CN104301280B - 一种基于ofdm的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法，首先判断是否存在周期脉冲噪声，对周期脉冲噪声的频段进行统计定位，再调制滤波器，进行针对性的周期脉冲噪声抑制，显著减少了传统噪声抑制方法的复杂程度，同时显著增加了抑制效果，提高了信号的准确性。

Description

一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法

技术领域

本发明涉及通信噪声检测技术领域，特别是一种用于电力线载波周期脉冲噪声的检测和抑制方法。

背景技术

在低压电力线载波通信中，由于电网结构复杂、负载种类繁多，使得电力线上存在大量的干扰噪声，其中以脉冲噪声干扰最为严重。脉冲噪声分为随机性脉冲噪声和周期性脉冲噪声，其中周期性脉冲噪声最为常见，该类噪声通常由电器设备产生且频率较为固定(一般在40～200kHz范围内)，其功率谱密度常常比载波信号要高出许多(本发明仅考虑频率在PLC频带范围内的噪声)，持续时间一般超过几分钟甚至几小时。当载波信号在这类脉冲噪声的干扰作用下，基于OFDM的电力线载波通信系统可能被引发同步错误，从而导致系统误码率的增加。同时，基于OFDM的电力线载波通信系统中，载波频带被划分为m个子信道，而周期脉冲噪声在频域表现为一个脉冲尖峰，当受到该类噪声干扰时，被干扰的子载波信息完全被破坏，而相邻子载波的信息也会受到影响。因此，需要在PLC接收机同步之前对周期脉冲噪声进行抑制，以确保正确的同步结果从而减小周期性脉冲噪声对子载波的影响。

目前技术中脉冲噪声的检测及抑制方法，该方法首先计算接收信号的平均功率和平均幅度，通过设定的脉冲噪声检测窗口长度、功率和幅度阀值，在窗口内进行脉冲检测，最后通过限幅阀值对其进行限幅抑制。这种方法的缺陷是，在对窗口内的脉冲噪声进行抑制时，会对窗口内的有用信号造成影响，并且窗口尺度较大可能造成过多有用信号的幅度失真。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法，用以提高噪声定位的准确度，并减小噪声抑制后对有用信号的影响。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1)接收一个电力线载波OFDM符号，并对其进行快速傅里叶变化；

2)判断该OFDM符号是否存在脉冲噪声干扰，若存在，则转入步骤3)，若不存在，则终止；

3)对连续N个电力线载波OFDM符号，分别进行快速傅里叶变化，记录这每个OFDM符号脉冲干扰频段位置，统计这N个OFDM符号中，存在脉冲噪声干扰的次数，判断这N个OFDM符号是否存在周期脉冲噪声，若不存在，则终止，若大于阀值N_th，则转入步骤4)；

4)根据步骤3)中记录的每个OFDM符号脉冲干扰的频段位置，通过多数表决方法判断出周期脉冲噪声所存在的频段；

5)根据已检测出的周期脉冲噪声所在的频段，预设滤波器参数，使用滤波器进行滤波处理。

进一步，所述方法还包括有步骤6)：对处理信号造成的非线性相位失真和幅度失真进行补偿。

进一步，其特征在于，步骤2)中所述判断OFDM符号是否存在脉冲噪声干扰的具体方法为：

2-1)计算该OFDM符号中每一个子载波的最大功率值P_max；

2-2)计算该OFDM符号的平均功率值P_mean；

2-3)对每一个子载波的最大功率值进行判断，如果满足P_max>P_th,P_th＝a*P_mean，就认为在这个OFDM符号期间存在脉冲噪声干扰，并对该次测量结果进行计数，即N_pin+1，否则不进行计数；

其中α为尺度因子，N_pin为存在脉冲噪声干扰的总数。

进一步，其特征在于，步骤3)中所述判断这N个OFDM符号是否存在周期脉冲噪声的具体方法为：

4-1)统计N个OFDM符号中存在脉冲噪声干扰的次数N_pin；

4-2)判断N_pin是否大于阀值N_th，其中N_th<N，如果大于阀值则认为存在周期脉冲噪声，反之，则不认为存在周期脉冲噪声。

进一步，其特征在于，对处理信号造成的非线性相位失真和幅度失真进行补偿的具体方法为：补偿数据采用曲线拟合的方式，将数据转化为曲线特性进行存储，对拟合较差的几处值进行单独存储。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明首先判断是否存在周期脉冲噪声，对周期脉冲噪声的频段进行统计定位，再调制滤波器，进行针对性的周期脉冲噪声抑制，显著减少了传统噪声抑制方法的复杂程度，同时显著增加了抑制效果，提高了信号的准确性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为一个被脉冲噪声所干扰的OFDM符号中各子载波的功率值；

图2为周期脉冲噪声判断流程图；

图3为滤除周期脉冲噪声硬件示意图；

图4为自适应陷波滤波器参数设置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明是一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法，通过利用OFDM子载波信道的频率划分特性，实现周期脉冲噪声的检测，并通过自适应陷波滤波器对其进行滤除，从而有效抑制了周期脉冲噪声，下面结合附图对本发明进行进一步地描述。

图1显示了一个被脉冲噪声所干扰的OFDM符号中各子载波的功率值，根据设定功率阀值，判断各子载波中是否存在脉冲噪声干扰，计算式为P_max>P_th,P_th＝a*P_mean，其中α为尺度因子，P_max为子载波的最大功率值，P_mean为平均功率值。

图2为周期脉冲噪声判断流程图，如该图所示，接收机首先判断已检测的OFDM符号个数是否大于N，若不大于则利用FFT模块将接收到的符号转换到频域上，通过阀值比较判断在一个符号中是否存在脉冲干扰，若存在则将当前OFDM符号中被干扰的子载波位置记为S(i)，其中i＝1,2,3…,N，S(i)表示第i个OFDM符号中被干扰子载波的位置。由此通过连续对N个符号进行判断后，得到存在脉冲干扰的OFDM符号的总个数N_pin，如果N_pin大于阀值N_th(N_th<N)，则认为存在脉冲干扰是周期性存在的，否则不存在周期脉冲噪声。最后通过多数表决的方法，从N_pin个存在脉冲噪声干扰的OFDM符号中选择出现次数最多的S(i)的值来计算对应的周期脉冲噪声的频率。

在确定周期脉冲噪声频率后，利用自适应陷波滤波器在信号同步之前对其进行滤波处理，硬件实现结构图如图3所示，周期脉冲噪声检测所用的FFT与系统同步检测后所用的FFT是同一模块的分时共用，从而节约了硬件资源，如果自适应陷波滤波器未被使能则该模块不对信号作任何处理，直接发送至同步检测。

根据各个子载波频率预先计算出每个陷波滤波器的相应参数，并将计算结果存入ROM中，由上述检测出的周期噪声频率来调用ROM中相应的滤波参数对陷波滤波器进行设置，由此达到滤除噪声的效果。图4为该系统中自适应陷波滤波器的参数调用。由于滤波器参数可以预先设定，由此相应的补偿参数也可预先计算出来，对于补偿数据采用曲线拟合的方式进行存储以便系统调用，由此可以在保证补偿数据精度的同时减少数据存储量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)接收一个电力线载波OFDM符号，并对其进行快速傅里叶变化；

2)判断该OFDM符号是否存在脉冲噪声干扰，若存在，则转入步骤3)，若不存在，则终止；

3)对连续N个电力线载波OFDM符号，分别进行快速傅里叶变化，记录这每个OFDM符号脉冲干扰频段位置，统计这N个OFDM符号中，存在脉冲噪声干扰的次数，判断这N个OFDM符号是否存在周期脉冲噪声，若不存在，则终止，若大于阀值N_th，则转入步骤4)；

4)根据步骤3)中记录的每个OFDM符号脉冲干扰的频段位置，通过多数表决方法判断出周期脉冲噪声所存在的频段；

5)根据已检测出的周期脉冲噪声所在的频段，预设滤波器参数，使用滤波器进行滤波处理。

2.如权利要求1所述的一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法，其特征在于，所述方法还包括有步骤6)：对处理信号造成的非线性相位失真和幅度失真进行补偿。

3.如权利要求1所述的一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法，其特征在于，步骤2)中所述判断OFDM符号是否存在脉冲噪声干扰的具体方法为：

2-1)计算该OFDM符号中每一个子载波的最大功率值P_max；

2-2)计算该OFDM符号的平均功率值P_mean；

2-3)对每一个子载波的最大功率值进行判断，如果满足P_max>P_th,P_th＝a*P_mean，就认为在这个OFDM符号期间存在脉冲噪声干扰，并对该次测量结果进行计数，即N_pin+1，否则不进行计数；

其中α为尺度因子，N_pin为存在脉冲噪声干扰的总数。

4.如权利要求1所述的一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法，其特征在于，步骤3)中所述判断这N个OFDM符号是否存在周期脉冲噪声的具体方法为：

4-1)统计N个OFDM符号中存在脉冲噪声干扰的次数N_pin；

4-2)判断N_pin是否大于阀值N_th，其中N_th<N，如果大于阀值则认为存在周期脉冲噪声，反之，则不认为存在周期脉冲噪声。

5.如权利要求2所述的一种基于OFDM的电力线载波周期脉冲噪声检测和抑制方法，其特征在于，对处理信号造成的非线性相位失真和幅度失真进行补偿的具体方法为：补偿数据采用曲线拟合的方式，将数据转化为曲线特性进行存储，对拟合较差的几处值进行单独存储。