CN103716275A - 一种电力线正交频分复用通信系统中消除脉冲干扰的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力线正交频分复用通信系统中消除脉冲干扰的方法,所述方法首次采用稀疏贝叶斯学习方法,估计了异步脉冲干扰和周期脉冲干扰;并且利用估计的干扰在接收端进行消除,实现了消除干扰,提高了系统的可靠性。本发明与已有方案的复杂度相当,但显著地提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信技术,尤其是涉及电力线通信中正交频分复用系统的脉冲干扰消除方法。
背景技术
电力线通信(Power Line Communication, PLC)技术以其高覆盖率、低通信铺设成本等优势,在智能电网应用中起到了非常重要的作用。电力线通信分为宽带电力线通信和窄带电力线通信,而无论宽带电力线通信还是窄带电力线通信均采用多载波的通信方式,其中采用最广泛的是正交频分复用技术,来对抗频率选择性衰落和信道干扰噪声。然而在电力线通信系统中最主要的挑战就是克服电力线的加性噪声,其中不但包括加性高斯白噪声,还包括由于电气设备接入所带来的脉冲噪声。在这两种噪声中,脉冲噪声由于其自身高功率的特点,对通信系统干扰大,成为阻碍电力线通信性能提升的重要因素。一方面,商用的电力线通信调制均是低功率传输,所以脉冲干扰成为可以左右通信的关键因素;另一方面,脉冲干扰的随机特性与加性高斯白噪声有很大不同,所以传统的以加性高斯白噪声为前提条件进行优化的接收端已经不再适用于电力线通信中。而且许多不同脉冲干扰的随机模型被提出,并且应用到了改善电力线载波通信中,当确定了一种随机模型后,可以采用滤波器、均衡、解码等方式进行优化,以提高系统的可靠性,然而这些均需要有训练序列的采用。本发明采用稀疏贝叶斯学习的方法对脉冲干扰进行估计,此方法不需要训练序列的开销,消除脉冲干扰的影响,可以获得较好的误比特性能。
下面介绍已有的电力线OFDM通信方案。
(1)
当传输的是一个无限的OFDM信号序列时,OFDM已调信号波形可以表示为
由式(5)可以看出循环前缀CP已经被删除。由于CP包含了所有的码间干扰,所以接收机滤波器组的抽样输出将不包含码间干扰。警告过一系列的滤波器组的滤波后可以得到简化的输出为
由上述OFDM发送和接收过程可知,已有的方案虽然考虑了噪声,但是噪声均是按照加性高斯白噪声进行处理的,然而实际的传输信道的情况是脉冲噪声对通信的影响远远超过加性高斯白噪声的影响,因此,消除脉冲噪声干扰的影响成为提高OFDM通信系统的可靠性的关键环节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服已有技术的缺陷、提供一种电力线正交频分复用通信系统中消除脉冲干扰的方法,它可以提高电力线通信中正交频分复用系统的可靠性。
本发明所述技术问题是这样解决的:
一种电力线正交频分复用通信系统中消除脉冲干扰的方法,它包括如下步骤:
步骤A,发送端的信源编码后的二进制包为,经过信道编码后得到;将映射为OFDM符号;每个符号中有个非数据信号和个数据信号;一个OFDM符号为,经过离散傅里叶反变换并进行交织变换后,加入循环前缀,发往电力线信道中;
上述电力线正交频分复用通信系统中消除脉冲干扰的方法,所述步骤B的具体操作为:
B3,对步骤B2得到的信号,对信号中的白噪声进行预消除,得到,其表达式为
上述电力线正交频分复用通信系统中消除脉冲干扰的方法,所述步骤C的具体操作为:
上述电力线正交频分复用通信系统中消除脉冲干扰的方法,所述步骤D的具体操作为:
D1,接收端对步骤C1得到的线性回归估计的稀疏比重向量的方差进行估计;
上述电力线正交频分复用通信系统中消除脉冲干扰的方法,所述步骤E的具体操作为:
附图说明
图1已有方案的方法流程图;
图2本发明的方法流程图;
图3本发明中实施过程流程图;
图4本发明脉冲干扰估计流程图;
图5(a)、图5(b)为已有技术与本发明方法的误码率曲线;
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明做进一步说明。
本发明的思路为:结合图2,发送端根据信道编码、交织、映射、插入导频、串并变换、反快速傅里叶变换、并串变换发送到电力线的载波信道,在接收端,采用并串变换、快速傅里叶变换、信道估计、解映射、解交织、解码得到接收的信息。
如图3所示,OFDM收发信机的信号处理的具体步骤如下:
步骤A,本发明考虑的是正交频分复用系统,发送端的信源编码后的二进制包为,经过信道编码后得到;将映射为OFDM符号;每个符号中有个非数据信号和个数据信号;一个OFDM符号为,经过离散傅里叶反变换并进行交织变换后,加入循环前缀,发往电力线信道中;
接收端在估计干扰噪声前信号处理的过程如图4所示,具体步骤如下:
根据以下参数进行更新迭代
步骤D4,根据步骤D3得到的接收估计向量得到脉冲噪声估计量;
为了进一步说明本发明的有益结果,表1给出了本发明方法的编码计算量;表2比较了本发明方法与传统方案的编码计算量,计算量的单位是每秒浮点运算次数(Floating-point Operations Per Second,flops),即一次复数乘法运算需要6次flops操作,一次复数加法运算需要2次flops操作。比较可得,本发明的两种方案的复杂度都与、及呈线性关系,即本发明方案与已有的方案相比复杂度在同一个数量级。
表1 本发明方案的复杂
图5(a)仿真了没有消除脉冲干扰方案和本发明方法的误比特性能,图5(b)仿真了三种已有方案与本发明方法的误比特性能的曲线,其中调制方式采用QPSK,快速傅里叶变换采用128位,信道编码采用码率为的卷积码,数据位为72位,非数据位为56位,由图5(a)可以看出,本发明的误比特性能相对于没有消除脉冲干扰方案至少获得6dB的增益,由此可以看出,本发明显著降低了系统的误比特率提高了系统的稳定性。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的专利保护范围。
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