应用于宽带ofdm电力线通信系统的噪声抑制方法
【专利摘要】本发明提供了一种应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声抑制方法。在该噪声抑制方法中，对接收端OFDM信号进行离散傅里叶变换，从输出结果中提取保护频带信号，也就是频谱中分配在两个邻近的信道之间没有用处的一部分，结合时域频域方法估计出脉冲噪声的相关参数，然后按照脉冲噪声的估计参数，构建一个适当的包络窗函数在时域中抑制脉冲噪声。本发明能够有效地抑制脉冲噪声，同时大大降低了频谱泄露，提高了宽带电力线通信系统的性能。
【专利说明】
应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声抑制方法
技术领域
[0001] 本发明设及通信技术领域，尤其设及一种应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声 抑制方法。
【背景技术】
[0002] 宽带电力线通信技术利用电力线网络将信息快速传播到每一个角落。在宽带电力 线通信环境中，存在着大量未知的功率大小不一的各种用电设备。运些设备的开关和工作， W及各种无线电设备产生的无线电波，都会给宽带电力线通信信道带来各种强烈的时变噪 声干扰。根据噪声源的不同可分为:背景噪声和脉冲噪声，后者的幅度远远高于背景噪声， 根据噪声模型的不同可将脉冲噪声区分为：贝努利高斯脉冲噪声和簇发型脉冲噪声。脉冲 噪声的随机性和高强度严重制约了宽带电力线通信系统的可靠性和吞吐量。
[0003] 目前对于噪声抑制的方法中，广泛采用的是消零和限幅技术，其中尤其W消零技 术最为简单有效。但是，对于贝努利高斯脉冲噪声进行消零处理，效果显著，而对于簇发型 脉冲噪声来说，常用的消零技术相当于在一个单纯的矩形窗函数包络内进行处理，由于该 技术的非线性特点，会带来一定的频谱泄露，导致子载波间干扰的问题，系统的性能将会严 重下降。因此业内亟需一种簇发型脉冲噪声抑制方法，W降低消零技术的局限性带来的频 谱泄露。
【发明内容】
[0004] (一)要解决的技术问题
[0005] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声抑 制方法。
[00(?](二)技术方案
[0007]本发明应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声抑制方法包括：
[000引步骤A:对接收到的OFDM信号进行离散傅里叶变换，从变化结果中提取保护频带信 号Sg,并计算其瞬时平均功率Pg;
[0009] 步骤B:根据瞬时平均功率Pg确定OFDM信号是否被簇发型脉冲噪声影响，如果OFDM 信号被簇发型脉冲噪声影响，执行步骤C;否则，执行步骤F;
[0010] 步骤C:将每个OFDM信号的采样值与基于最佳虚警概率和检测概率的自适应限幅 阔值Tciip进行，统计比较结果，根据比较结果确定簇发型脉冲噪声簇发域4;
[0011] 步骤D:根据簇发型脉冲噪声簇发域4确定噪声突发持续时间〇和噪声突发中屯、位 置no; W及
[0012] 步骤E:根据簇发型脉冲噪声簇发域IK噪声突发持续时间O和突发中屯、位置no处 理OFDM信号中的簇发型脉冲噪声，实现噪声抑制；
[OOU] 步骤F:执行(FDM解调。
[0014](立巧益效果
[0015] 从上述技术方案可W看出，本发明在宽带电力线通信环境中，对于电力线上的簇 发型脉冲噪声进行判决估计，根据估计的脉冲噪声相关参数确定合适的包络窗函数对噪声 进行抑制处理从而能够有效地抑制脉冲噪声，同时大大降低了频谱泄露，提高了宽带电力 线通信系统的性能。
【附图说明】
[0016] 图1为根据本发明第一实施例应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声抑制方法的 流程框图。
[0017] 图2为图1所示噪声抑制方法中步骤A、B的详细流程框图；
[0018] 图3为图1所示噪声抑制方法中确定最优窗函数峰值A的流程框图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明噪声抑制方法包括:噪声监测和估计，包络窗函数的确定W及噪声抑制= 部分。对接收端OFDM信号进行离散傅里叶变换，从输出结果中提取保护频带信号，也就是频 谱中分配在两个邻近的信道之间没有用处的一部分，结合时域频域方法估计出脉冲噪声的 相关参数，然后按照脉冲噪声的估计参数，构建一个适当的包络窗函数在时域中抑制脉冲 噪声。
[0020] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0021] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种应用于宽带OFDM电力线通信系统的 噪声抑制方法。
[0022] 如图 1 所示，基带信号通过IDFT变换（Inverse Discrete Fourier Transform,离 散傅里叶逆变换)产生(FDM信号SymbolkD〇抑M信号Symbolk在宽带电力线信道中传输，从而 引入脉冲噪声W及背景噪声。因此，在接收端收到的信号中包含:〇FDM信号Symbolk、脉冲噪 声W及背景噪声。
[0023] 请继续参照图1，本实施例应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声抑制方法包括：
[0024] 步骤A :对接收到的OFDM信号进行离散傅里叶变换（D i S ere t e Four i er Transform,简称DFT变换），从输出结果中提取保护频带信号Sg,并计算其瞬时平均功率Pg;
[0025] 其中，计算保护频带信号Sg的瞬时平均功率Pg中，保护频带信号Sg中的样值点就是 保护频带信号的子载波，求出每个子载波的幅值，对每个子载波的幅值进行平方后求平均 得到保护频带信号Sg的瞬时平均功率Pg。
[00%]请参照图2,该步骤A进一步包括：
[0027] 子步骤Al:对接收到的OFDM信号进行离散傅里叶变换；
[0028] 子步骤A2:从进行离散傅里叶变换后的信号中提取保护频带信号Sg;
[0029] 子步骤A3:求出保护频带信号Sg中每个子载波的幅值，对每个子载波的幅值进行 平方后求平均得到保护频带信号Sg的瞬时平均功率Pg。
[0030] 步骤B:根据瞬时平均功率Pg确定OFDM信号是否被簇发型脉冲噪声影响，如果OFDM 信号被簇发型脉冲噪声影响，执行步骤C;否则，执行步骤F;
[0031] 请参照图2,该步骤B进一步包括：
[0032] 子步骤BI:计算背景噪声AWGN的保护频带的平均功率Pw;
[0033] 子步骤B2:将瞬时平均功率Pg与平均功率Pw相比较，如果Pg大于Pw，说明OFDM信号 被簇发型脉冲噪声影响，执行步骤C;否则，说明OFDM信号未被簇发型脉冲噪声影响，执行步 骤F。
[0034] 步骤C:将每个OFDM信号的采样值与基于最佳虚警概率和检测概率的自适应限幅 阔值Tciip进行，统计比较结果，根据比较结果确定簇发型脉冲噪声簇发域4;
[0(X3日]具体地，该步骤C进一步包括：
[0036] 子步骤Cl:将每一个(FDM信号的采样值Xn与自适应限幅阔值Tclip进行比较，如果Xn 大于Tciip，记录此时采样值的位置；
[0037] 其中，自适应限幅阔值Tciip的定义如下：
[00；3 引
[0039] 其中，y是脉冲噪声能量和背景噪声AWGN的能量比值，即
I高斯白 噪声的方差，口'^是脉冲噪声的方差，^7,2是〇。01信号的方差；
[0040] 子步骤C2:定义簇发型脉冲噪声簇发域4为:(FDM信号的采样值Xn中幅度大于自适 应限幅阔值的位置的集合。
[0041] 步骤D:根据簇发型脉冲噪声簇发域4确定噪声突发持续时间〇和噪声突发中屯、位 置no;
[0042] 本步骤中，噪声突发持续时间O为统计得到的簇发型脉冲噪声簇发域4中的元素 个数，噪声突发中屯、位置no为簇发型脉冲噪声簇发域4的中屯、点。
[0043] 步骤E:根据簇发型脉冲噪声簇发域IK噪声突发持续时间O和突发中屯、位置no处 理OFDM信号中的簇发型脉冲噪声，实现噪声抑制；
[0044] 其中，对于簇发型脉冲噪声簇发域4内的脉冲噪声处理所采用的窗函数包络函数 如下：
[0045] 、 ...
-
[0046] 其中，n为噪声样值点；no为簇发型脉冲噪声的中屯、位置;A为窗函数峰值，且0< A <i;e表示窗函数的变换因子；
窗函数的宽度因子，其中〇是噪声突发持续时间， N是离散傅里叶变换DFT的大小，即其对应的子载波数，Ts为OFDM信号的持续时间。
[0047] 请参照图3,窗函数峰值A的确定过程如下：
[004引（I)确定脉冲噪声平均功率密度P/ :
痒中Ng表示保护频带信号 Sg中子载波数目，Sg(n)表示保护频带信号Sg中样值点幅值；
[0049] (2)根据脉冲噪声平均功率密度P/确定脉冲噪声的总能量Etotal,其中，Etotal =
NP/，N是离散傅里叶变换DFT的大小，即其对应的子载妮掛，
[0化0] (3)计算脉冲噪声在时域的平均功率Pi,其中
[0化1 ] (4)根据包络窗函数确定被抑制的脉冲能量E
[0052] ( 5 )根据包络窗函数确定0 F D M信号的剩余能量E r e S，其中，
其中Pn为OFDM信号的平均功率；
[0化3] (6)窗函数变换因子0分别取0.2，0.1,0.05,0.025和0.01，将A置一个初始值0;
[0054] 需要说明的是，窗函数变换因子0最少是4个，可W在小于1的范围内取值，窗函数 峰值A可W在大于等于0的范围内的取值。
[0055] (7)根据EtDtalJiW及Eres计算脉冲噪声抑制后的信噪比，用SNR表示，其中
拟及
[0056] (8)判断A的值是否已完成从0变到1，如果没有，则令A = A+0.01，转到步骤(7)执 行;否则，找出从0到1的过程中，使得SNR最大的一个A，记为最优窗函数峰值Aopti，作为窗函 数峰值A。
[0057] 需要说明的是，上述A = A+0.Ol中，0.01仅是一个优选的值，本领域技术人员可W 根据需要进行取值，取值可W在小于0.1的范围内取值，取值越小越精确，但其计算复杂性 越高。
[005引本步骤中，处理(FDM信号中的簇发型脉冲噪声包含W下S种情况：
[0059] (1)当判定OFDM信号样值点n与噪声突发中屯、位置no满足（1-20化< (n-no) < (1+2 0化时，采用如下的抑制方法：
[0060]
[0061] 其中，Xn为OFDM信号第n个样值点的采样值；I Xn I表示OFDM信号第n个样值点的采样 信号的幅值；
[0062] (2)当判定OFDM信号样值点n与噪声中屯、位置no满足(-1-20化< (n-no) < (20-1化 时，采用如下的抑制方法：
[0063]
[0064] (3)当判定OFDM信号样值点n与噪声中屯、位置no满足（20-1化< (n-no) < (1-20化 时，义用如下的抑制方法：
[00 化]
[0066] 经过上述步骤，完成了信号的噪声抑制。
[0067] 步骤F:将处理后的信号送往(FDM解调模块进行解调。
[0068] 至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。依据W上描述，本领域技术 人员应当对本发明应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声抑制方法有了清楚的认识。
[0069] 需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术 领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并 不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简 单地更改或替换。
[0070] 此外，本文可提供包含特定值的参数的示范，但运些参数无需确切等于相应的值， 而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。此外，除非特别描述或必须依序 发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于W上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。
[0071] 综上所述，本发明在宽带电力线通信环境中，对于电力线上的簇发型脉冲噪声进 行判决估计，根据估计的脉冲噪声相关参数确定合适的包络窗函数对噪声进行抑制处理。 运种噪声抑制方法能将脉冲噪声有效抑制，同时大大降低了频谱泄露，提高了宽带电力线 通信系统的性能，具有较好的实用价值。
[0072] W上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，W上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种应用于宽带OFDM电力线通信系统的噪声抑制方法，其特征在于，包括： 步骤A:对接收到的OFDM信号进行离散傅里叶变换，从变化结果中提取保护频带信号Sg， 并计算其瞬时平均功率Pg; 步骤B:根据瞬时平均功率Pg确定OFDM信号是否被簇发型脉冲噪声影响，如果OFDM信号 被簇发型脉冲噪声影响，执行步骤C;否则，执行步骤F; 步骤C:将每个OFDM信号的采样值与基于最佳虚警概率和检测概率的自适应限幅阈值 Tclip进行，统计比较结果，根据比较结果确定簇发型脉冲噪声簇发域Φ; 步骤D:根据簇发型脉冲噪声簇发域Φ确定噪声突发持续时间Φ和噪声突发中心位置no; 以及 步骤E:根据簇发型脉冲噪声簇发域Φ、噪声突发持续时间Φ和突发中心位置no处理OFDM 信号中的簇发型脉冲噪声，实现噪声抑制； 步骤F:执行OFDM解调。2. 根据权利要求1所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤E中，按照以下三种情况 处理OFDM信号中的簇发型脉冲噪声： (1) 当判定OFDM信号样值点η与噪声突发中心位置no满足（1-2β)Κ< (η-ηοΗ (1+2β)Κ 时，采用如下的抑制方法：(2) 当判定OFDM信号样值点η与噪声中心位置no满足(_1_2β)Κ< (η-η〇)< (2β-1)Κ时，采 用如下的抑制方法：(3) 当判定OFDM信号样值点η与噪声中心位置no满足(2β-1)Κ< (η-η〇)< (1-2β)Κ时，采 用如下的抑制方法：其中，Α为窗函数峰值，且0< 1;β表示窗函数的变换因子；为窗函数的宽度 因子，其中，Ν是离散傅里叶变换的大小，即其对应的子载波数，Ts为OFDM信号的持续时间； 其中，XnS〇FDM信号第η个样值点的采样值；|χη|表示OFDM信号第η个样值点的采样信号 的幅值。3. 根据权利要求2所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述窗函数峰值Α由以下步骤获 得： (1) 确定脉冲噪声平均功率密度P/，其中Ng表示保护频带信号Sg* 子载波数目，Sg(n)表示保护频带信号S#样值点幅值； (2) 根据脉冲噪声平均功率密度P/确定脉冲噪声的总能量Etcltai，其中，Ε*_ι = ΝΡ/ ;(3) 计算脉冲噪声在时域的平均功率Pi，其中 (4) 根据包络窗函数确定被抑制的脉冲能量E,，其中，(5) 根据包络窗函数确定OFDM信号的剩余能量Eres，其中： 其中PnS〇FDM信号的平均功率； (6) 初始化窗函数变换因子β与窗函数峰值A的初值，其中，窗函数变换因子β至少取4个 值，每个值均小于1，窗函数峰值Α在大于等于0的范围内的取值； (7) 根据Etcltai，Ei以及Eres计算脉冲噪声抑制后的信噪比，用SNR表示，其中(8) 判断A的值是否已完成从0变到1，如果没有，则令A = A+a，转到步骤(7)执行；否则， 找出从0到1的过程中，使得SNR最大的一个Aopti，作为窗函数峰值A。4. 根据权利要求3所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述根据包络窗函数确定被抑制 的脉冲能量的步骤中：5. 根据权利要求3所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述初始化窗函数变换因子β与 窗函数峰值的初值的步骤中：所述窗函数变换因子β分别取0.2，0.1，0.05，0.025和0.01，所 述窗函数峰值Α初值为0。6. 根据权利要求3所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述令A = A+a的步骤中，a = 0.01ο7. 根据权利要求1至6中任一项所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤A中，求出 每个保护频带信号Sg子载波的幅值，依据这些幅值计算保护频带信号5 8的瞬时平均功率Pg， 其中，所述保护频带信号Sg子载波对应所述保护频带信号5 8中的样值点。8. 根据权利要求1至6中任一项所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤B包括： 子步骤B1:计算背景噪声的保护频带的平均功率Pw;以及 子步骤B2:将瞬时平均功率?8与平均功率Pw相比较，如果Pg大于P w，说明OFDM信号被簇发 型脉冲噪声影响，执行步骤C;否则，说明OFDM信号未被簇发型脉冲噪声影响，执行步骤F。9. 根据权利要求1至6中任一项所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤C包括： 子步骤C1:将每一个OFDM信号的采样值χ η与自适应限幅阈值[叫进行比较，如果χη大于 Tclip，记录此时采样值的位置；以及 子步骤C2:定义簇发型脉冲噪声的簇发域Φ为:OFDM信号的采样值χη中幅度大于自适应 限幅阈值的位置的集合； 其中，所述自适应限幅阈值Tcdlp的定义如下：其中，μ是脉冲噪声能量和背景噪声的能量比值，即是高斯白噪声的 方差，f7f是脉冲噪声的方差，是OFDM信号的方差。10. 根据权利要求1至6中任一项所述的噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤D中，噪声 突发持续时间Φ为统计得到的簇发型脉冲噪声簇发域Φ中的元素个数，噪声突发中心位置 no为簇发型脉冲噪声簇发域Φ的中心点。
【文档编号】H04L27/26GK105827560SQ201610143460
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月14日
【发明人】乔树山, 方芳, 赵慧冬
【申请人】中国科学院微电子研究所