單元輸出的信號耦合到電力線上進行傳輸，或用于將電力線上的信號耦合接收下來并傳輸給信號解調(diào)單元進行處理； 信號解調(diào)單元，用于將耦合器單元上接收到的信號通過訓(xùn)練序列進行同步、信道沖激響應(yīng)估計、對傳輸數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼后解調(diào)出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)； 信道沖激響應(yīng)計算單元，用于利用接收到的已知訓(xùn)練序列進行信道沖激響應(yīng)估計； 網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度計算單元，用于根據(jù)傳輸信道沖擊響應(yīng)參數(shù)計算網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度； 網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令產(chǎn)生單元，用于根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度產(chǎn)生待傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)； 從節(jié)點包括 耦合器單元，用于將信號調(diào)制單元輸出的信號耦合到電力線上進行傳輸，或用于將電力線上的信號耦合接收下來并傳輸給信號解調(diào)單元進行處理； 數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，用于節(jié)點產(chǎn)生所需的待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)； 信號調(diào)制單元，用于根據(jù)系統(tǒng)的需求將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行OFDM調(diào)制，并將已知的訓(xùn)練序列與OFDM符號進行組巾貞,輸出到稱合器單兀； 信號解調(diào)單元，用于將耦合單元上接收到的信號通過訓(xùn)練序列進行同步、信道沖激響應(yīng)估計、對傳輸數(shù)據(jù)進行糾錯譯碼后解調(diào)出網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令數(shù)據(jù)； 信道沖激響應(yīng)計算單元，用于節(jié)點利用接收到的序列和已知的訓(xùn)練序列進行信道沖擊響應(yīng)的估計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力線系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)負載匹配平衡的調(diào)節(jié)方法及其裝置，其方法包括以下步驟S1、主節(jié)點將訓(xùn)練序列和網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令進行組幀，并通過耦合器將信號傳輸至電力線；S2、各從節(jié)點通過耦合器接收發(fā)送信號，利用訓(xùn)練序列解調(diào)接收信號，提取網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令，并根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整從節(jié)點端的網(wǎng)絡(luò)負載；S3、主節(jié)點獲得主節(jié)點到各從節(jié)點間或各從節(jié)點到主節(jié)點間的信道沖激響應(yīng)信息；S4、主節(jié)點根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)參數(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)負載匹配程度，并計算各從節(jié)點可變負載值，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)調(diào)度指令；S5、若滿足預(yù)設(shè)條件，主節(jié)點停止調(diào)度，否則主節(jié)點返回步驟S1進行再次調(diào)度。本發(fā)明有效利用了電力線路本身的網(wǎng)絡(luò)資源，具有實時性強、效率高、成本低等優(yōu)點。
文檔編號H04B3/06GK103001665SQ20121039276
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者楊昉, 丁文伯, 張超, 宋健, 陽輝 申請人:清華大學(xué)