压缩感知信道估计与小波信号检测方法的研究

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随着我国电网智能化程度越来越高,越来越多的具有通信功能的用电信息采集终端在电网中使用,对低压电力线载波通信的要求越来越高;同时用电负荷终端产生大量谐波,使得电参量的检测越来越困难。对于用电信息采集终端通信的要求,随着OFDM技术应用到ILV-PLC, LV-PLC传输速率得到了大幅度提高,因此,研究OFDM信道估计问题成为智能电网发展过程中所面临的一项新的挑战。对于电参量的检测,目前有人提出了一些小波信号检测方法,但是还存在一定的问题,需要进一步解决。本文首先介绍了压缩感知与小波变换理论的产生、研究现状、基本原理以及算法实现,讨论了OFDM信道估计与电参量检测的国内外研究现状与发展趋势。其次,深入研究了OFDM基本原理,给出了OFDM系统框图,建立了OFDM基带传输系统,推导得到了基于该系统的OFDM导频信号传输数学模型。该数学模型给出了发送端导频信号与接收端导频信号之间的关系,为压缩感知理论应用到OFDM低压电力线载波通信多径信道估计提供了前提条件。再次,针对LV-PLC信道,分析讨论了载波信号在信道中的传输情况,建立了低压电力线载波通信多径信道传输特性模型。基于该传输特性模型与模型参数,实验得到了该多径信道的幅频特性曲线和冲击响应。然后,深入研究了LS和MMSE信道估计方法以及基于DFT的插值方法;推导证明了OFDM导频信号传输数学模型满足压缩感知条件,将多径信道估计问题转换为压缩感知信号重构问题,提出了OFDM低压电力线载波通信压缩感知信道估计方法。实验仿真结果表明:OFDM低压电力线载波通信压缩感知信道估计方法较LS或MMSE信道估计方法具有更优的性能。最后,研究了小波分频带分解方法,给出了电参量的小波表示方法,分析推导了IIR多相结构小波信号检测滤波器组的结构,提出了IIR多相结构小波信号快速检测方法。实验结果表明:提出的IIR多相结构小波信号快速检测方法具有明显的计算效率优势,适用于谐波复杂且实时性要求高的电参量检测情况。
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