自适应单频窄带干扰陷波滤波装置及双频滤波设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自适应单频窄带干扰陷波滤波装置及双频滤波设备，自适应单频窄带干扰陷波滤波装置包括：自适应单频陷波滤波器，单频干扰信号频率估计和更新单元，输入信号和干扰信号能量估计单元以及自适应单频陷波滤波器输出选择装置；设备包括两个相互级联的自适应单频窄带干扰陷波滤波装置以及一个辅助陷波滤波器。本发明专利技术扩展到自适应双频陷波器，并具有灵活的硬件结构以达到不同的功能组合：自适应地去掉一到两个单频窄带干扰信号，窄带干扰频率估值偏差小，陷波效果好。

【技术实现步骤摘要】
自适应单频窄带干扰陷波滤波装置及双频滤波设备
本专利技术涉及通信方法，系统和设备
，尤其涉及一种基于格型IIR滤波器结构的自适应陷波滤波器实现的自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，及由上述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置构成的双频滤波设备。
技术介绍
电力载波通讯（Powerlinecommunications-PLC）是一种用电力线为传输媒体的通信系统，主要划分为两大类：一类归为窄带、低速、长距离应用（简称窄带PLC技术），另一类归为宽带、高速、短距离应用（简称宽带PLC技术）。窄带载波工作于3kHz-500kHz频段，在这种载波频率分配下，通信速度一般在1Mbps以下。目前国际上常见的窄带PLC标准是IEC61334、PRIME、G3-PLC、ITUG.9955/9956及IEEEP1901.2等。在上述标准中，除了国际电工委员会制定于上个世纪90年代的IEC61334标准采用S-FSK调制技术外，其他标准的物理层全部采用了正交频分复用（OFDM）调制技术。OFDM技术是一种多载波数字通信调制技术，它由多载波调制（MCM）技术发展而来，OFDM要求各个子载波之间相互正交，并可采用快速傅立叶变换（FFT）来实现。窄带干扰信号（NarrowBandInterference，NBI）在低压窄带电力通信系统中是无处不在，比如由同波段的窄带PLC通信系统的信号（如S-FSK，BPSK等）所引起的，或者更普遍的，由电视接收机的屏幕刷新率（如：15.734KHz）的整数倍，或个人电脑（PC）开关电源的开关频率的基频和谐波所产生的强单频窄带噪声干扰。这些基于开关特性的电气设备所产生的噪声干扰信号通常含有丰富的谐波，而其基频可在20KHz到1MHz的范围内的任何频率。这些窄带噪声干扰信号可以是脉冲型（Impulsive）的，也可以是连续（Continuous-time）型。不管是哪一种类型，它们都会对窄带电力载波通信系统性能和质量产生重大影响。通常来说，OFDM通信技术对NBI有自然的鲁棒性，这是因为NBI信号可以被容易地检测和擦除掉，加上OFDM子载波间具有一定的正交性，所以NBI的影响只局限在个别的子载波上，可用前向纠错码（FEC）来纠正。但是，在强NBI的环境中，快速和可靠的前导序列（PREAMBLE）检测和同步是一个严峻的挑战；NBI如不加以控制，则会严重影响OFDM系统的通信可靠性，从而不能充分发挥OFDM对NBI自然的鲁棒性。通常有用信号在传输和接收过程中会受到外界噪声或干扰的污染，通过滤波器抑制噪声或干扰并保留信号能量，是一种抑制噪声（干扰）的过程。这样的滤波器可以是固定的，也可以是自适应的。对窄带干扰（NBI）来说，它的频率通常对接收机而言是预先不知道的，必须在接收机端通过频率估计或检测等方法来获得。美国专利US6,976,044B1（MahdlT.Kalani,NarrowbandInterferenceCancellerforWidebandCommunicationSystems）是基于直接型IIR结构，实现成本高，收敛速度慢，容易收敛到局部最少值等缺点。另外，此专利并未提及自适应双频陷波器的算法。Shotaro等（ShotaroNishimuraetal,ALattice-basedAdaptiveIIRNotchFilterandItsApplicationtoFSKDemodulation,pp.586-589,ISCAS2000,May28-31,2000,Geneva,Switzerland）提出格型(lattice)IIRANF结构，但该方案是用不同的梯度信号来实现自适应的，此梯度信号的幅度受窄带干扰信号频率不同而变化，从而影响收敛速度和精度。另外，此文献并未提及自适应双频陷波器的算法。Cho等（N.I.Cho,etal,OntheAdaptiveLatticeNotchFilterfortheDetectionofSinusoids,IEEETransonCircuitsandSystems-IIAnalogandDigitalSignalProcessing,Vol.40,No.7,July,1993,pp.405-416）提出几种不同的多频信号陷波器结构，尽管该方案也用了格型(lattice)IIRANF结构，但具有偏差，且收敛速度一般。
技术实现思路
针对上述存在的OFDM系统在电力载波通信中的问题，本专利技术的目的是提供一种自适应单频窄带干扰陷波滤波装置及双频滤波设备，通过使用自适应陷波器来去除NBI，然后用相关接收机去检测前导序列以便达到OFDM可靠有效的同步。本专利技术的自适应多频窄带干扰陷波滤波器可以自动检测NBI的频率和强度并对以抑制，具有NBI频率估计偏差小，滤波器收敛速度快等优点。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：一种自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，其中，包括：一自适应单频陷波滤波器，用于从一输入信号中滤除一单频干扰信号或一单频窄带干扰信号以恢复原有的信号，同时产生一干扰信号的估计以用于自适应梯度信号和干扰信号能量计算；一单频干扰信号频率估计和更新单元，用于估计所述干扰信号的未知频率参数和跟踪微小频率变化；一输入信号和干扰信号能量估计单元，用于计算和监测所述干扰信号和所述输入信号相对能量比；以及，一自适应单频陷波滤波器输出选择装置，用于判断所述干扰信号的相对强度并选择所述自适应单频陷波滤波器是用经过陷波后的信号还是用所述输入信号作为输出，同时也作为判断所述自适应单频陷波滤波器收敛与否的条件之一。根据上述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置之构想，所述自适应单频陷波滤波器采用格型IIR滤波器结构来实现。根据上述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置之构想，所述自适应单频陷波滤波器包括相互形成一对互补滤波器的单频陷波滤波器和单频带通滤波器；定义所述自适应单频陷波滤波器的输入信号为x(n)，输出信号为y(n)，预估一窄带干扰信号z(n)，则：信号x(n)到y(n)的传输函数N(z)为所述单频陷波滤波器，N(z)满足：信号x(n)到z(n)的传输函数B(z)为所述单频带通滤波器，B(z)满足：设所述自适应单频窄带干扰陷波滤波器的调谐频率为ω0，3dB衰减带宽为Ω，则：a=-cos(ω0)根据上述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置之构想，所述单频干扰信号频率估计和更新单元根据所述单频带通滤波器B(z)的输出z(n)来形成一自适应梯度函数；设所述自适应单频陷波滤波器的学习步长为μ，陷波频率参数α(n)为待检的所述干扰信号的频率，所述干扰信号的频率根据一随机梯度程序来估算和跟踪，所述随机梯度的计算如下式的归一化最小均方根误差计算方式所示：其中，n是自然数，代表时间序列。根据上述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置之构想，所述陷波频率参数α(n)的取值在自适应更新过程中被限制在一允许的取值范围，以保证所述自适应单频陷波滤波器的稳定性。根据上述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置之构想，在计算所述自适应单频陷波滤波器的学习步长μ时，采用随机梯度算法实现，所述随机梯度算法包括普通LMS算法。根据上述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置之构想，所述输入信号和干扰信号能量估计单元用常用功率计算算法。根据上述自适应单频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，其特征在于，包括： 一自适应单频陷波滤波器，用于从一输入信号中滤除一单频干扰信号或一单频窄带干扰信号以恢复原有的信号，同时产生一干扰信号的估计以用于自适应梯度信号和干扰信号能量计算； 一单频干扰信号频率估计和更新单元，用于估计所述干扰信号的未知频率参数和跟踪微小频率变化； 一输入信号和干扰信号能量估计单元，用于计算和监测所述干扰信号和所述输入信号相对能量比；以及， 一自适应单频陷波滤波器输出选择装置，用于判断所述干扰信号的相对强度并选择所述自适应单频陷波滤波器是用经过陷波后的信号还是用所述输入信号作为输出，同时也作为判断所述自适应单频陷波滤波器收敛与否的条件之一。

【技术特征摘要】
1.一种自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，其特征在于，包括：一自适应单频陷波滤波器，用于从一输入信号中滤除一单频干扰信号或一单频窄带干扰信号以恢复原有的信号，同时产生一干扰信号的估计以用于自适应梯度信号和干扰信号能量计算；一单频干扰信号频率估计和更新单元，用于估计所述干扰信号的未知频率参数和跟踪微小频率变化；一输入信号和干扰信号能量估计单元，用于计算和监测所述干扰信号和所述输入信号相对能量比；以及，一自适应单频陷波滤波器输出选择装置，用于判断所述干扰信号的相对强度并选择所述自适应单频陷波滤波器是用经过陷波后的信号还是用所述输入信号作为输出，同时也作为判断所述自适应单频陷波滤波器收敛与否的条件之一；所述自适应单频陷波滤波器输出选择装置包括：一干扰信号对输入信号相对强度的计算单元，用于计算所述干扰信号对所述输入信号的能量之比并作相应的平均处理；一预先确定的嵌合阈值，用于判断是用陷波后信号还是用其输入作为输出，或用来判断所述自适应单频陷波滤波器是否已经收敛；以及，一预先确定的释放阈值，在所述自适应单频陷波滤波器收敛后，用于判断所述自适应单频陷波滤波器是否需要释放，或判断所述自适应单频陷波滤波器是否已经发散。2.根据权利要求1所述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，其特征在于，所述自适应单频陷波滤波器采用格型IIR滤波器结构来实现。3.根据权利要求2所述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，其特征在于，所述自适应单频陷波滤波器包括相互形成一对互补滤波器的单频陷波滤波器和单频带通滤波器；定义所述自适应单频陷波滤波器的输入信号为x(n)，输出信号为y(n)，预估一窄带干扰信号z(n)，则：信号x(n)到y(n)的传输函数N(z)为所述单频陷波滤波器，N(z)满足：信号x(n)到z(n)的传输函数B(z)为所述单频带通滤波器，B(z)满足：设所述自适应单频窄带干扰陷波滤波器的调谐频率为ω0，3dB衰减带宽为Ω，则：a＝-cos(ω0)；4.根据权利要求3所述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，其特征在于，所述单频干扰信号频率估计和更新单元根据所述单频带通滤波器B(z)的输出z(n)来形成一自适应梯度函数；设所述自适应单频陷波滤波器的学习步长为μ，陷波频率参数α(n)为待检的所述干扰信号的频率，所述干扰信号的频率根据一随机梯度程序来估算和跟踪，所述随机梯度的计算如下式的归一化最小均方根误差计算方式所示：其中，n是自然数，代表时间序列。5.根据权利要求4所述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，其特征在于，所述陷波频率参数α(n)的取值在自适应更新过程中被限制在一允许的取值范围，以保证所述自适应单频陷波滤波器的稳定性。6.根据权利要求4所述自适应单频窄带干扰陷波滤波装置，其特征在于，在计算所述自适应单频陷波滤波器的学习步长...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭明，
申请(专利权)人：钜泉光电科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31