1.一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制系统,其特征在于,包括信道状态采集模块、信道状态可视化模块以及用于连接所述信道状态采集模块和所述信道状态可视化模块的载波功率分配模块;所述信道状态采集模块用于采集电力线路信道状态信息并传输到载波功率分配模块;所述载波功率分配模块用于接收并频谱分析所接收到的信道状态信息,基于分析结果采用基于特定通信服务质量的约束注水算法分配策略进行电力线子载波的功率分配,得到电力线载波调制方式;所述信道状态可视化模块通过调制方式与信道状态之间映射关系的不同初步判断信道状态,实现电力线载波的自适应调整;所述基于特定通信服务质量的约束注水算法分配策略进行电力线子载波的功率分配的具体过程为:假设被参考的低压电力线信道被分为M个跨度为Δf的窄带平坦衰落子信道,每个子信道的容量 其中,P j 是第j个子信道的分配功率,H j 是第j个子信道的频率响应,N j 是第j个子信道的噪声功率;经离散化的信道总容量 而且 P j >0,P in 是低压电力线信道的输入总功率;令M j ,S j ,P ej 分别表示第j个子信道输入信号的调制阶数、信噪比和误比特率,满足:S j =F(P ej ,M j )、 其中,M j =2 q ,q为发射比特数且q=1,2,3,.....;定义误比特率的阈值Φ=10 -6 表示电力线载波通信系统允许的通信服务质量;令 对P j 求偏导并令 得 由P j >0知, 设定子信道功率分配限值ψ j 且ψ j >0,在满足通信服务质量的前提下,找到最大可用的满足通信服务质量的第j个子信道输入信号的调制阶数M Φj 值,继而得到满足通信服务质量的第j个子信道输入信号的信噪比S Φj ,再计算分配给满足通信服务质量的第j个子信道的功率P Φj ;当分配给某些子信道的功率P Φj >ψ j 时,令剩余功率Δp j =P Φj -ψ j ,P Φj =ψ j ;当0<P Φj ≤ψ j 时,保留其值;当P Φj <0时,令P Φj =0并关闭该子信道;将第j个子信道的剩余功率分配至第j+1个子信道中,即满足通信服务质量的第j+1个子信道的功率P Φ(j+1) 满足P Φ(j+1) =P Φ(j+1) +Δp j ,重复迭代,至所有子信道上的分配功率都满足0<P Φj ≤ψ j ;在满足 的前提下,迭代调整ψ j 的值,并计算出此时的P Φj ,直至 无限逼近于P in ;将P Φj 代入公式 得到参数 得到最大化信道容量的闭式表达式,即
2.如权利要求1中所述的一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制系统,其特征在于,所述信道状态采集模块包括依次电连接的耦合单元、信号调理单元和模数转换单元;所述耦合单元采用电容耦合电路,所述信号调理单元内设带通滤波电路。
3.如权利要求1中所述的一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制系统,其特征在于,所述载波功率分配模块包括依次电连接的控制单元、频谱分析单元和功率分配单元;所述信道状态可视化模块包括依次电连接的时频变换单元、训练单元和可视化单元。
4.一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制方法,其特征在于,包括以下步骤:获取电力线路信道状态信息;根据信道状态信息和预设的载波功率分配模型,进行电力线子载波的功率分配,得到电力线载波调制方式;基于调制方式与信道状态之间映射关系的不同,初步判断信道状态,实现电力线载波的自适应调整;其中,载波功率分配模型采用基于特定通信服务质量的约束注水算法分配策略;所述电力线子载波的功率分配的过程为:对所获取的电力线路信道状态信息进行频谱分析,基于分析结果采用基于特定通信服务质量的约束注水算法分配策略进行电力线子载波的功率分配,得到电力线载波调制方式;所述基于特定通信服务质量的约束注水算法分配策略进行电力线子载波的功率分配的具体过程为:假设被参考的低压电力线信道被分为M个跨度为Δf的窄带平坦衰落子信道,每个子信道的容量 其中,P j 是第j个子信道的分配功率,H j 是第j个子信道的频率响应,N j 是第j个子信道的噪声功率;经离散化的信道总容量 而且 P j >0,P in 是低压电力线信道的输入总功率;令M j ,S j ,P ej 分别表示第j个子信道输入信号的调制阶数、信噪比和误比特率,满足:S j =F(P ej ,M j )、 其中,M j =2 q ,q为发射比特数且q=1,2,3,.....;定义误比特率的阈值Φ=10 -6 表示电力线载波通信系统允许的通信服务质量;令 对P j 求偏导并令 得 由P j >0知, 设定子信道功率分配限值ψ j 且ψ j >0,在满足通信服务质量的前提下,找到最大可用的满足通信服务质量的第j个子信道输入信号的调制阶数M Φj 值,继而得到满足通信服务质量的第j个子信道输入信号的信噪比S Φj ,再计算分配给满足通信服务质量的第j个子信道的功率P Φj ;当分配给某些子信道的功率P Φj >ψ j 时,令剩余功率Δp j =P Φj -ψ j ,P Φj =ψ j ;当0<P Φj ≤ψ j 时,保留其值;当P Φj <0时,令P Φj =0并关闭该子信道;将第j个子信道的剩余功率分配至第j+1个子信道中,即满足通信服务质量的第j+1个子信道的功率P Φ(j+1) 满足P Φ(j+1) =P Φ(j+1) +Δp j ,重复迭代,至所有子信道上的分配功率都满足0<P Φj ≤ψ j ;在满足 的前提下,迭代调整ψ j 的值,并计算出此时的P Φj ,直至 无限逼近于P in ;将P Φj 代入公式 得到参数 得到最大化信道容量的闭式表达式,即
5.如权利要求4中所述的一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制方法,其特征在于,在获取电力线路信道状态信息的过程中,基于高通滤波滤除掺杂在电力载波信号中的低频噪声信号和伪信号,降低电力载波信号的衰减,减少线性幅频特性和相频特性的影响;基于切比雪夫Ⅰ型带通滤波器进行电力载波信号的二次滤波,以去除工频谐波和宽频带噪声。
6.如权利要求4中所述的一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制方法,其特征在于,所述电力线载波调制方式包括多进制正交幅度调制、双相移相键控调制和四相移相键控调制。
7.如权利要求4中所述的一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制方法,其特征在于,所述频谱分析的具体过程为:利用傅里叶变换得到电力线路信道状态信息的频谱图,对频谱图中各频点的衰减特性统计分析,基于统计分析结果,信道状态较好的频点分配高阶调制方案,信道状态较差的频点分配低阶调制方案。
8.如权利要求7中所述的一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制方法,其特征在于,不同的电力线载波调制方式所对应的电力线路信道状态信息的频谱图在不同频点的能量图像不同,为更好地区分调制方式,需进行电力线路信道状态信息的时频变换。
9.如权利要求8中所述的一种基于信道状态自适应调整的电力线载波调制方法,其特征在于,针对不同的调制方式,基于深度学习神经网络通过前期能量图像识别的训练,根据时频图像的不同,从能量图像中识别出所对应的电力线载波调制方式,初步判断信道状态。