智能抄表系統(tǒng)ofdm載波通信模塊背景噪聲抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種背景噪聲抑制方法，特別涉及一種用于智能抄表系統(tǒng)正交頻分復(fù) 用（0FDM，0rthogonal Frequency Division Multiplexing)載波通信模塊背景噪聲抑制 (NS,Noise Suppression)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)用于智能抄表系統(tǒng)的載波通信模塊，用于實現(xiàn)在電力線上傳輸數(shù)據(jù)，而作為信 息傳輸媒介進行數(shù)據(jù)或語音傳輸?shù)耐ㄐ磐?，低壓配電網(wǎng)絡(luò)具有頻率選擇性衰減、阻抗不 匹配等導(dǎo)致的多徑衰落和噪聲。一方面電力電纜所面臨的頻率選擇性衰減隨著頻率的升高 而增加從而嚴(yán)重影響通信距離；另一方面，考慮智能電表功耗相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC62052-11， IEC62053-2和低壓電力裝置上的信號傳輸一般要求EN50065-1，高頻段傳輸電力信號，在功 耗限制下，受衰減影響，通信距離有限，而電磁干擾增加，所以現(xiàn)有應(yīng)用于智能電表的載波 通信技術(shù)均限制在窄帶?，F(xiàn)有智能抄表系統(tǒng)0FDM載波通信模塊，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)有G3標(biāo)準(zhǔn)0FDM電 力線載波通信方案和PRME標(biāo)準(zhǔn)0FDM電力線載波通信方案等。PRME標(biāo)準(zhǔn)與G3標(biāo)準(zhǔn)類似，均 工作于CENELEC A頻段（9-95KHZ)，均使用差分相移鍵控（Differential Phase Shift Keying，DPSK)和循環(huán)前綴OFDM調(diào)制技術(shù)，并以最差時的信道狀況為依據(jù)，設(shè)計調(diào)制和編碼 等參數(shù)。這樣使得數(shù)據(jù)幀冗余，頻譜利用率降低，當(dāng)信道具有較大干擾和噪聲時，運用關(guān)閉 某些干擾嚴(yán)重的子載波來抗干擾，其通信速度陡降。本申請人致力于發(fā)明一種適用于智能 抄表系統(tǒng)0FDM載波通信模塊的背景噪聲抑制方法，在CENELEC A頻段的電力線信道環(huán)境，能 夠有效抑制背景噪聲，從而提尚傳輸效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對電力噪聲和0FDM信號的特點，為智能抄表系統(tǒng)0FDM載波通信 模塊提供一種電力背景噪聲抑制方法，以提高傳輸效率。
[0004] 本發(fā)明提供的這種智能抄表系統(tǒng)多載波通信模塊背景噪聲抑制方法，該方法通過 特征值分解(Eigenvalue Decomposition)，得到0FDM接收信號的特征值和特征向量，并根 據(jù)0FDM接收機符號分組檢測的起點，估計噪聲和0FDM信號的特征值，從而得到重構(gòu)信號的 增益值，并重構(gòu)0FDM信號，所述方法包括：
[0005] 步驟一，將到達智能抄表系統(tǒng)0FDM載波通信模塊背景噪聲抑制的接收信號每次截 取Μ個采樣點，并組成KXN的Hankel矩陣Y(n);給定符號分組檢測檢測到的符號分組的起 點，其第一次截取的起點為符號分組檢測檢測到的符號分組的起點；
[0006] 步驟二，計算Y(n)的協(xié)方差矩陣食.；
[0007] 步驟三，對&進行EVD分解，得到特征值和特征向量；
[0008] 步驟四，估計噪聲和0FDM信號的特征值；
[0009]步驟五，由所得噪聲和0FDM信號的特征值計算增益矩陣；
[0010]步驟六，由所得增益矩陣，重構(gòu)OFDM信號，以濾除背景噪聲；
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明針對電力線信道噪聲和干擾的特性，以及0FDM信號 的特點，通過特征值分解(Eigenvalue Decomposition)，得到0FDM載波通信模塊接收信號 的特征值和特征向量，并由符號分組檢測檢測到的符號起點，估計0FDM信號和噪聲的特征 值，從而得到重構(gòu)信號的增益值，并重構(gòu)0FDM信號，本發(fā)明噪聲抑制方法根據(jù)0FDM信號和電 力背景噪聲的特性實施，在提高系統(tǒng)傳輸性能的基礎(chǔ)上，具有低的運算復(fù)雜性并易于實現(xiàn) 和應(yīng)用。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明智能抄表系統(tǒng)0FDM電力載波通信模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是電力線信道噪聲頻譜圖。
[0014]圖3是0FDM信號時域波形和頻譜圖。
[0015]圖4是本發(fā)明電力背景噪聲抑制方法實現(xiàn)框圖。
[0016]圖5是有本發(fā)明噪聲抑制方法與無本發(fā)明噪聲抑制方法的0FDM電力載波模塊性能 比較。
【具體實施方式】
[0017] 智能抄表系統(tǒng)電力載波模塊是直接面向?qū)嶋H承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砻襟w電力線，是 在電力線之上為上層應(yīng)用數(shù)據(jù)提供一個傳輸原始比特流的物理連接，所以電力載波模塊直 接面對電力線的各種干擾和衰減。
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0019] 如圖1所示，智能抄表系統(tǒng)0FDM載波通信模塊發(fā)送端包括前向錯誤控制編碼器以 及0FDM調(diào)制模塊。待傳輸數(shù)據(jù)先進行串?dāng)_，RS編碼，卷積編碼，交織處理，再進行自適應(yīng)調(diào)制 并送去做IFFT變換，最后經(jīng)模擬前端(Analog Front End，AFE)處理，數(shù)模轉(zhuǎn)換后耦合至電 力線上傳輸。相應(yīng)的接收端的結(jié)構(gòu)與發(fā)送端正好相反，接收到的數(shù)據(jù)先進行AFE處理，模數(shù) 轉(zhuǎn)換后進行脈沖噪聲抑制，然后再進行符號分組檢測，找到符號分組的起點后進行背景噪 聲抑制和FFT變換，同時對信道進行估計。FFT變換后的數(shù)據(jù)進行解調(diào)，將多進制數(shù)據(jù)位變成 2進制數(shù)據(jù)碼流，之后進行解交織，Viterbi解碼，解串?dāng)_處理，最后得到發(fā)送端數(shù)據(jù)。符號分 組檢測也是利用EVD分解0FDM接收信號的特征值和特征向量，并利用有無0FDM信號時主特 征能量的不同檢測符號分組的起點。
[0020] 低壓電力線信道中的噪聲干擾通常是由連接至網(wǎng)絡(luò)的電設(shè)備和附近的電設(shè)施引 起的。正常操作一些電機和設(shè)備時會產(chǎn)生干擾，而當(dāng)開關(guān)電氣設(shè)施時導(dǎo)致的脈沖電流和峰 值電壓，也會沿電力線傳播，造成干擾。與其它大部分的通信信道不同，電力信道中的噪聲 不能用經(jīng)典加性高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise，AWGN)描述。通常電力噪聲 分成三類:彩色背景噪聲，窄帶干擾和脈沖噪聲。
[0021] 如圖2所示，為用泰克RSA5103A頻譜分析儀采集到的電力線信道噪聲頻譜(30dB衰 減）。從右圖可以看出在10_200kHz的頻率范圍，背景噪聲隨頻率的增加而減小，在10kHz附 近噪聲幅度達到-l〇dB，在100kHz左右噪聲功率仍然有-60dB，所以背景噪聲在低頻窄帶電 力線通信中不可忽視。左圖DXP分析以不同亮度區(qū)分不同頻率點和不同功率噪聲出現(xiàn)的密 度。顏色越深，出現(xiàn)的密度越大，則越平穩(wěn)。顯然，圖中亮白色的位置，密度比較高，分布于整 個頻帶，并且平滑，區(qū)分為彩色背景噪聲，并且其分布特性持續(xù)幾分鐘甚至幾小時無變化。 在DXP譜的包絡(luò)，捕獲到一些小的尖峰，出現(xiàn)的密度較低，具有突發(fā)性，所以識別為隨機脈沖 噪聲。
[0022]如圖3所示，為用G3標(biāo)準(zhǔn)0FDM物理層，產(chǎn)生的0FDM信號的時域波形和頻譜圖，具有 代表性。由頻譜圖可見，0FDM-個符號的N個子載波由L個數(shù)據(jù)子載波和N-L個空子載波組 成，數(shù)據(jù)子載波共有36個，分布于35.9-90.6kHz的頻率范圍。其中，經(jīng)過基帶映射前的符號 均為實數(shù)。經(jīng)過基帶映射后的符號有同相分量和正交分量，令X m(k)表示頻域第m個符號的 第k個子載波，其映射公式如下：
[0023] Xm(k) = cos9m(k)+j X sin9m(k) (1)
[0024] Θ根據(jù)三種映射方式的星座圖確定。第m個符號的OFDM時域信號，通過對（1)