本發(fā)明涉及電力線載波通信領(lǐng)域，具體涉及一種低壓電力線通信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的噪聲消除方法。

背景技術(shù)：

在電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)中，由于傳輸媒介的設(shè)計初衷為傳輸電信號，因此在數(shù)據(jù)信號傳輸過程中存在著信道環(huán)境不理想的問題，具體主要表現(xiàn)為通信信道共享、傳輸速率低、干擾噪聲突發(fā)且強(qiáng)、受環(huán)境因素影響大，隨之帶來通信失敗或鏈路壞損。所以，在電力自動抄表(Automatic Meter Reading,AMR)系統(tǒng)中，找到一種能夠自適應(yīng)的噪聲抑制算法，是解決制約電力線載波通信可靠性問題的有效手段。目前該方面的算法主要可以分為參數(shù)類和非參數(shù)類兩種方法。

參數(shù)類消噪算法主要是設(shè)定信號服從某一特定模型，并對模型中的參數(shù)通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行估計。傳統(tǒng)的參數(shù)類消噪算法主要有削峰、消隱等非線性幅度處理以及迭代信道估計等。這類算法可以獲得較好性能，然而需要額外的訓(xùn)練開銷，并且在電力線通信中由于噪聲統(tǒng)計特性可能實時變化的場景下，易發(fā)生模型誤匹配而帶來急劇的性能惡化。

非參數(shù)類消噪算法則擺脫了信號模型匹配與否、參數(shù)估計正確與否帶來的問題，它有效地利用了隨機(jī)脈沖噪聲的時域稀疏性。一種經(jīng)典的應(yīng)用為利用壓縮感知來進(jìn)行電力線噪聲消除。壓縮感知是一種對干擾信號的高度不完備線性測量的高精度重建，通過稀疏變換、正交觀察和信號重建來估計空閑碼域(既不攜帶信號也不攜帶導(dǎo)頻信息)上的信號，即隨機(jī)脈沖干擾信號。然而它的重建精度和FFT長度及空閑碼占比息息相關(guān)，難以達(dá)到重建精度和資源利用效率的均衡，且運(yùn)算復(fù)雜度極高，不易應(yīng)用于工程實踐。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有AMR系統(tǒng)中缺乏有效并易實現(xiàn)的噪聲影響消除手段，提供了一種電力線通信網(wǎng)中的抗噪信道估計方法。其具體實施步驟如下：

步驟一、接收機(jī)前端放置一個非線性處理器，按照一定規(guī)則設(shè)置其干擾噪聲判定閾值。在接收到信號之后根據(jù)其信號幅度進(jìn)行初步判斷是否為有效信號并作出相應(yīng)處理；

步驟二、對預(yù)處理之后的時域信號進(jìn)行分析，根據(jù)對已知導(dǎo)頻信號的分析估計信道沖激響應(yīng)h；

步驟三、進(jìn)行OFDM解調(diào)，主要由去除循環(huán)前綴、串并變換和傅里葉變換等組成；

步驟四、根據(jù)信道估計結(jié)果，對該頻域信號進(jìn)行信道均衡和相位修正處理，恢復(fù)出原始發(fā)送信號。

有益效果：本發(fā)明通過結(jié)合使用信號幅度非線性處理和穩(wěn)健信道估計算法，對抗電力線載波通信信道中難以預(yù)測及消除的強(qiáng)脈沖干擾噪聲的影響，從而降低信號傳輸過程中的誤碼率，提高系統(tǒng)性能。兩者的有效結(jié)合使得系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)非線性處理對閾值設(shè)置的敏感性，也為信道估計提供了一個良好的初始環(huán)境，免去多次迭代的高運(yùn)算復(fù)雜度，從而易用于工程實現(xiàn)，保障了方法的可行性和有效性。

附圖說明

下面將通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中：

圖1是本發(fā)明所針對的電力線載波通信系統(tǒng)中的噪聲組成成分分析。

圖2是本發(fā)明一個實施例的非線性處理器示意圖。

圖3是本發(fā)明所針對的OFDM通信系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

圖4是本發(fā)明一個實施例的抗噪信道估計方法實施過程示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，以此發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

圖1為電力線通信系統(tǒng)中的噪聲組成成分分析，其中的加性噪聲主要分為五類，有色背景噪聲、窄帶噪聲和工頻異步周期脈沖噪聲功率較小，隨時間變化緩慢，對通信系統(tǒng)造成損害較小。而工頻同步周期脈沖噪聲和隨機(jī)脈沖噪聲是PLC通信系統(tǒng)中的主要噪聲成分，隨機(jī)脈沖噪聲是本發(fā)明主要考慮的消除對象。

圖2為本發(fā)明一個實施例的非線性處理器示意圖。簡單地非線性處理主要有削峰、消隱等，對信號幅度做非線性處理，保持相位不變。消隱處理的表達(dá)式如下所示：

其中，閾值T的設(shè)置可以通過基于接收信號的統(tǒng)計模型進(jìn)行預(yù)估。如在假設(shè)接收信號服從折疊正態(tài)分布的前提下，根據(jù)其累積概率分布曲線，按照一定可接受的虛警概率程度設(shè)置閾值。

圖3為本發(fā)明所針對的OFDM通信系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，發(fā)送端主要進(jìn)行數(shù)據(jù)流的串并轉(zhuǎn)換、多路調(diào)制、插入導(dǎo)頻、IFFT處理、插入循環(huán)前綴以防止符號間串?dāng)_組成，最后疊加得到OFDM符號。接收端則對各路信號做FFT處理、解調(diào)，并將其在T時間周期內(nèi)積分，實現(xiàn)各個正交子信道的有效分離，最后通過并串變換得到串行數(shù)據(jù)流，即發(fā)送端想要發(fā)送的信息。

圖4為本發(fā)明一個實施例的抗噪信道估計方法實施的通信系統(tǒng)過程示意圖，主要包括以下步驟：

在步驟401中，發(fā)送機(jī)對發(fā)送比特流信號進(jìn)行OFDM調(diào)制，如圖3所示發(fā)送機(jī)部分流程所示進(jìn)行處理。

在步驟402中，發(fā)送機(jī)將OFDM符號送入電力線介質(zhì)以載波形式進(jìn)行傳播，不可避免地發(fā)生一定衰變。

在步驟403中，其中的加性噪聲如圖1所示。

在步驟404中，非線性處理器如圖2所示。

在步驟405中，OFDM解調(diào)包括符號同步，去除循環(huán)前綴，IFFT，信道估計等。而信道估計方案不同于傳統(tǒng)的信道估計，它在信道估計過程中將接收信號分為有效數(shù)據(jù)信號——可準(zhǔn)確還原發(fā)送信號的成分、可利用數(shù)據(jù)信號——夾雜部分可接受范圍內(nèi)噪聲影響的信號，和無效信號——脈沖干擾信號，并分別針對三類信號進(jìn)行不同處理，降低干擾信號對信道估計準(zhǔn)確率的影響。本方法主要在時域上對接收信號進(jìn)行分析處理，經(jīng)過OFDM調(diào)制之后的接收信號在時域上可表示為：

其中，K_p，K_s分別代表導(dǎo)頻信號域和傳輸信號域，N_p代表導(dǎo)頻長度。X_p，X_s為導(dǎo)頻符號和信息傳輸符號，z_n指接收信號中除卻導(dǎo)頻信號之外的部分，主要由兩部分組成：其他信號和噪聲干擾。其中攜帶信息的未知符號也被認(rèn)為是噪聲信號，因為實際上在做信道估計時只有導(dǎo)頻信號為有用信號。

z＝y(tǒng)-Bh,

0≤k≤N_p-1,0≤m≤L-1,0≤n≤N-1

其中，N,L分別為OFDM系統(tǒng)N-IFFT/FFT變換數(shù)目和系統(tǒng)中信道多徑數(shù)目。最后從信道估計誤差最小化的目的出發(fā)，根據(jù)如下最小化代價函數(shù)進(jìn)行求解信道時域沖激響應(yīng)h。

當(dāng)接收信號為有效數(shù)據(jù)信號時則仍舊按照最小二乘方法進(jìn)行處理，當(dāng)接收信號為可利用數(shù)據(jù)信號時，其可信度有所折扣，因此削弱其對信道估計的影響，而當(dāng)接收信號為粗差時，則令其對應(yīng)代價函數(shù)值為恒定值，即在隨后的優(yōu)化過程中對信道相應(yīng)估計不起作用。

根據(jù)穩(wěn)健誤差最小化的優(yōu)化目標(biāo)，即使代價函數(shù)最小化，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到：

在步驟406中，由該估計時域沖激響應(yīng)推得估計頻域沖激響應(yīng)，進(jìn)行信道均衡和信號相位修正。

在步驟407中，最后接收機(jī)端經(jīng)過判決和重生，恢復(fù)原始發(fā)送信號。