基于硬阈值迭代的电力线载波通信脉冲噪声抑制方法

摘要

PLC(power line communication,电力线载波通信)是一种利用电力线介质进行数据传输的通信方式.电力线作为已经完善搭建的基础设施,使用其进行数据传输可以大大降低通信成本.但是,由于电力线设计之初是用来传输电能的,在线路上电压高、噪声大、负载种类复杂,因此新业务对设备的抗干扰性和稳定性提出了更高的要求.在PLC系统的众多干扰中,噪声的影响最为明显.普遍认为PLC系统中的噪声可分为5类,分别是有色背景噪声、窄带噪声、与主频同步的周期脉冲噪声、与主频异步的周期脉冲噪声以及非周期的异步脉冲噪声.而脉冲噪声的功率谱密度要比背景噪声功率谱密度高出10～15 dB,有时甚至可以达到50 dB,因而脉冲噪声是影响电力线通信系统性能的主要因素,必须采取相应的技术抑制脉冲噪声.rn 针对上述脉冲噪声的特性，本文提出使用硬阈值迭代的方法对脉冲噪声进行估计。首先，在发送端发出的初始二进制序列通过QPSK（正交相移键控）映射为一个OFDM（正交频分复用）符号，其包括数据子载波和空子载波两部分。该符号依次经过发送端和信道后，在接收端得到叠加上背景噪声和脉冲噪声的接收信号。然后利用OFDM系统中空子载波的正交性，在接收信号两端同时乘以预先构造的空子载波矩阵，以此建立估计PLC系统中脉冲噪声的L0范数最小化问题。为了克服L0范数最小化问题求解面临NP难题，通过引入正则化参数将原问题转化成正则化问题，在此基础上通过硬阈值迭代算法对该问题进行求解。在求解过程中，首先利用MM(最小化优化)函数迭代算法构造含两步迭代结果的原问题的等价优化问题。通过求解该优化问题，得到脉冲噪声的迭代表达式。考虑到实际情况中脉冲噪声具有较高的幅度值，因此可以利用阈值函数对每次迭代结果进行判决，得到最终的脉冲噪声求解表达式。在每次迭代后，对脉冲噪声估计值残差进行判决，当残差小于设定的判决阈值时，输出此时的脉冲噪声估计值，从而估计出脉冲噪声。