[发明专利]一种电动汽车与充电桩的电力线载波通信脉冲噪声抑制方法

权利要求书

1.一种电动汽车与充电桩的电力线载波通信脉冲噪声抑制方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)建立电动汽车与充电桩间的OFDM系统模型

在时域中，第i个OFDM符号x_i＝[x_i,1,x_i,2,...,x_i,N]^T的长度为N，其中x_i,k是由第i个OFDM符号中调制到第k(k＝1,2...,N)个子载波上的频域数据经过IDFT变换得到的；x_i的信道的冲激响应为h_i＝[h_i,1,h_i,2,...h_i,N]，当x_i通过信道时，会在接收端得到y_i，y_i＝[y_i,1,y_i,2,...,y_i,N]＝h_i*x_i+u_i+w_i，*代表循环卷积操作；频域信号Y_i能够由接收到的信号y_i经过DFT变换得到，见公式(1)；

Y_i＝F_Ny_i＝diag{F_Nh_i}X_i+F_Nu_i+F_Nw_i (1)

式中：F_N—N点离散傅里叶变换矩阵；x_i，k—由第i个OFDM符号中调制到第k(k＝1,2...,N)个子载波上的频域数据经过IDFT变换得到的；yi—x_i经过信道后在接收端接收到的第i个OFDM符号；u_i—第i个OFDM符号上的脉冲噪声；w_i—第i个OFDM符号上的背景噪声；

假设R为用于构建脉冲噪声的空子载波集；S_R用来获取测量向量p_i，p_i能够从空子载波集上获取，见公式(2)；

p_i＝S_RY_i＝0+F_Ru_i+F_Rw_i (2)

F_R由exp(-j2πmk/N)组成，(k∈R,m＝0,…,N-1)；p_i用于脉冲噪声的重建；压缩感知能够用于脉冲噪声的重建，由公式(3)得，稀疏的脉冲噪声u_i能够通过测量向量p_i重建；对稀疏度未知的脉冲噪声的重建等效为求解公式(3)的凸优化问题；

Min‖u_i‖₁ s.t.‖p_i-F_Ru_i‖₂≤δ (3)

式中：δ为背景噪声的2-范数，u_i能够由传统的压缩感知算法求得；

2)建立改进的脉冲噪声支撑集的稀疏度自适应算法

虽然u_i能够由传统的压缩感知算法求得，但是电力线载波通信信道中的稀疏度往往无法直接获取；因此建立改进脉冲噪声支撑集的稀疏度自适应算法如下：

⑴获取脉冲噪声的发生概率p

虽然在实际应用过程中，脉冲噪声发生的概率无法直接得到，但是在时域中，由于IN的功率强度明显高于信号功率和背景噪声的功率，因此能够根据此特点粗略的估计脉冲噪声的发生概率；接收到的第i个OFDM符号y_i的脉冲噪声支持矩阵为见公式(4)；

其中Γ_t为第i个OFDM符号y_i的筛选阈值，见公式(5)；

为了保证的准确性，将y_i的功率扩大了λ倍，由此得到脉冲噪声的发生概率p，见公式(6)；

接收到的第i个OFDM符号y_i在经过车桩间的电力线载波通信信道时，会受到信道衰减的影响；为了保证重构的脉冲噪声的精确度，y_i经过DFT变换和信道均衡后，能够减少信道衰减带来的影响；然后，经过IDFT变换后，信号变为y′_i；信号y′_i的功率能够求出，x_i的信号功率是已知的，因此能够求出背景噪声与脉冲噪声的功率和P_u+w，设α为信道的衰减常数，得到公式(7)；

⑵根据噪声发生概率p和信号功率和来优化阈值；

由于车桩之间信道中的噪声环境恶劣，而且脉冲噪声的功率强度显著高于背景噪声，忽略信道衰减的影响，之间的电动汽车和充电桩相对严重,而在强度高于背景噪音，忽略了信道衰减、δ_t是由β和δ₀的乘积得来的用于筛选脉冲噪声支撑集的优化阈值，为保证筛选的精确度，将δ₀扩大β倍；公式(8)中是信号x_i的功率

式中，δ₀—优化阈值的基准值；

⑶得到改进的脉冲噪声的支持矩阵

通过公式(9)获取改进的脉冲噪声支撑集

3)重建车桩间电力线载波通信脉冲噪声

对车桩间电力线载波通信的脉冲噪声重建如下：

第一步：输入步骤2)建立的改进脉冲噪声支撑集稀疏度测量向量p_i，观测矩阵Φ＝F_R，仿真步长Δs；以重建车桩间电力线载波通信的脉冲噪声；

第二步：将脉冲噪声稀疏度初始化为将脉冲噪声恢复向量初始为将残差r⁽⁰⁾初始为将测试所需的稀疏度初始化为T为

第三步：开始循环，其中k为循环的次数；

①从向量Φ^H·r^(k-1)中选择个最大的模值，并将Φ^H·r^(k-1)中对应的个列序号集合作为运算结果S_k；

②将S_k和改进脉冲噪声支撑集取并集，其运算结果为C_k；

③从向量中选择T个最大的模值，并将中对应的T个列序号集合作为运算结果П_t；

④将中П_t所对应的列赋值为将的П_t所对应的列的补集赋值为0，并计算残差r；

⑤如果本次循环计算所得的残差r的2范数大于上一次循环计算所得的残差r的2范数，在下次迭代时的稀疏度加Δs，反之，将下次迭代的脉冲噪声支撑集更新为П_t；

⑥将残差r^(k)更新为本次循环所计算的残差r；

⑦当满足退出循环的条件，残差r的2范数小于δ时，退出循环，反之循环次数k加1，进行下一次循环；

第四步：当满足输出循环退出的条件时，输出脉冲噪声的支撑集和恢复脉冲噪声向量

第五步：在接收端对恢复的脉冲噪声向量进行抑制，经过OFDM解调后得到接收到的数据，将原始数据与接收到的数据进行比较，得到车桩间信息交互系统的误码率；

上文中：表示伪逆矩阵，(·)^H表示复数的共轭转置，║·║₂表示2-范数，║Ω║₀表示求Ω的非零数量；Ψ_A(A表示列序号的集合)表示从矩阵Ψ中选出对应集合A中列组成的子矩阵，表示矩阵Ω_A对于Ω的补集，max(v,T)表示从向量v中选择T个最大的模值，并将v中对应的T个序号集合作为运算结果。