基于压缩感知的电力线通信降噪方法

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电力线通信作为通信方式的一种,因其覆盖面积广、安装成本低、市场前景广阔等诸多优点引起了研究者们的广泛关注。然而电力线作为数据传输的一种媒介,存在信道环境恶劣,噪声干扰大、多径时延效应明显等不利因素,这大大降低了电力线通信系统的通信质量,特别是脉冲噪声的存在严重干扰了数据信号的传输。OFDM多载波调制作为一种频谱利用率高、抗多径效应、抗噪性能好的调制方式,已在电力线通信的研究中广泛应用。压缩感知作为一种新兴的数据压缩理论,它打破传统数据采样定律要求,能从较少的压缩测量数据信号中无失真的重构出原数据信号。本文正是考虑到采用压缩感知理论来进行数据采集可极大节省数据存储资源,且采用OFDM调制方式可提高数据传输速率等优势,着重研究了基于压缩感知的OFDM电力线通信降噪方法。首先,本文提出系统模型,详细阐述OFDM系统模型基本原理及其关键技术中的FFT/IFFT实现、保护间隔及技术的优缺点。随后,介绍了影响通信传输的常见五类噪声,分析了各类噪声的时/频域特性及经典的脉冲噪声模型。其次,介绍了压缩感知算法的理论、测量矩阵的构造方法及非稀疏原信号的稀疏表示,验证了压缩感知常见OMP算法、SP算法、SAMP算法及通过奇异值优化测量系统后的压缩感知算法重构性能。而且充分利用压缩感知算法能高精度重构稀疏信号优点,结合脉冲噪声的稀疏特性提出了基于压缩感知的OFDM电力线脉冲噪声抑制方法,该方法采用空子载波上的传输数据作为压缩感知的测量信号,部分傅里叶算子作为传感矩阵,背景噪声功率作为算法迭代允许误差。此外,为减少SAMP算法的迭代运行时间提出了一种变步长的SAMP算法,通过Matlab实验仿真分析了该算法的重构性能。最后,为兼顾通信系统传输数据的可靠性和有效性,提出了一种预处理的压缩感知算法,将此方法用于通信系统中,可提高大大提高数据传输的误码率,在此基础上提出的优化预处理OPA-SAMP方法作用于脉冲噪声发生概率高、数据子载波个数多的情况中,对脉冲噪声的抑制能力更加明显。
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