CN110299933A - 一种基于信号表示的plc信号滤波方法和系统 - Google Patents

一种基于信号表示的plc信号滤波方法和系统 Download PDF

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翟明岳
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Abstract

本发明的实施例公开一种基于信号表示的PLC信号滤波方法和系统，所述方法包括：步骤1，输入实测的PLC信号序列S；步骤2，根据信号表示理论对所述PLC信号序列S进行滤除噪声处理，滤除噪声后的信号序列分为两部分：SPLC和SIM；具体为，为PLC调制信号；为PLC信道中的脉冲噪声。其中，ΦPLC为信号投影矩阵；ΦIM为脉冲投影矩阵；为信号最佳滤波矢量；为脉冲最佳滤波矢量。

Description

一种基于信号表示的PLC信号滤波方法和系统
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种PLC信号滤波方法和系统。
背景技术
电力线通信，相比各种有线通信技术，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；电力线通信技术包括欧洲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，因此，针对随机脉冲噪声的抑制技术，一直是国内外学者研究的重点；而且噪声模型并不符合高斯分布。因此，传统的针对高斯噪声设计的通信系统不再适用于电力线载波通信系统，必须研究相应的噪声抑制技术，以提高电力线通信系统信噪比，降低误码率，保证电力线通信系统质量。在实际应用中，一些简单的非线性技术经常被应用于消除电力线信道噪声，如Clipping、Blanking和Clipping/Blanking技术，但是这些研究方法都必须在一定的信噪比情况下才能良好工作，仅仅考虑了冲击噪声的消除，在电力线通信系统中，某些商用电力线发送器的特征是低发射功率，在一些特殊情况，发射功率甚至可能会低于18w，因此，在某些特殊情况，信号将会淹没在大量噪声中，导致电力线通信系统低信噪比情况。
随着非线性电器的应用和普及，中低压输配电网络中背景噪声呈现出较为明显的非平稳性和非高斯特性，常用的低通滤波器在非平稳和非高斯噪声环境中难以达到理想的滤波效果，很难滤除非平稳非高斯噪声，严重影响了PLC通信系统的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于信号表示的PLC信号滤波方法和系统，所提出的方法利用了PLC调制信号、脉冲噪声和背景噪声在信号表示领域中的差异，通过信号表示系数区分PLC调制信号、脉冲噪声和背景噪声。所提出的方法具有较好的开关事件检测性能，计算非常简单。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于信号表示的PLC信号滤波方法，包括：
步骤1，输入实测的PLC信号序列S；
步骤2，根据信号表示理论对所述PLC信号序列S进行滤除噪声处理，滤除噪声后的信号序列分为两部分：SPLC和SIM；具体为，为PLC调制信号；为PLC信道中的脉冲噪声。其中，ΦPLC为信号投影矩阵；ΦIM为脉冲投影矩阵；为信号最佳滤波矢量；为脉冲最佳滤波矢量。
一种基于信号表示的PLC信号滤波系统，包括：
获取模块，输入实测的PLC信号序列S；
滤波模块，根据信号表示理论对所述PLC信号序列S进行滤除噪声处理，滤除噪声后的信号序列分为两部分：SPLC和SIM；具体为，为PLC调制信号；为PLC信道中的脉冲噪声。其中，ΦPLC为信号投影矩阵；ΦIM为脉冲投影矩阵；为信号最佳滤波矢量；为脉冲最佳滤波矢量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
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；随着非线性电器的应用和普及，中低压输配电网络中背景噪声呈现出较为明显的非平稳性和非高斯特性，常用的低通滤波器在非平稳和非高斯噪声环境中难以达到理想的滤波效果，很难滤除非平稳非高斯噪声，严重影响了PLC通信系统的性能。
本发明的目的是提供一种基于信号表示的PLC信号滤波方法和系统，所提出的方法利用了PLC调制信号、脉冲噪声和背景噪声在信号表示领域中的差异，通过信号表示系数区分PLC调制信号、脉冲噪声和背景噪声。所提出的方法具有较好的开关事件检测性能，计算非常简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的系统结构示意图；
图3为本发明具体实施案例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1一种基于信号表示的PLC信号滤波方法的流程示意图
图1为本发明一种基于信号表示的PLC信号滤波方法的流程示意图。如图1所示，所述的一种基于信号表示的PLC信号滤波方法具体包括以下步骤：
步骤1，输入实测的PLC信号序列S；
步骤2，根据信号表示理论对所述PLC信号序列S进行滤除噪声处理，滤除噪声后的信号序列分为两部分：SPLC和SIM；具体为，为PLC调制信号；为PLC信道中的脉冲噪声。其中，ΦPLC为信号投影矩阵；ΦIM为脉冲投影矩阵；为信号最佳滤波矢量；为脉冲最佳滤波矢量。
所述步骤2之前，所述方法还包括：
步骤3，求取所述信号投影矩阵、脉冲投影矩阵、信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量。
所述步骤3包括：
步骤301，确定所述信号投影矩阵和脉冲投影矩阵的列数，具体为：
L＝fMAINN
其中：
L：所述信号投影矩阵和脉冲投影矩阵的列数
N：所述PLC信号序列S中元素的个数
fMAIN：PLC信号序列S的主频
步骤302，求取所述信号投影矩阵和脉冲投影矩阵，具体为：
其中：
ψ[*]：自变量为*的摩尔小波
ai：阶数为i的尺度因子
ai＝2-i,i＝1,2,…,N
ΦOUT＝[γij]N×L
其中：
ωi：权重
步骤303，求取所述信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量，具体为：
第一步：初始化，具体为：
第二步：迭代更新，具体为：
其中：
阈值算子
表示*中小于阈值的元素重置为0
表示*中小于阈值λIM＝m+0.514σ的元素重置为0
所述投影矩阵ΦPLC的伪逆
所述投影矩阵ΦIM的伪逆
k：迭代次数
m：所述PLC信号序列S的均值
σ：所述PLC信号序列S的均方差
第三步，不断重复第二步，并令迭代次数加1，直至相邻的两次迭代结果相差小于0.0001，即和时，迭代终止，得到所述信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量：
图2一种基于信号表示的PLC信号滤波系统的结构意图
图2为本发明一种基于信号表示的PLC信号滤波系统的结构示意图。如图2所示，所述一种基于信号表示的PLC信号滤波系统包括以下结构：
获取模块401，输入实测的PLC信号序列S；
滤波模块402，根据信号表示理论对所述PLC信号序列S进行滤除噪声处理，滤除噪声后的信号序列分为两部分：SPLC和SIM；具体为，为PLC调制信号；为PLC信道中的脉冲噪声。其中，ΦPLC为信号投影矩阵；ΦIM为脉冲投影矩阵；为信号最佳滤波矢量；为脉冲最佳滤波矢量。
所述的系统，还包括：
计算模块403，求取所述信号投影矩阵、脉冲投影矩阵、信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量。
下面提供一个具体实施案例，进一步说明本发明的方案
图3为本发明具体实施案例的流程示意图。如图3所示，具体包括以下步骤：
1.输入实测的PLC信号序列
S＝[s1,s2,…,sN-1,sN]
其中：
S：实测的PLC信号数据序列，长度为N
si,i＝1,2,…,N:序号为i的实测PLC信号
2.确定信号投影矩阵和脉冲投影矩阵的列数
L＝fMAINN
其中：
L：所述信号投影矩阵和脉冲投影矩阵的列数
N：所述PLC信号序列S中元素的个数
fMAIN：PLC信号序列S的主频
3.求取信号投影矩阵和脉冲投影矩阵
其中：
ψ[*]：自变量为*的摩尔小波
ai：阶数为i的尺度因子
ai＝2-i,i＝1,2,…,N
ΦIM＝[γij]N×L
其中：
ωi：权重
4.求取信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量
第一步：初始化，具体为：
第二步：迭代更新，具体为：
其中：
阈值算子
表示*中小于阈值的元素重置为0
表示*中小于阈值λIM＝m+0.514σ的元素重置为0
所述投影矩阵ΦPLC的伪逆
所述投影矩阵ΦIM的伪逆
k：迭代次数
m：所述PLC信号序列S的均值
σ：所述PLC信号序列S的均方差
第三步，不断重复第二步，并令迭代次数加1，直至相邻的两次迭代结果相差小于0.0001，即和时，迭代终止，得到所述信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量：
5.滤波处理
根据信号表示理论对所述PLC信号序列S进行滤除噪声处理，滤除噪声后的信号序列分为两部分：SPLC和SIM；具体为，为PLC调制信号；为PLC信道中的脉冲噪声。其中，ΦPLC为信号投影矩阵；ΦIM为脉冲投影矩阵；为信号最佳滤波矢量；为脉冲最佳滤波矢量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述较为简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于信号表示的PLC信号滤波方法，其特征在于，包括：
步骤1，输入实测的PLC信号序列S；
步骤2，根据信号表示理论对所述PLC信号序列S进行滤除噪声处理，滤除噪声后的信号序列分为两部分：SPLC和SIM；具体为，为PLC调制信号；为PLC信道中的脉冲噪声。其中，ΦPLC为信号投影矩阵；ΦIM为脉冲投影矩阵；为信号最佳滤波矢量；为脉冲最佳滤波矢量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2之前，所述方法还包括：
步骤3，求取所述信号投影矩阵、脉冲投影矩阵、信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤301，确定所述信号投影矩阵和脉冲投影矩阵的列数，具体为：
L＝fMAINN
其中：
L：所述信号投影矩阵和脉冲投影矩阵的列数
N：所述PLC信号序列S中元素的个数
fMAIN：PLC信号序列S的主频
步骤302，求取所述信号投影矩阵和脉冲投影矩阵，具体为：
其中：
ψ[*]：自变量为*的摩尔小波
ai：阶数为i的尺度因子
ai＝2-i,i＝1,2,…,N
ΦIM＝[γij]N×L
其中：
ωi：权重
步骤303，求取所述信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量，具体为：
第一步：初始化，具体为：
第二步：迭代更新，具体为：
其中：
阈值算子
表示*中小于阈值的元素重置为0
表示*中小于阈值λIM＝m+0.514σ的元素重置为0
所述投影矩阵ΦPLC的伪逆
所述投影矩阵ΦIM的伪逆
k：迭代次数
m：所述PLC信号序列S的均值
σ：所述PLC信号序列S的均方差
第三步，不断重复第二步，并令迭代次数加1，直至相邻的两次迭代结果相差小于0.0001，即和时，迭代终止，得到所述信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量：
。
4.一种基于信号表示的PLC信号滤波系统，其特征在于，包括：
获取模块，输入实测的PLC信号序列S；
滤波模块，根据信号表示理论对所述PLC信号序列S进行滤除噪声处理，滤除噪声后的信号序列分为两部分：SPLC和SIM；具体为，为PLC调制信号；为PLC信道中的脉冲噪声。其中，ΦPLC为信号投影矩阵；ΦIM为脉冲投影矩阵；为信号最佳滤波矢量；为脉冲最佳滤波矢量。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：
计算模块，求取所述信号投影矩阵、脉冲投影矩阵、信号最佳滤波矢量和脉冲最佳滤波矢量。
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