電力線通信噪聲信號壓縮與重構方法與效果評價研究

滕文海

【摘要】??? 噪聲是影響電力線通信質量的主要因素，對于寬帶技術的信息化發(fā)展具有直觀影響。本文圍繞信號采集與噪聲特征分析、噪聲信號的壓縮處理、波形數(shù)據(jù)的重構等層面，分析了電力線通信噪聲信號的壓縮與重構方法，并基于評價方法、評價結果闡釋了對于電力線通信噪聲信號壓縮與重構效果的具體評價，以供參考。

【關鍵詞】??? 電力線通信??? 噪聲信號??? 波性特征

引言：電力線通信以電力線作為通信數(shù)據(jù)、媒體信號傳輸?shù)闹匾d體，通過調制頻率信號使待傳輸數(shù)據(jù)加載到電力線路中，并將調制解調載波芯片配置在傳輸線路上，基于通信編碼、解碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。受制于惡劣工作環(huán)境的影響，噪聲問題成為影響通信質量的首要因素，如何排除噪聲干擾成為當下亟待探討的問題。

一、電力線通信噪聲信號的壓縮與重構方法分析

1.1信號采集與噪聲特征分析

采用電力線通信技術能夠有效規(guī)避通信線路的重復鋪設，實現(xiàn)現(xiàn)有寬帶技術的信息化改造，推動電力線通信的物聯(lián)化建設。當前主要采用輸入高斯白噪聲的方法進行通信芯片噪聲抗干擾測試，可實現(xiàn)信道、噪聲信息的理想化模擬，然而事實上噪聲信號的復雜度要遠高于高斯白噪聲，該方法仍無法實現(xiàn)通信干擾信號的真實完整再現(xiàn)[1]。本文選取信號采集芯片完成信號采集系統(tǒng)的配置，在規(guī)定時間段內采集大功率充電噪聲信息，從中截取t0-ti時段內、2MHz-200MHz頻段內的噪聲信號，獲取信號的單波特征并進行分析?；趯拵щ娏€通信芯片完成噪聲的采樣處理，同時在該系統(tǒng)內接入電容性負荷，使其信號頻率控制在0-1000MHz范圍內，將采樣時間段控制在100μs左右，并觀察采樣噪聲數(shù)據(jù)的波形特征。通過觀察信號時域圖可以發(fā)現(xiàn)，其中存在兩類噪聲曲線，一類頻率較高、振幅較大，可將其判定為沖擊噪聲;另一類頻率較低、幅值變化平緩，可將其判定為背景噪聲。選取噪聲信號的單波圖、頻譜圖進行研究，從中可發(fā)現(xiàn)該噪聲的頻率較高，在短時間內可以獲取到較大的數(shù)據(jù)量，但同時也延緩了信息處理的速度，在多個波形累加的情況下無法實現(xiàn)噪聲波形的有效重現(xiàn)，因此還需針對噪聲信號進行壓縮處理，方能滿足噪聲信號波形重現(xiàn)的需求。本文所采集的噪聲信號的表示結果為：

1.2噪聲信號的壓縮與重構

通過分析噪聲信號的頻譜圖可以發(fā)現(xiàn)，在100MHz-900MHz波段范圍內，噪聲信號的變化幅度較小，沖擊噪聲與背景噪聲的振幅近似相等，由此可以判斷在100MHz-900MHz波段主要為背景噪聲;在0-100MHz與900MHz-1000MHz波段內，波形變化幅度呈現(xiàn)出明顯的增大，由此可以判斷出在這兩個頻段范圍內主要為沖擊性噪聲，其噪聲頻率主數(shù)據(jù)為：

由于在100MHz-900MHz波段內的信號幅值較小，但涵蓋較大的數(shù)據(jù)量，因此需選用部分數(shù)據(jù)量對沖擊信號頻率的數(shù)據(jù)集進行補充，其完整數(shù)據(jù)集的表達形式為：

基于傅里葉反變換原理針對噪聲數(shù)據(jù)進行壓縮、篩選，可以獲取到噪聲數(shù)據(jù)壓縮后的重構圖像與數(shù)據(jù)壓縮平滑圖像，并選取原始波形圖與二者進行比較，從中可以觀察到，三條頻域數(shù)據(jù)波形整體趨于一致，數(shù)據(jù)壓縮后重構曲線的主要信息變化趨勢無損失，可保障噪聲信號的再現(xiàn)，但在數(shù)據(jù)壓縮的過程中波形出現(xiàn)了一定的浮動，產(chǎn)生新的背景噪聲;數(shù)據(jù)壓縮平滑曲線在峰值等區(qū)域存在一定的波形偏差，但其電壓值較小，造成的影響可以基本忽略不計。由此得出，在噪聲信號壓縮后推薦選取平滑波形曲線進行重構，其數(shù)據(jù)壓縮率為：

二、電力線通信噪聲信號壓縮與重構效果的具體評價

1、評價方法。通過針對噪聲信號壓縮與重構效果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，壓縮后噪聲信號的壓縮率為30%左右，其數(shù)據(jù)量約為原始數(shù)據(jù)的1/3，基于平滑度指標s進行區(qū)分，其噪聲信號重構后的評價指標模型為：M=f{p，s}其中數(shù)據(jù)壓縮率p與平滑度s間存在函數(shù)關系，將原始噪聲信號、數(shù)據(jù)壓縮后重構曲線、數(shù)據(jù)壓縮平滑曲線等參數(shù)輸入到評價指標模型中，即可實現(xiàn)對噪聲信號壓縮、重構效果的有效評估[2]。

2、評價結果。其一，外部工作環(huán)境、用電設備等均為影響電力線通信質量的干擾因素，通過進行噪聲信號特征分析可以有效實現(xiàn)對通信芯片性能的預測試;其二，應針對高頻噪聲信號的頻域范圍進行適當壓縮，可在保持波形特征不變的基礎上，更好地滿足噪聲信號的存儲、重構需求;其三，經(jīng)由噪聲數(shù)據(jù)的壓縮、重構后，能夠有效反饋出原有噪聲波形特征，進而選取數(shù)據(jù)壓縮率、平滑度作為評價指標，可實現(xiàn)噪聲信號壓縮、重構效果的如實反饋，為電力線通信質量的提升、寬帶信息化改造提供借鑒依據(jù)。

結論：本文基于電容性負荷目標，利用信號采集裝置收集電力線通信過程中產(chǎn)生的噪聲信號，通過針對信號特征進行具體分析，尋求到有效的信號壓縮與重構方法。評價結果表明，噪聲信號的壓縮與重構可以有效重現(xiàn)系統(tǒng)干擾信號，在此基礎上采取相應舉措實現(xiàn)信號恢復，對于電力線通信質量的提升具有重要參考價值。

參? 考? 文? 獻

[1]何業(yè)慎，梁琨.一種壓縮感知電力線信道估計機制[J].電信科學，2016，（11）：83-87.

[2]齊萌，趙利國.基于壓縮感知的低壓電力線載波通信信道估計[J].計算機測量與控制，2016，24，（9）：254-256.