[發明專利]一種基于壓縮感知的電力線通信中脈沖噪聲消除方法

有效

• 申請號: 201710403406.8
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107360111B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 余明宸;李有明;呂新榮;常生明;王旭芃
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B3/32;H04B3/54
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

1.一種基于壓縮感知的電力線通信中脈沖噪聲消除方法，其特征在于首先利用接收端接收到的OFDM符號中的空子載波和導頻子載波信息，利用壓縮感知算法構建了一個脈沖噪聲重構算法框架，在接收端，利用發射信號的代數特征保持不變這一特征，在構建的脈沖噪聲重構算法框架下引入了一個約束條件，通過凸松弛，利用調制星座圖中的矩形范圍松弛約束條件，通過計算得到脈沖噪聲的估計值，并通過在接收信號中減去該脈沖噪聲估計值，完成對脈沖噪聲的消除，具體步驟如下：

①在發射端，將頻域OFDM符號通過x＝F^*X映射后轉化為時域OFDM符號x，其中，X是頻域OFDM符號，F是N點離散傅里葉變換矩陣，F^*是F的厄米特變換，然后，在x前面插入長度大于信道的最大時延擴展的循環前綴；

②將接收機接收到的時域OFDM信號定義為r＝Hx+i+g，其中，H是N×N循環矩陣，N是OFDM符號子載波的總數，H的第一列由歸一化的信道脈沖響應構成，i表示脈沖噪聲向量，g表示加性高斯背景噪聲向量，r,x,i和g都被置于多維復信號空間C^N中；

③通過OFDM解調器，將接收到的時域OFDM信號r通過離散傅里葉變換矩陣轉換為頻域OFDM信號Y：Y＝Fr＝FHF^*X+Fi+Fg＝ΛX+Fi+G，其中Λ＝FHF^*＝diag(H₀,H₁,...,H_N-1)是一個對角矩陣，表示理想信道狀態信息，其對角線元素H₀,H₁,…,H_N-1對應于信道脈沖響應的N點離散傅里葉變換矩陣系數；G＝Fg是g的離散傅里葉變換矩陣；

④設D為非數據子載波的索引集，其總數為D＝M，定義Y_D、Λ_D、X_D、F_D和G_D分別是Y、Λ、X、F和G中對應于非數據子載波的部分，得到非數據子載波上接收到的OFDM符號Y_D＝Λ_DX_D+F_Di+G_D＝(ΛX)_D+F_Di+G_D，定義脈沖噪聲的一組線性觀測數據并定義脈沖噪聲在時域內是稀疏的，使用壓縮感知方法中的最小化l₁-范數重構算法，將脈沖噪聲估計公式轉化為如下的二階錐規劃凸優化問題：其中ε₁>0是背景噪聲的最大容許均方根誤差，取ε₁＝10-³，||·||₁和||·||₂分別表示向量的l₁-范數和l₂-范數；

⑤設是集合D的補集，表示數據子載波的索引集,則表示數據子載波的個數，依據步驟④，定義在背景噪聲存在時實際數據子載波上的OFDM符號的含噪聲的形式為其中，和分別是Λ、Y、F、X和G中對應于數據子載波的部分，表示數據子載波上的加性高斯背景噪聲向量，(·)^-1表示矩陣的逆運算，利用數據子載波在調制星座圖上的檢測條件，依據經過均衡后的OFDM符號和在調制星座圖上的判決符號之間的歐式距離最小，構造一個新的優化問題如下：

min ||i||₁

s.t.||z-F_Di||₂≤ε₁

其中，表示數據子載波索引集中的元素，Re(·)表示取實部運算，Im(·)表示取虛部運算，ε₂為一個給定的較小的值，取ε₂＝10^-4；

⑥對步驟⑤的優化問題進行線性規劃問題的近似，設Ω表示星座點的集合，用Ω_Re＝Re(Ω)和Ω_Im＝Im(Ω)來分別表示所有星座點的實坐標和虛坐標的集合，根據Ω的對稱性質，定義星座圖為一個矩形區域，其邊界由下式給出其中u_R表示矩形區域的長，u_I表示矩形區域的寬，當調制的星座圖為正方形時，u_R＝u_I，則將步驟⑤中的優化問題約束條件松弛為將步驟⑤中的優化問題重寫為凸問題根據時域接收端的OFDM信號，將脈沖噪聲和背景噪聲的總和表示為e＝i+g，然后令z＝F_De，將||e||₁看作忽略了背景噪聲g后的||i||₁的近似值，則用||e||₁替換||i||₁，得到如下的線性規劃問題：

⑦通過求解步驟⑥得到的線性規劃問題，得到脈沖噪聲的估計值然后在接收信號中減去脈沖噪聲的估計，完成脈沖噪聲的消除。