CN112350747B - 一种利用状态估计的plc信道脉冲噪声检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法和系统，所述方法包括：步骤101、获取按时间顺序采集的信号序列S；步骤102、求取初始化参量；步骤103、求取迭代参量的第k+1步值；步骤104、判断相邻两步迭代结果之差；步骤105、判断信道脉冲噪声。

Description

一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种PLC信道脉冲噪声的检测方法和系统。

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至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(3148.5kHz)，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。

发明内容

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，脉冲噪声变得更为常见和严重，而要滤除此类脉冲噪声，首先要检测到脉冲噪声然后才能进一步采取相应的措施，而目前已有的方法和系统对脉冲噪声的检测缺乏足够的重视。

本发明的目的是提供一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法和系统，所提出的方法利用了PLC信道脉冲噪声差值与背景噪声差值在状态估计方面的差异，提高了脉冲噪声检测性能。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法，包括：

步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；

步骤102求取初始化参量，具体为：

W⁰＝[S-m₀]^T[S-m₀]

G⁰＝S

k＝0

其中：

W⁰为权重矩阵W的初始化值；

G⁰为状态矢量G的初始化值；

k为迭代控制参数；

m₀为所述信号序列S的均值；

步骤103求取迭代参量的第k+1步值，具体为：

W^k+1＝AW^kA^T+Q

G^k+1＝AG^k

其中：

W^k+1为所述权重矩阵W的第k+1步值；

G^k+1为所述状态矢量W的第k+1步值；

A为Spike矩阵，其第i行第j列元素记为a_ij，计算公式为：

ΔT为所述信号序列S的采样间隔；

f₀为所述信号序列S的中心频率；

Q为矩形矩阵，其第i行第j列元素记为q_ij，求取公式为：

i＝1,2,···,N为行序号；

j＝1,2,···,N为列序号；

步骤104判断相邻两步迭代结果之差，具体为：

如果所述状态矢量G的第k步值和第k-1步值满足不等式||G^k-G^k-1||²≥0.001，则所述迭代控制参数k的值加1，并返回所述步骤103和所述步骤104进行迭代更新；否则，迭代过程结束，并将所述迭代控制参数k的当前值记为K_o，同时得到最佳状态矢量

和最佳权重矩阵

步骤105判断信道脉冲噪声，具体为：

如果状态估计值H＝||W_OPTG_OPT||_F大于等于

则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声；

其中：σ₀为所述信号序列S的均方差。

一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测系统，包括：

模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；

模块202求取初始化参量，具体为：

W⁰＝[S-m₀]^T[S-m₀]

G⁰＝S

k＝0

其中：

W⁰为权重矩阵W的初始化值；

G⁰为状态矢量G的初始化值；

k为迭代控制参数；

m₀为所述信号序列S的均值；

模块203求取迭代参量的第k+1步值，具体为：

W^k+1＝AW^kA^T+Q

G^k+1＝AG^k

其中：

W^k+1为所述权重矩阵W的第k+1步值；

G^k+1为所述状态矢量W的第k+1步值；

A为Spike矩阵，其第i行第j列元素记为a_ij，计算公式为：

ΔT为所述信号序列S的采样间隔；

f₀为所述信号序列S的中心频率；

Q为矩形矩阵，其第i行第j列元素记为q_ij，求取公式为：

i＝1,2,···,N为行序号；

j＝1,2,···,N为列序号；

模块204判断相邻两步迭代结果之差，具体为：

如果所述状态矢量G的第k步值和第k-1步值满足不等式||G^k-G^k-1||²≥0.001，则所述迭代控制参数k的值加1，并返回所述模块203和所述模块204进行迭代更新；否则，迭代过程结束，并将所述迭代控制参数k的当前值记为K_o，同时得到最佳状态矢量

和最佳权重矩阵

模块205判断信道脉冲噪声，具体为：

如果状态估计值H＝||W_OPTG_OPT||_F大于等于

则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声；

其中：σ₀为所述信号序列S的均方差。

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：

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，脉冲噪声变得更为常见和严重，而要滤除此类脉冲噪声，首先要检测到脉冲噪声然后才能进一步采取相应的措施，而目前已有的方法和系统对脉冲噪声的检测缺乏足够的重视。

本发明的目的是提供一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法和系统，所提出的方法利用了PLC信道脉冲噪声差值与背景噪声差值在状态估计方面的差异，提高了脉冲噪声检测性能。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。

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为本发明的系统流程示意图；

图3为本发明的具体实施案例流程示意图。

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1一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法的流程示意图

图1为本发明一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法的流程示意图。如图1所示，所述的一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法具体包括以下步骤：

步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；

步骤102求取初始化参量，具体为：

W⁰＝[S-m₀]^T[S-m₀]

G⁰＝S

k＝0

其中：

W⁰为权重矩阵W的初始化值；

G⁰为状态矢量G的初始化值；

k为迭代控制参数；

m₀为所述信号序列S的均值；

步骤103求取迭代参量的第k+1步值，具体为：

W^k+1＝AW^kA^T+Q

G^k+1＝AG^k

其中：

W^k+1为所述权重矩阵W的第k+1步值；

G^k+1为所述状态矢量W的第k+1步值；

A为Spike矩阵，其第i行第j列元素记为a_ij，计算公式为：

ΔT为所述信号序列S的采样间隔；

f₀为所述信号序列S的中心频率；

Q为矩形矩阵，其第i行第j列元素记为q_ij，求取公式为：

i＝1,2,···,N为行序号；

j＝1,2,···,N为列序号；

步骤104判断相邻两步迭代结果之差，具体为：

如果所述状态矢量G的第k步值和第k-1步值满足不等式||G^k-G^k-1||²≥0.001，则所述迭代控制参数k的值加1，并返回所述步骤103和所述步骤104进行迭代更新；否则，迭代过程结束，并将所述迭代控制参数k的当前值记为K_o，同时得到最佳状态矢量

和最佳权重矩阵

步骤105判断信道脉冲噪声，具体为：

如果状态估计值H＝||W_OPTG_OPT||_F大于等于

则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声；

其中：σ₀为所述信号序列S的均方差。

图2一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测系统的结构意图

图2为本发明一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测系统的结构示意图。如图2所示，所述一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测系统包括以下结构：

模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；

模块202求取初始化参量，具体为：

W⁰＝[S-m₀]^T[S-m₀]

G⁰＝S

k＝0

其中：

W⁰为权重矩阵W的初始化值；

G⁰为状态矢量G的初始化值；

k为迭代控制参数；

m₀为所述信号序列S的均值；

模块203求取迭代参量的第k+1步值，具体为：

W^k+1＝AW^kA^T+Q

G^k+1＝AG^k

其中：

W^k+1为所述权重矩阵W的第k+1步值；

G^k+1为所述状态矢量W的第k+1步值；

A为Spike矩阵，其第i行第j列元素记为a_ij，计算公式为：

ΔT为所述信号序列S的采样间隔；

f₀为所述信号序列S的中心频率；

Q为矩形矩阵，其第i行第j列元素记为q_ij，求取公式为：

i＝1,2,···,N为行序号；

j＝1,2,···,N为列序号；

模块204判断相邻两步迭代结果之差，具体为：

如果所述状态矢量G的第k步值和第k-1步值满足不等式||G^k-G^k-1||²≥0.001，则所述迭代控制参数k的值加1，并返回所述模块203和所述模块204进行迭代更新；否则，迭代过程结束，并将所述迭代控制参数k的当前值记为K_o，同时得到最佳状态矢量

和最佳权重矩阵

模块205判断信道脉冲噪声，具体为：

如果状态估计值H＝||W_OPTG_OPT||_F大于等于

则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声；

其中：σ₀为所述信号序列S的均方差。

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：

步骤301获取按时间顺序采集的信号序列S；

步骤302求取初始化参量，具体为：

W⁰＝[S-m₀]^T[S-m₀]

G⁰＝S

k＝0

其中：

W⁰为权重矩阵W的初始化值；

G⁰为状态矢量G的初始化值；

k为迭代控制参数；

m₀为所述信号序列S的均值；

步骤303求取迭代参量的第k+1步值，具体为：

W^k+1＝AW^kA^T+Q

G^k+1＝AG^k

其中：

W^k+1为所述权重矩阵W的第k+1步值；

G^k+1为所述状态矢量W的第k+1步值；

A为Spike矩阵，其第i行第j列元素记为a_ij，计算公式为：

ΔT为所述信号序列S的采样间隔；

f₀为所述信号序列S的中心频率；

Q为矩形矩阵，其第i行第j列元素记为q_ij，求取公式为：

i＝1,2,···,N为行序号；

j＝1,2,···,N为列序号；

步骤304判断相邻两步迭代结果之差，具体为：

如果所述状态矢量G的第k步值和第k-1步值满足不等式||G^k-G^k-1||²≥0.001，则所述迭代控制参数k的值加1，并返回所述步骤303和所述步骤304进行迭代更新；否则，迭代过程结束，并将所述迭代控制参数k的当前值记为K_o，同时得到最佳状态矢量

和最佳权重矩阵

步骤305判断信道脉冲噪声，具体为：

如果状态估计值H＝||W_OPTG_OPT||_F大于等于

则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声；

其中：σ₀为所述信号序列S的均方差。

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 (2)

1.一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测方法，其特征在于，包括：

步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；

步骤102求取初始化参量，具体为：

W⁰＝[S-m₀]^T[S-m₀]

G⁰＝S

k＝0

其中：

W⁰为权重矩阵W的初始化值；

G⁰为状态矢量G的初始化值；

k为迭代控制参数；

m₀为所述信号序列S的均值；

步骤103求取迭代参量的第k+1步值，具体为：

W^k+1＝AW^kA^T+Q

G^k+1＝AG^k

其中：

W^k+1为所述权重矩阵W的第k+1步值；

G^k+1为所述状态矢量G 的第k+1步值；

A为Spike矩阵，其第i行第j列元素记为a_ij，计算公式为：

ΔT为所述信号序列S的采样间隔；

f₀为所述信号序列S的中心频率；

Q为矩形矩阵，其第i行第j列元素记为q_ij，求取公式为：

i＝1,2,…,N，为行序号；

j＝1,2,…,N，为列序号；

s_i为所述信号序列S的第i个元素；

s_j为所述信号序列S的第j个元素；

步骤104判断相邻两步迭代结果之差，具体为：

如果所述状态矢量G的第k步值和第k-1步值满足不等式||G^k-G^k-1||²≥0.001，则所述迭代控制参数k的值加1，并返回所述步骤103和所述步骤104进行迭代更新；否则，迭代过程结束，并将所述迭代控制参数k的当前值记为K_o，同时得到最佳状态矢量

和最佳权重矩阵

步骤105判断信道脉冲噪声，具体为：

如果状态估计值H＝||W_OPTG_OPT||_F大于等于

则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声；其中：σ₀为所述信号序列S的均方差。

2.一种利用状态估计的PLC信道脉冲噪声检测系统，其特征在于，包括：

模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；

模块202求取初始化参量，具体为：

W⁰＝[S-m₀]^T[S-m₀]

G⁰＝S

k＝0

其中：

W⁰为权重矩阵W的初始化值；

G⁰为状态矢量G的初始化值；

k为迭代控制参数；

m₀为所述信号序列S的均值；

模块203求取迭代参量的第k+1步值，具体为：

W^k+1＝AW^kA^T+Q

G^k+1＝AG^k

其中：

W^k+1为所述权重矩阵W的第k+1步值；

G^k+1为所述状态矢量G 的第k+1步值；

A为Spike矩阵，其第i行第j列元素记为a_ij，计算公式为：

ΔT为所述信号序列S的采样间隔；

f₀为所述信号序列S的中心频率；

Q为矩形矩阵，其第i行第j列元素记为q_ij，求取公式为：

i＝1,2,…,N，为行序号；

j＝1,2,…,N，为列序号；

s_i为所述信号序列S的第i个元素；

s_j为所述信号序列S的第j个元素；

模块204判断相邻两步迭代结果之差，具体为：

如果所述状态矢量G的第k步值和第k-1步值满足不等式||G^k-G^k-1||²≥0.001，则所述迭代控制参数k的值加1，并返回所述模块203和所述模块204进行迭代更新；否则，迭代过程结束，并将所述迭代控制参数k的当前值记为K_o，同时得到最佳状态矢量

和最佳权重矩阵

模块205判断信道脉冲噪声，具体为：

如果状态估计值H＝||W_OPTG_OPT||_F大于等于

则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声；其中：σ₀为所述信号序列S的均方差。

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