智能抄表系统ofdm载波通信模块背景噪声抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种背景噪声抑制方法，特别涉及一种用于智能抄表系统正交频分复 用（0FDM，0rthogonal Frequency Division Multiplexing)载波通信模块背景噪声抑制 (NS,Noise Suppression)方法。
【背景技术】
[0002] 应用于智能抄表系统的载波通信模块，用于实现在电力线上传输数据，而作为信 息传输媒介进行数据或语音传输的通信通路，低压配电网络具有频率选择性衰减、阻抗不 匹配等导致的多径衰落和噪声。一方面电力电缆所面临的频率选择性衰减随着频率的升高 而增加从而严重影响通信距离；另一方面，考虑智能电表功耗相关标准IEC62052-11， IEC62053-2和低压电力装置上的信号传输一般要求EN50065-1，高频段传输电力信号，在功 耗限制下，受衰减影响，通信距离有限，而电磁干扰增加，所以现有应用于智能电表的载波 通信技术均限制在窄带。现有智能抄表系统0FDM载波通信模块，实现标准有G3标准0FDM电 力线载波通信方案和PRME标准0FDM电力线载波通信方案等。PRME标准与G3标准类似，均 工作于CENELEC A频段（9-95KHZ)，均使用差分相移键控（Differential Phase Shift Keying，DPSK)和循环前缀OFDM调制技术，并以最差时的信道状况为依据，设计调制和编码 等参数。这样使得数据帧冗余，频谱利用率降低，当信道具有较大干扰和噪声时，运用关闭 某些干扰严重的子载波来抗干扰，其通信速度陡降。本申请人致力于发明一种适用于智能 抄表系统0FDM载波通信模块的背景噪声抑制方法，在CENELEC A频段的电力线信道环境，能 够有效抑制背景噪声，从而提尚传输效率。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对电力噪声和0FDM信号的特点，为智能抄表系统0FDM载波通信 模块提供一种电力背景噪声抑制方法，以提高传输效率。
[0004] 本发明提供的这种智能抄表系统多载波通信模块背景噪声抑制方法，该方法通过 特征值分解(Eigenvalue Decomposition)，得到0FDM接收信号的特征值和特征向量，并根 据0FDM接收机符号分组检测的起点，估计噪声和0FDM信号的特征值，从而得到重构信号的 增益值，并重构0FDM信号，所述方法包括：
[0005] 步骤一，将到达智能抄表系统0FDM载波通信模块背景噪声抑制的接收信号每次截 取Μ个采样点，并组成KXN的Hankel矩阵Y(n);给定符号分组检测检测到的符号分组的起 点，其第一次截取的起点为符号分组检测检测到的符号分组的起点；
[0006] 步骤二，计算Y(n)的协方差矩阵食.；
[0007] 步骤三，对&进行EVD分解，得到特征值和特征向量；
[0008] 步骤四，估计噪声和0FDM信号的特征值；
[0009]步骤五，由所得噪声和0FDM信号的特征值计算增益矩阵；
[0010]步骤六，由所得增益矩阵，重构OFDM信号，以滤除背景噪声；
[0011]本发明的有益效果是:本发明针对电力线信道噪声和干扰的特性，以及0FDM信号 的特点，通过特征值分解(Eigenvalue Decomposition)，得到0FDM载波通信模块接收信号 的特征值和特征向量，并由符号分组检测检测到的符号起点，估计0FDM信号和噪声的特征 值，从而得到重构信号的增益值，并重构0FDM信号，本发明噪声抑制方法根据0FDM信号和电 力背景噪声的特性实施，在提高系统传输性能的基础上，具有低的运算复杂性并易于实现 和应用。
【附图说明】
[0012]图1是本发明智能抄表系统0FDM电力载波通信模块的系统结构图。
[0013]图2是电力线信道噪声频谱图。
[0014]图3是0FDM信号时域波形和频谱图。
[0015]图4是本发明电力背景噪声抑制方法实现框图。
[0016]图5是有本发明噪声抑制方法与无本发明噪声抑制方法的0FDM电力载波模块性能 比较。
【具体实施方式】
[0017] 智能抄表系统电力载波模块是直接面向实际承担数据传输的物理媒体电力线，是 在电力线之上为上层应用数据提供一个传输原始比特流的物理连接，所以电力载波模块直 接面对电力线的各种干扰和衰减。
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0019] 如图1所示，智能抄表系统0FDM载波通信模块发送端包括前向错误控制编码器以 及0FDM调制模块。待传输数据先进行串扰，RS编码，卷积编码，交织处理，再进行自适应调制 并送去做IFFT变换，最后经模拟前端(Analog Front End，AFE)处理，数模转换后耦合至电 力线上传输。相应的接收端的结构与发送端正好相反，接收到的数据先进行AFE处理，模数 转换后进行脉冲噪声抑制，然后再进行符号分组检测，找到符号分组的起点后进行背景噪 声抑制和FFT变换，同时对信道进行估计。FFT变换后的数据进行解调，将多进制数据位变成 2进制数据码流，之后进行解交织，Viterbi解码，解串扰处理，最后得到发送端数据。符号分 组检测也是利用EVD分解0FDM接收信号的特征值和特征向量，并利用有无0FDM信号时主特 征能量的不同检测符号分组的起点。
[0020] 低压电力线信道中的噪声干扰通常是由连接至网络的电设备和附近的电设施引 起的。正常操作一些电机和设备时会产生干扰，而当开关电气设施时导致的脉冲电流和峰 值电压，也会沿电力线传播，造成干扰。与其它大部分的通信信道不同，电力信道中的噪声 不能用经典加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)描述。通常电力噪声 分成三类:彩色背景噪声，窄带干扰和脉冲噪声。
[0021] 如图2所示，为用泰克RSA5103A频谱分析仪采集到的电力线信道噪声频谱(30dB衰 减）。从右图可以看出在10_200kHz的频率范围，背景噪声随频率的增加而减小，在10kHz附 近噪声幅度达到-l〇dB，在100kHz左右噪声功率仍然有-60dB，所以背景噪声在低频窄带电 力线通信中不可忽视。左图DXP分析以不同亮度区分不同频率点和不同功率噪声出现的密 度。颜色越深，出现的密度越大，则越平稳。显然，图中亮白色的位置，密度比较高，分布于整 个频带，并且平滑，区分为彩色背景噪声，并且其分布特性持续几分钟甚至几小时无变化。 在DXP谱的包络，捕获到一些小的尖峰，出现的密度较低，具有突发性，所以识别为随机脉冲 噪声。
[0022]如图3所示，为用G3标准0FDM物理层，产生的0FDM信号的时域波形和频谱图，具有 代表性。由频谱图可见，0FDM-个符号的N个子载波由L个数据子载波和N-L个空子载波组 成，数据子载波共有36个，分布于35.9-90.6kHz的频率范围。其中，经过基带映射前的符号 均为实数。经过基带映射后的符号有同相分量和正交分量，令X m(k)表示频域第m个符号的 第k个子载波，其映射公式如下：
[0023] Xm(k) = cos9m(k)+j X sin9m(k) (1)
[0024] Θ根据三种映射方式的星座图确定。第m个符号的OFDM时域信号，通过对（1)