[发明专利]一种利用神经网络进行电力线系信道估计的方法

说明书

本发明涉及一种利用神经网络进行电力线系信道估计的方法，属于通信技术领域。该方法首先利用前导正交频分复用符号OFDM数据在神经网络DnLSTM中进行信道估计；然后采用神经网络DnLSTM生成帧控制和帧载荷中每个符号的信道特征矩阵，使用该信道特征矩阵进行信道均衡；对信道均衡之后的帧控制和帧载荷符号进行信号解调，得到每个OFDM符号承载数据的对数似然估计值LLR。本发明提供了一种采用深度神经网络进行通信信号解调的方法，该方法具有很好的鲁棒性，不需要对电力线上特定噪声进行特定算法处理，而是通过大量的训练自适应不同的电力线噪声环境。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种利用神经网络进行电力线系信道估计的方法。

背景技术

低压电力线宽带载波载波通信，简称HPLC，是一种电力线载波通信技术，多用于低压台区用电信息采集系统本地通信中(如抄表)。通信方式采用OFDM技术，通过不同子载波屏蔽方案，可以配置不同的通信频段，典型的通信频段有2-12MHz、2.4-5.6MHz、1.7-3MHz、0.7-3MHz等，其中FFT的点数为1024点，采样率为25MHz，子载波间隔为24.414KHz，编码算法为Turbo双二元编码，物理块的大小包括PB16、PB72、PB136、PB264、PB520等5种类型，码率包括1/2和16/18两种形式，调制方式有BPSK、QPSK、16QAM等3种方式，采用不同的分集拷贝模式，在不同的噪声及信道条件下，可以达到从100Kbps至1Mbps的通信速率。

根据低压电力线宽带载波载波通信标准提供的物理层链路，如图1所示。

在发射机和接收机之间采用帧突发方式进行数据收发，帧突发结构如图2所示。

物理层发送的PPDU信号帧结构如图2所示。PPDU由前导、帧控制和载荷数据组成。其中，前导为一个周期性序列，每个符号的帧控制和载荷数据的载波个数为512个。其中，符号的保护间隔的类型包括帧控制的保护间隔、载荷数据第1个和第2个符号的保护间隔，载荷数据第3个符号及以后的保护间隔。

在发射端，物理层接收来自数据链路层的输入，采用两个分开的链路分别处理帧控制数据和载荷数据。帧控制数据通过Turbo编码后，进行信道交织和帧控制分集拷贝；载荷数据经过加扰、Turbo编码以及信道交织和载荷分集拷贝后，和帧控制数据一起进行星座点映射，映射后的数据经过IFFT处理后添加循环前缀形成OFDM符号，加入前导符号进行加窗处理后，形成PPDU信号送入模拟前端最终发送到电力线信道中。

在接收端，从模拟前端接收到数据协同采用AGC和时间同步分别对帧控制和载荷数据进行调整，并对帧控制和载荷数据进行FFT变换后后，进入解调、译码模块，最终恢复出帧控制信息的原始数据与载荷的原始数据。

图1中，低压电力线宽带载波通信系统采用现有的电力线作为传输媒介，虽然可以做通信线路实现，但是在实际工程使用中存在多方挑战。

第一：电力线建设主要是用于电力传输，在电力建设过程中，未充分考虑通信需求，导致采用电力线进行传输带来不变，例如电力线上由于用电设备变化，导致了电力线上电容和电阻以及电力支路也实时变化，导致通信模块发送的信号耦合到电力线信号存在不可预见，无法采用精确的信号处理算法进行描述。

第二：电力线上很多电器设备，例如开关电源，电机设备，在启动和使用过程中，在电力线将产生强脉冲干扰，这些脉冲将将会落入到通信频带内，影响通信性能。

第三：电力线通信采用2-12MHz的频段，这个频段和调幅和调频广播相同，并且由于电力线具有天线效应，在使用过程中，空中无线2-12MHz的信号也会落入到带电力线通信频段内。

在目前电力线通信产品开发中，首先将对电力线上给中干扰进行研究，分析干扰特点，并且针对这些干扰特点确定具体的算法，但是这种处理方式，其鲁棒性比较差。在使用过程中，如果增加了新类型的电器设备，并且应用场景的千差万别，导致产品的性能表现很大差异。