CN109257069A - 电力线通信信号自适应滤波方法 - Google Patents

电力线通信信号自适应滤波方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电力线通信信号自适应滤波方法，能够有效滤除电力线通信信号中的脉冲噪声。所述方法包括：采集电力线通信信号序列，将其转换为信号矩阵；对所述信号矩阵按行进行行傅立叶变换；基于得到的行傅立叶变换结果，迭代计算电力线通信信号滤波因子，对得到的行傅立叶变换结果进行修正；判断当前迭代次数是否等于电力线通信信号序列的长度；若是，则对当前得到的修正结果，按行进行行傅立叶反变换生成滤除了噪声的电力线通信信号序列。本发明涉及电力领域。

Description

电力线通信信号自适应滤波方法
技术领域
本发明涉及电力领域，特别是指一种电力线通信信号自适应滤波方法。
背景技术
电力线通信(Power Line Communications，PLC)，相比各种有线通信技术，有着无需重新布线、易于组网等优点，具有广阔的应用前景。电力线通信技术分为窄带电力线通信(Narrowband over power line，NPL)和宽带电力线通信(Broadband over power line，BPL)。窄带电力线通信是指带宽限定在3k～500kHz的电力线载波通信技术。包括欧洲CENELEC的规定带宽(3～148.5kHz)，美国联邦通讯委员会(FCC)的规定带宽(9～490kHz)，日本无线工业及商贸联合会(Association of Radio Industries and Businesses，ARIB)的规定带宽(9～450kHz)，和中国的规定带宽(3～500kHz)。窄带电力线通信技术多采用单载波调制技术，如PSK技术，DSSS技术和线性调频Chirp等技术，通信速率小于1Mbits/s。宽带电力线通信技术指带宽限定在1.6～30MHz之间、通信速率通常在1Mbps以上的电力线载波通信技术，采用以正交频分复用(OFDM)为核心的多种扩频通信技术。
虽然电力线通信系统有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是电力线通信系统中大量的分支和电气设备，会在电力线信道中产生大量的噪声。而其中随机脉冲噪声具有很大的随机性，噪声强度高，对电力线通信系统造成严重破坏。
随着非线性电器的应用和普及(例如，使用马达的果汁机、咖啡机和豆浆机等)，PLC信号中出现了越来越多的脉冲噪声，此类噪声的瞬时功率很大，呈现出较为明显的非平稳性和非高斯特性，现有技术中使用的低通滤波器在滤除脉冲噪声方面表现不佳，严重影响了PLC系统的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电力线通信信号自适应滤波方法，以解决现有技术所存在的低通滤波器无法有效滤除电力线通信信号中的脉冲噪声的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电力线通信信号自适应滤波方法，包括：
采集电力线通信信号序列，将其转换为信号矩阵；
对所述信号矩阵按行进行行傅立叶变换；
基于得到的行傅立叶变换结果，迭代计算电力线通信信号滤波因子，对得到的行傅立叶变换结果进行修正；
判断当前迭代次数是否等于电力线通信信号序列的长度；
若是，则对当前得到的修正结果，按行进行行傅立叶反变换生成滤除了噪声的电力线通信信号序列。
进一步地，所述采集电力线通信信号序列，将其转换为信号矩阵包括：
采集电力线通信信号序列pori＝[P1,P2,…,PN]，其中，N为电力线通信信号序列的长度；
按照电力线通信信号序列的先后次序，将电力线通信信号序列分为NR段，每段含有NC个数据，其中，符号表示上取整；
如果N<NR×NC，则将最后一段不足的部分补零；
将分段后的数据重新排列为矩阵的形式，一段数据为一行，得到信号矩阵
进一步地，所述对所述信号矩阵按行进行行傅立叶变换包括：
信号矩阵P按行进行行傅立叶变换FR，得到矩阵并记：矩阵其中，
进一步地，所述基于得到的行傅立叶变换结果，迭代计算电力线通信信号滤波因子，对得到的行傅立叶变换结果进行修正包括：
对第k-1步迭代得到的矩阵按列进行列傅立叶变换FC，得到矩阵
确定第k步的阈值矩阵Tk；
根据阈值矩阵Tk，调整矩阵tk，得到矩阵
对矩阵按列进行列傅立叶反变换FC，得到电力线通信信号滤波因子
根据得到的电力线通信信号滤波因子修正矩阵得到矩阵
进一步地，所述阈值矩阵Tk中的元素Tk(i,j)表示为：
其中，tk-1(i,j)表示第k-1步列傅立叶变换得到的矩阵tk-1的第i行第j列元素，并且矩阵Smax表示中所有元素的最大值；Smed表示中所有元素绝对值的中间值；Smin表示中所有元素绝对值的最小值。
进一步地，所述若是，则对当前得到的修正结果，按行进行行傅立叶反变换生成滤除了噪声的电力线通信信号序列包括：
若k＝N，则对得到的按行进行行傅立叶反变换得到矩阵
重新排列矩阵Prec中的数据，得到滤除了噪声的电力线通信信号序列。
进一步地，所述重新排列矩阵Prec中的数据，得到滤除了噪声的电力线通信信号序列包括：
将得到的矩阵Prec的第一行数据作为第一段，第二行数据作为第二段，以此类推，最后一行数据作为最后一段，将这些段按照顺序连接起来，并截取前面的N个数据组成一数据序列，此数据序列就是滤除了噪声的电力线通信信号序列。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，采集电力线通信信号序列，将其转换为信号矩阵；对所述信号矩阵按行进行行傅立叶变换；基于得到的行傅立叶变换结果，迭代计算电力线通信信号滤波因子，对得到的行傅立叶变换结果进行修正；判断当前迭代次数是否等于电力线通信信号序列的长度；若是，则对当前得到的修正结果，按行进行行傅立叶反变换生成滤除了噪声的电力线通信信号序列，从而有效地、快速滤除电力线通信信号中的脉冲噪声。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电力线通信信号滤波方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的电力线通信信号滤波方法的详细流程示意图；
图3为本发明实施例提供的数据分段和矩阵排列示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的低通滤波器无法有效滤除电力线通信信号中的脉冲噪声的问题，提供一种电力线通信信号自适应滤波方法。
如图1所示，本发明实施例提供的电力线通信信号自适应滤波方法
S101，采集电力线通信信号序列，将其转换为信号矩阵；
S102，对所述信号矩阵按行进行行傅立叶变换；
S103，基于得到的行傅立叶变换结果，迭代计算电力线通信信号滤波因子，对得到的行傅立叶变换结果进行修正；
S104，判断当前迭代次数是否等于电力线通信信号序列的长度；
S105，若是，则对当前得到的修正结果，按行进行行傅立叶反变换生成滤除了噪声的电力线通信信号序列。
本发明实施例所述的电力线通信信号自适应滤波方法，采集电力线通信信号序列，将其转换为信号矩阵；对所述信号矩阵按行进行行傅立叶变换；基于得到的行傅立叶变换结果，迭代计算电力线通信信号滤波因子，对得到的行傅立叶变换结果进行修正；判断当前迭代次数是否等于电力线通信信号序列的长度；若是，则对当前得到的修正结果，按行进行行傅立叶反变换生成滤除了噪声的电力线通信信号序列，从而有效地、快速滤除电力线通信信号中的脉冲噪声。
为了更好地理解本发明实施例所述的电力线通信信号自适应滤波方法，对其进行详细说明，如图2所示，所述电力线通信信号自适应滤波方法具体可以包括以下步骤：
A1，采集电力线通信信号序列
采集电力线通信信号序列pori＝[P1,P2,…,PN]，其中，N为电力线通信信号序列的长度。
A2，将电力线通信信号序列pori＝[P1,P2,…,PN]进行分段并将分段后的数据重新排列为一信号矩阵P，数据分段和矩阵排列如图3所示。
A21，按照电力线通信信号序列的先后次序，将电力线通信信号序列分为NR段，每段含有NC个数据，其中，符号表示上取整，例如， 这样做的目的是所有的数据都参与运算，不舍弃数据。
一般情况下，NR＝256或512或1024，在实际应用中，NR的取值由实际应用场景确定。
A22，如果N<NR×NC，则将最后一段不足的部分补零。
A23，将分段后的数据重新排列为矩阵的形式，一段数据为一行，故此信号矩阵P共有NR行、NC列。
A3，行傅立叶变换
信号矩阵P按行进行行傅立叶变换FR，得到矩阵
本实施例中，为下面迭代计算，将进行行傅立叶变换FR后得到的矩阵重新表示为
A4，进行迭代运算，假设当前进行第k步迭代，k＝1,2,…,N
A41，对上一步(即第k-1步)迭代得到的矩阵按列进行列傅立叶变换FC，得到矩阵
A42，确定第k步的阈值矩阵Tk，阈值矩阵Tk中的元素Tk(i,j)表示为：
其中，tk-1(i,j)表示第k-1步列傅立叶变换得到的矩阵tk-1的第i行第j列元素，并且矩阵Smax表示中所有元素的最大值；Smed表示中所有元素绝对值的中间值；Smin表示中所有元素绝对值的最小值。
A43，根据阈值矩阵Tk，调整矩阵tk，得到：
A44，列傅立叶反变换
对矩阵按列实施列傅立叶反变换FC，得到电力线通信信号滤波因子
A45，数据修正
根据得到的电力线通信信号修正滤波修正矩阵得到矩阵
A46，如果k＝N，则迭代终止，进入步骤A5，否则，k＝k+1返回步骤A41继续迭代。
A5，行傅立叶反变换
对得到的按行实施行傅立叶反变换得到
A6，重新排列数据，得到无噪声的电力线通信信号序列
将得到的矩阵Prec的第一行数据作为第一段，第二行数据作为第二段，以此类推，最后一行数据作为最后一段，将这些段按照顺序连接起来，并截取前面的N个数据组成一数据序列，此数据序列就是滤除了噪声(尤其是脉冲噪声)的电力线通信信号序列，即为所求。
本发明实施例所述的电力线通信信号自适应滤波方法，能够有效滤除电力线通信信号中的脉冲噪声，滤除噪声之后，电力线通信信号的信噪比可以提高3dB左右，且由于本发明实施例所述的电力线通信信号自适应滤波方法采用迭代方式，计算简单快速。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电力线通信信号自适应滤波方法，其特征在于，包括：
采集电力线通信信号序列，将其转换为信号矩阵；
对所述信号矩阵按行进行行傅立叶变换；
基于得到的行傅立叶变换结果，迭代计算电力线通信信号滤波因子，对得到的行傅立叶变换结果进行修正；
判断当前迭代次数是否等于电力线通信信号序列的长度；
若是，则对当前得到的修正结果，按行进行行傅立叶反变换生成滤除了噪声的电力线通信信号序列。
2.根据权利要求1所述的电力线通信信号自适应滤波方法，其特征在于，所述采集电力线通信信号序列，将其转换为信号矩阵包括：
采集电力线通信信号序列pori＝[P1,P2,…,PN]，其中，N为电力线通信信号序列的长度；
按照电力线通信信号序列的先后次序，将电力线通信信号序列分为NR段，每段含有NC个数据，其中，符号表示上取整；
如果N<NR×NC，则将最后一段不足的部分补零；
将分段后的数据重新排列为矩阵的形式，一段数据为一行，得到信号矩阵
3.根据权利要求2所述的电力线通信信号自适应滤波方法，其特征在于，所述对所述信号矩阵按行进行行傅立叶变换包括：
信号矩阵P按行进行行傅立叶变换FR，得到矩阵并记：矩阵其中，
4.根据权利要求3所述的电力线通信信号自适应滤波方法，其特征在于，所述基于得到的行傅立叶变换结果，迭代计算电力线通信信号滤波因子，对得到的行傅立叶变换结果进行修正包括：
对第k-1步迭代得到的矩阵按列进行列傅立叶变换FC，得到矩阵
确定第k步的阈值矩阵Tk；
根据阈值矩阵Tk，调整矩阵tk，得到矩阵
对矩阵按列进行列傅立叶反变换FC，得到电力线通信信号滤波因子
根据得到的电力线通信信号滤波因子修正矩阵得到矩阵
5.根据权利要求4所述的电力线通信信号自适应滤波方法，其特征在于，所述阈值矩阵Tk中的元素Tk(i,j)表示为：
其中，tk-1(i,j)表示第k-1步列傅立叶变换得到的矩阵tk-1的第i行第j列元素，并且矩阵Smax表示中所有元素的最大值；Smed表示中所有元素绝对值的中间值；Smin表示中所有元素绝对值的最小值。
6.根据权利要求5所述的电力线通信信号自适应滤波方法，其特征在于，所述若是，则对当前得到的修正结果，按行进行行傅立叶反变换生成滤除了噪声的电力线通信信号序列包括：
若k＝N，则对得到的按行进行行傅立叶反变换得到矩阵
重新排列矩阵Prec中的数据，得到滤除了噪声的电力线通信信号序列。
7.根据权利要求6所述的电力线通信信号自适应滤波方法，其特征在于，所述重新排列矩阵Prec中的数据，得到滤除了噪声的电力线通信信号序列包括：
将得到的矩阵Prec的第一行数据作为第一段，第二行数据作为第二段，以此类推，最后一行数据作为最后一段，将这些段按照顺序连接起来，并截取前面的N个数据组成一数据序列，此数据序列就是滤除了噪声的电力线通信信号序列。
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