CN108736921B - 一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法，该方法通过缓存本地前导序列片段，并对信号进行脉冲降噪处理，然后将本地缓存的前导序列片段与输入信号进行互相关计算，并对输入信号进行自相关计算，将互相关和自相关计算结果代入归一化判决函数；最后通过设定的阈值与判决函数的计算结果进行比较，获得前导循环序列单元的检测结果。相比传统的前导检测方法，本发明提供的前导检测方法对随机脉冲噪声具有更好的鲁棒性，本方法在帧结束时不会出现干扰峰值，可有效的避免另一帧信号到来的假象。

Description

一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法

技术领域

本发明涉及数字信息传输领域，特别涉及一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法。

背景技术

随着网络技术的发展，电力载波通信因具有分布广、低铺设成本的优点，在信息家电、楼宇智能等应用中受到极大的关注。

电力载波通信的传输环境十分的复杂，在通信过程中，随机脉冲噪声由于其自身高功率的特点，对电力载波通信***干扰非常大，成为阻碍电力线通信性能的重要因素。

在电力载波通信中，前导是帧结构的重要组成部分，主要作用包括帧检测、符号同步、信道估计、频偏估计、AGC(automatic gain control自动增益控制)等。因此，在电力载波通信过程中，前导检测对通信有非常重要的作用。

传统的前导检测方法主要有：1、序列自相关检测算法，即当信号到来时，根据前导符号中的前导序列个数进行自相关检测，然后通过判断门限值来确定帧起始位置。该方法确定相关门限值较麻烦，对随机脉冲噪声的鲁棒性较差。2、延迟相关算法，在序列自相关检测算法的基础上引入能量项，利用相关项能量项的比值，即归一化处理，然后确定门限值来确定帧起始位置。相比序列自相关检测算法，延迟相关算法不需要考虑实际门限值。但由于能量窗下标超前于相关窗，因此当能量迅速下降时，相关值没有迅速下降，导致在帧结束时会出现一段时间的干扰峰值，可能会造成另一帧到来的假象。

针对以上情况，在复杂的电力载波通信环境中，电力载波通信实现稳定而可靠的数据传输非常的重要，这对电力载波通信***设计来说是一项迫切的任务。

发明内容

本发明的目的在于，在低压电力载波通信***中，为克服随机脉冲噪声对前导检测的影响，从而提供一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种在电力载波通信接收端基于本地前导序列与输入信号相关运算的前导检测方法。所述方法具体包括以下步骤：

步骤1)在本地缓存单个前导序列片段，该前导序列片段要求与输入信号中前导循环序列单元的结构一致；

步骤2)结合前导循环序列单元的特征，通过检测输入信号的幅度值，确定输入信号受随机脉冲噪声干扰的位置，并对该位置进行限幅处理；

步骤3)将本地缓存的前导序列片段与输入信号进行互相关计算，并对输入信号进行自相关计算，将互相关和自相关计算结果代入归一化判决函数；

步骤4)通过设定的阈值与判决函数的计算结果进行比较，获得前导循环序列单元的检测结果。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤2)具体包括：步骤201)计算步骤1)中本地缓存的前导序列片段的概率分布最大幅值，即前导序列片段中出现的概率最大的幅度值；

步骤202)读取输入信号r_k，并检查输入信号r_k中每个点的幅度值，设定阈值T1，将大于该阈值T1的幅度值对应的点赋值概率分布最大幅值。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤3)具体包括：

步骤301)设置滑动窗，接收输入信号；

步骤302)将输入信号与本地缓存的前导序列片段进行互相关计算，计算公式表示为：

其中，S_k为本地缓存的前导序列片段，r_k+n为输入信号，N为前导序列片段的长度，L为输入信号长度，n为输入信号中第n个点，k为前导序列片段中第k个点，C_n为第n个点的互相关计算结果；

步骤303)将输入信号进行自相关计算，计算公式表示为：

其中，P_n为第n个点的自相关计算结果；

步骤304)将步骤302)和步骤303)的计算结果代入归一化判决函数，该判决函数表示为：

其中，M_n为第n个点的判决函数计算结果。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的步骤4)具体包括：

步骤401)设定阈值T2，判定输入信号中每个点的判决函数计算结果如果大于阈值T2，则执行步骤402)；

步骤402)继续判断大于阈值T2的点是否为判决函数的最大值点，若不是，则判定是随机脉冲噪声干扰导致，舍弃该点对应的判决函数计算结果，若是，则判定为检测完成一个前导循环序列单元，当输入信号中的所有前导循环序列单元均被检测完成后，执行步骤403)；

步骤403)设定阈值T3，判断输入信号中的点的判决函数计算结果如果小于该阈值T3，则判定为完成输入信号中所有前导循环序列单元的检测。

本发明的一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法优点在于：

相比传统的前导检测方法，本发明提供的前导检测方法对随机脉冲噪声具有良好的鲁棒性，本方法在帧结束时不会出现干扰峰值，可有效的避免另一帧信号到来的假象。

附图说明

图1为本发明提供的一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法流程图。

图2为本发明实施中提供的前导数据格式。

图3为不引入任何噪声条件下，归一化判决函数仿真结果。

图4为引入随机脉冲噪声条件下，利用传统的延迟相关算法获得的前导检测仿真结果。

图5为引入随机脉冲噪声条件下，利用本发明的前导检测方法获得的仿真结果。

图6为引入随机脉冲噪声条件下，利用本发明的前导检测方法进行随机脉冲抑制且归一化处理后获得的仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提出了一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法，具体步骤为：

步骤1)在本地缓存单个前导序列片段，该前导序列片段要求与输入信号中前导循环序列单元的结构一致；

步骤2)结合前导循环序列单元的特征，通过检测输入信号的幅度值，确定输入信号受随机脉冲噪声干扰的位置，并对该位置进行限幅处理；

步骤3)将本地缓存的前导序列片段与输入信号进行互相关计算，并对输入信号进行自相关计算，将互相关和自相关计算结果代入归一化判决函数；

步骤4)通过设定的阈值与判决函数的计算结果进行比较，获得前导循环序列单元的检测结果。

对于传统的延迟相关算法判决函数，其定义如下：

其中，r为输入信号，L表示输入信号长度，j表示当前信号位置，C_n为输入信号自相关计算，P_n为能量项。由上述公式可知，P_n下标超前于C_n，因此当能量迅速下降时，相关值没有迅速下降，导致在帧结束时会出现一段时间的干扰峰值，可能会造成另一帧到来的假象，即如图4所示的情况，出现多个干扰峰值。且对于连续输入信号而言，需要进行连续相关性计算，增加计算量。

而本发明通过对输入信号进行检测，对信号进行脉冲降噪处理。然后缓存本地前导循环序列片段，设置滑动窗口，对输入信号进行计算，不仅提高了计算效率，而且可以避免P_n下标超前于C_n，防止导致在帧结束时会出现一段时间的干扰峰值，可能会造成另一帧到来的假象。

因此该方法相较传统的序列相关检测法，拥有更好的抗噪特性。相比延迟相关算法，本方法在帧结束的时候不会出现干扰峰值，可有效的避免另一帧信号到来的假象。

实施例一

基于上述电力线载波通信前导检测方法，在本实例中，该前导检测方法的具体实施步骤具体包括：

步骤1)参照图2所示的电力线通信的前导结构，前导结构由10.5个SYNCP与2.5个SYNCM组成,其中SYNCM＝-SYNCP。SYNCP定义为：

缓存单个长度为N＝1024的前导序列片段S_k到本地，S_k为单个标准前导由(1)式生成，这里是指从单个前导循环序列SYNCP中截取某一片段，前导序列片段与输入信号r_k中的前导循环序列单元结构一致，同时计算本地缓存的前导序列片段的平均值为2047。

步骤2)读取输入信号，并检查输入信号中每个点的幅度值，设定阈值为4096，判断每个点的信号幅度值是否大于该阈值；将大于该阈值的幅度值对应的点赋值概率分布最大幅值。

步骤3)设置滑动窗长度为N＝1024，接收输入信号，为提高计算效率，本发明通过设置滑动窗不需要缓存所有数据后，然后再进行计算，只需要缓存长度为N的数据，然后通过移位的方式对每个点进行计算。

步骤4)将本地缓存的单个前导序列片段S_k与输入信号r_k进行相关计算，计算公式表示为：

其中，S_k为本地缓存的前导序列片段，r_k+n为输入信号，N为前导序列片段的长度，L为输入信号长度，n为输入信号中第n个点，k为前导序列片段中第k个点，C_n为第n个点的互相关计算结果。

步骤5)将输入信号进行能量自相关计算，计算公式表示为：

其中，P_n为第n个点的自相关计算结果。

步骤6)归一化处理，将步骤4)和步骤5)的计算结果代入如下判决函数：

其中，M_n为第n个点的判决函数计算结果。

步骤7)设定阈值0.9，判断M_n是否大于该阈值。如果M_n＞0.9，则可以判定有输入信号到来，执行下一步骤。

步骤8)判断当前M_n对应点的位置是否为判决函数的最大值点，若是，则说明单个前导循环序列单元检测完成。结合前导结构，根据相关性计算可知，归一化结构M_n最大值位置在单个前导循环序列单元的最后一位，且会出现12个峰值。如图3所示的结果是在没有引入任何噪声的条件下的仿真结果。若当前M_n对应点的位置不是单个前导循环序列单元的最后一位，则可以认为是噪声干扰导致的，则将该点对应的判决函数计算结果舍弃。

步骤9)最后设定一个阈值0.1，判断M_n是否小于该阈值，若是，则判定为完成输入信号中所有前导循环序列单元的检测。

如图5、图6所示，为在本实施例中利用上述前导检测方法具体实施过程中的仿真结果。其中，在未进行降噪处理情况下，判决函数结果如图5所示，从图中可以看出结果波动较大，对于严重的脉冲噪声干扰会导致确定判决函数阈值比较麻烦。图6显示的是经过脉冲噪声处理且进行归一化处理的仿真结果，相比图5，图6显示的判决函数结果更平滑，更便于确定判决函数阈值。

最后所应说明的是，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，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法，其特征在于，包括：

步骤1)在本地缓存单个前导序列片段，该前导序列片段要求与输入信号中前导循环序列单元的结构一致；

步骤2)结合前导循环序列单元的特征，通过检测输入信号的幅度值，确定输入信号受随机脉冲噪声干扰的位置，并对该位置进行限幅处理；

所述的步骤2)具体包括：

步骤201)计算步骤1)中本地缓存的前导序列片段的概率分布最大幅值，即前导序列片段中出现的概率最大的幅度值；

步骤202)读取输入信号r_k，并检查输入信号r_k中每个点的幅度值，设定阈值T1，将大于该阈值T1的幅度值对应的点赋值概率分布最大幅值；

步骤3)将本地缓存的前导序列片段与输入信号进行互相关计算，并对输入信号进行自相关计算，将互相关和自相关计算结果代入归一化判决函数；

所述的步骤3)具体包括：

步骤301)设置滑动窗，接收输入信号；

步骤302)将输入信号与本地缓存的前导序列片段进行互相关计算，计算公式表示为：

其中，S_k为本地缓存的前导序列片段，r_k+n为输入信号，N为前导序列片段的长度，L为输入信号长度，n为输入信号中第n个点，k为前导序列片段中第k个点，C_n为第n个点的互相关计算结果；

步骤303)将输入信号进行自相关计算，计算公式表示为：

其中，P_n为第n个点的自相关计算结果；

步骤304)将步骤302)和步骤303)的计算结果代入归一化判决函数，该判决函数表示为：

其中，M_n为第n个点的判决函数计算结果；

步骤4)通过设定的阈值与判决函数的计算结果进行比较，获得前导循环序列单元的检测结果。

2.根据权利要求1所述的抵抗随机脉冲噪声的电力线载波通信前导检测方法，其特征在于，所述的步骤4)具体包括：

步骤401)设定阈值T2，判定输入信号中每个点的判决函数计算结果如果大于阈值T2，则执行步骤402)；

步骤402)继续判断大于阈值T2的点是否为判决函数的最大值点，若不是，则判定是随机脉冲噪声干扰导致，舍弃该点对应的判决函数计算结果，若是，则判定为检测完成一个前导循环序列单元，当输入信号中的所有前导循环序列单元均被检测完成后，执行步骤403)；

步骤403)设定阈值T3，判断输入信号中的点的判决函数计算结果如果小于该阈值T3，则判定为完成输入信号中所有前导循环序列单元的检测。

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