CN109617573B - 电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，包括：根据典型调制方式下的发送端基带信号对应的原始OFDM符号的峰值和均值来设置脉冲阈值M1、M2、M3、M4；对输入的采样数据与脉冲阈值M1、M2进行幅值比较，并根据幅值比较结果对脉冲计数器的计数值进行增加、减小或保持不变；将脉冲计数器的计数值与计数阈值进行比较，并根据比较结果设置脉冲检测限幅标志以及脉冲检测置零标志；根据脉冲检测限幅标志以及脉冲检测置零标志的状态以及后续采样数据与脉冲阈值M3、M4的幅值比较结果对后续采样数据进行限幅处理或不限幅处理。该实时检测与抑制方法对脉冲噪声的检测准确性比较高、抑制效果比较好，处理速度块并且实现该方法占用的电路面积较小。

Description

电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法

技术领域

本发明是关于电力线载波通信领域，特别是关于一种电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法。

背景技术

电力线载波通信是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式，因其建设成本低、覆盖范围广等优势，在智能家居、用电信息采集与电气设备监控与等领域得到了广泛的应用。然而电力线最初是为输送电能设计的，信道特性很不理想。为了在电力线上实现可靠高速的数据传输，目前主流的电力线载波通信协议都采用正交频分复用OFDM技术，结合较长的循环前缀、较强的信道交织、分集拷贝及信道编码等技术来对抗多径衰落、窄带干扰、背景噪声与脉冲噪声等因素引起的信号损伤与失真。

电力线上脉冲噪声很常见，它是由整流器、开关电源及电源开关瞬时启闭等引起的，其噪声特性与无线通信中的有很大不同，分与工频同步的周期性脉冲噪声及与系统频率无关的单事件脉冲噪声两类，这两类噪声按微秒和毫秒级单位时变，在脉冲发生时，噪声会扩散到频域所有的子载波上且功率谱很高，很容易引起OFDM接收机中时频变换FFT的饱和，从而导致数据传输中的突发错误，降低系统性能。为此，有必要采取有效的措施来检测与抑制脉冲噪声。

现有电力线脉冲噪声的检测与消除方法包括频域处理、时频变换处理、压缩感知、时域处理等几大类。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在以下问题：

频域处理方法是基于信道状态信息(CSI)或信道频域响应(CFR)来进行脉冲噪声抑制。频域处理方法无法避免强脉冲噪声情况下OFDM接收机中有限字长造成时频变换(FFT)的饱和，处理也较复杂。

时频变换处理方法是先在频域得到噪声，然后将其变换到时域处理只保留脉冲噪声，最后在时域或再次变换到频域将其减去。时频变换处理方法的操作过程比较繁琐，延时大，复杂度相对较高。

压缩感知方法是利用脉冲噪声在时域的稀疏特性和频域上存在的虚子载波从而较精确地重构出脉冲噪声。压缩感知方法降低了频谱利用率，复杂度也很高。

因此频域处理、时频变换处理、压缩感知这三类方法都较复杂，且延时较大，不利于实时处理。

时域处理方法是在时域直接判断脉冲的宽度与幅度，根据相应的阈值来进行脉冲噪声的检测与抑制。时域处理虽然易于实现脉冲噪声检测与抑制的实时性，但当前的时域处理做法基本上是在时域对接收信号进行采样，计算脉冲个数及采样数据的平均功率或均值，根据脉冲个数及平均功率或均值并结合接收信号功率来对当前采样的数据进行脉冲检测和消除，此类方法须存储一定数量的采样数据，电路面积大，且有较大的处理延迟；另外电力通信是一种快速的突发传输，在有信号与无信号时或在自动增益控制(AGC)调整过程中，平均功率或均值会有明显变化，易引起误判；此外OFDM电力线通信系统具有较高峰均比，这对脉冲噪声的检测的效果也带来了较大的挑战。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，其对脉冲噪声的检测准确性比较高、抑制效果比较好，处理速度块并且实现该方法占用的电路面积较小。

为实现上述目的，本发明提供了一种电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，该实时检测与抑制方法用于对电力线载波通信的OFDM接收机的输入信号进行脉冲噪声的实时检测及抑制，该实时检测与抑制方法包括：根据典型调制方式下的发送端基带信号对应的原始OFDM符号的峰值和均值来设置脉冲阈值M1、M2、M3、M4；对输入的采样数据与所述脉冲阈值M1、M2进行幅值比较，并根据幅值比较结果对脉冲计数器的计数值进行增加、减小或保持不变；将所述脉冲计数器的计数值与计数阈值进行比较，并根据比较结果设置脉冲检测限幅标志以及脉冲检测置零标志；根据所述脉冲检测限幅标志以及所述脉冲检测置零标志的状态以及后续采样数据与所述脉冲阈值M3、M4的幅值比较结果对后续采样数据进行限幅处理或不限幅处理。

在一优选的实施方式中，所述典型调制方式包括QPSK调制方式。

在一优选的实施方式中，所述脉冲阈值M1取QPSK调制后时域信号最高峰值中的3％的采样点中的最小值；所述脉冲阈值M2取QPSK调制后时域信号最高峰值中的6％的采样点中的最小值；所述脉冲阈值M3取QPSK调制后时域信号最高峰值中的2％的采样点中的最小值，所述脉冲阈值M4取QPSK调制后时域信号最高峰值中的5％的采样点中的最小值。

在一优选的实施方式中，对输入的采样数据与所述脉冲阈值M1、M2进行幅值比较，并根据幅值比较结果对脉冲计数器的计数值进行增加、减小或保持不变包括：所述OFDM接收机接收开始时，对输入的采样数据求绝对值，然后进行幅值比较，若所述采样数据的绝对值大于所述脉冲阈值M1，则进行如下判断：如果所述脉冲计数器的计数值小于计数阈值C1，则所述脉冲计数器的计数值加正整数V1；如果所述脉冲计数器的计数值大于或等于所述计数阈值C1，则所述脉冲计数器的计数值加正整数V2；如果所述脉冲计数器的计数值大于计数阈值C2，若此时自动增益控制已调整稳定，则置所述脉冲计数器的计数值等于所述计数阈值C2；否则置所述脉冲计数器的计数值为0；若所述采样数据的绝对值小于所述脉冲阈值M2，则进行如下判断：如果所述脉冲计数器的计数值小于所述计数阈值C1，则所述脉冲计数器的计数值减正整数V3；如果所述脉冲计数器的计数值大于或等于所述计数阈值C1，则所述脉冲计数器的计数值减正整数V4；如果所述脉冲计数器的计数值小于0，则置所述脉冲计数器的计数值等于0；若所述采样数据的绝对值在所述脉冲阈值M1与所述脉冲阈值M2之间，则所述脉冲计数器的计数值保持不变。

在一优选的实施方式中，将所述脉冲计数器的计数值与计数阈值进行比较，并根据比较结果设置脉冲检测限幅标志以及脉冲检测置零标志包括：若所述脉冲计数器的计数值小于计数阈值T1，则置脉冲检测限幅标志F1为0，置脉冲检测置零标志F2为0；若所述脉冲计数器的计数值大于等于所述计数阈值T1且小于计数阈值T2，置所述脉冲检测限幅标志F1为1，置所述脉冲检测置零标志F2为0；若所述脉冲计数器的计数值大于等于所述计数阈值T2，置所述脉冲检测限幅标志F1为0，置所述脉冲检测置零标志F2为1。

在一优选的实施方式中，根据所述脉冲检测限幅标志以及所述脉冲检测置零标志的状态以及后续采样数据与所述脉冲阈值M3、M4的幅值比较结果对后续采样数据进行限幅处理或不限幅处理包括：若所述脉冲检测限幅标志为1，则如果后续采样数据幅度大于所述脉冲阈值M4，则对该采样数据进行限幅；若所述脉冲检测置零标志F2为1，则如果后续采样数据幅度大于所述脉冲阈值M3，则对该采样数据进行置零；若所述脉冲检测限幅标志F1与所述脉冲检测置零标志F2皆为0，则不对后续采样数据做限幅处理。

在一优选的实施方式中，对该采样数据进行限幅包括：通过软件配置方式对该采样数据进行限幅。

在一优选的实施方式中，各个阈值的设置满足如下条件：M1>M2；V1>V2；V3<V4；C2>C1；T2>T1；T1<C1；C1≤T2<C2。

在一优选的实施方式中，该实时检测与抑制方法还包括：将所述OFDM接收机的FFT变换的位宽在正常的无脉冲噪声的基础上增加或预留1比特。

与现有技术相比，根据本发明的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法也属于时域处理方式，但是完全不依赖于接收信号的平均功率或均值，也无须缓存采样数据，直接基于采样数据进行脉冲计数，根据当前脉冲计数值及后续采样数据的幅值来进行脉冲噪声的检测与抑制，这种方法不易引起误判，检测准确性比较高，抑制效果好，且实现其的所需的电路面积较小、处理速度快、便于实时处理。同时在电力线通信接收机的FFT变换中，其位宽在正常基础上增加1～2比特来防止残留的弱脉冲干扰或少量强脉冲干扰引起FFT变换的饱和。进一步提高接收机抗脉冲噪声的性能。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法的各个步骤组成。

图2是根据本发明一实施方式的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

为了克服现有技术的缺点，确保接收机可以实时快速准确地检测到脉冲噪声，以及有效地抑制脉冲噪声，发明人还进行了如下思考：脉冲通常具有一定的宽度(即持续一段时间)和较大的幅度；正常信号的幅度是按一定规律变化的，正常情况下不会出现连续的较大幅度的采样点。脉冲计数会在出现大幅度的采样点时递加，在出现小幅度采样点时递减，正常信号是脉冲计数增减交替，脉冲计数值会很小，结合对现有技术的分析以及上述思考，本发明提供了一种电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，该方法也属于时域处理方法，但是与常规的时域处理方法不同，该方法完全不依赖于接收信号的平均功率或均值，也无须缓存采样数据，直接基于采样数据进行脉冲计数，根据当前脉冲计数值及后续采样数据的幅值来进行脉冲噪声的检测与抑制。

以下以具体实施方式来进行说明。

图1是根据本发明一实施方式的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法的各个步骤组成。该实施方式的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法包括步骤S1～S4，优选地，该方法还包括步骤S5。

在步骤S1中设置脉冲阈值M1、M2、M3、M4：根据典型调制方式下发送端基带信号对应的原始OFDM符号的峰值和均值来设置脉冲阈值M1、M2、M3、M4。可选地，典型调制方式如常用的QPSK(正交相移键控)调制方式。可选地，M1取QPSK调制后时域信号最高峰值中的3％的采样点中的最小值(如有100个采样点，取其中3个最大峰值的点，取其中的最小峰值采样点的幅值作为M1)。可选地，M2取QPSK调制后时域信号最高峰值中的6％的采样点中的最小值。可选地，M3取2％的采样点中的最小值，可选地，M4取5％的采样点中的最小值。

在步骤S2中对输入的采样数据与脉冲阈值进行幅值比较，并根据幅值比较结果对脉冲计数器的计数值进行相应地处理。具体地，如图2所示，OFDM接收机接收开始时，对输入的采样数据求绝对值，然后进行幅值比较，若采样数据绝对值大于脉冲阈值M1，则进行如下判断：如果脉冲计数器的计数值小于计数阈值C1，则脉冲计数器的计数值加V1；如果脉冲计数器的计数值大于或等于计数阈值C1，则脉冲计数器的计数值加V2；如果脉冲计数器的计数值大于C2，若这时AGC已调整稳定，则置脉冲计数器的计数值等于C2；否则置脉冲计数器的计数值为0，从而降低小背景噪声、大信号突发传输开始时的脉冲误判。

若采样数据绝对值小于脉冲阈值M2，则进行如下判断：如果脉冲计数器的计数值小于计数阈值C1，则脉冲计数器的计数值减V3；如果脉冲计数器的计数值大于或等于计数阈值C1，则脉冲计数器的计数值减V4；如果脉冲计数器的计数值小于0，则置脉冲计数器的计数值等于0。

若采样数据绝对值在脉冲阈值M1与脉冲阈值M2之间，则脉冲计数器的计数值保持不变。

在步骤S3中将脉冲计数器的计数值与计数阈值进行比较，并根据比较结果设置脉冲检测限幅标志以及脉冲检测置零标志：若脉冲计数器的计数值小于计数阈值T1，则置脉冲检测限幅标志F1为0，置脉冲检测置零标志F2为0；若脉冲计数器的计数值大于等于计数阈值T1，小于计数阈值T2，置F1为1，F2为0；若脉冲计数器的计数值大于等于计数阈值T2，置F1为0，F2为1。

在步骤S4中根据脉冲检测限幅标志以及脉冲检测置零标志的状态以及后续采样数据的幅值情况对后续采样数据进行相应处理。具体地，若F1为1，则如果后续采样数据幅度大于脉冲阈值M4，则对其限幅，限幅后的采样数据幅度由软件配置，尽量保持信号的基本特征(如信号的相位和幅度)；若F2为1，则如果后续采样数据幅度大于脉冲阈值M3，则对其置零，减小脉冲对接收机接收性能的影响；若F1与F2皆为0，则后续采样数据不做任何处理。

优选地，上述各个阈值参数的设置满足如下条件：M1>M2；V1>V2；V3<V4；C2>C1；T2>T1；T1<C1；C1≤T2<C2。可选地，上述各个阈值参数可以通过软件进行配置，可根据实际的输入信号情况以及试验进行选择合适的阈值参数。以12位接收的数字信号为例(范围-2048～2047)，可以将所述阈值参数具体设置为：M1＝2028，M2＝2008，M3＝2030，M4＝2012，C1＝32，C2＝64，V1＝4，V2＝1，V3＝1，V4＝4，T1＝8，T2＝36。

优选地，本实施方式的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法还包括在步骤S5中将电力线通信接收机的FFT变换的位宽在正常的无脉冲噪声的基础上增加或预留1比特，从而防止残留的弱脉冲干扰或少量强脉冲干扰引起FFT变换的饱和，避免因为FFT变换的饱和而引起的数据传输中的突发错误，提高了系统性能。

综上，本实施方式提出的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法也属于时域处理方法，但是与常规的时域处理方法不同，其完全不依赖于接收信号的平均功率或均值，也无须缓存采样数据，直接基于采样数据进行脉冲计数，根据当前脉冲计数值及后续采样数据的幅值来进行脉冲噪声的检测与抑制，同时在电力线通信接收机的FFT变换中，其位宽在正常基础上增加1～2比特来防止残留的弱脉冲干扰或少量强脉冲干扰引起FFT变换的饱和。这种方法的脉冲噪声检测准确性比较高、抑制效果好，且实现其的所需的电路面积较小、处理速度快与实时性强，同时增加的位宽能有效避免接收机中FFT变换的饱和，进一步提高接收机抗脉冲噪声的性能。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，该实时检测与抑制方法用于对电力线载波通信的OFDM接收机的输入信号进行脉冲噪声的实时检测及抑制，其特征在于，该实时检测与抑制方法包括：

根据典型调制方式下的发送端基带信号对应的原始OFDM符号的峰值和均值来设置脉冲阈值M1、M2、M3、M4；

对输入的采样数据与所述脉冲阈值M1、M2进行幅值比较，并根据幅值比较结果对脉冲计数器的计数值进行增加、减小或保持不变；

将所述脉冲计数器的计数值与计数阈值进行比较，并根据比较结果设置脉冲检测限幅标志以及脉冲检测置零标志；以及

根据所述脉冲检测限幅标志以及所述脉冲检测置零标志的状态以及后续采样数据与所述脉冲阈值M3、M4的幅值比较结果对后续采样数据进行限幅处理或不限幅处理；

其中，对输入的采样数据与所述脉冲阈值M1、M2进行幅值比较，并根据幅值比较结果对脉冲计数器的计数值进行增加、减小或保持不变包括：

所述OFDM接收机接收开始时，对输入的采样数据求绝对值，然后进行幅值比较，若所述采样数据的绝对值大于所述脉冲阈值M1，则进行如下判断：如果所述脉冲计数器的计数值小于计数阈值C1，则所述脉冲计数器的计数值加正整数V1；如果所述脉冲计数器的计数值大于或等于所述计数阈值C1，则所述脉冲计数器的计数值加正整数V2；如果所述脉冲计数器的计数值大于计数阈值C2，若此时自动增益控制已调整稳定，则置所述脉冲计数器的计数值等于所述计数阈值C2；否则置所述脉冲计数器的计数值为0；

若所述采样数据的绝对值小于所述脉冲阈值M2，则进行如下判断：如果所述脉冲计数器的计数值小于所述计数阈值C1，则所述脉冲计数器的计数值减正整数V3；如果所述脉冲计数器的计数值大于或等于所述计数阈值C1，则所述脉冲计数器的计数值减正整数V4；如果所述脉冲计数器的计数值小于0，则置所述脉冲计数器的计数值等于0；以及

若所述采样数据的绝对值在所述脉冲阈值M1与所述脉冲阈值M2之间，则所述脉冲计数器的计数值保持不变。

2.如权利要求1所述的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，其特征在于，所述典型调制方式包括QPSK调制方式。

3.如权利要求2所述的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，其特征在于，所述脉冲阈值M1取QPSK调制后时域信号最高峰值中的3％的采样点中的最小值；所述脉冲阈值M2取QPSK调制后时域信号最高峰值中的6％的采样点中的最小值；所述脉冲阈值M3取QPSK调制后时域信号最高峰值中的2％的采样点中的最小值，所述脉冲阈值M4取QPSK调制后时域信号最高峰值中的5％的采样点中的最小值。

4.如权利要求1所述的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，其特征在于，将所述脉冲计数器的计数值与计数阈值进行比较，并根据比较结果设置脉冲检测限幅标志以及脉冲检测置零标志包括：

若所述脉冲计数器的计数值小于计数阈值T1，则置脉冲检测限幅标志F1为0，置脉冲检测置零标志F2为0；若所述脉冲计数器的计数值大于等于所述计数阈值T1且小于计数阈值T2，置所述脉冲检测限幅标志F1为1，置所述脉冲检测置零标志F2为0；若所述脉冲计数器的计数值大于等于所述计数阈值T2，置所述脉冲检测限幅标志F1为0，置所述脉冲检测置零标志F2为1。

5.如权利要求4所述的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，其特征在于，根据所述脉冲检测限幅标志以及所述脉冲检测置零标志的状态以及后续采样数据与所述脉冲阈值M3、M4的幅值比较结果对后续采样数据进行限幅处理或不限幅处理包括：

若所述脉冲检测限幅标志为1，则如果后续采样数据幅度大于所述脉冲阈值M4，则对该采样数据进行限幅；

若所述脉冲检测置零标志F2为1，则如果后续采样数据幅度大于所述脉冲阈值M3，则对该采样数据进行置零；以及

若所述脉冲检测限幅标志F1与所述脉冲检测置零标志F2皆为0，则不对后续采样数据做限幅处理。

6.如权利要求5所述的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，其特征在于，对该采样数据进行限幅包括：通过软件配置方式对该采样数据进行限幅。

7.如权利要求4所述的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，其特征在于，各个阈值的设置满足如下条件：M1>M2；V1>V2；V3<V4；C2>C1；T2>T1；T1<C1；C1≤T2<C2。

8.如权利要求1所述的电力线脉冲噪声的实时检测与抑制方法，其特征在于，该实时检测与抑制方法还包括：

将所述OFDM接收机的FFT变换的位宽在正常的无脉冲噪声的基础上增加或预留1比特。

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