本發(fā)明屬于寬帶電力線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于OFDM系統(tǒng)的寬帶電力線通信的單用戶比特加載。

背景技術(shù)：
寬帶電力線通信（BroadbandPowerLineCommunication，B-PLC）是利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和媒體信號(hào)的一種通信方式。由于電力線具有覆蓋范圍廣、無需重新規(guī)劃布線、建設(shè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，電力線通信成為解決通信接入網(wǎng)“瓶頸”的方案之一。但是電力線不是為通信設(shè)計(jì)的，利用電力線實(shí)現(xiàn)信息通信存在許多問題，如噪聲干擾強(qiáng)、多徑衰落明顯、頻率選擇性、時(shí)變性等。正交頻分復(fù)用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）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(qiáng)，頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力線通信中。單用戶電力線系統(tǒng)的資源分配涉及功率和比特的聯(lián)合分配，采用OFDM調(diào)制技術(shù)可將高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為多路并行的低速數(shù)據(jù)流，能有效減少多徑衰落對(duì)傳輸帶來的影響。如果子信道都采用固定的調(diào)制方案，對(duì)于具有較高頻率選擇性和時(shí)變性的電力線信道，會(huì)產(chǎn)生較大的誤比特率，無法充分利用信道質(zhì)量較好的子載波，頻譜利用率低。OFDM技術(shù)的自適應(yīng)性可以根據(jù)子信道的信道特性，動(dòng)態(tài)調(diào)整子信道上的傳輸速率和發(fā)射功率，提高信道資源利用率。傳統(tǒng)的資源分配是依據(jù)信息論中的注水原理，但是注水原理只考慮到子信道的信道狀況，沒有考慮各個(gè)子信道上的比特上限和功率限制。并且，子信道上比特、功率加載具有離散性，直接把注水原理應(yīng)用在單用戶比特加載中不合理。經(jīng)典的單用戶資源分配方法之一是逐比特位添加算法，該算法需要建立子載波在分配不同比特時(shí)的功率增量表，每加載一個(gè)比特時(shí)都需要進(jìn)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)達(dá)到固定速率或資源分配結(jié)束。該算法性能為最優(yōu)，但是由于每加載一個(gè)比特都需要進(jìn)行查表，計(jì)算復(fù)雜度高。以上分配方法都是針對(duì)于OFDM系統(tǒng)，不能完全適用于寬帶電力線通信系統(tǒng)?；贠FDM技術(shù)的電力線通信系統(tǒng)的資源分配不僅要考慮系統(tǒng)容量和誤比特率，還需要考慮子載波的各種上限約束情況。參加分配的子載波除受各的子載波信道狀態(tài)約束，還受其發(fā)射功率及比特上限的約束。電力線通信系統(tǒng)需要考慮到電磁干擾限制，所以需要對(duì)各個(gè)子載波的發(fā)射功率進(jìn)行控制。寬帶電力線系統(tǒng)下基于最優(yōu)準(zhǔn)則的單用戶比特加載算法首先確定系統(tǒng)可用子載波，對(duì)可用子載波進(jìn)行單比特批量加載，然后對(duì)超過比特上限的子載波進(jìn)行比特調(diào)整，最后基于最優(yōu)準(zhǔn)則對(duì)子載波進(jìn)行比特和功率調(diào)整。該算法性能為優(yōu)，但確定系統(tǒng)可用子載波時(shí)需要迭代計(jì)算，較復(fù)雜?？紤]到現(xiàn)有比特加載方法存在加載過程較為復(fù)雜的問題，本發(fā)明經(jīng)過對(duì)以上方法改進(jìn)，提出一種較為簡(jiǎn)單的快速比特加載方法。該方法通過與閾值進(jìn)行比較判斷，能夠一次性為子載波加載多個(gè)比特，可降低系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種適用于寬帶電力線OFDM系統(tǒng)的單用戶快速比特加載方法，具體包括以下步驟。步驟1：劃分子載波信道質(zhì)量等級(jí)：子載波信道質(zhì)量等級(jí)劃分方法如下：式中，snri表示子載波i的單位功率信噪比，m為信道質(zhì)量最好，即，單位功率信噪比最高的子載波?？梢钥闯?，信道質(zhì)量越差的子載波其信道質(zhì)量等級(jí)值越大，最優(yōu)子載波的其CL值為0。所以，CL可表征信道質(zhì)量，將連續(xù)的信道質(zhì)量分級(jí)。步驟2：選擇可用子載波集：設(shè)R為系統(tǒng)要求加載比特總數(shù)，N為子載波總數(shù)，Nu為可用子載波數(shù)。若R<N，則Nu=R，可用子載波集為信噪比較大的R個(gè)子載波。若R>=N，則Nu=N，可用子載波集為所有子載波。步驟3：計(jì)算初始加載門限：初始加載門限計(jì)算式如下。設(shè)，則初始加載門限為，初始時(shí)刻令k=1。步驟4：快速比特加載：對(duì)可用子載波集中的子載波進(jìn)行如下判斷加載。首先判斷子載波是否同時(shí)滿足以下兩個(gè)不等式關(guān)系：式中對(duì)應(yīng)子載波上可加載的比特上限。如果上述不等式組滿足，則在該子載波上加載的比特?cái)?shù)為。然后計(jì)算已加載比特子載波上功率增量。根據(jù)信息論，有，可得功率增量表達(dá)式為，將已使用的子載波按從小到大排序，以后保持此子載波序列順序進(jìn)行加載。如果不滿足，則跳過該子載波，對(duì)集合中下一子載波進(jìn)行以上判斷加載。步驟5：判斷是否加載結(jié)束：判斷如果此時(shí)系統(tǒng)要求總比特?cái)?shù)加載完成或所有子載波已經(jīng)達(dá)到比特上限，則系統(tǒng)比特加載結(jié)束，否則進(jìn)行步驟6。步驟6：更新比特加載門限：k=k+1，，返回步驟4。所述步驟2中子載波信道質(zhì)量等級(jí)CL為衡量子載波信道狀況的一個(gè)離散化數(shù)值，CL值越大在載波信道質(zhì)量越差。CL相當(dāng)于比特加載結(jié)束時(shí)最優(yōu)子載波與上所加載比特?cái)?shù)與各個(gè)子載波上比特?cái)?shù)的差值，便于后續(xù)比特分配計(jì)算。所述步驟4中將子載波按功率增量排序是為了保證后續(xù)比特加載能優(yōu)先加載給功率增量小的子載波，保證系統(tǒng)發(fā)射功率最小。第一輪加載中，第一個(gè)滿足條件的子載波在加載比特后，計(jì)算其功率增量，以后每對(duì)一個(gè)子載波進(jìn)行加載，就計(jì)算其功率增量，并與之前已加載比特的子載波的功率增量進(jìn)行比較，按從小到大插入排序。以后每一輪加載時(shí)每個(gè)子載波加載完比特后均進(jìn)行插入排序，始終保證已加載比特子載波的順序?yàn)楣β试隽繌男〉酱?。本發(fā)明提出的寬帶電力線OFDM系統(tǒng)單用戶快速比特加載方法能在保證系統(tǒng)要求速率的前提下盡可能降低發(fā)射功率，具有較優(yōu)的分配結(jié)果。并且由于對(duì)比特進(jìn)行批量加載，且一次可以同時(shí)加載多個(gè)比特，可以降低系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度。附圖說明圖1為本發(fā)明的整體流程圖。圖2為本發(fā)明的詳細(xì)流程圖。圖3為本發(fā)明的具體實(shí)施仿真分析圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)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。實(shí)施例在典型電力線信道環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。參數(shù)設(shè)置為：設(shè)電力線OFDM系統(tǒng)中一個(gè)OFDM符號(hào)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（dBm/Hz），誤碼率為10-4，設(shè)各子載波上最大分配比特?cái)?shù)為6。需要說明的是上述參數(shù)不影響本發(fā)明的一般性。本發(fā)明的資源分配方法流程如圖1，詳細(xì)流程圖如圖2。（1）劃分子載波信道質(zhì)量等級(jí)選出子載波中信道質(zhì)量最好的子載波，根據(jù)其單位功率信噪比以及子載波信道等級(jí)公式，分別計(jì)算各個(gè)子載波的信道等級(jí)值。（2）選擇可用子載波集本實(shí)例中系統(tǒng)要求加載總比特?cái)?shù)R=200，可見R>N，Nu=N，可用子載波集為所有子載波。（3）計(jì)算初始加載門限由式可知，首先需要計(jì)算各子載波上可加載的比特上限，比特上限由系統(tǒng)要求的子載波比特上限和子載波功率譜限制確定的比特上限確定，計(jì)算如下：其中為信噪比差額。然后計(jì)算初始加載門限為，k=1。（4）快速比特加載按子載波順序，依次進(jìn)行判斷加載。首先判斷子載波i是否同時(shí)滿足以下不等式組：如果滿足，則該子載波上加載比特?cái)?shù)為。計(jì)算該子載波的功率增量。將已使用的子載波按從小到大排序，以后保持此子載波序列順序進(jìn)行加載。如果子載波不滿足以上不等式組，則該子載波上本輪不加載比特，對(duì)下一子載波進(jìn)行以上判斷加載。（5）判斷是否加載結(jié)束當(dāng)系統(tǒng)要求總比特?cái)?shù)加載完成，或所有子載波均已達(dá)到比特上限時(shí)，系統(tǒng)比特加載結(jié)束，否則跳到步驟（6），繼續(xù)比特加載。（6）更新比特加載門限k=k+1，更新門限值為，返回步驟（4）。作為對(duì)比，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(duì)比方法。圖3中（a）（c）分別表示本發(fā)明比特和功率分配結(jié)果，（b）（d）分別表示對(duì)比方法的比特和功率分配結(jié)果。表1本發(fā)明與對(duì)比方法資源分配情況。使用子載波數(shù)分配比特?cái)?shù)系統(tǒng)發(fā)射功率計(jì)算量本發(fā)明71.0000200.00009.0049對(duì)比方法71.0000200.00009.0049當(dāng)系統(tǒng)要求總比特?cái)?shù)為200時(shí)，本發(fā)明和對(duì)比方法的資源分配情況如表1所示?？梢姡景l(fā)明與對(duì)比方法分配結(jié)果一致，分配結(jié)果能達(dá)到最優(yōu)。以上分析可以看出，本發(fā)明能保證滿足系統(tǒng)傳輸速率的情況下盡可能保證系統(tǒng)發(fā)射功率最小。本發(fā)明的另一優(yōu)勢(shì)是低計(jì)算復(fù)雜度。本發(fā)明步驟1計(jì)算信道等級(jí)CL值時(shí)計(jì)算量為；步驟2和步驟3計(jì)算量較小，可忽略；步驟4快速比特加載中，批量判斷加載計(jì)算量為，子載波排序由于每次只需將新得到加載的子載波按其功率增量大小插入已有得排列好的子載波，故其最大計(jì)算量也為；步驟5和步驟6計(jì)算量較小，可忽略。則本發(fā)明的計(jì)算量為。經(jīng)典逐比特位添加方法的計(jì)算量為，其中R為系統(tǒng)要求分配總比特?cái)?shù)。由于一般情況下R比N大得多，所以本發(fā)明計(jì)算量小于傳統(tǒng)的逐比特位添加方法。