自動抄表系統ofdm載波通信模塊符號分組檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種正交頻分復用（OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)載波通信模塊符號分組檢測方法，特別涉及一種用于自動抄表系統的OFDM 電力載波通信模塊及其符號分組檢測方法。
【背景技術】
[0002] 應用于自動抄表系統的載波通信模塊，用于實現在電力線上傳輸數據，由于電力 線最初設計是用來在50-60HZ頻率范圍傳輸電能，一方面作為信息傳輸媒介進行數據或語 音傳輸的通信通路，電力線具有負荷情況復雜、信號衰減大，信道容量小，并存在背景噪聲、 隨機脈沖噪聲等；另一方面0FDM技術提供高的通信速率，和復雜的糾檢錯算法，要求大數據 量傳輸。因此對于適用于S-FSK(擴頻-頻率健控)技術的工頻過零點同步方式，并不適用于 0FDM技術。現有自動抄表系統0FDM載波通信模塊，實現標準有G3標準0FDM電力線載波通信 技術和PR頂E標準0FDM電力線載波通信技術等，PR頂E標準與G3標準類似，均工作于CENELEC A頻段(9-95KHZ)，其符號檢測都是利用周期性前導符號的相關算法實現的，并假定噪聲為 不相關的高斯白噪聲。相關算法一方面需要在數據幀前插入前導序列，增加了冗余，另一方 面在非高斯的電力噪聲干擾下，相關算法的判決變量由于受到信道中較大隨機噪聲的影響 而超過預先設定的門限值，從而錯誤的判斷有分組到來。本申請人致力于發明一種適用于 自動抄表系統0FDM載波通信模塊的符號分組檢測方法，在電力線信道環境，具有高的抗干 擾性和檢測準確性，并且不需要增加數據幀冗余。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對電力噪聲和0FDM信號的特點，為自動抄表系統0FDM載波通信 模塊提供一種不需要增加數據幀冗余，并具有高的檢測準確性的符號分組檢測方法。
[0004] 本發明提供的這種自動抄表系統0FDM載波通信模塊符號分組檢測方法，該方法通 過遞歸最小二乘算法(Recursive Least Square，RLS)順序估計0FDM載波通信模塊接收機 接收信號的主特征能量和主特征向量，并利用有無0FDM信號時主特征能量的不同檢測符號 分組，所述方法包括：
[0005] S1.初始化主特征向量第一個元素 u(0) = l，主特征能量第一個元素 d(0)=0,符號 判決每次截取的0FDM載波通信模塊接收信號Y(n)的長度為N個采樣點，n = 1，2，…，N;
[0006] S2.順序估計符號分組判決所截取的N個接收信號采樣點的主特征能量和主特征 向量，具體計算過程如下：
[0007] S21.當n = l，2,…，N時，計算循環：
[0008] A.沿著主特征向量u(n-l)方向投影信號Y(n)
[0009 ] Β.根據Υ (η)在主特征向量投影能量，遞歸計算主特征能量d (η)
[0010] C.遞歸計算主特征向量u(n)
[0011] S22.循環結束，得到主特征能量和主特征向量D(n)和U(n)，
[0012] S3.利用濾波器跟蹤記錄主特征能量的最大值和最小值，根據最大值和最小值的 變化自動更新檢測門限，并判決0FDM符號分組是否到來，具體過程如下：
[0013] S31.濾波器系數γ =0.9995, γ可調整，調整范圍0〈γ〈1，主特征能量的最大值Μ (η)和最小值m(n)跟蹤方法：
[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.檢測準則：
[0017]
[0018] S4.為防止突發脈沖干擾造成檢測錯誤，當檢測結果T(n)中的元素連續L個為1時， 則判定符號分組到來。
[0019] 本發明的有益效果是:本發明針對電力線信道噪聲和干擾的特性，以及0FDM電力 載波通信模塊信號的特點，采用遞歸最小二乘算法順序估計0FDM載波通信模塊接收機接收 信號的主特征能量和主特征向量，并利用有無0FDM信號時主特征能量的不同檢測符號分 組，，在不需要增加0FDM信號幀冗余的前提下，提高了符號檢測的準確性，并降低了運算的 復雜性易于實現和應用。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明自動抄表系統0FDM載波通信模塊的系統結構圖。
[0021]圖2是電力線信道噪聲頻譜圖。
[0022]圖3是電力線信道噪聲時域波形。
[0023]圖4是0FDM信號時域波形和頻譜圖。
[0024] 圖5是本發明符號分組檢測方法實現框圖。
[0025] 圖6是本發明符號分組檢測方法與傳統前導相關算法性能比較。
【具體實施方式】
[0026]自動抄表系統電力載波模塊是直接面向實際承擔數據傳輸的物理媒體電力線，是 在電力線之上為上層應用數據提供一個傳輸原始比特流的物理連接，所以電力載波模塊直 接面對電力線的各種干擾和衰減。
[0027]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0028]如圖1所示，自動抄表系統0FDM載波通信模塊發送端包括前向錯誤控制編碼器以 及0FDM調制模塊。待傳輸數據先進行串擾，RS編碼，卷積編碼，交織處理，再進行自適應調制 并送去做IFFT變換，最后經模擬前端(Analog Front End，AFE)處理，數模轉換后耦合至電 力線上傳輸。相應的接收端的結構與發送端正好相反，接收到的數據先進行AFE處理，模數 轉換后進行脈沖噪聲抑制，然后再進行符號分組檢測，找到符號分組的起點后進行背景噪 聲抑制和FFT變換，同時對信道進行估計。FFT變換后的數據進行解調，將多進制數據位變成 2進制數據碼流，之后進行解交織，Viterbi解碼，解串擾處理，最后得到發送端數據。
[0029]低壓電力線信道中的噪聲干擾通常是由連接至網絡的電設備和附近的電設施引 起的。正常操作一些電機和設備時會產生干擾，而當開關電氣設施時導致的脈沖電流和峰 值電壓，也會沿電力線傳播，造成干擾。與其它大部分的通信信道不同，電力信道中的噪聲 不能用經典加性高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise，AWGN)描述。通常電力噪聲 分成三類:彩色背景噪聲，窄帶干擾和脈沖噪聲。
[0030] 如圖2所示，為用泰克RSA5103A頻譜分析儀采集到的電力線信道噪聲頻譜(30dB衰 減）。從右圖可以看出在10_200kHz的頻率范圍，背景噪聲隨頻率的增加而減小，在10kHz附 近噪聲幅度達到-l〇dB，在100kHz左右噪聲功率仍然有-60dB。左圖DXP分析以不同亮度區分 不同頻率點和不同功率噪聲出現的密度。顏色越深，出現的密度越大，則越平穩。顯然，圖中 亮白色的位置，密度比較高，分布于整個頻帶，并且平滑，近似為彩色背景噪聲。在DXP譜的 包絡，捕獲到一些小的尖峰，出現的密度較低，具有突發性，所以識別為隨機脈沖噪聲。
[0031] 如圖3所示，為用安捷龍DS07014B示波器，設置采樣率為40US時得到的一段25ms的 電力線噪聲時域波形。由圖可見，電力噪聲中背景噪聲幅度較低，一般在±〇.5V之間，且在 零點附近無規律波動;脈沖噪聲幅值較高，甚至可以達到±4V，但脈沖的持續時間很短。脈 沖噪聲的波形具有正弦指數衰減特性，脈沖具有一定的持續時間，兩個脈沖之間有短的時 間間隔，每個脈沖到達的時間隨機。
[0032]如圖4所示，為用G3標準0FDM物理層，產生的0FDM信號的時域波形和頻譜圖，具有 代表性。由頻譜圖可見，0FDM-個符號的N個子載波由K個數據子載波和N-K個空子載波組 成，數據子載波共有36個，分布于35.9-90.6kHz的頻率范圍。其中，經過基帶映射前的符號 均為實數。經過基帶映射后的符號有同相分量和正交分量，令X m(k)表示頻域第m個符號的 第k個子載波，其映射公式如下：
[0033] Xm(k) = cos9m(k)+j X sin9m(k) (1)
[0034] Θ根據