一种基于自适应调制编码的需求响应优化方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统通信技术相关领域，具体涉及一种基于自适应调制编码的需求响应优化方法及系统。

背景技术

需求响应(demand response,DR)作为需求侧管理中调节用户负荷的重要手段之一，能有效支撑需求侧资源优化配置、消纳新能源、削峰填谷等业务。目前化石能源日渐枯竭，环境污染问题加剧，新能源、低碳利用已成为能源革命的主题。为了适应新的发展趋势，满足未来大规模的需求响应试点推广，如何保障需求响应通信过程中信息传输质量并充分发挥需求响应资源作用仍然是首要解决的问题。

目前针对需求响应的具体通信服务优化方法较少，没有面向不同的通信服务类型，鲜少关注不同的传输模式下对需求响应业务性能的影响，没有根据具体的需求响应业务设计合理的自适应调制编码策略。

针对以上需求，本发明提出一种基于自适应调制编码的需求响应优化方法及系统，旨在提高需求响应通信传输质量，对需求响应通信业务的可靠性传输具有实际的工程意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自适应调制编码的需求响应优化方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种基于自适应调制编码的需求响应优化方法，其特征在于，所述方法包括：

提供业务分类模块，负责将需求响应业务进行分类并读取信噪比值，将分好类的业务传递给自适应反馈模块。

提供自适应反馈模块，负责判断需求响应业务的误码率是否满足要求，并将反馈信息传递给业务输出模块。

提供业务输出模块，负责根据自适应反馈模块传递过来的信息，对需求响应业务匹配合适的传输模式，并输出需求响应业务。

目前国内外针对DR信息交换标准化进行大量研究，其中最典型的就是劳伦斯伯克利国家实验室需求响应研究中心发布的DR交互协议OpenADR。我国《电力需求响应信息交换规范》中定义了通用服务、报告、事件、注册参与退出及轮询共6类服务。

其中规范中提及的通用服务主要包括DR请求、响应通用的相关信息，注册服务用于完成需求响应参与主体注册登记过程，事件服务则用于上位节点(up node,UN)发布需求响应响应事件、下位节点(down node,DN)事件查询功能，报告服务包括用户上报参与DR资源类型、实时削减数据、注册报告等用户状态、响应相关内容。参与服务用于为需求响应参与者提供了灵活、自由的选择的权利。询问服务则用于DR参与者之间的发送轮询消息，包括确认用户的 DR信息是否发生变更、UN是否提供新的服务。

进一步，将DR业务分为4个等级，其中Ⅰ级业务为紧急控制类；Ⅱ级业务为一般事件类；Ⅲ级业务为监测报告类；Ⅳ级业务为辅助支撑类。

其中，自适应调制编码(adaptive modulation and coding,AMC)技术的基本原理是在发射功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，保证链路的质量。在DR主站发送数据时，传统的AMC策略是估计信道信噪比来确定信噪比(signal-noise ratio,SNR)区间。这种基于固定的SNR区间有很大的缺点，并没有考虑信道估计的准确性和时变性等不确定因素的影响。

进一步，采用的调制方式为二进制相移键控(binary phase shift keying,BPSK)和正交相移键控(quadrature phase shift keying,QPSK),编码方式采用空时块码(space time block code,STBC)和空时格码(space time trellis code, STTC)，共4种调制编码模式。不同的调制编码方式具有不同的通信性能，根据 DR通信的需求进行自适应分配调制编码方式，达到最优的传输效果。

其中设计的通信系统的信道模型共2种，分别为多径信道模型和自回归(autoregressive,AR)信道模型。多径信道模型的频率响应函数为：

其中α

自回归信道模型的频率响应函数为：

其中H(n)是第n个采样点的频率响应函数；V(f

假设某一等级的DR业务所能承受的最大误码率BERmax,调制编码模式有4 种，分别为MCS1、MCS2、MCS3、MCS4。传统的自适应编码是按照确定的路径，为DR业务选择合适的调制编码方案。但这种方法忽略了信道信噪比估计误差，无法匹配最合适的调制编码方案，导致DR业务不能高质量传输。

其中，将DR业务分为4个等级，表示为A＝[A1，A2，A3，A4]；将SNR划分为3个等级，表示为B＝[B1，B2，B3]；调制编码模式有4种，表示为C＝[C1， C2，C3，C4]。

初始化参数，随机生成SNR一维数组，生成各个等级混合的DR业务序列。根据输入的SNR判断信道等级，识别DR业务等级。根据各个传输模式在不同的信道模型下的通信性能分析，比较误码率和传输时延，综合得出不同传输模式在不同信噪比区间的最优传输模式，再为识别出来的DR业务匹配合适传输模式。

进一步，引入误码因子η：

η＝log

其中：P

最后，经过业务输出模块为需求响应业务分配合适的传输模式，并输出各需求响应业务。

本发明提供的一种基于自适应调制编码的需求响应优化系统，其特征在于，所述系统包括：

业务分类模块，负责将需求响应业务进行分类并读取信噪比值，将分好类的业务传递给自适应反馈模块。

自适应反馈模块，负责判断需求响应业务的误码率是否满足要求，并将反馈信息传递给业务输出模块。

业务输出模块，负责根据自适应反馈模块传递过来的信息，对需求响应业务匹配合适的传输模式，并输出需求响应业务。

国内外针对DR信息交换标准化进行大量研究，其中最典型的就是劳伦斯伯克利国家实验室需求响应研究中心发布的DR交互协议OpenADR。我国《电力需求响应信息交换规范》中定义了通用服务、报告、事件、注册参与退出及轮询共6类服务。

其中规范中提及的通用服务主要包括DR请求、响应通用的相关信息，注册服务用于完成需求响应参与主体注册登记过程，事件服务则用于上位节点发布需求响应响应事件、下位节点事件查询功能，报告服务包括用户上报参与DR资源类型、实时削减数据、注册报告等用户状态、响应相关内容。参与服务用于为需求响应参与者提供了灵活、自由的选择的权利。询问服务则用于DR参与者之间的发送轮询消息，包括确认用户的DR信息是否发生变更、UN是否提供新的服务。

进一步，将DR业务分为4个等级，其中Ⅰ级业务为紧急控制类；Ⅱ级业务为一般事件类；Ⅲ级业务为监测报告类；Ⅳ级业务为辅助支撑类。

其中，自适应调制编码技术的基本原理是在发射功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，保证链路的质量。在DR主站发送数据时，传统的AMC策略是估计信道信噪比来确定信噪比区间。这种基于固定的 SNR区间有很大的缺点，并没有考虑信道估计的准确性和时变性等不确定因素的影响。

进一步，采用的调制方式为二进制相移键控和正交相移键控,编码方式采用空时块码和空时格码，共4种调制编码模式。不同的调制编码方式具有不同的通信性能，根据DR通信的需求进行自适应分配调制编码方式，达到最优的传输效果。

其中设计的通信系统的信道模型共2种，分别为多径信道模型和自回归信道模型。多径信道模型的频率响应函数为：

其中α

自回归信道模型的频率响应函数为：

其中H(n)是第n个采样点的频率响应函数；V(f

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：本发明公开一种基于自适应调制编码的需求响应优化方法及系统，其中，业务分类模块负责将需求响应业务进行分类并读取信噪比值，将分好类的业务传递给自适应反馈模块。自适应反馈模块，负责判断需求响应业务的误码率是否满足要求，并将反馈信息传递给业务输出模块。业务输出模块，负责根据自适应反馈模块传递过来的信息，对需求响应业务匹配合适的传输模式，并输出需求响应业务。本发明提高需求响应通信传输质量，为需求响应业务匹配最佳的传输模式。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于自适应调制编码的需求响应优化方法流程图；

图2为本发明提供的一种基于自适应调制编码的需求响应优化系统示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的一种基于自适应调制编码的需求响应优化方法流程图。具体包括：

S10，将需求响应业务进行分类并读取信噪比值，将分好类的业务传递给自适应反馈模块。

S20，判断需求响应业务的误码率是否满足要求，并将反馈信息传递给业务输出模块。

S30，根据自适应反馈模块传递过来的信息，对需求响应业务匹配合适的传输模式，并输出需求响应业务。

图2为本发明提供的一种基于自适应调制编码的需求响应优化系统示意图。

业务分类模块，负责将需求响应业务进行分类并读取信噪比值，将分好类的业务传递给自适应反馈模块。

自适应反馈模块，负责判断需求响应业务的误码率是否满足要求，并将反馈信息传递给业务输出模块。

业务输出模块，负责根据自适应反馈模块传递过来的信息，对需求响应业务匹配合适的传输模式，并输出需求响应业务。

目前国内外针对DR信息交换标准化进行大量研究，其中最典型的就是劳伦斯伯克利国家实验室需求响应研究中心发布的DR交互协议OpenADR。我国

《电力需求响应信息交换规范》中定义了通用服务、报告、事件、注册参与退出及轮询共6类服务。

其中规范中提及的通用服务主要包括DR请求、响应通用的相关信息，注册服务用于完成需求响应参与主体注册登记过程，事件服务则用于上位节点发布需求响应响应事件、下位节点事件查询功能，报告服务包括用户上报参与DR资源类型、实时削减数据、注册报告等用户状态、响应相关内容。参与服务用于为需求响应参与者提供了灵活、自由的选择的权利。询问服务则用于DR参与者之间的发送轮询消息，包括确认用户的DR信息是否发生变更、UN是否提供新的服务。

进一步，将DR业务分为4个等级，其中Ⅰ级业务为紧急控制类；Ⅱ级业务为一般事件类；Ⅲ级业务为监测报告类；Ⅳ级业务为辅助支撑类。

其中，自适应调制编码技术的基本原理是在发射功率恒定的情况下，通过调整无线链路传输的调制方式与编码速率，保证链路的质量。在DR主站发送数据时，传统的AMC策略是估计信道信噪比来确定SNR区间。这种基于固定的 SNR区间有很大的缺点，并没有考虑信道估计的准确性和时变性等不确定因素的影响。

进一步，采用的调制方式为BPSK和QPSK,编码方式采用STBC和STTC，共 4种调制编码模式。不同的调制编码方式具有不同的通信性能，根据DR通信的需求进行自适应分配调制编码方式，达到最优的传输效果。

其中设计的通信系统的信道模型共2种，分别为多径信道模型和自回归信道模型。多径信道模型的频率响应函数为：

其中α

自回归信道模型的频率响应函数为：

其中H(n)是第n个采样点的频率响应函数；V(f

假设某一等级的DR业务所能承受的最大误码率BERmax,调制编码模式有4 种，分别为MCS1、MCS2、MCS3、MCS4。传统的自适应编码是按照确定的路径，为DR业务选择合适的调制编码方案。但这种方法忽略了信道信噪比估计误差，无法匹配最合适的调制编码方案，导致DR业务不能高质量传输。

其中，将DR业务分为4个等级，表示为A＝[A1，A2，A3，A4]；将SNR划分为3个等级，表示为B＝[B1，B2，B3]；调制编码模式有4种,表示为C＝[C1， C2，C3，C4]。

初始化参数，随机生成SNR一维数组，生成各个等级混合的DR业务序列。根据输入的SNR判断信道等级，识别DR业务等级。根据各个传输模式在不同的信道模型下的通信性能分析，比较误码率和传输时延，综合得出不同传输模式在不同信噪比区间的最优传输模式，再为识别出来的DR业务匹配合适传输模式。

进一步，引入误码因子η：

η＝log

其中：P

最后，经过业务输出模块为需求响应业务分配合适的传输模式，并输出各需求响应业务。提高需求响应通信传输质量，为需求响应业务匹配最佳的传输模式。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。