[發明專利]基于壓縮感知的電力線通信系統脈沖噪聲抑制方法

有效

• 申請號: 202010660268.3
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111970029B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 王勇;李有明;孟祥佩;吳耀輝
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H04B3/54
• 分類號: H04B3/54;H04L27/26;H04L1/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 周玨

1.一種基于壓縮感知的電力線通信系統脈沖噪聲抑制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：在基于OFDM的電力線通信系統的發送端，將發送端的初始二進制數據序列記為然后將編譯為多個定長碼字，且每個定長碼字中包含有(N-M)個數據；接著從多個定長碼字中任意選取一個定長碼字，將該定長碼字記為C，并以列向量形式將C表示為C＝[c₁,c₂,…,c_(N-M)]^T；之后通過正交相移鍵控將C映射為一個包含有(N-M)個數據的OFDM符號，并在該OFDM符號的末端補M個0使得該OFDM符號的長度變為N，將補0后的OFDM符號記為D，以列向量形式將D表示為D＝[d₁,d₂,…,d_(N-M),d_(N-M)+1,…,d_N]^T；再將D中的前(N-M)個數據加載到(N-M)個子載波上，該(N-M)個子載波為數據子載波，并將D中的后M個數據加載到M個子載波上，該M個子載波為空子載波；同時對D進行離散傅里葉反變換，轉換得到D對應的離散時域信號，記為G，G＝F^HD＝[g₁,g₂,…,g_N]^T；而后在G的頭部加上用于防止符號間干擾的循環前綴；最后將加有循環前綴的離散時域信號通過基于OFDM的電力線通信系統的信道傳輸給基于OFDM的電力線通信系統的接收端；其中，的長度至少大于2(N-M)，N表示OFDM符號中的子載波的總個數，N＞2，M表示OFDM符號中的空子載波的總個數，1＜M＜N，C的維數為(N-M)×1，符號“[]”為向量表示符號，[c₁,c₂,…,c_(N-M)]^T為[c₁,c₂,…,c_(N-M)]的轉置，c₁,c₂,…,c_(N-M)對應表示C中的第1個數據、第2個數據、…、第(N-M)個數據，D的維數為N×1，[d₁,d₂,…,d_(N-M),d_(N-M)+1,…,d_N]^T為[d₁,d₂,…,d_(N-M),d_(N-M)+1,…,d_N]的轉置，d₁,d₂,…,d_(N-M),d_(N-M)+1,…,d_N對應表示D中的第1個數據、第2個數據、…、第(N-M)個數據、第(N-M)+1個數據、…、第N個數據，G的維數為N×1，F表示維數為N×N的離散傅里葉變換范德蒙德矩陣，F^H為F的厄米特變換即F的共軛轉置，[g₁,g₂,…,g_N]^T為[g₁,g₂,…,g_N]的轉置，g₁,g₂,…,g_N對應表示G中的第1個數據、第2個數據、…、第N個數據；

步驟2：在基于OFDM的電力線通信系統的接收端，將接收端接收到的帶有脈沖噪聲干擾的離散時域信號的頭部的循環前綴去掉，將去掉循環前綴后的帶有脈沖噪聲干擾的離散時域信號記為y，并構造一個維數為M×N的空子載波矩陣，記為Φ，Φ由F中的第N-M+1行至第N行構成；然后在的等號的兩邊同時乘以Φ，得到接著根據OFDM符號中的各個子載波之間的正交性，將轉化為Φy＝Φi+Φω；再令r＝Φi+Φω，并令ε＝Φω，將r＝Φi+Φω轉化為r＝Φi+ε；其中，表示維數為N×N的信道循環卷積矩陣，h₁,h₂,h₃,…,h_N-2,h_N-1,h_N為對基于OFDM的電力線通信系統的信道進行估計獲取的N個脈沖響應值再經歸一化處理后得到的值，i表示脈沖噪聲，i的維數為N×1，ω表示高斯噪聲，ω的維數為N×1，r和ε均為引入的中間變量，r的維數為M×1，即ε服從均值為0、方差為η的高斯分布，為高斯分布表示形式；

步驟3：將Turbo編碼思想引入壓縮感知方法中，形成Turbo壓縮感知算法，Turbo壓縮感知算法由模塊A和模塊B兩個模塊組成，模塊A對r＝Φi+ε執行線性最小均方誤差方法，該方法結合作為觀測量的r的值和來自模塊B的消息；模塊B對r＝Φi+ε執行最小均方誤差方法，該方法結合脈沖噪聲i的先驗分布和來自模塊A的消息，在模塊A和模塊B迭代執行直到滿足迭代收斂條件時，得到脈沖噪聲i的最終估計值，具體過程如下：

步驟3_1：令t表示迭代次數，t初始值為1；

步驟3_2：在模塊A中，設定脈沖噪聲i的先驗分布為根據貝葉斯準則確定脈沖噪聲i的后驗分布仍為高斯分布，其中，表示在模塊A中脈沖噪聲i的先驗均值，表示在模塊A中脈沖噪聲i的先驗方差；然后對r＝Φi+ε執行線性最小均方誤差方法，獲得第t次迭代時脈沖噪聲i的第一后驗均值和第一后驗方差，對應記為和其中，表示第t次迭代時的值，t＝1時表示第t次迭代時的值，t＝1時I_N表示維數為N×N的單位矩陣，Φ^H為Φ的共軛轉置；接著通過高斯近似方法，獲得第t次迭代時的第一外在方差和第一外在均值，對應記為和之后將和傳輸給模塊B；

在模塊B中，將在模塊A中獲得的第t次迭代時的第一外在方差作為在模塊B中第t次迭代時脈沖噪聲i的先驗方差，將在模塊A中獲得的第t次迭代時的第一外在均值作為在模塊B中第t次迭代時脈沖噪聲i的先驗均值，即令其中，和中的“＝”為賦值符號，表示在模塊B中第t次迭代時脈沖噪聲i的先驗均值，表示在模塊B中第t次迭代時脈沖噪聲i的先驗方差；然后對r＝Φi+ε執行最小均方誤差方法，獲得第t次迭代時脈沖噪聲i的第二后驗均值和第二后驗方差，對應記為和其中，表示求在給定情況下關于i的條件均值，表示求在給定情況下關于i的條件方差；接著通過高斯近似方法，獲得第t次迭代時的第二外在方差和第二外在均值，對應記為和

步驟3_3：判斷迭代收斂條件是否成立，如果成立，則將作為脈沖噪聲i的最終估計值，記為否則，將在模塊B中獲得的和傳輸給模塊A，然后令t＝t+1，將作為在模塊A中第t次迭代時脈沖噪聲i的先驗方差，將作為在模塊A中第t次迭代時脈沖噪聲i的先驗均值，即令之后返回步驟3_2繼續執行；其中，符號“|| ||₂”為求二范數符號，ξ為設定的收斂閾值，t＝t+1、中的“＝”為賦值符號，t＝1時即為t≠1時表示第t-1次迭代時脈沖噪聲i的第二后驗均值，根據計算得到，表示第t次迭代時的第二外在均值，根據計算得到，表示第t次迭代時的第二外在方差，根據計算得到；

步驟4：在y中減去脈沖噪聲i的最終估計值完成對脈沖噪聲的抑制。