自动抄表系统ofdm载波通信模块符号分组检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种正交频分复用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)载波通信模块符号分组检测方法，特别涉及一种用于自动抄表系统的OFDM 电力载波通信模块及其符号分组检测方法。
【背景技术】
[0002] 应用于自动抄表系统的载波通信模块，用于实现在电力线上传输数据，由于电力 线最初设计是用来在50-60HZ频率范围传输电能，一方面作为信息传输媒介进行数据或语 音传输的通信通路，电力线具有负荷情况复杂、信号衰减大，信道容量小，并存在背景噪声、 随机脉冲噪声等；另一方面0FDM技术提供高的通信速率，和复杂的纠检错算法，要求大数据 量传输。因此对于适用于S-FSK(扩频-频率健控)技术的工频过零点同步方式，并不适用于 0FDM技术。现有自动抄表系统0FDM载波通信模块，实现标准有G3标准0FDM电力线载波通信 技术和PR頂E标准0FDM电力线载波通信技术等，PR頂E标准与G3标准类似，均工作于CENELEC A频段(9-95KHZ)，其符号检测都是利用周期性前导符号的相关算法实现的，并假定噪声为 不相关的高斯白噪声。相关算法一方面需要在数据帧前插入前导序列，增加了冗余，另一方 面在非高斯的电力噪声干扰下，相关算法的判决变量由于受到信道中较大随机噪声的影响 而超过预先设定的门限值，从而错误的判断有分组到来。本申请人致力于发明一种适用于 自动抄表系统0FDM载波通信模块的符号分组检测方法，在电力线信道环境，具有高的抗干 扰性和检测准确性，并且不需要增加数据帧冗余。
【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，为自动抄表系统0FDM载波通信 模块提供一种不需要增加数据帧冗余，并具有高的检测准确性的符号分组检测方法。
[0004] 本发明提供的这种自动抄表系统0FDM载波通信模块符号分组检测方法，该方法通 过递归最小二乘算法(Recursive Least Square，RLS)顺序估计0FDM载波通信模块接收机 接收信号的主特征能量和主特征向量，并利用有无0FDM信号时主特征能量的不同检测符号 分组，所述方法包括：
[0005] S1.初始化主特征向量第一个元素 u(0) = l，主特征能量第一个元素 d(0)=0,符号 判决每次截取的0FDM载波通信模块接收信号Y(n)的长度为N个采样点，n = 1，2，…，N;
[0006] S2.顺序估计符号分组判决所截取的N个接收信号采样点的主特征能量和主特征 向量，具体计算过程如下：
[0007] S21.当n = l，2,…，N时，计算循环：
[0008] A.沿着主特征向量u(n-l)方向投影信号Y(n)
[0009 ] Β.根据Υ (η)在主特征向量投影能量，递归计算主特征能量d (η)
[0010] C.递归计算主特征向量u(n)
[0011] S22.循环结束，得到主特征能量和主特征向量D(n)和U(n)，
[0012] S3.利用滤波器跟踪记录主特征能量的最大值和最小值，根据最大值和最小值的 变化自动更新检测门限，并判决0FDM符号分组是否到来，具体过程如下：
[0013] S31.滤波器系数γ =0.9995, γ可调整，调整范围0〈γ〈1，主特征能量的最大值Μ (η)和最小值m(n)跟踪方法：
[0014] Μ(η) = γmax{d(n)，Μ(η_1 )} + (1_γ )d(n)
[0015] m(n) = γmin{d(n)，m(n_l)} + (1_γ )d(n)
[0016] S32.检测准则：
[0017]
[0018] S4.为防止突发脉冲干扰造成检测错误，当检测结果T(n)中的元素连续L个为1时， 则判定符号分组到来。
[0019] 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电力 载波通信模块信号的特点，采用递归最小二乘算法顺序估计0FDM载波通信模块接收机接收 信号的主特征能量和主特征向量，并利用有无0FDM信号时主特征能量的不同检测符号分 组，，在不需要增加0FDM信号帧冗余的前提下，提高了符号检测的准确性，并降低了运算的 复杂性易于实现和应用。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明自动抄表系统0FDM载波通信模块的系统结构图。
[0021]图2是电力线信道噪声频谱图。
[0022]图3是电力线信道噪声时域波形。
[0023]图4是0FDM信号时域波形和频谱图。
[0024] 图5是本发明符号分组检测方法实现框图。
[0025] 图6是本发明符号分组检测方法与传统前导相关算法性能比较。
【具体实施方式】
[0026]自动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。
[0027]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0028]如图1所示，自动抄表系统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。
[0029]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。
[0030] 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。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，近似为彩色背景噪声。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。
[0031] 如图3所示，为用安捷龙DS07014B示波器，设置采样率为40US时得到的一段25ms的 电力线噪声时域波形。由图可见，电力噪声中背景噪声幅度较低，一般在±〇.5V之间，且在 零点附近无规律波动;脉冲噪声幅值较高，甚至可以达到±4V，但脉冲的持续时间很短。脉 冲噪声的波形具有正弦指数衰减特性，脉冲具有一定的持续时间，两个脉冲之间有短的时 间间隔，每个脉冲到达的时间随机。
[0032]如图4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K个数据子载波和N-K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：
[0033] Xm(k) = cos9m(k)+j X sin9m(k) (1)
[0034] Θ根据