感知宽带电力线通信系统的跨层多目标资源分配

电力线通信技术在智能用电网中的应用一直是国内外研究的热点，利用其广泛分布的低压电力线实现高速通信，将在智能用电信息采集、宽带接入、多网融合等方面有着独特的优势。中国发展智能电网，作为支撑平台的电力通信系统必先发展，且其中的电力线通信宽带化必不可回避，而其在国内的研发和应用仍有很多问题亟待解决。本项目就是基于宽带电力线通信所具有的良好发展背景和巨大社会效益而提出的，其针对多用户自适应正交频分复用的低压感知宽带电力线通信系统，提出一种跨层的资源最优分配算法，且其在数据链路控制层基于多属性决策和效用函数进行用户调度，在物理层调度用户基于资源因子、逐比特加载和最优条件进行多层次、多准则、多目标和多资源的自适应比特和功率分配，以进一步提高智能电网中电力线通信系统的传输能力和服务质量，并取得相应的核心技术和专利，为我国低压用电网多用户电力线通信宽带化的研究与应用奠定重要的理论基础。

本项目以多用户自适应正交频分复用的低压宽带电力线通信系统的跨层资源分配为主要研究对象，采用理论分析、实验研究以及数值模拟相结合的方法，开展宽带电力线通信(BPLC)系统基于自适应正交频分复用(OFDM) 的跨层多目标的自适应资源分配研究，以进一步提高智能电网中PLC系统的传输能力和服务质量，并取得相应的核心技术和专利，为我国低压用电网多用户电力线通信宽带化的研究与应用奠定重要的理论基础。研究工作主要包括以下四部分：（1）低压BPLC系统中多用户信道的特性感知建模和跨层业务描述，在分析用户信道高频传输特性和加性噪声特性基础上构建了实际多用户环境下的低压PLC信道模型，实现了QoS指标的资源分配公式化定量描述；（2）用户的跨层最优参数确定和用户调度，首先将BPLC跨层资源分配转换为多约束多目标最优化问题，通过跨层资源分配优化建模及其算法设计，实现用户效用函数最大化的资源分配参数最优化；其次开展基于QoS指标定量公式化的混合业务效用函数建模，在模型基础上实现了多用户混合业务最优化资源分配；（3）调度用户的多层次多准则和多目标的多资源最优分配，首先构建跨层多目标资源分配最优化模型，将跨层最优化模型分解为容易求解的基于Pareto可行解的类似速率自适应（RA）或功率自适应(PA)的资源优化分配子优化求解模型，实现了Lagrangian松弛理论的模型求解上限理论分析，并完成模型对应的用户多业务自适应资源分配算法验证，针对混合业务用户公平性具体配电应用情况，在以上模型基础上进一步提出多业务公平性资源分配最优化模型，并完成模型对应的多业务公平性资源分配算法验证；（4）动态资源跨层优化分配算法在低压感知BPLC系统中的实验验证，将BPLC系统工程化实现中影响系统性能的多个因素加入资源分配算法究中，通过低计算复杂性比特加载算法和混合业务动态资源分配算法验证有效性。以上研究工作从仿真实验和理论分析验证了研究的有效性，项目研究工作实现了为低压宽带电力线通信系统设计与优化提供理论依据的目的。