本发明专利技术公开了一种基于OFDM的PLC系统的低复杂度比特位加载方法，包括以下步骤：首先发送端确定所使用子载波集合、总传输功率约束值以及每个子载波允许的最大传输功率约束值，引入权重，将连续型吞吐量优化问题等价为加权最小化均方误差问题，并结合块坐标下降算法和二分法迭代求解该问题，然后对所求得的非整数型子载波比特数进行整数化，以此为基础，再采用贪婪思想迭代求得整数比特位和功率分配方案，发送端最后根据分配方案将信号比特流映射到每个子载波上并设定子载波传输功率，实现PLC系统收发两端的业务传输。本发明专利技术方法不仅能够优化系统性能还能使得比特位加载问题的迭代次数大幅减少，从而降低系统的计算复杂度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力线通信（PLC,PowerLineCommunication)
，具体为基于 正交频分复用（OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术的电力线通信 系统子载波比特加载方案。
技术介绍
电力线载波通信是指利用电力线作为信息传输媒介进行语音或者数据传输的一 种特殊通信方式。近年来，电力线载波通信已经进入数字化时代，不再局限于单片机的简单 应用，特别地，随着智能电网技术的不断发展，电力线载波通信正成为通信领域乃至关系到 千家万户的一项热门技术，其在国外传媒中更是被喻为"未被挖掘的金山"。因此，对电力线 载波技术的研究是大势所趋。 然而，电力线通信却具有频率选择性衰落大等特点。为了解决这个问题，常采用一 些调制技术，而常用的调制技术中要么频带利用率不高，如QPSK，FSK;要么最大数据传输 速率受到限制，比如扩频技术。而OFDM技术不仅能够很好地对抗频率选择性衰落，同时还 是解决传输频带利用率低这一问题的最有效方法之一。不失一般性，本专利技术将基于OFDM技 术，结合电力线载波通信，设计一种低复杂度的比特加载方法。在电力线OFDM系统中，载波间干扰（ICI，Inter-carrierInterference)和 符号间干扰（ISI，Inter-SymbolInterference)会显著降低OFDM系统的性能，使 得在理想情况下设计的资源管理优化方法在实际使用时效率降低。本专利技术通过研 究ICI和ISI干扰下的比特加载和功率分配问题，旨在优化系统吞吐量。目前，流行 的设计方案大都为基于贪婪思想的基本比特加载方法（GBL)，而这种方法复杂度较 高，难以实施。因此，文献的作者为了降低复杂度，对GBL方法进行了改 进，即通过迭代求逆实现GBL方法复杂度降低的目的，我们称之为改进型的GBL方法，然而 通过本质可以看出，这种方法虽然降低了一定复杂度，但是整体迭代次数并没有减少，所以 总的计算复杂度仍然很高。基于此目的，本文设计了基于OFDM的PLC系统的低复杂度比特 加载方法。本方法首先设计一种快速收敛的连续型吞吐量优化方法，得到非整数型的比特 位分配方案，然后进行整数化得到一个整数型比特位分配方案，最后结合改进型GBL方法 实现比特位加载。本专利技术所设计方法不仅能够优化系统性能，同时大幅度降低系统复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于OFDM的PLC系统的低复杂 度比特位加载方法，包括以下步骤： 步骤1:发送端确定所使用子载波数目L、每个子载波允许最大传输功率约束值 P_(m)，mGAus6以及总传输功率约束值？_31，其中Aus6为发送端所使用的子载波集合，且L=IAusI，IAusI表示集合Ause的元素个数； 步骤2 :引入权重，将连续型吞吐量优化问题等价为加权最小化均方误差问题，然 后结合块坐标下降算法和二分法迭代求解得到一个非整数型子载波比特数集合IClnl (m)}， 其中Clnl (m)，mGAuse表示求解连续型吞吐量优化问题后得到的第m个子载波上的非整数 比特位数； 步骤3 :根据式子 A,",(川）4 八=騰X'[/7, 到一个整数比特位分配集合{bInI(m)}，其中Ad(_)表示整数化函数，bInI(m)表示第m个子 载波最初的比特位数，E表示子载波采用的M进制-QAM调制方式所对应的整数比特位数有 序集合，V.Me丨0,2,-18J(v特别地，M= 0表示在M集合中所对应的比特位数为0,即子 载波上不携带比特位数； 步骤4:根据贪婪思想，在{bInI(m)}基础上进行比特位加载，即初始化 迭代次数k= 1，令{b(k)(m) =bInI(m)}，则有B⑷全)，...，严>(,")，...，严>(i)]r =M(*-广IV，其中：（?）(k)表示第k轮迭代所 求的对应值，b(m)表示第m个子载波上的比特位数，P(m)表示第m个子载波的传输功率，和a(m)分别表示信噪比差额和信道增益，…，of(if表示噪声功率向量，其中M(/〃）$ <7丨（/?)表示第m个子载波的噪声功率，W表示干扰矩阵； 步骤5 :更新迭代次数k=k+1，L个子载波根据M依次跳到下一 级来更新自己的比特位数，并记录下每次更新后的比特位分配向量B(k) (m)， mGAus%即B(kl)中的第m个子载波根据K更新比特位后得到的比特位分配向量以得到更新后的比特位分配向量集合{B(k)(m)}，并迭代求出对应矩阵集合|[^A(bU,(b|))^|j和对应的子载波功率分配向量集合{P(k) (m)}，即： 其中：S(x)表示对向量x中所有元素的求和；根据上式如果能够找到满足向量和功率分配向量分别为K= B (k 和P $= P (k ?; 步骤7 :发送端按照最后得到的比特位分配向量K确定每个子载波对应的调制方 式，同时根据K设定每个子载波的传输功率，从而实现PLC系统收发两端的业务传输。 所述的步骤2中进一步包含以下步骤： 步骤2. 1 :初始化：迭代次数n = 1、最大迭代次数e、丽SE均衡器集合和相 应的丽SE误差估计值集合[、权重值集合，其中：&% C和0>分别表示第m个 子载波上的第n次迭代所求的MMSE均衡器、MMSE误差估计值和权重值； 步骤2.2:更新迭代次数n = n+l，利用二分法求解传输功率{P(n)(m)}; 步骤2. 3 :利用块坐标下降法，首先求解丽SE均衡器步骤2.4:判断迭代次数n是否大于e，满足则求出 在上述步骤2. 2进一步包含以下步骤： 步骤2.2.1:设拉格朗日乘子A =〇,根据式子： 否则执行下一步； 步骤2. 2.2:设X=A+La，其中La为步长，同理得到对应的j，重复该 步骤直至找到满足总功率约束条件的拉格朗日乘子A，得到拉格朗日乘子上界Au=入； 步骤2. 2. 3:利用二分法思想求解拉格朗日乘子， 〇为拉格朗日乘子下界，求解得到，判断是否满足总功率约束条件，如满足则 令Au=A，否则令A1=A，重复该步骤直至，其中A为判定阈值，得到解并输出该解。 本专利技术有益效果：本专利技术通过优先考虑连续型吞吐量优化问题，利用块坐标下降 算法和二分法迭代求解该问题，然后对所求得的非整数型子载波比特位数进行整数化，以 此为基础，再采用贪婪思想迭代求得整数比特位和功率分配方案，从而优化系统性能的同 时使得比特位加载问题迭代次数大幅度降低，即系统计算复杂度大幅降低。【附图说明】图1是本专利技术所述实施例的非整数比特位分配方法流程图。 图2是本专利技术所述实施例的连续型吞吐量最大化流程图。 图3是本专利技术所述实施例二分法求解连续型传输功率分配方案流程图。图4是本专利技术所述实施例平均吞吐量的性能仿真比较图。图5是本专利技术所述实施例平均执行时间的仿真比较图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的和效果更加清楚，下面对电力线OFDM通信系统模型及本文 专利技术方法进行详细描述。 与传统的OFDM系统不同，本文考虑一个单用户加窗型OFDM系统。假设系统共有 U个子载波，占用的总带宽为BMHz，OFDM系统的循环前缀长度为s(此处，s代表单位： 秒）：Tep=GI+RI，其中GI本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于OFDM的PLC系统的低复杂度比特位加载方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：发送端确定所使用子载波数目L、每个子载波允许最大传输功率约束值Pmax(m)，m∈Ause以及总传输功率约束值Ptotal，其中Ause为发送端所使用的子载波集合，且L＝|Ause|，|Ause|表示集合Ause的元素个数；步骤2：引入权重，将连续型吞吐量优化问题等价为加权最小化均方误差问题，然后结合块坐标下降算法和二分法迭代求解得到一个非整数型子载波比特数集合{CInI(m)}，其中CInI(m)，m∈Ause表示求解连续型吞吐量优化问题后得到的第m个子载波上的非整数比特位数；步骤3：根据式子m∈Ause对{CInI(m)}整数化得到一个整数比特位分配集合{bInI(m)}，其中Λd(·)表示整数化函数，bInI(m)表示第m个子载波最初的比特位数，表示子载波采用的M进制‑QAM调制方式所对应的整数比特位数有序集合，特别地，M＝0表示在集合中所对应的比特位数为0，即子载波上不携带比特位数；步骤4：根据贪婪思想，在{bInI(m)}基础上进行比特位加载，即初始化迭代次数k＝1，令{b(k)(m)＝bInI(m)}，则有表示子载波比特位分配向量，并求出对应的子载波功率分配向量P(k)=Δ[P(k)(1),...,P(k)(m),...,P(k)(L)]T=M(k)(Λ(B(k)))(k)N,]]>其中：(·)(k)表示第k轮迭代所求的对应值，b(m)表示第m个子载波上的比特位数，P(m)表示第m个子载波的传输功率，M(k)=Δ(I-(Λ(B(k)))(k)W)-1,(Λ(B(k)))(k)=Δdiag(γ1(k),...,γm(k),...,γL(k)),]]>Γ和α(m)分别表示信噪比差额和信道增益，表示噪声功率向量，其中表示第m个子载波的噪声功率，W表示干扰矩阵；步骤5：更新迭代次数k＝k+1，L个子载波根据依次跳到下一级来更新自己的比特位数，并记录下每次更新后的比特位分配向量B(k)(m)，m∈Ause，即B(k‑1)中的第m个子载波根据更新比特位后得到的比特位分配向量B(k)(m)=Δ[b(k-1)(1),...,b(k-1)(m-1),b(k)(m),b(k-1)(m+1),...b(k-1)(L)]T,]]>m∈Ause，由此可以得到更新后的比特位分配向量集合{B(k)(m)}，并迭代求出对应矩阵集合和对应的子载波功率分配向量集合{P(k)(m)}，即：(Λ(B(k)(m)))(k)=Δ(Λ(B(k-1)))(k-1)+Δγ(m)(k)ememT]]>和P(k)(m)=M(m)(k)(Λ(B(k)(m)))(k)N,m∈Ause]]>其中：em为列向量，且只有第m行为1，其余行均为0，Wm=ΔemTW,Δγ(m)(k)=Δ(2b(k)(m)-2b(k-1)(m))Γ|α(m)|2;]]>步骤6：执行下列选择方案，即：m*=argminmΔf=argminmS(P(k)(m)-P(k-1))b(k)(m)-b(k-1)(m)S(P(k)(m*))≤Ptotal0≤P(k)(m*)≤Pmax(m*)]]>其中：S(x)表示对向量x中所有元素的求和；根据上式如果能够找到满足条件的子载波m*，那么更新B(k)＝B(k)(m*)，P(k)＝P(k)(m*)，并重复步骤5；如果找不到，则得到最后的比特位分配向量和功率分配向量分别为B*＝B(k‑1)和P*＝P(k‑1)；步骤7：发送端按照最后得到的比特位分配向量B*确定每个子载波对应的调制方式，同时根据P*设定每个子载波的传输功率，从而实现PLC系统收发两端的业务传输。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：史清江，彭成，齐世强，潘博，秦鹏，苏广波，
申请(专利权)人：嘉兴国电通新能源科技有限公司，浙江理工大学，北京国电通网络技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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