[发明专利]一种用于工业现场通信的自适应带宽调整的方法

权利要求书

1.一种用于工业现场通信的自适应带宽调整的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：首先确定工业场景下设备间保持正常通信的最低有效传输速率，记为目标速率V；首次布局通信设备时，根据通信目标速率V选定适当的初始通信带宽B，使用带宽为B的OFDM系统进行初步通信；根据接收端有效传输速率v结合目标速率V调整带宽B，若此时vV，则在带宽B的基础上增加大小为ΔB的带宽，当首次测得v≧V时，利用信道估计算法获得当前信道增益矩阵的均值Hy作为参考阈值，之后进入循环通信；

步骤2：开始循环通信后，利用高斯过程回归算法拟合求取当前通信信道的信道增益矩阵H并预测长度为a×B的预扩频带宽所对应信道的信道增益矩阵H2，其中0a1；

步骤3：获取当前接收端速率v，并比较当前速率v是否小于b×V，其中b≧1；

步骤4：比较信道增益矩阵H均值是否小于c×Hy，其中c≧1；

步骤5：若不满足步骤3或步骤4中的任一情况，则保持当前通信，返回步骤2进行循环检测；

步骤6：若满足步骤3或步骤4中的任一情况，则进一步判断步骤2中得到的信道增益矩阵H2是否小于c×Hy，若不满足，则在原先的带宽B之上增加大小为B1＝a×B的带宽；若满足，则在原先的带宽B之上增加大小为B2＝d×B的带宽，其中d＞a；之后返回步骤2进行循环检测。

2.根据权利要求1所述的一种用于工业现场通信的自适应带宽调整的方法，其特征在于：步骤1中，具体的方法为：首先确定OFDM系统的物理层参数：子载波间隔，数字信号调制方式，循环前缀长度，用于信号同步的OFDM符号开销；之后，根据工业通信场景下指定的目标速率V，初步确定发送端的初始带宽B，使用带宽B进行初步通信，根据接收端的有效传输速率v进行带宽的调整，当首次测得v≧V时，利用高斯过程回归算法结合小波去噪的信道估计算法测得当前信道增益矩阵H的均值，令该均值为Hy，开始循环通信。

3.根据权利要求1所述的一种用于工业现场通信的自适应带宽调整的方法，其特征在于：步骤2中，进入循环通信后，OFDM系统信道两端的发送信号与接收信号之间的关系为一种非线性关系，选择高斯过程回归算法来拟合这种非线性关系，利用该算法实时估计当前通信信道的信道增益矩阵H并预测长度为a×B的预扩频带宽所对应信道的信道增益矩阵H2，具体步骤如下：

S1：利用最小二乘法估计得到梳状导频模式下导频子载波对应的信道增益估计值其中k为导频个数，Δ为导频间隔；将子载波位置信息与上述估计值的集合作为高斯过程回归算法的训练集，输入到高斯过程回归模型，其中高斯过程回归模型由超参数θ控制，超参数的后验概率模型为：

其中X，y为训练样本数据；

假设θ的先验概率服从均匀分布；于是可通过最大化边际似然函数p(θ丨X,y)来求取最优超参数获得训练后的高斯过程回归模型；

S2：完成上述过程之后，将非导频处信道的子载波位置的集合以及带宽长度为a×B的预扩展频率段的子载波位置的集合分别作为两个预测集，输进已训练好的高斯过程回归模型，输出的数据即为当前带宽B中非导频子载波所对应的信道频率响应估计值以及预扩频带宽中子载波所对应的信道频率响应值；至此，便可得到此时带宽B所对应的信道增益矩阵H和长度为a×B的预扩频带宽所对应信道的信道增益矩阵H2。

4.根据权利要求1所述的一种用于工业现场通信的自适应带宽调整的方法，其特征在于：步骤3中，根据接收端测得的有效接收速率v，比较v是否小于b×V，其中b≧1，b系数的意义在于：使接收端有效传输速率v相对于目标速率V保有一定的裕度，在信道状况变坏的情况下尽可能地保证有效传输速率仍不小于目标速率V。

5.根据权利要求1所述的一种用于工业现场通信的自适应带宽调整的方法，其特征在于：步骤4中，根据步骤2中得到的当前信道增益矩阵H，比较信道增益矩阵H均值是否小于c×Hy，其中c≧1，c系数的意义在于：使实时估计得到的信道增益矩阵H均值相对于阈值Hy保有一定的裕度，在信道状况变坏的情况下尽可能地保证有效传输速率仍不小于目标速率V。