一种基于压缩感知电力线脉冲噪声抑制的方法技术

一种基于压缩感知电力线脉冲噪声抑制的方法，将FRSL0应用于电力线脉冲噪声抑制，通过脉冲噪声抑制技术提高信号质量，较已有的CS方案，在同一信噪比下误码率显著提高，特别是在低信噪比情况下；另外算法时间的复杂度明显降低。本发明专利技术主要利用null tone信息，其核心是利用FRSLO算法估计出脉冲噪声，从而实现脉冲噪声抑制的目的，首先在发送端产生4QAM信号，然后通过电力线信道后，经过脉冲噪声抑制单元，估计出脉冲噪声后移除脉冲噪声,实验表明本发明专利技术较已有的CS方案，具有更好的脉冲噪声抑制效果。

A method for power line impulse noise suppression based on compressed sensing

A compressed sensing pulse power line noise suppression algorithm based on the application of FRSL0 in power line pulse noise suppression by impulse noise suppression technology to improve the signal quality, compared with the existing CS schemes, in the same signal-to-noise ratio significantly improve the bit error rate, especially in low SNR; also the algorithm complexity the time was significantly reduced. The invention mainly uses the null tone information, its core is the use of FRSLO algorithm to estimate the impulse noise, so as to achieve the purpose of suppressing impulse noise, the first 4QAM signal is generated in the transmitter, and then through the power line channel, after impulse noise suppression unit, the estimated impulse noise after removing impulse noise, experimental results show that the CS scheme of the invention compared with the existing, with better effect of impulse noise suppression.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于噪声抑制
，具体涉及一种基于压缩感知电力线脉冲噪声抑制的方法。
技术介绍
电力线通信是以电力配电线为介质，同时电力线实现信息交换，由于它不需重新布线，成本低，解决最后一公里的问题，相比其他网络有不可替代的优势。随着家庭局域网的普及，数字通信技术的飞速发展，因此成为现代通信的研究热点。相比于无线通信，电力线通信的环境更为恶劣，主要有多径传播、信道衰减、阻抗不匹配、严重噪声。其中脉冲噪声是噪声中最影响通信质量的，虽然现在很多电力线通信标准中均采用OFDM技术，虽然解决多径问题，提高传输速度，脉冲噪声具有高幅值，持续时间短，突发性高的特点，但脉冲噪声的存在严重影响通信质量，因此对脉冲噪声的消除就非常有必要。最近几年随着压缩感知技术的兴起，越来越多的学者，将压缩感知应用于各自的领域。压缩感知基本思想是解决线性欠定方程，通过极小化L0norm，但L0norm是NP难问题。目前在电力线脉冲噪声抑制主要有L1Norm和SBL。都是利用全部或部分载波对脉冲噪声估计。SL0，L1,SBL都是基于CS技术的，利用null tone信息，随着null tone数目增加，三种方法的精度都得到提高，但复杂度也变高。SL0norm通过一类高斯函数近似L0norm相比L1norm精度提高，执行的时间更短。而SBL时间的复杂度比SL0，L1都高，性能高于L1norm，不好于SL0norm。SLO norm由G.Hosein Mohimani提出，求解过程中采用最速下降法，虽然计算简单，但搜索路线呈锯齿状，收敛速度慢。为了提高收敛速度，提高脉冲噪声抑制效果，本专利采用共轭梯度法中的FR共轭梯度法。文中所述的英文解释如下：null tone为空载波，all tone为全部载波，SNR(signal to noise ratio)为信噪比，SER(Symbol error rate)为误符号率，SBL(sparse Bayesian learning)为稀疏贝叶斯学习，Impulse noise(IN)为脉冲噪声，L0norm为L0范数，L1norm为L1范数，Smooth-L0norm(SL0)为平滑L0范数，OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing)为正交频分复用，Compressive sensing(CS)为压缩感知，IDFT(inverse discrete Fourier transform)为离散傅里叶反变换，DFT(discrete Fourier transform)为离散傅里叶变换，CP cyclic Prefix为循环前缀，QAM Quadrature Amplitude Modulation为正交幅度调制，FRSL0FR为共轭梯度SL0算法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于压缩感知电力线脉冲噪声抑制的方法，基于此本专利将FRSL0应用于电力线脉冲噪声抑制，通过脉冲噪声抑制技术提高信号质量。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于压缩感知电力线脉冲噪声抑制的方法，包括以下步骤：1)发送端产生4QAM频域信号X＝(X0,X1,...,XN-1)T；2)经过IDFT后将频域信号转换成时域信号x＝(x0,x1,...,xN-1)T，其中x＝FHX；其中F表示N阶DFT矩阵；3)时域信号加CP后通过电力线后，信号变成r，其中r＝Hx+w+i，H表示PLC信道脉冲响应矩阵，w代表背景噪声，i表示脉冲噪声；4)利用Null tone信息估计脉冲噪声i的数值，设null tone目录ξ下对应的DFT子矩阵为F1,对应的接受信号为rξ,由其中即用SL0算法求解方程得到i的估计值SL0求解步骤：A)初始化阶段，给定初始可行解i＝F1+S,合适的衰减序列(σ1,σ2,...,σK)，步长因子μ＝0.5，迭代次数L＝3，j＝1,初始共轭方向p0,其中F1+为F1的广义逆矩阵，K为信号的稀疏度即null-tone的数目；B)迭代阶段①更新σ，σ＝σj,②更新可行下降方向p，p＝p0,③更新i，i＝i-μp,④i投影到可行集上，i＝i-F1+(F1i-S),⑤更新梯度方向p1, p 1 = ( i 1 exp ( - i 1 2 2 σ 2 ) , i 2 exp ( - i 2 2 2 σ 2 ) , ... , i n exp ( - i n 2 2 σ 2 ) ) T , ]]>⑥更新参数α，α＝||p1||2/||p||2,⑦更新共轭方向p0，p0＝p1+α*p,重复步骤1～7迭代L次，⑧j＝j+1，若j＜K,重复步骤1～8，否则进入步骤9，⑨返回估计值5)接收端信号x*去掉得到的去除脉冲噪声后的信号6)经过DFT后得到接受端4QAM频域信号比较X与计算出SER。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术利用null tone信息，通过FRSL0算法估计脉冲噪声，较已有的CS方案有着更好的脉冲噪声抑制效果，在同一信噪比下误码大大率提高，特别低信噪比情况下；2)本专利技术较已有的CS方案有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩感知电力线脉冲噪声抑制的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)发送端产生4QAM频域信号X＝(X0,X1,...,XN‑1)T；2)经过IDFT后将频域信号转换成时域信号x＝(x0,x1,...,xN‑1)T，其中x＝FHX；其中F表示N阶DFT矩阵；3)时域信号加CP后通过电力线后，信号变成r，其中r＝Hx+w+i，H表示PLC信道脉冲响应矩阵，w代表背景噪声，i表示脉冲噪声；4)利用Null tone信息估计脉冲噪声i的数值，设null tone目录ξ下对应的DFT子矩阵为F1,对应的接受信号为rξ,由其中F1Hxξ＝0，即用SL0算法求解方程得到i的估计值SL0求解步骤：A)初始化阶段，给定初始可行解i＝F1+S,合适的衰减序列(σ1,σ2,...,σK)，步长因子μ＝0.5，迭代次数L＝3，j＝1,初始共轭方向p0,其中F1+为F1的广义逆矩阵，K为信号的稀疏度即null‑tone的数目；B)迭代阶段①更新σ，σ＝σj,②更新可行下降方向p，p＝p0,③更新i，i＝i‑μp,④i投影到可行集上，i＝i‑F1+(F1i‑S),⑤更新梯度方向p1,p1=(i1exp(-i122σ2),i2exp(-i222σ2),...,inexp(-in22σ2))T,]]>⑥更新参数α，α＝||p1||2/||p||2,⑦更新共轭方向p0，p0＝p1+α*p,重复步骤1～7迭代L次，⑧j＝j+1，若j＜K,重复步骤1～8，否则进入步骤9，⑨返回估计值5)接收端信号x*去掉得到的去除脉冲噪声后的信号x^=x*-i^;]]>6)经过DFT后得到接受端4QAM频域信号比较X与计算出SER。...

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知电力线脉冲噪声抑制的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)发送端产生4QAM频域信号X＝(X0,X1,...,XN-1)T；2)经过IDFT后将频域信号转换成时域信号x＝(x0,x1,...,xN-1)T，其中x＝FHX；其中F表示N阶DFT矩阵；3)时域信号加CP后通过电力线后，信号变成r，其中r＝Hx+w+i，H表示PLC信道脉冲响应矩阵，w代表背景噪声，i表示脉冲噪声；4)利用Null tone信息估计脉冲噪声i的数值，设null tone目录ξ下对应的DFT子矩阵为F1,对应的接受信号为rξ,由其中F1Hxξ＝0，即用SL0算法求解方程得到i的估计值SL0求解步骤：A)初始化阶段，给定初始可行解i＝F1+S,合适的衰减序列(σ1,σ2,...,σK)，步长因子μ＝0.5，迭代次数L＝3，j＝1,初始共轭方向p0,其中F1+为F1的广义逆矩阵，K为信号的稀疏度即null-tone的数目；B)迭代阶段①更新σ，σ＝σj,②更新可行下降方向p，p＝p0,③更新i，i＝i-μp,④i投影到可行集上，i＝i-F1+(F1i-S),⑤更新梯度方向p1, p 1 = ( i 1 exp ( - i 1 2 2 σ 2 ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，叶新泉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61