摘 要： 提出一種優(yōu)化跳頻OFDM通信網(wǎng)絡(luò)性能的新方法，在考慮傳輸節(jié)點位置及空間分布的情況下，分析物理干擾信道下傳輸中斷率的閉式解，并用其表征跳頻OFDM低壓電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力；以中斷概率作為系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，采用窮舉搜索和梯度搜索算法聯(lián)合優(yōu)化跳頻信道數(shù)、OFDM調(diào)制指數(shù)和差錯控制編碼速率，旨在尋找跳頻信道數(shù)、調(diào)制指數(shù)和差錯控制編碼速率的最佳組合，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸性能最優(yōu)。

關(guān)鍵詞： 電力線載波通信；跳頻；正交頻分復(fù)用；梯度搜索

0 引言

網(wǎng)絡(luò)傳輸能力由單位時間內(nèi)成功傳輸?shù)谋忍財?shù)表示，考慮到調(diào)制和編碼對通信的制約，對文獻(xiàn)[1]中的傳輸能力度量標(biāo)準(zhǔn)加以改進(jìn)，目的在于利用受調(diào)制約束的傳輸能力指標(biāo)來優(yōu)化影響網(wǎng)絡(luò)通信性能的主要參數(shù)。在調(diào)制指數(shù)和非相干檢測技術(shù)的限制下，通過分析系統(tǒng)傳輸能力可知：跳頻OFDM低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)通信中斷概率是關(guān)于編碼速率、調(diào)制指數(shù)和跳頻信道數(shù)三個參數(shù)的函數(shù)。本文所分析的調(diào)制方式采用OFDM調(diào)制，同時采用高性能差錯控制編碼以受調(diào)制限制的傳輸能力作為目標(biāo)函數(shù)，用于優(yōu)化與上述三個參數(shù)有關(guān)的通信網(wǎng)絡(luò)。對于跳頻OFDM系統(tǒng)來說，可以考慮聯(lián)合優(yōu)化上述參數(shù)使得其性能相對最佳。因此，在分析跳頻OFDM低壓電力線通信網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)上，提出兩種優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸能力方法：窮舉搜索法和梯度搜索法。窮舉搜索優(yōu)化法可優(yōu)化大范圍的離散參數(shù)，該方法優(yōu)化精度高，但由于其完全優(yōu)化性，使得在效率上存在缺陷，為此提出了一種梯度搜索優(yōu)化方法以提高優(yōu)化效率。

1 BPP模型中斷概率

考慮某一固定能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)存在一個呈環(huán)形分布的干擾信號區(qū)，干擾信號區(qū)域內(nèi)半徑為干擾最小距離，外半徑為干擾最大距離，半徑大小均由電力通信網(wǎng)絡(luò)物理覆蓋區(qū)域決定。通常監(jiān)測區(qū)域節(jié)點數(shù)可以是固定的，也可以是隨機(jī)的。在節(jié)點數(shù)固定的情況下，節(jié)點位置是實現(xiàn)二項式點過程（BPP）的關(guān)鍵；通信中斷概率1Ω是在已知歸一化逆功率集Ω的條件下得出的，因此通信網(wǎng)絡(luò)中各終端的地理位置對其有決定性影響，例如不同位置的干擾源。若要求得Ω未知情況下的非條件中斷概率，可以對在網(wǎng)絡(luò)空間布局中求平均來實現(xiàn)。在BPP模型中，干擾源數(shù)目固定，且隨機(jī)分布于網(wǎng)絡(luò)任意位置該模型的中斷概率1M可用條件中斷概率對歸一化逆功率集Ω的期望來表示：

本分析結(jié)果適合于接收終端和干擾源集中在環(huán)形區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，如要獲得其他形狀的網(wǎng)絡(luò)中斷概率，可以先求出合適的Ωi累積分布函數(shù)，然后代入式(3)即可。

2 跳頻OFDM電力線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸能力

在所允許的最大中斷概率為ζ情況下，傳輸能力可表示為：

將式(6)代入式(3)可得BPP網(wǎng)絡(luò)模型的傳輸能力：

假設(shè)一內(nèi)外徑分別為rex=0和rnet=2的BPP網(wǎng)絡(luò)模型，路徑損耗因子α=3，L′=1。信擾噪比閾值設(shè)為β=-10 dB。圖1描述了3種信噪比情況下，傳輸能力參數(shù)關(guān)于最大允許中斷概率的函數(shù)曲線，曲線由式(7)得到。由圖可知傳輸能力隨著信噪比的增加而提高。

上述分析得到的傳輸能力表達(dá)式是關(guān)于信擾噪比閾值β的函數(shù)。實際上，信擾噪比閾值可用關(guān)于調(diào)制方式和信道編碼方式的函數(shù)來表示。設(shè)C(γ)是某一調(diào)制方式下瞬時信擾噪比為γ時所能達(dá)到的最大有效傳輸速率，則當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸速插件電感器工廠率R滿足C(γ)≤R時，傳輸中電感器斷將發(fā)生。跳頻系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制技術(shù)時，不同調(diào)制指數(shù)情況下所能獲得的最大有效傳輸速率如文獻(xiàn)[2-4]所述。設(shè)OFDM調(diào)制指數(shù)為h，用C(h，γ)表示調(diào)制指數(shù)為h時的最大有效傳輸速率，令C(h，γ)=R求得的信擾噪比γ即為此時的信擾噪比閾值β。然而，實踐證明實際傳輸中要求的β要比理論計算值稍高[5-6]，高出的經(jīng)驗值約為1 dB。設(shè)η為調(diào)制的頻譜利用率，單位為符號每秒每赫茲(S/s·Hz)，OFDM的調(diào)制效率可由歸一化功率譜密度的數(shù)值積分獲得。為了體現(xiàn)調(diào)制指數(shù)h對η的制約，后文用η(h)代表調(diào)制頻譜利用率。若再考慮速率為R的信道編碼，則頻譜效率可由每秒每赫茲所傳輸?shù)男畔⒈忍財?shù)Rη(h)表示，網(wǎng)絡(luò)平均傳輸速率或吞度量T可表示為： 大功率電感廠家 |大電流電感工廠