用于电力线通信的干扰检测和消除制造技术

本发明专利技术提供一种电力线通信(PLC)接收器，其包含滤波器、时域处理器、频域处理器、和前向纠错解码器。一个连接到频域处理器的窄带频率检测器，检查一个最高功率子载波频率的频域信号。比较最高功率和所有其它子载波的平均功率，当最高功率明显高于平均功率时，就检测到一个窄带干扰。当在一段时间内N次检测到所述干扰，控制层就添加该子载波频率到一个移除列表，并重新计算滤波系数，添加一个所述移除列表的所述频率上的陷波滤波器。更新的滤波系数被加载到所述滤波器内，以便实施陷波滤波器。当在所述移除列表上一个子载波的当前功率明显低于所述平均功率时，从所述移除列表删除所述子载波，并重新计算系数以删除所述陷波滤波器。

Interference detection and elimination for power line communication

The present invention provides a power line communication (PLC) receiver comprising a filter, a time domain processor, a frequency domain processor, and a forward error correction decoder. A narrowband frequency detector connected to a frequency domain processor checks a frequency domain signal of the highest power subcarrier frequency. Comparing the average power of the highest power and all other subcarriers, a narrowband interference is detected when the maximum power is significantly higher than the average power. In a period of time when the N detects the interference control layer is added, the sub carrier frequency to a removal list, and calculate the filter coefficients, the frequency notch filter to add a list on the removal. The updated filtering coefficients are loaded into the filter so as to implement notch filter. When the current power of a sub carrier on the removal list is significantly lower than the average power, the subcarriers are removed from the removal list, and coefficients are recalculated to remove the notch filter.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电力线通信的干扰检测和消除
本专利技术涉及电力线通信(PLC)系统，特别涉及PLC系统的噪声滤除。
技术介绍
电力线通信(PLC)系统常被用于一些专用智能电网应用，如发送仪表读数到中央室、或发送命令来控制配电和负载。通过将适配器插入到普通交流电源插座，家庭自动化和网络化也可以使用PLC。PLC网络诸如HomePlugAV标准，不会干扰交流电配送。尽管PLC已经使用了一段时间，但仍然是低数据率(窄带)。由于不能同时进行发射和接收，需要使用半双工操作。希望能有高数据率的PLC，并能够提高可靠性。图1显示一个PLC系统。电力线10载有交流电如110伏、120伏、220伏、或240伏，以每秒60次交替(60Hz)或以每秒50次交替(50Hz)。电器、灯具和其它需要电力的设备可以插入到插座12、14、16、18。通过将特别的适配器插入插座14、16，电力线10上可以载有设备22和个人计算机(PC)24之间的通信信号。但是，当大负荷的电器26接通时，会突然从其插座18拖曳出一个大电流。这个大负荷会在电力线10上产生噪声，这会干扰设备22和PC24之间的通信。图2显示在电力线通信(PLC)期间干扰一些子载波频率的噪声。子载波20是PLC传输的频率。相同的数据可以同时在几个子载波20上传输，以提供冗余并减轻有噪声的交流电电力线环境。电力线上的静态噪声34干扰子载波21上载有的信号，但不会干扰其它子载波20。数据仍然能够在其它子载波20上传输。图3显示PLC里的各种噪声类型。静态噪声34长期出现在特定频率上。周期性噪声30是和交流电周期同步的脉冲，并可能出现很长一段时间，然后消失很长一段时间，例如当一个噪声电器接通和关断时。非周期性脉冲噪声32与交流电周期不是同步的，但重复出现。非同步噪声脉冲38出现一次，然后消失。背景噪声也可能出现在所有频率上。由于各种噪声产生器和电源，电力线环境是固定噪声的。噪声可能周期性地出现或看上去像随机地出现，并且发生在任何频率上。不同的时间快照将显示一个不同排列的噪声和频率，如图3所示。期望能将窄带PLC扩展到具有更高数据率的宽带PLC。期望能检测并滤掉电力线上的噪声，使数据能够在低噪声频率上传输。期望能动态检测噪声并持续调整滤波以避免噪声频率。期望能重新使用有噪声但现在噪声已经大幅减小的频率，以提供尽可能多的频率用于数据传输。附图说明图1是一个PLC系统。图2是在电力线通信(PLC)期间干扰一些子载波频率的噪声。图3显示PLC里各种噪声类型。图4是一个持续检测并滤除电力线噪声的电力线通信(PLC)接收器的模块示意图。图5详细显示控制层。图6突出显示噪声检测和消除。图7突出显示释放之前的噪声子载波。图8是一个窄带频率检测器进行噪声子载波检测的流程图。图9是一个窄带频率检测器进行噪声子载波释放检测的流程图。图10是一个控制层根据窄带频率检测器检测出窄带干扰而调整滤波系数的流程图。图11是一个控制层根据窄带频率检测器检测出窄带释放标签而调整滤波系数的流程图。具体实施方式本专利技术涉及对电力线通信(PLC)噪声滤除的改进。以下描述使本领域技术人员能够制作和使用根据特定应用及其要求所提供的本专利技术。对优选实施例的各种修改对本领域技术人员而言是显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用到其它实施例。因此，本专利技术并不受限于所示和所述的特定实施例，而应该给予与在此所披露的原理及其新颖特征一致的最广范围。图4是一个持续检测并滤除电力线噪声的电力线通信(PLC)接收器的模块示意图。模拟前端(AFE)42有模拟滤波器、放大器、和模数转换器(ADC)。AFE42通过一个隔离变压器、或一个路由器、或一个智能家庭/办公电器从电力线接收信号。模拟信号通过ADC被转换成数字信号，并施加到滤波器50。滤波器50是一个无限脉冲响应(IIR)滤波器，其衰减由控制层40识别出的各种频率。例如，滤波器50可以同时实施为几种滤波器，如高通滤波器，用于滤掉接近并低于60Hz的低频率噪声，以及陷波滤波器，用于衰减高于60Hz的各种频率，如果检测到噪声。时域处理器52从IIR滤波器50接收滤波信号，并在时域信号上执行各种数字信号处理器(DSP)操作。处理后的时域信号被转换成频域信号，如通过快速傅里叶变换(FFT)运算。时域到频域信号转换可以看作是时域处理器52和频域处理器54之间的一个连接器，而ADC可以看作是AFE42和滤波器50之间的连接器。频域信号是通过频域处理器54使用数字信号处理器(DSP)处理的。时域操作是基于时域信号的，可以包括采样频率补偿、帧同步、数字自动增益控制(AGC)几个例子。频域处理器54基于频域信号执行操作，诸如信道估计、均衡、解映射等。来自频域处理器54的频域输出施加到前向纠错(FEC)解码器48，其解码信号，并产生符号和从电力线上接收的最终数据。FEC解码器48进行的是发射器进行的FEC编码操作的逆操作，可以包括分集组合器、信道解交织器、涡轮解码器、或解扰器。最终将电力线上传输的数据恢复出来。在频带上扩散的并在一些不同频率上传输的数据被恢复出来，产生单个数据流。数据可以是在多个不同频率上或不同时隙上冗余传输的。可以比较冗余数据，以检测并纠错，以及去除任何冗余和附加的纠错码字。然后，解码后的数据被传送到其它装置、系统或子系统以便进一步处理。在频率处理器54上处理的频域信号被窄带频率检测器44检查。一个或多个具有最高平均功率的频率被窄带频率检测器44识别出，然后这些被识别出的频率的标识符或列表就被发送到控制层40。控制层40将检测出的频率列表保持一段时间。控制层40也可以有一个传输频率列表或一个期望数据在其上传输的频率列表，例如由PLC标准如HomePlugAV或由PLC适配器或发射器的制造商支持的频率。控制层40使用被检测到的(噪声)频率，产生一组新的系数给IIR滤波器50。这些新的系数实施一个陷波滤波器，其衰减被检测出频率附近的信号。因此，噪声频率被IIR滤波器50衰减，以消除窄带频率检测器44检测出的噪声。当多个噪声频率被窄带频率检测器44识别出时，IIR滤波器50就被实施为多个陷波滤波器如梳状滤波器。当频率的功率显著高过大多数传输频率的平均功率时，这个高功率很可能就是由噪声源引起的，因为电力线噪声经常远远大过PLC传输信号。专利技术人假设显著高过平均值的功率是由噪声源引起的。在或接近该高功率噪声上的频率被滤掉以便消除噪声。在这些噪声频率上传输的任何数据，都被滤掉和衰减，使得在其它非噪声频率上传输的数据能够被用来恢复传输的数据流。图5显示控制层40的详细结构。控制层40有一个中央处理单元(CPU)66，其执行存储在存储器(如存储器64、或ROM、闪存、或固件、或其各种组合)里的指令和程序。执行的高级别运行包括子载波消除程序70、子载波释放程序72、以及IIR滤波系数计算器74。存储器64存储当前列表60以及删除列表62。删除列表62是由窄带频率检测器44识别出的一个或多个明显高于平均功率的子载波频率的列表。删除列表62可以仅包括PLC发射器能够在其上发送的子载波频率，或任何频率，如在相邻子载波频率之间的频率。删除列表62里仅包含子载波频率，这可以简化过程，但一些实施例可以允许中间频率同样被消除和跟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噪声滤除系统，包括：无限脉冲响应(IIR)滤波器，其接收在电线上传输的信号输入，所述IIR滤波器接收滤波系数，所述滤波系数使得所述IIR滤波器实施为一个高通滤波器以及一个或多个陷波滤波器，然后产生一个滤波输出；窄带频率检测器，其能识别出所述电线上子载波的最大功率频率，所述窄带频率检测器也产生除所述最大功率频率附近的子载波之外的所有子载波的平均功率，当所述最大功率频率上的功率大于所述平均功率乘以第一阈值时，所述窄带频率检测器发出检测到干扰的信号；其中所述第一阈值大于1；和控制层，其计算所述滤波系数，并发送所述滤波系数到所述IIR滤波器，所述控制层根据所述窄带频率检测器发出的检测到干扰的信号，重新计算所述滤波系数，使所述IIR滤波器实施为一个陷波滤波器，其衰减所述最大功率频率附近的子载波的功率；由此，根据所述窄带频率检测器发出的检测到干扰的信号而产生的更新的滤波系数，所述最大功率频率附近的子载波被所述IIR滤波器衰减。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 US 15/261,1031.一种噪声滤除系统，包括：无限脉冲响应(IIR)滤波器，其接收在电线上传输的信号输入，所述IIR滤波器接收滤波系数，所述滤波系数使得所述IIR滤波器实施为一个高通滤波器以及一个或多个陷波滤波器，然后产生一个滤波输出；窄带频率检测器，其能识别出所述电线上子载波的最大功率频率，所述窄带频率检测器也产生除所述最大功率频率附近的子载波之外的所有子载波的平均功率，当所述最大功率频率上的功率大于所述平均功率乘以第一阈值时，所述窄带频率检测器发出检测到干扰的信号；其中所述第一阈值大于1；和控制层，其计算所述滤波系数，并发送所述滤波系数到所述IIR滤波器，所述控制层根据所述窄带频率检测器发出的检测到干扰的信号，重新计算所述滤波系数，使所述IIR滤波器实施为一个陷波滤波器，其衰减所述最大功率频率附近的子载波的功率；由此，根据所述窄带频率检测器发出的检测到干扰的信号而产生的更新的滤波系数，所述最大功率频率附近的子载波被所述IIR滤波器衰减。2.根据权利要求1所述的噪声滤除系统，其中所述窄带频率检测器分析从所述滤波输出产生的频域信号。3.根据权利要求2所述的噪声滤除系统，还包括：时域处理器，其从所述IIR滤波器接收所述滤波输出，并在所述滤波输出上执行时域操作；频域处理器，其耦合以接收所述时域处理器的输出，以执行频域操作。4.根据权利要求3所述的噪声滤除系统，还包括：前向纠错(FEC)解码器，其从所述频域处理器接收输出，并执行纠错操作以产生已被纠错的数据流。5.根据权利要求4所述的噪声滤除系统，还包括：模拟前端(AFE)，其耦合到所述电线，以驱动所述输入到所述IIR滤波器。6.根据权利要求1所述的噪声滤除系统，还包括：在所述控制层里的计数器，对于所述窄带频率检测器发出的所述最大功率频率上的每个检测出干扰的信号，所述计数器递增，如果所述计数器达到目标值N，所述控制层就发送重新计算的滤波系数到所述IIR滤波器，其中N是一个整数；由此，在所述窄带频率检测器进行N次检测之后，更新所述IIR滤波器。7.根据权利要求1所述的噪声滤除系统，其中使用具有多个频率的多个子载波的所述信号，数据在所述电线上被冗余传输。8.根据权利要求7所述的噪声滤除系统，其中所述信号包括至少100个子载波，其具有至少100个不同频率。9.根据权利要求8所述的噪声滤除系统，其中所述电线是载有大于100伏交流电(A.C.)的电力线，其中在所述电线上传输的所述信号是电力线通信(PLC)信号。10.根据权利要求1所述的噪声滤除系统，其中所述窄带频率检测器能够发出多个最大功率频率信号；一个由所述控制层管理的删除列表，所述删除列表显示由所述窄带频率检测器发出信号的所述最大功率频率；其中所述控制层产生所述滤波系数，使得所述IIR滤波器能够实施为所述删除列表指示的所述多个最大功率频率上的多个陷波滤波器；其中所述多个最大功率频率附近的所述多个子载波通过所述IIR滤波器被衰减。11.根据权利要求10所述的噪声滤除系统，其中所述窄带频率检测器检测由所述删除列表指示的每个最大功率频率的当前功率；其中当所述最大功率频率的当前功率小于未在所述删除列表里的所有子载波的平均功率乘以第二阈值时，所述窄带频率检测器对所述最大功率频率发出一个窄带释放标签信号；其中所述第二阈值小于1；和其中所述控制层还根据所述窄带频率检测器发出的窄带释放标签信号，重新计算所述滤波系数，使得所述IIR滤波器移除一个陷波滤波器，其衰减所述窄带释放标签的所述最大功率频率附近的子载波的功率。12.根据权利要求11所述的噪声滤除系统，还包括：在控制层里的释放标...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱之霞，汤国坤，张伟伦，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81