滕文海

【摘要】??? 噪聲是影響電力線通信質(zhì)量的主要因素，對(duì)于寬帶技術(shù)的信息化發(fā)展具有直觀影響。本文圍繞信號(hào)采集與噪聲特征分析、噪聲信號(hào)的壓縮處理、波形數(shù)據(jù)的重構(gòu)等層面，分析了電力線通信噪聲信號(hào)的壓縮與重構(gòu)方法，并基于評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)結(jié)果闡釋了對(duì)于電力線通信噪聲信號(hào)壓縮與重構(gòu)效果的具體評(píng)價(jià)，以供參考。

【關(guān)鍵詞】??? 電力線通信??? 噪聲信號(hào)??? 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(hào)傳輸?shù)闹匾d體，通過調(diào)制頻率信號(hào)使待傳輸數(shù)據(jù)加載到電力線路中，并將調(diào)制解調(diào)載波芯片配置在傳輸線路上，基于通信編碼、解碼實(shí)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(zhì)量的首要因素，如何排除噪聲干擾成為當(dāng)下亟待探討的問題。

一、電力線通信噪聲信號(hào)的壓縮與重構(gòu)方法分析

1.1信號(hào)采集與噪聲特征分析

采用電力線通信技術(shù)能夠有效規(guī)避通信線路的重復(fù)鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有寬帶技術(shù)的信息化改造，推動(dòng)電力線通信的物聯(lián)化建設(shè)。當(dāng)前主要采用輸入高斯白噪聲的方法進(jìn)行通信芯片噪聲抗干擾測試，可實(shí)現(xiàn)信道、噪聲信息的理想化模擬，然而事實(shí)上噪聲信號(hào)的復(fù)雜度要遠(yuǎn)高于高斯白噪聲，該方法仍無法實(shí)現(xiàn)通信干擾信號(hào)的真實(shí)完整再現(xiàn)[1]。本文選取信號(hào)采集芯片完成信號(hào)采集系統(tǒng)的配置，在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)采集大功率充電噪聲信息，從中截取t0-ti時(shí)段內(nèi)、2MHz-200MHz頻段內(nèi)的噪聲信號(hào)，獲取信號(hào)的單波特征并進(jìn)行分析。基于寬帶電力線通信芯片完成噪聲的采樣處理，同時(shí)在該系統(tǒng)內(nèi)接入電容性負(fù)荷，使其信號(hào)頻率控制在0-1000MHz范圍內(nèi)，將采樣時(shí)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(hào)時(shí)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(hào)的單波圖、頻譜圖進(jìn)行研究，從中可發(fā)現(xiàn)該噪聲的頻率較高，在短時(shí)間內(nèi)可以獲取到較大的數(shù)據(jù)量，但同時(shí)也延緩了信息處理的速度，在多個(gè)波形累加的情況下無法實(shí)現(xiàn)噪聲波形的有效重現(xiàn)，因此還需針對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，方能滿足噪聲信號(hào)波形重現(xiàn)的需求。本文所采集的噪聲信號(hào)的表示結(jié)果為：

1.2噪聲信號(hào)的壓縮與重構(gòu)

通過分析噪聲信號(hào)的頻譜圖可以發(fā)現(xiàn)，在100MHz-900MHz波段范圍內(nèi)，噪聲信號(hào)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(nèi)，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(gè)頻段范圍內(nèi)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(nèi)的信號(hào)幅值較小，但涵蓋較大的數(shù)據(jù)量，因此需選用部分?jǐn)?shù)據(jù)量對(duì)沖擊信號(hào)頻率的數(shù)據(jù)集進(jìn)行補(bǔ)充，其完整數(shù)據(jù)集的表達(dá)形式為：

基于傅里葉反變換原理針對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮、篩選，可以獲取到噪聲數(shù)據(jù)壓縮后的重構(gòu)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(jìn)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(gòu)曲線的主要信息變化趨勢無損失，可保障噪聲信號(hào)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(dòng)，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(jì)。由此得出，在噪聲信號(hào)壓縮后推薦選取平滑波形曲線進(jìn)行重構(gòu)，其數(shù)據(jù)壓縮率為：

二、電力線通信噪聲信號(hào)壓縮與重構(gòu)效果的具體評(píng)價(jià)

1、評(píng)價(jià)方法。通過針對(duì)噪聲信號(hào)壓縮與重構(gòu)效果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，壓縮后噪聲信號(hào)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(biāo)s進(jìn)行區(qū)分，其噪聲信號(hào)重構(gòu)后的評(píng)價(jià)指標(biāo)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(guān)系，將原始噪聲信號(hào)、數(shù)據(jù)壓縮后重構(gòu)曲線、數(shù)據(jù)壓縮平滑曲線等參數(shù)輸入到評(píng)價(jià)指標(biāo)模型中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲信號(hào)壓縮、重構(gòu)效果的有效評(píng)估[2]。

2、評(píng)價(jià)結(jié)果。其一，外部工作環(huán)境、用電設(shè)備等均為影響電力線通信質(zhì)量的干擾因素，通過進(jìn)行噪聲信號(hào)特征分析可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)通信芯片性能的預(yù)測試;其二，應(yīng)針對(duì)高頻噪聲信號(hào)的頻域范圍進(jìn)行適當(dāng)壓縮，可在保持波形特征不變的基礎(chǔ)上，更好地滿足噪聲信號(hào)的存儲(chǔ)、重構(gòu)需求;其三，經(jīng)由噪聲數(shù)據(jù)的壓縮、重構(gòu)后，能夠有效反饋出原有噪聲波形特征，進(jìn)而選取數(shù)據(jù)壓縮率、平滑度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)噪聲信號(hào)壓縮、重構(gòu)效果的如實(shí)反饋，為電力線通信質(zhì)量的提升、寬帶信息化改造提供借鑒依據(jù)。

結(jié)論：本文基于電容性負(fù)荷目標(biāo)，利用信號(hào)采集裝置收集電力線通信過程中產(chǎn)生的噪聲信號(hào)，通過針對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行具體分析，尋求到有效的信號(hào)壓縮與重構(gòu)方法。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，噪聲信號(hào)的壓縮與重構(gòu)可以有效重現(xiàn)系統(tǒng)干擾信號(hào)，在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)舉措實(shí)現(xiàn)信號(hào)恢復(fù)，對(duì)于電力線通信質(zhì)量的提升具有重要參考價(jià)值。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]何業(yè)慎，梁琨.一種壓縮感知電力線信道估計(jì)機(jī)制[J].電信科學(xué)，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(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2016，24，（9）：254-256.