CN112615648A - 一种用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，其特征在于：在HPLC模块的接收侧，对接收到的窄带信号进行1024点FFT能量计算，计算最大能量整数频点与邻近的次大能量整数频点之间的能量比例关系，根据邻近次大能量与最大能量的比值所属区间以及两个整数频点的大小关系确定窄带噪声的精准频率，以此实现窄带噪声的精准陷波。本发明方法能够对窄带噪声的频率进行精准计算与陷波，精度提高至0.0024414MHz。本发明方法实现简单，执行效率高，满足HPLC抗窄带噪声的实际应用，能够有效提升通信性能。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波通信技术领域，特别涉及一种抗窄带噪声方法。
背景技术
电力线载波通信(Power Line Communication，简称PLC)是利用电力线作为通信媒介来进行数据传输的一种通信方式。该技术将载有信息的通信信号通过耦合电路耦合到电力线上，实现电力线网络的数据传输。随着该技术的不断进步，可实现在电力线上进行数据、语音和视频等多业务的传输，因此PLC在远程抄表、智能家居以及互联网接入等领域得到了广泛应用。
电力线最初是用来传输电能，利用电力线进行数据传输，其信道特性并不理想，主要是由于电力线的输入阻抗特性、信道衰减特性、时变传输特性以及噪声特性。信道噪声特性是通信信道的重要参数，电力线上的噪声主要包括窄带噪声、脉冲噪声以及白噪声等。
窄带噪声的频谱一般分布在某些特殊频率上，多为调幅的正弦信号。目前HPLC通信技术中，抗窄带噪声的手段一般为：在接收侧，动态检测整数频点所对应频率的窄带噪声并对其进行判断与陷波，该方法能够快速且有效的对窄带噪声进行陷波，但仅支持整数频点的计算，对于非整数频点上的窄带噪声，无法做到有效陷波。根据HPLC通信互联互通技术规范中物理层通信协议，对整数频点陷波的精度仅为0.024414MHz。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，实现对窄带噪声的频率进行精准计算与陷波，提高精度。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，其特征在于：在HPLC模块的接收侧，对接收到的窄带信号进行1024点FFT能量计算，计算最大能量整数频点与邻近的次大能量整数频点之间的能量比例关系，根据邻近次大能量与最大能量的比值所属区间以及两个整数频点的大小关系确定窄带噪声的精准频率，以此实现窄带噪声的精准陷波。
其中，所述区间根据以下规律进行划分：
假设最大能量整数频点对应的频率为F，则频率为F、F+Δf、F+2Δf、F+3Δf、F+4Δf、F+5Δf的窄带信号，邻近次大能量与最大能量的比值随着频率的增大而增大；频率为F+9Δf、F+8Δf、F+7Δf、F+6Δf的窄带信号，邻近次大能量与最大能量的比值分别与频率F+Δf、F+2Δf、F+3Δf、F+4Δf的窄带信号对应的能量比值相等。
优选地，根据能量比值所属区间以及两个整数频点的大小关系确定窄带噪声的精准频率具体方法如下：
0＜rate≤m1且x1＜x2，Freq＝F；
m1＜rate≤m2且x1＜x2，Freq＝F+Δf；
m2＜rate≤m3且x1＜x2，Freq＝F+2Δf；
m3＜rate≤m4且x1＜x2，Freq＝F+3Δf；
m4＜rate≤m5且x1＜x2，Freq＝F+4Δf；
m5＜rate≤1且x1＜x2，Freq＝F+5Δf；
m4＜rate≤m5且x1＞x2，Freq＝F+6Δf；
m3＜rate≤m4且x1＞x2，Freq＝F+7Δf；
m2＜rate≤m3且x1＞x2，Freq＝F+8Δf；
m1＜rate≤m2且x1＞x2，Freq＝F+9Δf；
其中，m1-m5分别对应窄带信号频率为F+0.5Δf、F+1.5Δf、F+2.5Δf、F+3.5Δf、F+4.5Δf时邻近次大能量与最大能量的比值，rate对应窄带信号频率为Freq时邻近次大能量与最大能量的比值，F表示最大能量整数频点对应的频率，x1表示最大能量对应的整数频点，x2表示邻近次大能量对应的整数频点，Δf表示
个相邻子载波间隔，即0.0024414MHz。
本发明有益效果：
在HPLC通信过程中，窄带信号噪声的频率可能为任意频率。相较于常规方法只能对整数频点的窄带信号进行陷波，本发明方法能够对窄带噪声的频率进行精准计算与陷波，精度提高至0.0024414MHz。本发明方法实现简单，执行效率高，满足HPLC抗窄带噪声的实际应用，能够有效提升通信性能。
附图说明
图1是本发明方法原理图；
图2.1是频率为F能量图；
图2.2是频率为F+Δf能量图；
图2.3是频率为F+2Δf能量图；
图2.4是频率为F+3Δf能量图；
图2.5是频率为F+4Δf能量图；
图2.6是频率为F+5Δf能量图；
图3是频率划分示意图；
图4是频率划分结果图；
图5是Freq计算结果图。
具体实施方式
常规的抗窄带噪声计算，仅支持整数频点，精度为0.024414MHz，而本发明提供的用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，适用于外场的精准窄带估计，可将精度提高十倍至0.0024414MHz。
具体方法如图1所示：在HPLC模块的接收侧，对接收信号进行1024点的FFT能量计算，计算最大能量整数频点与邻近的次大能量整数频点之间的能量比例关系，根据邻近次大能量与最大能量的比值所属区间以及两个整数频点的大小关系进一步确定窄带噪声的精准频率。
假设最大能量的整数频点X的频率为F，Δf＝0.0024414MHz，则频率为F、F+Δf、F+2Δf、F+3Δf、F+4Δf、F+5Δf的窄带信号，邻近次大能量与最大能量之间的比例关系满足如图2.1—图2.6所示。其中，频率为F+9Δf、F+8Δf、F+7Δf、F+6Δf的窄带信号，邻近次大能量与最大能量的比值分别与频率F+Δf、F+2Δf、F+3Δf、F+4Δf的窄带信号对应的能量比值相等，但两个整数频点的大小关系相反，最大能量频点为X+1。
根据HPLC通信互联互通技术规范中物理层通信协议，分别选取整数频点41、177、344和500，其对应的频率F分别为1.000977MHz、4.321289MHz、8.398438MHz和12.207031MHz。利用信号发生器输出窄带信号，幅值为1V，频率分别为F、F+Δf、F+2Δf、F+3Δf、F+4Δf、F+5Δf。利用HPLC模块进行信号接收，并计算得到最大能量、邻近次大能量以及邻近次大能量与最大能量的比值，结果如表1所示。由表中数据可以看出F、F+Δf、F+2Δf、F+3Δf、F+4Δf、F+5Δf非整数频点的频率信号，计算得到的rate值具有一定的规律性。修改信号发生器的输出幅值分别为0.1V、0.5V、2V、3V进行测试，结果与表1基本一致。信号发生器另加一路白噪声进行测试，结果亦与表1基本一致。因此，可根据该比值rate所在区间，确定精准频率为F+xΔf，x为正整数。
表1输出Freq频率窄带信号时rate数值表1
根据上述内容，接收侧信号邻近次大能量与最大能量的比值具有一定的规律性并介于某个区间范围。因此，首先通过通信测试，统计得到区间范围Rate1-Rate5，然后依据接收信号的能量以及比值计算进行区间判断，最终可得到精准频率。如图3所示，通过选取整数频点41、177、344、500，同样利用信号发生器输出窄带信号，幅值为1V，频率分别为F+0.5Δf、F+1.5Δf、F+2.5Δf、F+3.5Δf、F+4.5Δf，可得到表2结果，根据统计均值即可确定比值范围Rate1-Rate5的取值。
表2输出Freq频率窄带信号时rate数值表2
根据上表，选取参数0.0028335、0.03118、0.11037375、0.28388275、0.65151825作为区间划分依据，如图4所示。
即当0<rate≤0.0028335,Freq＝F；
0.0028335<rate≤0.03118,Freq＝F+1Δf；
0.03118<rate≤0.11037375,Freq＝F+2Δf；
0.11037375<rate≤0.28388275,Freq＝F+3Δf；
0.28388275<rate≤0.65151825,Freq＝F+4Δf；
0.65151825<rate≤1,Freq＝F+5Δf；
在实际应用测试中，对上述方法进行验证，利用信号发生器输出窄带信号，利用HPLC模块在接收侧进行求解：
信号源输出1.010977MHz窄带信号，计算得到rate＝0.472338，f＝1.010740MHz；结果如图5中(a)所示。
信号源输出7.228563MHz窄带信号，计算得到rate＝0.008277，f＝7.228985MHz；结果如图5中(b)所示。
以上验证结果表明，本发明方法能够对窄带噪声的频率进行精准计算，精度提高至0.0024414MHz。
Claims (5)
1.一种用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，其特征在于：在HPLC模块的接收侧，对接收到的窄带信号进行1024点FFT能量计算，计算最大能量整数频点与邻近的次大能量整数频点之间的能量比例关系，根据邻近次大能量与最大能量的比值所属区间以及两个整数频点的大小关系确定窄带噪声的精准频率，以此实现窄带噪声的精准陷波。
2.如权利要求1所述的用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，其特征在于：所述区间根据以下规律进行划分：
假设最大能量整数频点对应的频率为F，则频率为F、F+Δf、F+2Δf、F+3Δf、F+4Δf、F+5Δf的窄带信号，邻近次大能量与最大能量的比值随着频率的增大而增大；频率为F+9Δf、F+8Δf、F+7Δf、F+6Δf的窄带信号，邻近次大能量与最大能量的比值分别与频率F+Δf、F+2Δf、F+3Δf、F+4Δf的窄带信号对应的能量比值相等。
3.如权利要求1或2所述的用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，其特征在于：根据能量比值所属区间以及两个整数频点的大小关系确定窄带噪声的精准频率具体方法如下：
0＜rate≤m1且x1＜x2，Freq＝F；
m1＜rate≤m2且x1＜x2，Freq＝F+Δf；
m2＜rate≤m3且x1＜x2，Freq＝F+2Δf；
m3＜rate≤m4且x1＜x2，Freq＝F+3Δf；
m4＜rate≤m5且x1＜x2，Freq＝F+4Δf；
m5＜rate≤1且x1＜x2，Freq＝F+5Δf；
m4＜rate≤m5且x1＞x2，Freq＝F+6Δf；
m3＜rate≤m4且x1＞x2，Freq＝F+7Δf；
m2＜rate≤m3且x1＞x2，Freq＝F+8Δf；
m1＜rate≤m2且x1＞x2，Freq＝F+9Δf；
其中，m1-m5分别对应窄带信号频率为F+0.5Δf、F+1.5Δf、F+2.5Δf、F+3.5Δf、F+4.5Δf时邻近次大能量与最大能量的比值，rate对应窄带信号频率为Freq时邻近次大能量与最大能量的比值，F表示最大能量整数频点对应的频率，x1表示最大能量对应的整数频点，x2表示邻近次大能量对应的整数频点，Δf表示
个相邻子载波间隔，即0.0024414MHz。
4.如权利要求3所述的用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，其特征在于：m1-m5分别取多个频点的均值。
5.如权利要求3所述的用于电力线载波通信Rx过程中的精准抗窄带噪声方法，其特征在于：m1＝0.0028335，m2＝0.03118，m3＝0.11037375，m4＝0.28388275，m5＝0.65151825。
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