专利名称：电力线载波通信系统及通信方法
技术领域：
本发明涉及一种电力线载波通信领域，特别涉及一种针对不同传输模式进行选择的电力线载波通信系统及通信方法。
背景技术：
电力线载波通信技术是一种利用电力线作为通信媒介来传输数据信息的通信方式，其以载波的方式实现数据、语音、视频等的传输通信。现在该技术广泛应用于通信、电力、工业控制等行业领域，这种通信技术是当今通信行业中一种先进的技术。电力线载波通信技术一般包括借助35kV及以上电压等级的高压传输线作为通信媒介的高压电力线载波通信 ’借助IOkV电压等级的中压传输线作为通信媒介的中压电力线载波通信；以及借助380V或者220V的低压传输线作为通信媒介的低压电力线载波通 目。传统的电力线载波通信主要利用高压传输线作为高频信号的传输通道，仅仅局限于传输远程控制信号等，应用范围窄，传输速率较低。目前，随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，电力载波通信正在转向采用低压配电网进行载波通信，使得低压电力线载波通信的技术开发及应用出现了方兴未艾的局面。低压电力线载波通信信道是一个时变信道，同一条信道在不同时间段由于干扰、 阻抗变化等因素而使得信道响应函数不同；另外，处在网络不同位置的终端节点由于路径衰减显著不同，使得与集中器的信道响应函数也不同。这就要求处于网络不同位置的终端节点采用不同传输参数与集中器进行通信，例如近端节点可以需要降低发送功率、提高传输速率与集中器进行通信，而远端节点则需要提高发送功率、降低传输速率来取得可靠通 目。现有低压电力线载波通信解决方案中物理层采用的是固定速率传输方式。即使一些电力线载波通信设备开发商物理层提供多种传输模式，但是在现场安装调试手动修改物理层参数改变传输速率，交付使用后则不再修改。这种解决方案的缺点是在网络安装调试完毕后长达数年的运行过程中，物理层传输速率固定不变，不能正确反映信道变化情况，导致出现传输速率选择过低或传输速率选择过高的现象，系统的通信可靠性和通信效率处在比较低下的水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力线载波通信系统及通信方法，用于解决现有传输速率固定不变而导致通信可靠性和通信效率比较低下的问题。本发明一方面提供一种电力线载波通信系统，包括物理层单元和介质访问控制层单元，第一通信接口，与所述物理层单元建立通信连接；所述物理层单元支持多种传输模式；所述传输模式中的传输参数包括调制方式、信道编码码率、重复编码的重复次数;第二通信接口，与所述介质访问控制层单元建立通信连接；传输模式选择单元，用于根据从所述介质访问控制层单元获得的电力线载波通信系统在通信过程获得的信息，为所述物理层单元选定一种传输模式，配置与当前通信信道对应的传输速率。可选地，所述传输模式选择单元为独立于所述介质访问控制层单元的器件。可选地，所述传输模式选择单元集成在所述介质访问控制层单元内。本发明在另一方面提供应用于上述电力线载波通信系统的电力线载波通信方法， 包括在所述传输模式选择单元中预存多种传输模式；所述传输模式中的传输参数包括调制方式、信道编码码率、重复编码的重复次数；根据所述介质访问控制层单元中获得的电力线载波通信系统在通信过程获得的信息和预设的算法规则，为所述物理层单元选定一种传输模式。可选地，当所述电力线载波通信系统支持确认/否认应答帧时，当收到一个否认信号或等待确认/否认应答帧超时，在当前传输速率组合基础上降低一级(或多级)的传输速率；当连续收到M个确认信号，在当前传输速率组合基础上提高一级的传输速率，其中，M >= 2。可选地，当所述电力线载波通信系统不支持确认/否认应答帧时，当收到重传指令时，在当前传输速率组合基础上降低一级(或多级)的传输速率；当连续M次传送都成功，即在连续M次的过程中，没有收到重传指令，则在当前传输速率基础上提高一级的传输速率，其中，M >= 2。可选地，针对传输模式中的调制方式、码率、重复编码的重复次数，假定所述电力线载波通信系统支持的传输模式的组合个数是N ;首先由所述物理层单元提供一张映射查找表，一个传输模式的组合映射一个信号干扰噪声比SINR区间；在通信运行过程中，所述物理层单元进行SINR计算，并将计算结果反馈给所述介质访问控制层单元，由所述介质访问控制层单元进行滤波处理；查看经滤波处理后的SINR值落入的SINR区间，选定所述 SINR区间中的传输参数。可选地，所述介质访问控制层单元进行滤波处理是通过如下方法得到的经过α 滤波后当前时刻的SINR值SINR° (i)等于前一时刻经过α滤波后的SINR值SINR° (i_l) 与第一系数(l-α)的乘积加上当前时刻物理层上报的SINR值SINR(i)与第二系数α的乘积所得的和，其中，第二系数α的范围为大于O且小于等于I。本发明的电力线载波通信系统及通信方法，获得通信信道在通信运行过程中的信息(即，能正确反映出通信信道的变化情况)，从而据此选定一种传输模式，配置与当前通信信道对应的传输速率。相比于传输速率固定的现有技术，本发明可以正确反映信道变化情况并自适应调整传输速率，提高电力线载波通信的通信可靠性和通信效率。
图I显示了本发明的电力线载波通信系统在第一实施方式中的模块示意图。图2显示了本发明的电力线载波通信系统在第二实施方式中的模块示意图。图3显示了本发明的电力线载波通信方法的流程示意图。
具体实施例方式本发明的发明人发现现有低压电力线载波通信解决方案中物理层采用的是固定速率传输方式，由于物理层传输速率固定不变，不能正确反映信道变化情况，导致出现传输速率选择过低或传输速率选择过高的现象，系统的通信可靠性和通信效率处在比较低下的水平。因此，本发明的发明人对现有技术进行了改进，能实时获得通信信道在通信运行过程中的信息，从而可以根据通信信道的实际状况而选定一种传输模式，配置与当前通信信道对应的传输速率，提高电力线载波通信的通信可靠性和通信效率。。以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想， 遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。请参见图1，显示了本发明电力线载波通信系统在第一实施方式中的模块示意图。 如图I所示，所述电力线载波通信系统包括有物理层单元I、介质访问控制(MediaAccess Control, MAC)层单元3，以及位于物理层单元I与介质访问控制层单元3之间传输模式选择单元22，传输模式选择单元22是利用第一通信接口 21与物理层单元I建立通信连接的， 利用第二通信接口 23与介质访问控制层单元3建立通信连接的。以下对上述各单元进行进一步详述。第一通信接口 21，与物理层单元I建立通信连接。在本实施例中，物理层单元I可以支持多种传输模式，所述传输模式中包括调制方式、信道编码码率、重复编码的重复次数等传输参数。根据所述传输参数中调制方式、信道编码码率、重复编码的重复次数的不同选取值，可以获得组成具有不同传输速率的多种传输模式。第二通信接口 23，与介质访问控制层单元3建立通信连接；传输模式选择单元22，用于根据从介质访问控制层单元3获得的电力线载波通信系统和/或通信信道在通信运行过程中的信息和预设的算法规则，为物理层单元I选定一种传输模式，配置与当前通信信道对应的传输速率。请参见图2，显示了本发明电力线载波通信系统在第二实施方式中的模块示意图。 如图2所示，所述电力线载波通信系统包括有物理层单元I、介质访问控制层单元3，以及位于物理层单元I与介质访问控制层单元3之间传输模式选择单元22’，传输模式选择单元 22’是利用第一通信接口 21’与物理层单元I建立通信连接的，利用第二通信接口 23’与介质访问控制层单元3建立通信连接的。可以看出，第二实施方式与第一实施方式相比较，两者的区别在于传输模式选择装置的设置位置有所不同。在第一实施方式中，传输模式选择装置2是一个独立于介质访问控制层单元3的器件，而在第二实施方式中，传输模式选择装置2’是集成在介质访问控制层单元3内的，具有集成度高的优点。图3显示了本发明电力线载波通信方法的流程示意图。如图3所示，所述电力线载波通信方法包括
步骤SI I,在所述传输模式选择单兀中预存多种传输模式。所述传输模式中的传输参数包括调制方式、信道编码码率、重复编码的重复次数。根据所述传输参数中调制方式、 信道编码码率、重复编码的重复次数的不同选取值，可以获得组成具有不同传输速率的多种传输模式。步骤S13，从所述介质访问控制层单元获得电力线载波通信系统在通信过程获得的信息；步骤S15，根据所获得的通信信道的信息，并结合预设的算法规则，为所述物理层单元选定一种传输模式，配置与当前通信信道对应的传输速率。以下以具体实例对上述描述进行详细说明。实施例一:针对支持确认(ACK,ACKnowledgment) / 否认(NACK, Negative ACKnowledgement) 应答帧的电力线载波通信系统。对包括调制方式、码率、重复编码重复次数在内传输参数，系统的缺省值设置不失一般性设定为如BPSK调制(Binary Phase Shift Keying，双相移相键控)、1/2码率(母码码率)、重复编码次数为I。假定系统支持的这些传输参数的组合个数为N，对这N组参数的组合按传输速率从高到低排序。当收到一个NACK信号或等待ACK/NACK应答帧超时，则在当前传输速率组合基础上降低一级或多级的传输速率；当连续收到M(M >= 2)个ACK信号，则在当前传输速率组合基础上提高一级的传输速率。实施例二 :针对不支持确认(ACK)/否认(NACK)应答帧的电力线载波通信系统。在电力线载波通信系统，抄表是最重要的应用之一，抄收的是日冻结数据。当集中器发出抄收指令一次抄收不成功，会进行重抄，即再次发出抄收指令。为了提高通信成功概率，当收到重抄指令，在当前传输速率组合基础上降低一级或多级的传输速率。如果连续M(M>=2)次抄收都成功，即在连续M次的抄收过程中，没有收到重抄指令，则在当前传输速率基础上提高一级的传输速率。实施例三对包括调制方式、码率、重复编码重复次数在内传输参数，假定电力线载波通信系统可支持的传输模式的组合个数是N。首先由物理层单元提供一张映射查找表，一个传输模式的组合映射一个信号干扰噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SI NR) 区间，这样N个传输模式的组合就映射得到N个SINR区间。映射的规则是在这个SINR区间内，电力线载波通信系统的误比特率(Bit Error Ratio, BER)或误巾贞率(Frame Error Rate, FER)不高于系统要求的误比特率BER或误帧率FER。电力线载波通信系统在通信运行过程中，物理层单元进行SINR计算，并将计算结果反馈给介质访问控制层单元。由介质访问控制层单元对SINR按以下公式进行滤波处理SINRa (i) = (1-a )*SINRa (i-l) + a *SINR(i)，a e (0，I]；其中，SINR(i)表示当前时刻物理层上报的SINR值；SINRa (i-1)表示前一时刻经过α滤波后的SINR值；SINRa (i)表示经过α滤波后当前时刻的SINR值。
查看滤波处理后的SINR° (i)值落在的哪一个SINR区间，这一个SINR区间所对应的调制方式、码率、重复编码重复次数组合即为选用的传输参数。综上所述，本发明的电力线载波通信系统及通信方法，获得通信信道在通信运行过程中的信息(即，能正确反映出通信信道的变化情况)，从而据此选定一种传输模式，配置与当前通信信道对应的传输速率。相比于传输速率固定的现有技术，本发明可以正确反映信道变化情况并自适应调整传输速率，提高电力线载波通信的通信可靠性和通信效率。上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
1.一种电力线载波通信系统，包括物理层单元和介质访问控制层单元，其特征在于，所述电力线载波通信系统还包括第一通信接口，与所述物理层单元建立通信连接；所述物理层单元支持多种传输模式； 所述传输模式中的传输参数包括调制方式、信道编码码率、重复编码的重复次数；第二通信接口，与所述介质访问控制层单元建立通信连接；传输模式选择单元，用于根据从所述介质访问控制层单元获得的电力线载波通信系统在通信过程获得的信息，为所述物理层单元选定一种传输模式，配置与当前通信信道对应的传输速率。
2.根据权利要求I所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述传输模式选择单元为独立于所述介质访问控制层单元的器件。
3.根据权利要求I所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述传输模式选择单元集成在所述介质访问控制层单元内。
4.一种应用于如权利要求I至3中任一所述电力线载波通信系统的电力线载波通信方法，其特征在于，包括在所述传输模式选择单元中预存多种传输模式；所述传输模式中的传输参数包括调制方式、信道编码码率、重复编码的重复次数；根据所述介质访问控制层单元中获得的电力线载波通信系统在通信过程获得的信息和预设的算法规则，为所述物理层单元选定一种传输模式。
5.根据权利要求4所述的电力线载波通信方法，其特征在于当所述电力线载波通信系统支持确认/否认应答帧时，当收到一个否认信号或等待确认/否认应答帧超时，在当前传输速率组合基础上降低一级(或多级)的传输速率；当连续收到M个确认信号，在当前传输速率组合基础上提高一级的传输速率，其中，M > = 2。
6.根据权利要求4所述的电力线载波通信方法，其特征在于当所述电力线载波通信系统不支持确认/否认应答帧时，当收到重传指令时，在当前传输速率组合基础上降低一级(或多级)的传输速率；当连续M次传送都成功，即在连续M 次的过程中，没有收到重传指令，则在当前传输速率基础上提高一级的传输速率，其中，M > =2。
7.根据权利要求4所述的电力线载波通信方法，其特征在于针对传输模式中的调制方式、码率、重复编码的重复次数，假定所述电力线载波通信系统支持的传输模式的组合个数是N;首先由所述物理层单元提供一张映射查找表，一个传输模式的组合映射一个信号干扰噪声比SINR区间；在通信运行过程中，所述物理层单元进行SINR计算，并将计算结果反馈给所述介质访问控制层单元，由所述介质访问控制层单元进行滤波处理；查看经滤波处理后的SINR值落入的SINR区间，选定所述SINR区间中的传输参数。
8.根据权利要求7所述的电力线载波通信方法，其特征在于，所述介质访问控制层单元进行滤波处理是通过如下方法得到的经过α滤波后当前时刻的SINR值SINR° (i)等于前一时刻经过α滤波后的SINR值 SINRa (i-1)与第一系数(Ι-a)的乘积加上当前时刻物理层上报的SINR值SINR(i)与第二系数a的乘积所得的和，其中，第二系数a的范围为大于O且小于等于I。
全文摘要
本发明提供一种电力线载波通信系统及通信方法，所述电力线载波通信系统包括第一通信接口，与物理层单元建立通信连接；所述物理层单元支持多种传输模式；所述传输模式中的传输参数包括调制方式、信道编码码率、重复编码的重复次数；第二通信接口，与介质访问控制层单元建立通信连接；传输模式选择单元，用于根据从所述介质访问控制层单元获得的电力线载波通信系统在通信过程获得的信息，为所述物理层单元选定一种传输模式，配置与当前通信信道对应的传输速率。相较于现有技术，本发明可以正确反映信道变化情况并自适应调整传输速率，提高电力线载波通信的通信可靠性和通信效率。
文档编号H04B3/54GK102594406SQ20121003683
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者邱赐云 申请人:钜泉光电科技(上海)股份有限公司