电力线通信系统窄带干扰检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及载波通信领域，具体地涉及一种电力线通信系统窄带干扰检测装置和检测方法、处理器及计算机可读存储介质。

背景技术

宽带电力线通信是一种OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)通信系统，接收机解调时进行时频变换造成的频谱泄露会影响临近的子载波上的数据。随着窄带干扰信号强度提升，通信系统的误码率会显著升高，干扰严重时系统无法进行通信。

目前的窄带干扰抑制技术通常采用时域加窗法、频域排序置零法和门限滤波法。时域加窗弥补了频域滤波抑制干扰技术的不足，能够在一定程度上降低频率泄露带来的影响；频域排序置零法，即对包络较大的子载波信道估计值置零，该方法实现简单，能灵活检测窄带，但无法消除频谱泄露带来的影响，仿真测试中，使用该方法后电力线宽带通信系统的抗窄带性能较差；门限滤波法，即通过先验信息设置窄带检测门限，根据窄带检测门限判断窄带位置，通过判决的窄带干扰信息设置窄带滤波器，仿真测试中，使用该方法后电力线宽带通信系统的抗窄带干扰性能较好。

门限滤波法中窄带检测门限的设置非常重要，门限设定过高会造成窄带强度较低的子载波漏检，门限设定过低会造成信号强度较高的子载波被错误判定为窄带，即窄带误检。目前窄带判决门限的方法主要有：预设幅度门限值法以及功率门限值法。预设幅度门限值法不能根据信道环境灵活计算门限，此外在实际测试和仿真分析，使用幅度值判决窄带干扰，可靠性较差。对于功率门限值法，其中一种方法是用子载波平均功率乘以阈值，该方法中如果有子载波为空子载波，则计算出来的平均功率偏低，门限可靠性低；另一种方法是根据子载波功率的均值和方差即时计算门限值，但是该方法使用单帧数据计算窄带干扰门限值，得到的门限值可靠性依赖于当前帧的信道环境，当信道中其他噪声较高时，窄带判决成功率较低。

基于上述缺陷，亟需一种可靠性高的电力线通信系统窄带干扰检测方法。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种电力线通信系统窄带干扰检测装置和检测方法，该检测装置在接收链路中增加窄带检测模块和窄带带阻滤波器模块，通过定时同步模块中同步参数的调整适应不同信道环境导致的同步上和同步不上两种情况，使得窄带检测模块能够根据不同信道环境确定对应的窄带门限和用于计算窄带带阻滤波器系数的滤波参数，从而进行窄带滤波，可极大地降低窄带干扰的误检率和漏检率。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种电力线通信系统窄带干扰检测装置，包括：定时同步模块，用于根据信道窄带干扰强度选择不同工作模式以设置相应的同步参数进行同步计算；信道估计模块，位于所述定时同步模块之后，用于接收经过同步计算的信道数据进行信道估计并计算窄带门限参数；窄带检测模块，位于所述信道估计模块之后，用于根据所述窄带门限参数确定窄带门限，以及根据所述窄带门限确定滤波参数；窄带带阻滤波器，与所述窄带检测模块相连，位于所述定时同步模块之前，用于根据所述滤波参数计算窄带带阻滤波器系数并进行窄带滤波。

另一方面，本发明提供一种电力线通信系统窄带干扰检测方法，包括：根据信道窄带干扰强度选择不同工作模式以设置相应的同步参数进行同步计算；接收经过同步计算的信道数据进行信道估计并计算窄带门限参数；根据所述窄带门限参数确定窄带门限，以及根据所述窄带门限确定滤波参数；根据所述滤波参数计算窄带带阻滤波器系数并进行窄带滤波，将经过窄带滤波后的数据再进行同步计算。

另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请上述任一项电力线通信系统窄带干扰检测方法。

另一方面，本发明提供一种处理器，用于运行程序，其中，所述程序被运行时用于执行上述任一项所述电力线通信系统窄带干扰检测方法。

通过上述技术方案，在接收链路中增加窄带检测模块和窄带带阻滤波器模块，通过定时同步模块中同步参数的调整适应不同信道环境导致的同步上和同步不上两种情况，使得窄带检测模块能够根据不同信道环境确定对应的窄带门限和用于计算窄带带阻滤波器系数的滤波参数，从而进行窄带滤波，可极大地降低窄带干扰的误检率和漏检率。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1为本发明一实施例示出的电力线通信系统窄带干扰检测装置结构框图；

图2为本发明一实施例示出的检测同步的方法的流程图；

图3为本发明一实施例示出的电力线通信系统窄带干扰检测方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

窄带干扰的检测和抑制作为OFDM通信系统多年以来共同探讨的技术问题，目前主要有以下几种解决方法：

第一种方法是根据每个频点的信号幅度值与预设幅度门限值进行比较。将接收的信号进行混频后，根据混频信号各个频点的信号幅度值与预设的幅度门限值进行比较，确定窄带干扰。根据获得的窄带干扰信息，通过串联的一个或者一个以上陷波滤波器进行窄带干扰的消除处理。但该方法在电力线通信中仿真测试误检漏检率很高，此外在窄带干扰较强无法正常同步通信时，该方法无法使用。

第二种方法是以平均功率为门限，管理频点表。设置一个频点表，检测到子载波的功率高于所有其他子载波的平均功率时，视为一个窄带干扰，当一段时间内检测到N次所述干扰，将该干扰移动到移除列表，陷波器增加该频点；当移除列表中某个子载波的功率低于平均功率时，删除该频点并重新计算陷波器系数。该方法门限为最大功率附近的子载波之外所有子载波的平均功率乘以阈值，但电力线通信中可以屏蔽某些子载波，即有些子载波为空子载波，这样算出的平均功率偏低。极端情况下最大功率附近的子载波之外所有子载波都是空子载波，计算出来的门限可靠性低，此外在窄带干扰较强无法正常同步通信时，该方法无法使用。同时，该方法中的控制层管理删除列表在实现时涉及到多帧数据间窄带信息的判断、合并、比较、删除，维护较为复杂。

第三种方法是在能够同步时使用信道估计的信道频率响应；无法进入同步状态时，根据保存的接收数据手动调整数据增益，获取有效数据后进行时频变换，根据子载波功率的均值和方差计算门限，通过门限判断窄带干扰，根据窄带分析的结果设置陷波器。该方法需储存大量的数据进行增益调整和窄带检测，占用存储空间；计算量大，窄带检测延时大；仅使用一帧的数据进行门限计算，门限的可靠性受实时干扰影响较大。

考虑到电力线通信中的窄带变化缓慢，故可以采用多帧信息累加计算窄带门限，提高门限的可靠性，减少误检和漏检概率。基于此，本发明实施例提供一种电力线通信系统窄带干扰检测装置，如图1所示，包括：

信号预处理模块，用于接收信道数据并对所述信道数据进行预处理；

定时同步模块，位于所述信号预处理模块之后，用于根据信道窄带干扰强度选择不同工作模式以设置相应的同步参数进行同步计算；

信道估计模块，位于所述定时同步模块之后，用于接收经过同步计算的信道数据进行信道估计并计算窄带门限参数；

窄带检测模块，位于所述信道估计模块之后，用于根据所述窄带门限参数确定窄带门限，以及根据所述窄带门限确定滤波参数；

窄带带阻滤波器，与所述窄带检测模块相连，位于所述信号预处理模块之后、所述定时同步模块之前，用于根据所述滤波参数计算窄带带阻滤波器系数并进行窄带滤波。

其中，所述信号预处理模块，进一步包括：

耦合变压器，用于从电力线上耦合出载波信号；

模拟带通滤波器，与所述耦合变压器相连，用于滤除所述载波信号中的带外信号；

模拟前端，与所述模拟带通滤波器相连，用于将模拟载波信号转换为数字信号以及初步调整信号增益；

增益控制模块，与所述模拟前端相连，用于对初步调整增益后的数字信号再次调整增益；

数字滤波器，与所述增益控制模块相连，用于对调整增益后的数字信号进行进一步滤波。

当然，在所述电力线通信系统窄带干扰检测装置之后还可以包括信道数据接收链路中的常规模块：

信道均衡模块，位于所述信道估计模块之后，用于根据信道估计的结果进行信道均衡；以及

数据解码模块，位于所述信道均衡模块之后，用于对经过信道均衡后的数据进行数据解码。

所述定时同步模块，具体被配置为：

在接收的信道数据能够同步的情况下，选择默认模式工作，所述同步参数设置为默认参数，根据所述默认参数进行互相关计算，检测同步；在接收的信道数据不能同步的情况下，选择窄带检测模式工作，所述同步参数设置为窄带检测参数，根据所述窄带检测参数进行互相关计算，检测同步。

信道数据能否同步取决于信道环境，信道环境受窄带干扰强弱影响，若窄带干扰较弱，则属于接收的信道数据能够同步的情况，若窄带干扰较强，则属于接收的信道数据不能同步的情况。

定时同步模块采用互相关计算检测同步，检测同步的方法的流程见附图2所示：

假设宽带电力线芯片FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)精度为1024点，将每1024点数据视为一组数据。定时同步模块接收一组数据后进行互相关计算，寻找相关峰的最大值xc_max1。满足xc_max1>XcMag(XcMag为预设阈值)时认为xc_max1是有效相关峰，记录相关峰的位置索引xc_max_index1，有效相关峰个数计数器xc_num记为1。继续搜索相邻的1024点数据，寻找下一个相关峰最大值xc_max2。不满足xc_max2>XcMag时认为相关峰无效，继续接收相邻的1024点数据，重新寻找相关峰最大值xc_max1，xc_num清零。

当xc_max2>XcMag时，记录相关峰的位置索引记为xc_max_index2。当相邻的两个有效相关峰位置满足|xc_max_index2-xc_max_index1|<δ

当xc_max3>XcMag时，记录相关峰的位置索引记为xc_max_index3。当相邻的两个有效相关峰位置满足|xc_max_index3-xc_max_index2|<δ

定时同步模块中上述参数XcMag、δ

经过同步计算寻找到数据帧的起始位置后，数据随之进入信道估计模块进行FFT计算，每组数据获取一组信道频域响应cfr。

每一帧数据包括多组数据，在接收的信道数据能够同步的情况下，信道估计模块被配置为：对同一帧的多组数据求该组数据的信道频域响应cfr，并对多组信道频域响应cfr求平均值得当前帧的信道频域响应平均值cfr

在接收的信道数据不能同步的情况下，信道估计模块被配置为：对每帧m组数据求信道频域响应cfr，并对每帧m组的信道频域响应cfr求平均值得当前帧的cfr

窄带检测模块中有cfr

(1)将n帧数据的第一或第二窄带门限参数cfr

所述信道频域响应累加值cfr

cfr

其中，cfr

(2)根据所述信道频域响应累加值cfr

(3)设定窄带门限NBI

(4)将每个子载波功率和所述窄带门限进行比较，当子载波功率大于NBI

优选地，窄带检测模块优先级可设置，在接收的信道数据正确的情况下，降低所述窄带检测模块的优先级，所述窄带检测模块的计算频率降低，仅在接收数据空闲时间计算；在接收的信道数据错误的情况下，升高所述窄带检测模块的优先级，窄带检测模块的计算频率升高。优选地，当窄带检测模块的优先级高于设定值时，定时同步模块配合使用窄带检测模式工作，且窄带检测模块中保存cfr

窄带带阻滤波器模块被配置为：根据窄带干扰的中心频点NBI

优选地，窄带带阻滤波器为级联的二阶格型陷波器组，且二阶格型陷波器组的每组滤波器设置互相独立，在窄带个数大于预设值时，每组滤波器对应一个窄带进行滤波；在窄带个数小于所述预设值时，对窄带干扰强度大于强度阈值的窄带使用多组滤波器进行多次级联滤波。频域分辨率不够时，设置3组滤波器，中心频点分别为NBI

本发明提供的电力线通信系统窄带干扰检测装置，在窄带干扰较弱时，定时同步模块使用默认参数，正常接收数据，信道估计模块获取当前数据帧的cfr后累加求平均值cfr

本装置仅在接收链路中增加窄带检测模块和窄带带阻滤波器模块，窄带检测模块使用接收链路中信道估计模块的中间值信道频域响应cfr进行窄带干扰判决，窄带带阻滤波器模块通过窄带检测模块计算的窄带干扰的中心频点NBI

本发明实施例还提供一种电力线通信系统窄带干扰检测方法，与上述电力线通信系统窄带干扰检测装置相对应，所述方法即为将该检测装置中各模块执行步骤按其模块顺序执行，如图3所示，方法包括S102-S110：

S102，接收信道数据并对所述信道数据进行预处理；

S104，根据信道窄带干扰强度选择不同工作模式以设置相应的同步参数进行同步计算；

S106，接收经过同步计算的信道数据进行信道估计并计算窄带门限参数；

S108，根据所述窄带门限参数确定窄带门限，以及根据所述窄带门限确定滤波参数；

S110，根据所述滤波参数计算窄带带阻滤波器系数并进行窄带滤波，将经过窄带滤波后的数据再进行同步计算。

其中，所述接收信道数据并对所述信道数据进行预处理，包括S1021-S1025：

S1021，从电力线上耦合出载波信号；

S1022，滤除所述载波信号中的带外信号；

S1023，将模拟载波信号转换为数字信号以及初步调整信号增益；

S1024，对初步调整增益后的数字信号再次调整增益；

S1025对调整增益后的数字信号进行进一步滤波。

以及，在S106之后，还可根据常规操作对接收数据进行处理，包括：对经过信道估计后的数字信号进行信道均衡和数据解码。

S104优选包括：在接收的信道数据能够同步的情况下，选择默认模式工作，所述同步参数设置为默认参数，根据所述默认参数进行互相关计算，检测同步；

在接收的信道数据不能同步的情况下，选择窄带检测模式工作，所述同步参数设置为窄带检测参数，根据所述窄带检测参数进行互相关计算，检测同步，该窄带检测参数可使接收的信道数据满足同步要求。

检测同步的方法参见上述装置中所述的流程及附图2。

S106具体包括以下(1)-(2)：

(1)在接收的信道数据能够同步的情况下，对经过同步计算的同一帧的多组数据求信道频域响应cfr，并对所述多组信道频域响应cfr求平均值得当前帧的信道频域响应平均值cfr

(2)在接收的信道数据不能同步的情况下，对每帧m组数据求信道频域响应cfr，并对所述每帧m组的信道频域响应cfr求平均值得当前帧的cfr

S108优选包括S1082-S1088：

S1082，将n帧数据的所述第一窄带门限参数或第二窄带门限参数cfr

cfr

其中，cfr

S1084，根据所述信道频域响应累加值cfr

S1086，设定窄带门限NBI

S1088，将每个子载波功率和所述窄带门限进行比较，确定所述滤波参数：窄带干扰的中心频点NBI

优选地，S108的执行优先级根据接收的信道数据正确与否来设置，在接收的信道数据正确的情况下，降低该步骤的执行优先级，该步骤的执行频率降低；在接收的信道数据错误的情况下，升高该步骤的执行优先级，该步骤的执行频率升高。

优选地，S110中的窄带带阻滤波器为级联的二阶格型陷波器组，在所述窄带个数大于预设值时，每组滤波器对应一个窄带进行滤波，在所述窄带个数小于所述预设值时，对窄带干扰强度大于强度阈值的窄带使用多组滤波器进行多次级联滤波。优选地，窄带带阻滤波器的频域分辨率不够时，设置3组滤波器，中心频点分别为NBIfc,NBIfc+Δf/2,NBIfc-Δf/2，其中Δf为所述子载波的间隔。

鉴于所述电力线通信系统窄带干扰检测方法对应于上述电力线通信系统窄带干扰检测装置，故所述方法的具体实施方式及有益效果参见上文关于装置的描述，在此不做赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述任一实施例所述电力线通信系统窄带干扰检测方法。

本发明实施例还提供一种处理器，用于运行程序，其中，所述程序被运行时用于执行上述任一实施例所述电力线通信系统窄带干扰检测方法。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。