CN104253779A - 一种抗干扰能力强的宽带电力线载波通信方法 - Google Patents

Abstract

一种抗干扰能力强的宽带电力线载波通信方法，所述方法包括以下步骤：a.发送端发送导频序列，估计出多条信道的状态信息，并组成信道矩阵；b.根据信道矩阵计算预编码矩阵T和均衡矩阵R；c.将预编码矩阵发送到信道中去，并通过信令信道将均衡矩阵R传输给接收端；d.接收端利用预编码矩阵和均衡矩阵对接收到的信号进行均衡处理，得到最终的信号。本发明在对接收的信号进行均衡处理的过程中采用了预编码矩阵，不仅消除了多输入多输出系统存在的共信道干扰，提高了系统的稳定性和有效性，而且对接收端的处理能力要求不高，从而降低了系统的通信成本。

Description

一种抗干扰能力强的宽带电力线载波通信方法

技术领域

本发明涉及一种利用高压电力线、中压电力线或低压配电线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的通信方法，属于通信技术领域。

背景技术

电力线载波通信（PLC）是利用现有的电力电缆传递信息的通信方式，其最大的优点是不需要重新布线就可以进行通信。PLC开始应用在低速率的通信场景，经过数十年的发展，PLC已进入宽带电力线载波通信时代。室内电力线包括三个传输线，分别是本相线（phase）、中性线（neutral）和保护接地（protective earth）线。传统的电力线载波通信系统一般为单输入单输出（SISO）系统，实践证明，采用多输入多输出（MIMO）技术可以提高PLC系统的容量和稳定性，但多输入多输出系统存在共信道干扰（Co-Channel Interference，CCI）问题，不但影响了系统的容量，而且降低了接收端的信噪比（SNR），进而导致误比特率（BER）上升，影响PLC的通信质量。

抑制共信道干扰的传统方法是在接收端采用最大比合并、等比例合并等均衡方法对接收的信号进行处理，这些方法虽然能够消除CCI，但对接收端的处理能力要求较高，而且会增加发送端的发射功率，这样就提高了通信成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种抗干扰能力强的宽带电力线载波通信方法，在提高系统稳定性和有效性的同时，降低系统的通信成本。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种抗干扰能力强的宽带电力线载波通信方法，所述方法包括以下步骤：

a.   发送端发送导频序列，所述导频序列为加载到一定时间-频率资源块上的数学序列，采用golden序列或m序列均可，是发送端和接收端事先约定好的序列，其作用是用于估计信道信息；发送端发送的用于估计信道的序列，对导频序列的参数，发送端和接收端均先行约定，采用信道估计方法中的最小均方误差方法估计出多条信道的状态信息，并组成信道矩阵                                                ：

，

b.   根据信道矩阵计算预编码矩阵T和均衡矩阵R，具体步骤如下：

①利用式计算的右零空间，其中，，，是进行SVD分解后左奇异向量，是非零奇异值所对应的右奇异向量，是奇异值所组成的对角矩阵；

②计算SVD分解：

；

③在总功率P受限的条件下，用功率注水算法计算最优的矩阵；

其中为注水平面，为信道的奇异值。

④设置预编码矩阵；

⑤设置均衡矩阵=；

c.   将预编码矩阵发送到信道中去，并通过信令信道将均衡矩阵R传输给接收端；

d.   接收端利用预编码矩阵和均衡矩阵对接收到的信号进行均衡处理，得到最终的信号：

其中，N为噪声组成的向量。

上述抗干扰能力强的宽带电力线载波通信方法，发送端在将预编码矩阵发送到信道中去之前，首先对其进行如下处理：

（是接收端接收到的信号）。

本发明在对接收的信号进行均衡处理的过程中采用了预编码矩阵，不仅消除了多输入多输出系统存在的共信道干扰，提高了系统的稳定性和有效性，而且对接收端的处理能力要求不高，从而降低了系统的通信成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是本发明技术方案流程图；

图2是四种方案的BER对比（QPSK）；

图3是四种方案的误码率对比（16-QAM）。

文中所用符号：为信道矩阵，T为预编码矩阵，R为均衡矩阵，为的右零空间，为是进行SVD分解后左奇异向量，为是非零奇异值所对应的右奇异向量，为是奇异值所组成的对角矩阵，为最优的矩阵，N为接收端噪声组成的向量，为接收端所接收到的信号，为接收端接收到的信号。

具体实施方式

本发明对现有宽带电力线载波通信方法进行了改进，其在发送端充分考虑了共信道的特征，采用预先消除干扰的信号处理方法，有效去除了各个电力线之间的共信道干扰，从而提高系统的稳定性和有效性。

参看图1，本发明包括以下步骤：

1.   发送端发送导频序列，估计出多条信道的状态信息，并组成信道矩阵：

2.   根据信道矩阵计算出预编码矩阵T和均衡矩阵R；

3.   对第2步获得预编码矩阵T，采用信号处理方式处理后发送到信道中去，并且通过信令信道传输均衡矩阵R 给接收端；

4.   接收端接收到均衡矩阵R后，对接收到的信号进行均衡处理，得到最终的信号。

第1步是预编码前的准备步骤，也是所有的宽带PLC系统必不可少的步骤，并不是本发明的特色。

第2、3、4步均属于通信的步骤。

第2步主要是计算预编码矩阵T和均衡矩阵R，具体实施方法如下： 

a）For

利用计算的右零空间，其中。

计算SVD分解

b）在总功率P受限的条件下，用功率注水算法计算最优的矩阵。

c) 设置预编码

d) =

第3步采用信号处理方式对接收到的信号进行处理后发送到信道中去，具体实施方法如下： 

同时将设计的均衡矩阵R通过信令信道发送给接收端。

第4步接收端接收到均衡矩阵R后，对接收到的信号进行均衡处理，得到最终的接收信息，具体方法如下：

。

图2和图3是将本发明所提方案和其它三种方案进行对比的结果。图中的“未消除脉冲噪声”指的是不采用信号处理方式消除脉冲干扰的方法；“传统非线性方法” 指的是用传统的非线性处理手段，利用迭代的方法消除脉冲噪声干扰的方法；“传统线性方法” 指的是用传统的线性处理方法，即在接收端采用均衡模式的方法。

在仿真中，仿真了三种已有方案与本方法的误比特性能的曲线，其中调制方式采用QPSK，快速傅里叶变换采用128位，信道编码采用码率为的卷积码，数据位为72位，非数据位为56位，由图2可以看出，随着发送功率的增加，其BER随之下降，误比特性能为的情况下，本文所提方案相对于传统非线性方案提高2dB。

图3为调制方式采用16-QAM的条件下，快速傅里叶变换采用128位，信道编码采用码率为的卷积码，数据位为72位，非数据位为56位，随着发送功率的增加，误比特性能的变化曲线图。从图3中可以看出，随着平均SNR的增加，其他三种方案均处于下降趋势，而在误比特性能为的情况下，本文所提方案相对于传统非线性方案有12dB的增益。通过图2和图3的对比，可以看出，本方案在调制阶数较小的情况下，带来的增益较大。

Claims (2)

1.一种抗干扰能力强的宽带电力线载波通信方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

a.  发送端发送导频序列，所述导频序列为加载到一定时间-频率资源块上的数学序列，采用golden序列或m序列均可，是发送端和接收端事先约定好的序列，其作用是用于估计信道信息；发送端发送的用于估计信道的序列，对导频序列的参数，发送端和接收端均先行约定，采用信道估计方法中的最小均方误差方法估计出多条信道的状态信息，并组成信道矩阵                                                ：

，

b.  根据信道矩阵计算预编码矩阵T和均衡矩阵R，具体步骤如下：

①利用式计算的右零空间，其中，，，是进行SVD分解后左奇异向量，是非零奇异值所对应的右奇异向量，是奇异值所组成的对角矩阵；

②计算SVD分解：

；

③在总功率P受限的条件下，用功率注水算法计算最优的矩阵；

其中为注水平面，为信道的奇异值；

④设置预编码矩阵；

⑤设置均衡矩阵=；

c.  将预编码矩阵发送到信道中去，并通过信令信道将均衡矩阵R传输给接收端；

d.  接收端利用预编码矩阵和均衡矩阵对接收到的信号进行均衡处理，得到最终的信号：

其中，N为噪声组成的向量。

2.根据权利要求1所述的抗干扰能力强的宽带电力线载波通信方法，其特征是，发送端在将预编码矩阵发送到信道中去之前，首先对其进行如下处理：

（是接收端接收到的信号）。