CN112118027A - 一种plc信道脉冲噪声检测方法及系统 - Google Patents

一种plc信道脉冲噪声检测方法及系统 Download PDF

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CN112118027A
CN112118027A CN202010971889.3A CN202010971889A CN112118027A CN 112118027 A CN112118027 A CN 112118027A CN 202010971889 A CN202010971889 A CN 202010971889A CN 112118027 A CN112118027 A CN 112118027A
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Abstract

本发明公开了一种PLC信道脉冲噪声检测方法及系统。该方法包括：获取PLC通信信号序列，根据PLC通信信号序列采用PLC通信信号作差法，确定信号一阶差分序列和信号二阶差分序列；根据信号一阶差分序列和信号二阶差分序列，确定期望差值序列；根据期望差值序列分别计算平方指数核值和状态判断阈值；判断平方指数核值是否大于或等于状态判断阈值，若是，则检测得到脉冲噪声，若否，则未检测到脉冲噪声。采用本发明的方法及系统，能够有效检测识别出PLC信号中的脉冲噪声。

Description

一种PLC信道脉冲噪声检测方法及系统
技术领域
本发明涉及噪声检测技术领域，特别是涉及一种PLC信道脉冲噪声检测 方法及系统。
背景技术
PLC(Power Line Communications，电力线通信)系统是利用中低压电力线 网络传输高频通信信号的系统。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 overpower 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。窄带电力线通信技术多采用单载波调制技术，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(正交频分复用，一种 信号调制技术)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，而且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(例如使用马达的果汁机、咖啡机和豆浆机 等)，PLC通信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，常用的阈值检测方法在识别非平稳 非高斯脉冲噪声方面表现不佳，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PLC信道脉冲噪声检测方法及系统，能够有效 检测识别出PLC信号中的脉冲噪声。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种PLC信道脉冲噪声检测方法，包括：
获取PLC通信信号序列；所述PLC通信信号序列中包括多个PLC通信信 号；
根据所述PLC通信信号序列采用PLC通信信号作差法，确定信号一阶差 分序列和信号二阶差分序列；
根据所述信号一阶差分序列和所述信号二阶差分序列，确定期望差值序 列；
根据所述期望差值序列分别计算平方指数核值和状态判断阈值；
判断所述平方指数核值是否大于或等于所述状态判断阈值，若是，则检测 得到脉冲噪声，若否，则未检测到脉冲噪声。
可选的，所述根据所述PLC通信信号序列采用PLC通信信号作差法，确 定信号一阶差分序列和信号二阶差分序列，具体包括：
采用如下公式确定信号一阶差分序列：
Figure BDA0002684378500000021
采用如下公式确定信号二阶差分序列：
Figure BDA0002684378500000022
式中，
Figure BDA0002684378500000023
表示第n个信号一阶差分序列，
Figure BDA0002684378500000024
表示第n个信号二阶差分 序列，sn表示PLC通信信号序列S的第n个元素，PLC通信信号序列 S＝[s1,s2,…,sN]，N为PLC信号序列的长度，n为元素下标，如果n>N，则sn＝0。
可选的，所述根据所述信号一阶差分序列和所述信号二阶差分序列，确定 期望差值序列，具体包括：
根据如下公式确定期望差值序列：
Figure BDA0002684378500000031
其中，
Figure BDA0002684378500000032
式中，
Figure BDA0002684378500000033
表示第n个信号期望差值序列，ω为中间参数，Wn表示期望 权重矩阵，
Figure BDA0002684378500000034
表示
Figure BDA0002684378500000035
的均方差，
Figure BDA0002684378500000036
表示
Figure BDA0002684378500000037
的均方差，λ表示相关矩阵A的 最大特征值，
Figure BDA00026843785000000318
表示相关矩阵A的第j个特征矢量，ρ表示相关矩阵A的迹，
Figure BDA0002684378500000038
可选的，所述根据所述期望差值序列分别计算平方指数核值和状态判断阈 值，具体包括：
根据如下公式计算平方指数核值：
Figure BDA0002684378500000039
根据如下公式计算状态判断阈值：
Figure BDA00026843785000000310
式中，HK表示平方指数核值，K表示取值范围为1,2，…，N的变量，σn表示序列Bn的均方差，
Figure BDA00026843785000000311
e0表示状态判断阈值，κj表 示相关差异矩阵CN的第j个特征值，
Figure BDA00026843785000000312
Figure BDA00026843785000000313
表示第N个信号一阶差分序列
Figure BDA00026843785000000314
的均方差，
Figure BDA00026843785000000315
表示第N个信号二阶差分序 列
Figure BDA00026843785000000316
的均方差，
Figure BDA00026843785000000317
表示第N个信号期望差值序列。
本发明还提供一种PLC信道脉冲噪声检测系统，包括：
通信信号序列获取模块，用于获取PLC通信信号序列；所述PLC通信信 号序列中包括多个PLC通信信号；
信号差分序列确定模块，用于根据所述PLC通信信号序列采用PLC通信 信号作差法，确定信号一阶差分序列和信号二阶差分序列；
期望差值序列确定模块，用于根据所述信号一阶差分序列和所述信号二阶 差分序列，确定期望差值序列；
平方指数核值和状态判断阈值计算模块，用于根据所述期望差值序列分别 计算平方指数核值和状态判断阈值；
脉冲噪声检测模块，用于判断所述平方指数核值是否大于或等于所述状态 判断阈值，若是，则检测得到脉冲噪声，若否，则未检测到脉冲噪声。
可选的，所述信号差分序列确定模块，具体包括：
信号一阶差分序列确定单元，用于采用如下公式确定信号一阶差分序列：
Figure BDA0002684378500000041
信号二阶差分序列确定单元，用于采用如下公式确定信号二阶差分序列：
Figure BDA0002684378500000042
式中，
Figure BDA0002684378500000043
表示第n个信号一阶差分序列，
Figure BDA0002684378500000044
表示第n个信号二阶差分 序列，sn表示PLC通信信号序列S的第n个元素，PLC通信信号序列 S＝[s1,s2,…,sN]，N为PLC信号序列的长度，n为元素下标，如果n>N，则sn＝0。
可选的，所述期望差值序列确定模块，具体包括：
期望差值序列确定单元，用于根据如下公式确定期望差值序列：
Figure BDA0002684378500000045
其中，
Figure BDA0002684378500000046
式中，
Figure BDA0002684378500000047
表示第n个信号期望差值序列，ω为中间参数，Wn表示期望 权重矩阵，
Figure BDA0002684378500000048
表示
Figure BDA0002684378500000049
的均方差，
Figure BDA00026843785000000410
表示
Figure BDA00026843785000000411
的均方差，λ表示相关矩阵A的 最大特征值，
Figure BDA00026843785000000412
表示相关矩阵A的第j个特征矢量，ρ表示相关矩阵A的迹，
Figure BDA00026843785000000413
可选的，所述平方指数核值和状态判断阈值计算模块，具体包括：
平方指数核值计算单元，用于根据如下公式计算平方指数核值：
Figure BDA00026843785000000414
状态判断阈值计算单元，用于根据如下公式计算状态判断阈值：
Figure BDA0002684378500000051
式中，HK表示平方指数核值，K表示取值范围为1,2，…，N的变量，σn表示序列Bn的均方差，
Figure RE-GDA0002788694120000052
e0表示状态判断阈值，κj表 示相关差异矩阵CN的第j个特征值，
Figure RE-GDA0002788694120000053
表示第N个信号一阶差分序列
Figure RE-GDA0002788694120000054
的均方差，
Figure RE-GDA0002788694120000055
表示第N个信号二阶差分序 列
Figure RE-GDA0002788694120000056
的均方差，
Figure RE-GDA0002788694120000057
表示第N个信号期望差值序列。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种PLC信道脉冲噪声检测方法及系统，获取PLC通信信 号序列，根据PLC通信信号序列采用PLC通信信号作差法，确定信号一阶差 分序列和信号二阶差分序列；根据信号一阶差分序列和信号二阶差分序列，确 定期望差值序列；根据期望差值序列分别计算平方指数核值和状态判断阈值； 判断平方指数核值是否大于或等于状态判断阈值，若是，则检测得到脉冲噪声， 若否，则未检测到脉冲噪声，能够有效检测识别出PLC信号中的脉冲噪声。
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，显而易见地，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性 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中PLC信道脉冲噪声检测方法流程图；
图2为本发明实施例中PLC信道脉冲噪声检测系统结构图。
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。
本发明的目的是提供一种PLC信道脉冲噪声检测方法及系统，能够有效 检测识别出PLC信号中的脉冲噪声。
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。
实施例
图1为本发明实施例中PLC信道脉冲噪声检测方法流程图，如图1所示， 一种PLC信道脉冲噪声检测方法，包括：
步骤101：获取PLC通信信号序列；PLC通信信号序列中包括多个PLC 通信信号。
步骤102：根据PLC通信信号序列采用PLC通信信号作差法，确定信号 一阶差分序列和信号二阶差分序列。
步骤102，具体包括：
采用如下公式确定信号一阶差分序列：
Figure BDA0002684378500000061
采用如下公式确定信号二阶差分序列：
Figure BDA0002684378500000062
式中，
Figure BDA0002684378500000063
表示第n个信号一阶差分序列，
Figure BDA0002684378500000064
表示第n个信号二阶差分 序列，sn表示PLC通信信号序列S的第n个元素，PLC通信信号序列 S＝[s1,s2,…,sN]，N为PLC信号序列的长度，n为元素下标，如果n>N，则sn＝0。
步骤103：根据信号一阶差分序列和信号二阶差分序列，确定期望差值序 列。
步骤103，具体包括：
根据如下公式确定期望差值序列：
Figure BDA0002684378500000065
其中，
Figure BDA0002684378500000066
式中，
Figure BDA0002684378500000067
表示第n个信号的期望差值序列，ω为中间参数，Wn表示期 望权重矩阵，
Figure BDA0002684378500000068
表示
Figure BDA0002684378500000069
的均方差，
Figure BDA00026843785000000610
表示
Figure BDA00026843785000000611
的均方差，λ表示相关矩阵A 的最大特征值，
Figure BDA00026843785000000612
表示相关矩阵A的第j个特征矢量，ρ表示相关矩阵A的迹，
Figure BDA00026843785000000613
Wn公式中等号右边表示在所有中间参数ω中选择，使得arg后面的公式 取得最小值的那个中间参数，并赋值给左边的Wn。
步骤104：根据期望差值序列分别计算平方指数核值和状态判断阈值。
步骤104，具体包括：
根据如下公式计算平方指数核值：
Figure BDA0002684378500000071
根据如下公式计算状态判断阈值：
Figure BDA0002684378500000072
式中，HK表示平方指数核值，K表示取值范围为1,2，…，N的变量，σn表示序列Bn的均方差，
Figure BDA0002684378500000073
e0表示状态判断阈值，κj表 示相关差异矩阵CN的第j个特征值，
Figure BDA0002684378500000074
Figure BDA0002684378500000075
表示第N个信号一阶差分序列
Figure BDA0002684378500000076
的均方差，
Figure BDA0002684378500000077
表示第N个信号二阶差分序 列
Figure BDA0002684378500000078
的均方差，
Figure BDA0002684378500000079
表示第N个信号期望差值序列。
步骤105：判断平方指数核值是否大于或等于状态判断阈值，若是，则检 测得到脉冲噪声，若否，则未检测到脉冲噪声。即，如果HK≥e0，则在所述信 号序列S的第K点处，检测到脉冲噪声；否则没有检测到脉冲噪声。
图2为本发明实施例中PLC信道脉冲噪声检测系统结构图。如图2所示， 一种PLC信道脉冲噪声检测系统，包括：
通信信号序列获取模块201，用于获取PLC通信信号序列；PLC通信信 号序列中包括多个PLC通信信号。
信号差分序列确定模块202，用于根据PLC通信信号序列采用PLC通信 信号作差法，确定信号一阶差分序列和信号二阶差分序列。
信号差分序列确定模块202，具体包括：
信号一阶差分序列确定单元，用于采用如下公式确定信号一阶差分序列：
Figure BDA00026843785000000710
信号二阶差分序列确定单元，用于采用如下公式确定信号二阶差分序列：
Figure BDA0002684378500000081
式中，
Figure BDA0002684378500000082
表示第n个信号一阶差分序列，
Figure BDA0002684378500000083
表示第n个信号二阶差分 序列，sn表示PLC通信信号序列S的第n个元素，PLC通信信号序列 S＝[s1,s2,…,sN]，N为PLC信号序列的长度，n为元素下标，如果n>N，则sn＝0。
期望差值序列确定模块203，用于根据信号一阶差分序列和信号二阶差分 序列，确定期望差值序列。
期望差值序列确定模块203，具体包括：
期望差值序列确定单元，用于根据如下公式确定期望差值序列：
Figure BDA0002684378500000084
其中，
Figure BDA0002684378500000085
式中，
Figure BDA0002684378500000086
表示第n个信号期望差值序列，ω为中间参数，Wn表示期望 权重矩阵，
Figure BDA0002684378500000087
表示
Figure BDA0002684378500000088
的均方差，
Figure BDA0002684378500000089
表示
Figure BDA00026843785000000810
的均方差，λ表示相关矩阵A的 最大特征值，
Figure BDA00026843785000000811
表示相关矩阵A的第j个特征矢量，ρ表示相关矩阵A的迹，
Figure BDA00026843785000000812
平方指数核值和状态判断阈值计算模块204，用于根据期望差值序列分别 计算平方指数核值和状态判断阈值。
平方指数核值和状态判断阈值计算模块204，具体包括：
平方指数核值计算单元，用于根据如下公式计算平方指数核值：
Figure BDA00026843785000000813
状态判断阈值计算单元，用于根据如下公式计算状态判断阈值：
Figure BDA00026843785000000814
式中，HK表示平方指数核值，K表示取值范围为1,2，…，N的变量，σn表示序列Bn的均方差，
Figure BDA00026843785000000815
e0表示状态判断阈值，κj表 示相关差异矩阵CN的第j个特征值，
Figure BDA00026843785000000816
Figure BDA00026843785000000817
表示第N个信号一阶差分序列
Figure BDA0002684378500000091
的均方差，
Figure BDA0002684378500000092
表示第N个信号二阶差分序 列
Figure BDA0002684378500000093
的均方差，
Figure BDA0002684378500000094
表示第N个信号期望差值序列。
脉冲噪声检测模块205，用于判断平方指数核值是否大于或等于状态判断 阈值，若是，则检测得到脉冲噪声，若否，则未检测到脉冲噪声。
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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种PLC信道脉冲噪声检测方法，其特征在于，包括：
获取PLC通信信号序列；所述PLC通信信号序列中包括多个PLC通信信号；
根据所述PLC通信信号序列采用PLC通信信号作差法，确定信号一阶差分序列和信号二阶差分序列；
根据所述信号一阶差分序列和所述信号二阶差分序列，确定期望差值序列；
根据所述期望差值序列分别计算平方指数核值和状态判断阈值；
判断所述平方指数核值是否大于或等于所述状态判断阈值，若是，则检测得到脉冲噪声，若否，则未检测到脉冲噪声。
2.根据权利要求1所述的PLC信道脉冲噪声检测方法，其特征在于，所述根据所述PLC通信信号序列采用PLC通信信号作差法，确定信号一阶差分序列和信号二阶差分序列，具体包括：
采用如下公式确定信号一阶差分序列：
Figure FDA0002684378490000011
采用如下公式确定信号二阶差分序列：
Figure FDA0002684378490000012
式中，
Figure FDA0002684378490000013
表示第n个信号一阶差分序列，
Figure FDA0002684378490000014
表示第n个信号二阶差分序列，sn表示PLC通信信号序列S的第n个元素，PLC通信信号序列S＝[s1,s2,…,sN]，N为PLC信号序列的长度，n为元素下标，如果n>N，则sn＝0。
3.根据权利要求2所述的PLC信道脉冲噪声检测方法，其特征在于，所述根据所述信号一阶差分序列和所述信号二阶差分序列，确定期望差值序列，具体包括：
根据如下公式确定期望差值序列：
Figure FDA0002684378490000015
其中，
Figure FDA0002684378490000016
式中，
Figure FDA0002684378490000017
表示第n个信号的期望差值序列，ω为中间参数，Wn表示期望权重矩阵，
Figure FDA0002684378490000021
表示
Figure FDA0002684378490000022
的均方差，
Figure FDA0002684378490000023
表示
Figure FDA0002684378490000024
的均方差，λ表示相关矩阵A的最大特征值，
Figure FDA0002684378490000025
表示相关矩阵A的第j个特征矢量，ρ表示相关矩阵A的迹，
Figure FDA0002684378490000026
4.根据权利要求3所述的PLC信道脉冲噪声检测方法，其特征在于，所述根据所述期望差值序列分别计算平方指数核值和状态判断阈值，具体包括：
根据如下公式计算平方指数核值：
Figure FDA0002684378490000027
根据如下公式计算状态判断阈值：
Figure FDA0002684378490000028
式中，HK表示平方指数核值，K表示取值范围为1,2，…，N的变量，σn表示序列Bn的均方差，
Figure FDA0002684378490000029
e0表示状态判断阈值，κj表示相关差异矩阵CN的第j个特征值，
Figure FDA00026843784900000210
Figure FDA00026843784900000211
表示第N个信号一阶差分序列
Figure FDA00026843784900000212
的均方差，
Figure FDA00026843784900000213
表示第N个信号二阶差分序列
Figure FDA00026843784900000214
的均方差，
Figure FDA00026843784900000215
表示第N个信号期望差值序列。
5.一种PLC信道脉冲噪声检测系统，其特征在于，包括：
通信信号序列获取模块，用于获取PLC通信信号序列；所述PLC通信信号序列中包括多个PLC通信信号；
信号差分序列确定模块，用于根据所述PLC通信信号序列采用PLC通信信号作差法，确定信号一阶差分序列和信号二阶差分序列；
期望差值序列确定模块，用于根据所述信号一阶差分序列和所述信号二阶差分序列，确定期望差值序列；
平方指数核值和状态判断阈值计算模块，用于根据所述期望差值序列分别计算平方指数核值和状态判断阈值；
脉冲噪声检测模块，用于判断所述平方指数核值是否大于或等于所述状态判断阈值，若是，则检测得到脉冲噪声，若否，则未检测到脉冲噪声。
6.根据权利要求5所述的PLC信道脉冲噪声检测系统，其特征在于，所述信号差分序列确定模块，具体包括：
信号一阶差分序列确定单元，用于采用如下公式确定信号一阶差分序列：
Figure FDA0002684378490000031
信号二阶差分序列确定单元，用于采用如下公式确定信号二阶差分序列：
Figure FDA0002684378490000032
式中，
Figure FDA0002684378490000033
表示第n个信号一阶差分序列，
Figure FDA0002684378490000034
表示第n个信号二阶差分序列，sn表示PLC通信信号序列S的第n个元素，PLC通信信号序列S＝[s1,s2,…,sN]，N为PLC信号序列的长度，n为元素下标，如果n>N，则sn＝0。
7.根据权利要求6所述的PLC信道脉冲噪声检测系统，其特征在于，所述期望差值序列确定模块，具体包括：
期望差值序列确定单元，用于根据如下公式确定期望差值序列：
Figure FDA0002684378490000035
其中，
Figure FDA0002684378490000036
式中，
Figure FDA0002684378490000037
表示第n个信号期望差值序列，ω为中间参数，Wn表示期望权重矩阵，
Figure FDA0002684378490000038
表示
Figure FDA0002684378490000039
的均方差，
Figure FDA00026843784900000310
表示
Figure FDA00026843784900000311
的均方差，λ表示相关矩阵A的最大特征值，
Figure FDA00026843784900000312
表示相关矩阵A的第j个特征矢量，ρ表示相关矩阵A的迹，
Figure FDA00026843784900000313
8.根据权利要求7所述的PLC信道脉冲噪声检测系统，其特征在于，所述平方指数核值和状态判断阈值计算模块，具体包括：
平方指数核值计算单元，用于根据如下公式计算平方指数核值：
Figure FDA00026843784900000314
状态判断阈值计算单元，用于根据如下公式计算状态判断阈值：
Figure FDA00026843784900000315
式中，HK表示平方指数核值，K表示取值范围为1,2，…，N的变量，σn表示序列Bn的均方差，
Figure FDA00026843784900000316
e0表示状态判断阈值，κj表示相关差异矩阵CN的第j个特征值，
Figure FDA0002684378490000041
Figure FDA0002684378490000042
表示第N个信号一阶差分序列
Figure FDA0002684378490000043
的均方差，
Figure FDA0002684378490000044
表示第N个信号二阶差分序列
Figure FDA0002684378490000045
的均方差，
Figure FDA0002684378490000046
表示第N个信号期望差值序列。
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