上海电力大学 吴铭,沈瑞强,袁三男:基于变步长匹配追踪的G3-PLC系统信道估计算法

学术   科技   2024-10-31 17:16   北京  

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引文信息


吴铭,沈瑞强,袁三男.基于变步长匹配追踪的G3-PLC系统信道估计算法[J].电力信息与通信技术,202422(7)82-87

WU Ming,SHEN Ruiqiang,YUAN Sannan.Channel estimation algorithm for G3-PLC systems based on variable step size matching pursuit[J].Electric Power Information and Communication Technology,2024,22(7):82-87(in Chinese)



01

研究背景


电力线载波通信(power line communications,PLC)系统以电力线作为信息传输媒介,在不增加额外线路的前提下,可以实现远程设备间的通信。因此PLC系统被广泛应用于远程抄表、智能家居等领域G3-PLC标准是一种基于OFDM技术的窄带电力线载波通信协议,具有较强的鲁棒性。但是由于电力线信道的复杂性,信号受多径效应干扰的影响较为严重,传统的信道估计方式如最小二乘(least square,LS)、最小均方误差(minimum mean square error,MMSE)信道估计方式的估计性能不甚理想,所以提升电力线通信系统的信道估计性能成为当前的研究重点。


02

主要创新点


1)为合理利用电力线信道的稀疏特性,提高G3-PLC系统通信的可靠性,基于压缩感知(compressed sensing,CS)理论,提出一种稀疏度自适应的变步长前向后向匹配追踪(sparsity adaptive variable step size forward-backward pursuit,SA-VSSFBP)算法。该算法在前向后向匹配追踪算法(forward-backward pursuit,FBP)的基础上引入变步长自适应的思想,于迭代初期选择大步长以减小迭代次数,迭代后期使用小步长获得精确估计。同时利用原子匹配度测试进行稀疏度预估计,确保逼近真实稀疏度的前提下,加快迭代速度,减少算法运行的时间。G3-PLC系统物理层结构如图1所示。
图1  G3-PLC系统物理层结构
2)仿真实验结果表明,对比传统的信道估计方式,压缩感知信道估计方式具有更优越的性能,且相较于正交匹配追踪算法(orthogonal matching pursuit,OMP)与FBP的压缩感知信道估计算法,本文提出的算法能够在保证精度与步长为1的FBP相当的情况下算法效率分别能够提升24.14%和47.2%,如表1所示。
表1  算法运行时间


03
解决的问题和意义

本文研究G3-PLC系统中信道估计的问题,提出一种基于稀疏度自适应的变步长前向后向匹配追踪算法。该算法利用RIP准则对稀疏度进行初步估计,使用变步长的思想解决FBP算法步长固定带来的算法效率低的问题。在基本不损失算法重构精度的前提下,大大提高算法的重建速度。仿真实验结果表明,SA-VSSFBP算法相较于传统的LS算法具有更好的估计性能,与FBP算法相比具有更快的重建速度。




作者介绍

吴铭

吴铭(1997),男,硕士研究生,研究方向为电力线载波通信。

沈瑞强(1978),男,高级工程师,研究方向为物联网,智慧能源等。

袁三男(1967),男,博士,副教授,通信作者,研究方向为视音频处理、物联网、数控系统、嵌入式系统,samuel.yuan@shiep.edu.cn。


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