應用于寬帶ofdm電力線通信系統的噪聲抑制方法
【專利摘要】本發明提供了一種應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲抑制方法。在該噪聲抑制方法中，對接收端OFDM信號進行離散傅里葉變換，從輸出結果中提取保護頻帶信號，也就是頻譜中分配在兩個鄰近的信道之間沒有用處的一部分，結合時域頻域方法估計出脈沖噪聲的相關參數，然后按照脈沖噪聲的估計參數，構建一個適當的包絡窗函數在時域中抑制脈沖噪聲。本發明能夠有效地抑制脈沖噪聲，同時大大降低了頻譜泄露，提高了寬帶電力線通信系統的性能。
【專利說明】
應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲抑制方法
技術領域
[0001] 本發明設及通信技術領域，尤其設及一種應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲 抑制方法。
【背景技術】
[0002] 寬帶電力線通信技術利用電力線網絡將信息快速傳播到每一個角落。在寬帶電力 線通信環境中，存在著大量未知的功率大小不一的各種用電設備。運些設備的開關和工作， W及各種無線電設備產生的無線電波，都會給寬帶電力線通信信道帶來各種強烈的時變噪 聲干擾。根據噪聲源的不同可分為:背景噪聲和脈沖噪聲，后者的幅度遠遠高于背景噪聲， 根據噪聲模型的不同可將脈沖噪聲區分為：貝努利高斯脈沖噪聲和簇發型脈沖噪聲。脈沖 噪聲的隨機性和高強度嚴重制約了寬帶電力線通信系統的可靠性和吞吐量。
[0003] 目前對于噪聲抑制的方法中，廣泛采用的是消零和限幅技術，其中尤其W消零技 術最為簡單有效。但是，對于貝努利高斯脈沖噪聲進行消零處理，效果顯著，而對于簇發型 脈沖噪聲來說，常用的消零技術相當于在一個單純的矩形窗函數包絡內進行處理，由于該 技術的非線性特點，會帶來一定的頻譜泄露，導致子載波間干擾的問題，系統的性能將會嚴 重下降。因此業內亟需一種簇發型脈沖噪聲抑制方法，W降低消零技術的局限性帶來的頻 譜泄露。
【發明內容】
[0004] (一)要解決的技術問題
[0005] 鑒于上述技術問題，本發明提供了一種應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲抑 制方法。
[00(?](二)技術方案
[0007]本發明應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲抑制方法包括：
[000引步驟A:對接收到的OFDM信號進行離散傅里葉變換，從變化結果中提取保護頻帶信 號Sg,并計算其瞬時平均功率Pg;
[0009] 步驟B:根據瞬時平均功率Pg確定OFDM信號是否被簇發型脈沖噪聲影響，如果OFDM 信號被簇發型脈沖噪聲影響，執行步驟C;否則，執行步驟F;
[0010] 步驟C:將每個OFDM信號的采樣值與基于最佳虛警概率和檢測概率的自適應限幅 闊值Tciip進行，統計比較結果，根據比較結果確定簇發型脈沖噪聲簇發域4;
[0011] 步驟D:根據簇發型脈沖噪聲簇發域4確定噪聲突發持續時間〇和噪聲突發中屯、位 置no; W及
[0012] 步驟E:根據簇發型脈沖噪聲簇發域IK噪聲突發持續時間O和突發中屯、位置no處 理OFDM信號中的簇發型脈沖噪聲，實現噪聲抑制；
[OOU] 步驟F:執行(FDM解調。
[0014](立巧益效果
[0015] 從上述技術方案可W看出，本發明在寬帶電力線通信環境中，對于電力線上的簇 發型脈沖噪聲進行判決估計，根據估計的脈沖噪聲相關參數確定合適的包絡窗函數對噪聲 進行抑制處理從而能夠有效地抑制脈沖噪聲，同時大大降低了頻譜泄露，提高了寬帶電力 線通信系統的性能。
【附圖說明】
[0016] 圖1為根據本發明第一實施例應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲抑制方法的 流程框圖。
[0017] 圖2為圖1所示噪聲抑制方法中步驟A、B的詳細流程框圖；
[0018] 圖3為圖1所示噪聲抑制方法中確定最優窗函數峰值A的流程框圖。
【具體實施方式】
[0019] 本發明噪聲抑制方法包括:噪聲監測和估計，包絡窗函數的確定W及噪聲抑制= 部分。對接收端OFDM信號進行離散傅里葉變換，從輸出結果中提取保護頻帶信號，也就是頻 譜中分配在兩個鄰近的信道之間沒有用處的一部分，結合時域頻域方法估計出脈沖噪聲的 相關參數，然后按照脈沖噪聲的估計參數，構建一個適當的包絡窗函數在時域中抑制脈沖 噪聲。
[0020] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，W下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0021] 在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種應用于寬帶OFDM電力線通信系統的 噪聲抑制方法。
[0022] 如圖 1 所示，基帶信號通過IDFT變換（Inverse Discrete Fourier Transform,離 散傅里葉逆變換)產生(FDM信號SymbolkD〇抑M信號Symbolk在寬帶電力線信道中傳輸，從而 引入脈沖噪聲W及背景噪聲。因此，在接收端收到的信號中包含:〇FDM信號Symbolk、脈沖噪 聲W及背景噪聲。
[0023] 請繼續參照圖1，本實施例應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲抑制方法包括：
[0024] 步驟A :對接收到的OFDM信號進行離散傅里葉變換（D i S ere t e Four i er Transform,簡稱DFT變換），從輸出結果中提取保護頻帶信號Sg,并計算其瞬時平均功率Pg;
[0025] 其中，計算保護頻帶信號Sg的瞬時平均功率Pg中，保護頻帶信號Sg中的樣值點就是 保護頻帶信號的子載波，求出每個子載波的幅值，對每個子載波的幅值進行平方后求平均 得到保護頻帶信號Sg的瞬時平均功率Pg。
[00%]請參照圖2,該步驟A進一步包括：
[0027] 子步驟Al:對接收到的OFDM信號進行離散傅里葉變換；
[0028] 子步驟A2:從進行離散傅里葉變換后的信號中提取保護頻帶信號Sg;
[0029] 子步驟A3:求出保護頻帶信號Sg中每個子載波的幅值，對每個子載波的幅值進行 平方后求平均得到保護頻帶信號Sg的瞬時平均功率Pg。
[0030] 步驟B:根據瞬時平均功率Pg確定OFDM信號是否被簇發型脈沖噪聲影響，如果OFDM 信號被簇發型脈沖噪聲影響，執行步驟C;否則，執行步驟F;
[0031] 請參照圖2,該步驟B進一步包括：
[0032] 子步驟BI:計算背景噪聲AWGN的保護頻帶的平均功率Pw;
[0033] 子步驟B2:將瞬時平均功率Pg與平均功率Pw相比較，如果Pg大于Pw，說明OFDM信號 被簇發型脈沖噪聲影響，執行步驟C;否則，說明OFDM信號未被簇發型脈沖噪聲影響，執行步 驟F。
[0034] 步驟C:將每個OFDM信號的采樣值與基于最佳虛警概率和檢測概率的自適應限幅 闊值Tciip進行，統計比較結果，根據比較結果確定簇發型脈沖噪聲簇發域4;
[0(X3日]具體地，該步驟C進一步包括：
[0036] 子步驟Cl:將每一個(FDM信號的采樣值Xn與自適應限幅闊值Tclip進行比較，如果Xn 大于Tciip，記錄此時采樣值的位置；
[0037] 其中，自適應限幅闊值Tciip的定義如下：
[00；3 引
[0039] 其中，y是脈沖噪聲能量和背景噪聲AWGN的能量比值，即
I高斯白 噪聲的方差，口'^是脈沖噪聲的方差，^7,2是〇。01信號的方差；
[0040] 子步驟C2:定義簇發型脈沖噪聲簇發域4為:(FDM信號的采樣值Xn中幅度大于自適 應限幅闊值的位置的集合。
[0041] 步驟D:根據簇發型脈沖噪聲簇發域4確定噪聲突發持續時間〇和噪聲突發中屯、位 置no;
[0042] 本步驟中，噪聲突發持續時間O為統計得到的簇發型脈沖噪聲簇發域4中的元素 個數，噪聲突發中屯、位置no為簇發型脈沖噪聲簇發域4的中屯、點。
[0043] 步驟E:根據簇發型脈沖噪聲簇發域IK噪聲突發持續時間O和突發中屯、位置no處 理OFDM信號中的簇發型脈沖噪聲，實現噪聲抑制；
[0044] 其中，對于簇發型脈沖噪聲簇發域4內的脈沖噪聲處理所采用的窗函數包絡函數 如下：
[0045] 、 ...
-
[0046] 其中，n為噪聲樣值點；no為簇發型脈沖噪聲的中屯、位置;A為窗函數峰值，且0< A <i;e表示窗函數的變換因子；
窗函數的寬度因子，其中〇是噪聲突發持續時間， N是離散傅里葉變換DFT的大小，即其對應的子載波數，Ts為OFDM信號的持續時間。
[0047] 請參照圖3,窗函數峰值A的確定過程如下：
[004引（I)確定脈沖噪聲平均功率密度P/ :
癢中Ng表示保護頻帶信號 Sg中子載波數目，Sg(n)表示保護頻帶信號Sg中樣值點幅值；
[0049] (2)根據脈沖噪聲平均功率密度P/確定脈沖噪聲的總能量Etotal,其中，Etotal =
NP/，N是離散傅里葉變換DFT的大小，即其對應的子載妮掛，
[0化0] (3)計算脈沖噪聲在時域的平均功率Pi,其中
[0化1 ] (4)根據包絡窗函數確定被抑制的脈沖能量E
[0052] ( 5 )根據包絡窗函數確定0 F D M信號的剩余能量E r e S，其中，
其中Pn為OFDM信號的平均功率；
[0化3] (6)窗函數變換因子0分別取0.2，0.1,0.05,0.025和0.01，將A置一個初始值0;
[0054] 需要說明的是，窗函數變換因子0最少是4個，可W在小于1的范圍內取值，窗函數 峰值A可W在大于等于0的范圍內的取值。
[0055] (7)根據EtDtalJiW及Eres計算脈沖噪聲抑制后的信噪比，用SNR表示，其中
擬及
[0056] (8)判斷A的值是否已完成從0變到1，如果沒有，則令A = A+0.01，轉到步驟(7)執 行;否則，找出從0到1的過程中，使得SNR最大的一個A，記為最優窗函數峰值Aopti，作為窗函 數峰值A。
[0057] 需要說明的是，上述A = A+0.Ol中，0.01僅是一個優選的值，本領域技術人員可W 根據需要進行取值，取值可W在小于0.1的范圍內取值，取值越小越精確，但其計算復雜性 越高。
[005引本步驟中，處理(FDM信號中的簇發型脈沖噪聲包含W下S種情況：
[0059] (1)當判定OFDM信號樣值點n與噪聲突發中屯、位置no滿足（1-20化< (n-no) < (1+2 0化時，采用如下的抑制方法：
[0060]
[0061] 其中，Xn為OFDM信號第n個樣值點的采樣值；I Xn I表示OFDM信號第n個樣值點的采樣 信號的幅值；
[0062] (2)當判定OFDM信號樣值點n與噪聲中屯、位置no滿足(-1-20化< (n-no) < (20-1化 時，采用如下的抑制方法：
[0063]
[0064] (3)當判定OFDM信號樣值點n與噪聲中屯、位置no滿足（20-1化< (n-no) < (1-20化 時，義用如下的抑制方法：
[00 化]
[0066] 經過上述步驟，完成了信號的噪聲抑制。
[0067] 步驟F:將處理后的信號送往(FDM解調模塊進行解調。
[0068] 至此，已經結合附圖對本發明實施例進行了詳細描述。依據W上描述，本領域技術 人員應當對本發明應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲抑制方法有了清楚的認識。
[0069] 需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現方式，均為所屬技術 領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并 不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡 單地更改或替換。
[0070] 此外，本文可提供包含特定值的參數的示范，但運些參數無需確切等于相應的值， 而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應值。此外，除非特別描述或必須依序 發生的步驟，上述步驟的順序并無限制于W上所列，且可根據所需設計而變化或重新安排。
[0071] 綜上所述，本發明在寬帶電力線通信環境中，對于電力線上的簇發型脈沖噪聲進 行判決估計，根據估計的脈沖噪聲相關參數確定合適的包絡窗函數對噪聲進行抑制處理。 運種噪聲抑制方法能將脈沖噪聲有效抑制，同時大大降低了頻譜泄露，提高了寬帶電力線 通信系統的性能，具有較好的實用價值。
[0072] W上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，W上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護范圍之內。
【主權項】
1. 一種應用于寬帶OFDM電力線通信系統的噪聲抑制方法，其特征在于，包括： 步驟A:對接收到的OFDM信號進行離散傅里葉變換，從變化結果中提取保護頻帶信號Sg， 并計算其瞬時平均功率Pg; 步驟B:根據瞬時平均功率Pg確定OFDM信號是否被簇發型脈沖噪聲影響，如果OFDM信號 被簇發型脈沖噪聲影響，執行步驟C;否則，執行步驟F; 步驟C:將每個OFDM信號的采樣值與基于最佳虛警概率和檢測概率的自適應限幅閾值 Tclip進行，統計比較結果，根據比較結果確定簇發型脈沖噪聲簇發域Φ; 步驟D:根據簇發型脈沖噪聲簇發域Φ確定噪聲突發持續時間Φ和噪聲突發中心位置no; 以及 步驟E:根據簇發型脈沖噪聲簇發域Φ、噪聲突發持續時間Φ和突發中心位置no處理OFDM 信號中的簇發型脈沖噪聲，實現噪聲抑制； 步驟F:執行OFDM解調。2. 根據權利要求1所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述步驟E中，按照以下三種情況 處理OFDM信號中的簇發型脈沖噪聲： (1) 當判定OFDM信號樣值點η與噪聲突發中心位置no滿足（1-2β)Κ< (η-ηοΗ (1+2β)Κ 時，采用如下的抑制方法：(2) 當判定OFDM信號樣值點η與噪聲中心位置no滿足(_1_2β)Κ< (η-η〇)< (2β-1)Κ時，采 用如下的抑制方法：(3) 當判定OFDM信號樣值點η與噪聲中心位置no滿足(2β-1)Κ< (η-η〇)< (1-2β)Κ時，采 用如下的抑制方法：其中，Α為窗函數峰值，且0< 1;β表示窗函數的變換因子；為窗函數的寬度 因子，其中，Ν是離散傅里葉變換的大小，即其對應的子載波數，Ts為OFDM信號的持續時間； 其中，XnS〇FDM信號第η個樣值點的采樣值；|χη|表示OFDM信號第η個樣值點的采樣信號 的幅值。3. 根據權利要求2所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述窗函數峰值Α由以下步驟獲 得： (1) 確定脈沖噪聲平均功率密度P/，其中Ng表示保護頻帶信號Sg* 子載波數目，Sg(n)表示保護頻帶信號S#樣值點幅值； (2) 根據脈沖噪聲平均功率密度P/確定脈沖噪聲的總能量Etcltai，其中，Ε*_ι = ΝΡ/ ;(3) 計算脈沖噪聲在時域的平均功率Pi，其中 (4) 根據包絡窗函數確定被抑制的脈沖能量E,，其中，(5) 根據包絡窗函數確定OFDM信號的剩余能量Eres，其中： 其中PnS〇FDM信號的平均功率； (6) 初始化窗函數變換因子β與窗函數峰值A的初值，其中，窗函數變換因子β至少取4個 值，每個值均小于1，窗函數峰值Α在大于等于0的范圍內的取值； (7) 根據Etcltai，Ei以及Eres計算脈沖噪聲抑制后的信噪比，用SNR表示，其中(8) 判斷A的值是否已完成從0變到1，如果沒有，則令A = A+a，轉到步驟(7)執行；否則， 找出從0到1的過程中，使得SNR最大的一個Aopti，作為窗函數峰值A。4. 根據權利要求3所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述根據包絡窗函數確定被抑制 的脈沖能量的步驟中：5. 根據權利要求3所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述初始化窗函數變換因子β與 窗函數峰值的初值的步驟中：所述窗函數變換因子β分別取0.2，0.1，0.05，0.025和0.01，所 述窗函數峰值Α初值為0。6. 根據權利要求3所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述令A = A+a的步驟中，a = 0.01ο7. 根據權利要求1至6中任一項所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述步驟A中，求出 每個保護頻帶信號Sg子載波的幅值，依據這些幅值計算保護頻帶信號5 8的瞬時平均功率Pg， 其中，所述保護頻帶信號Sg子載波對應所述保護頻帶信號5 8中的樣值點。8. 根據權利要求1至6中任一項所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述步驟B包括： 子步驟B1:計算背景噪聲的保護頻帶的平均功率Pw;以及 子步驟B2:將瞬時平均功率?8與平均功率Pw相比較，如果Pg大于P w，說明OFDM信號被簇發 型脈沖噪聲影響，執行步驟C;否則，說明OFDM信號未被簇發型脈沖噪聲影響，執行步驟F。9. 根據權利要求1至6中任一項所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述步驟C包括： 子步驟C1:將每一個OFDM信號的采樣值χ η與自適應限幅閾值[叫進行比較，如果χη大于 Tclip，記錄此時采樣值的位置；以及 子步驟C2:定義簇發型脈沖噪聲的簇發域Φ為:OFDM信號的采樣值χη中幅度大于自適應 限幅閾值的位置的集合； 其中，所述自適應限幅閾值Tcdlp的定義如下：其中，μ是脈沖噪聲能量和背景噪聲的能量比值，即是高斯白噪聲的 方差，f7f是脈沖噪聲的方差，是OFDM信號的方差。10. 根據權利要求1至6中任一項所述的噪聲抑制方法，其特征在于，所述步驟D中，噪聲 突發持續時間Φ為統計得到的簇發型脈沖噪聲簇發域Φ中的元素個數，噪聲突發中心位置 no為簇發型脈沖噪聲簇發域Φ的中心點。
【文檔編號】H04L27/26GK105827560SQ201610143460
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】喬樹山, 方芳, 趙慧冬
【申請人】中國科學院微電子研究所