CN112350748B - 一种利用卡方分布的plc信道脉冲噪声检测方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开一种利用卡方分布的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求取相干矩阵；步骤103求取高斯背景噪声矩阵；步骤104求取Hubert距离；步骤105求取卡方分布值；步骤106判断信道脉冲噪声。

Description

一种利用卡方分布的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(9490kHz)，日本无线工业及商贸联合会(Association of Radio Industries and Businesses，ARIB)的规定带宽(9450kHz)，和中国的规定带宽(3500kHz)。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1.630MHz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卡方分布的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卡方分布方面的差异，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：
一种利用卡方分布的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求取相干矩阵，具体为：相干矩阵记为C，所用求取公式为：
C＝[S-m0]T[S-m0]
其中：
m0为所述信号序列S的均值；
N为所述信号序列S的长度；
步骤103求取高斯背景噪声矩阵，具体为：
高斯背景噪声矩阵记为G，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000021
其中：
M为高斯背景噪声矢量，其第n个元素为mn，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000022
Figure BDA0002733183160000023
表示均值为m0方差为
Figure BDA0002733183160000024
的正态分布函数；
Figure BDA0002733183160000025
为所述信号序列S的方差；
步骤104求取Hubert距离，具体为：所述信号序列S的Hubert距离记为h，其求取公式为：
h＝||[S-m0]-1G-1[S-m0]||2
步骤105求取卡方分布值，具体为：卡方分布值记为κ，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000026
其中：
α＝0.975为卡方分布参数；
χ1-α,h2表示置信度为1-α自变量为h2的卡方分布函数；
步骤106判断信道脉冲噪声，具体为：
如果所述卡方分布值κ大于等于
Figure BDA0002733183160000027
则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声。
一种利用卡方分布的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求取相干矩阵，具体为：相干矩阵记为C，所用求取公式为：
C＝[S-m0]T[S-m0]
其中：
m0为所述信号序列S的均值；
N为所述信号序列S的长度；
模块203求取高斯背景噪声矩阵，具体为：
高斯背景噪声矩阵记为G，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000031
其中：
M为高斯背景噪声矢量，其第n个元素为mn，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000032
Figure BDA0002733183160000033
表示均值为m0方差为
Figure BDA0002733183160000034
的正态分布函数；
Figure BDA0002733183160000035
为所述信号序列S的方差
模块204求取Hubert距离，具体为：所述信号序列S的Hubert距离记为h，其求取公式为：
h＝||[S-m0]-1G-1[S-m0]||2
模块205求取卡方分布值，具体为：卡方分布值记为κ，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000036
其中：
α＝0.975为卡方分布参数；
χ1-α,h2表示置信度为1-α自变量为h2的卡方分布函数；
模块206判断信道脉冲噪声，具体为：
如果所述卡方分布值κ大于等于
Figure BDA0002733183160000037
则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声。
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卡方分布的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卡方分布方面的差异，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1一种利用卡方分布的PLC信道脉冲噪声检测方法的流程示意图
图1为本发明一种利用卡方分布的PLC信道脉冲噪声检测方法的流程示意图。如图1所示，所述的一种利用卡方分布的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求取相干矩阵，具体为：相干矩阵记为C，所用求取公式为：
C＝[S-m0]T[S-m0]
其中：
m0为所述信号序列S的均值；
N为所述信号序列S的长度；
步骤103求取高斯背景噪声矩阵，具体为：
高斯背景噪声矩阵记为G，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000041
其中：
M为高斯背景噪声矢量，其第n个元素为mn，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000051
Figure BDA0002733183160000052
表示均值为m0方差为
Figure BDA0002733183160000053
的正态分布函数；
Figure BDA0002733183160000054
为所述信号序列S的方差；
步骤104求取Hubert距离，具体为：所述信号序列S的Hubert距离记为h，其求取公式为：
h＝||[S-m0]-1G-1[S-m0]||2
步骤105求取卡方分布值，具体为：卡方分布值记为κ，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000055
其中：
α＝0.975为卡方分布参数；
χ1-α,h2表示置信度为1-α自变量为h2的卡方分布函数；
步骤106判断信道脉冲噪声，具体为：
如果所述卡方分布值κ大于等于
Figure BDA0002733183160000056
则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声。
图2一种利用卡方分布的PLC信道脉冲噪声检测系统的结构意图
图2为本发明一种利用卡方分布的PLC信道脉冲噪声检测系统的结构示意图。如图2所示，所述一种利用卡方分布的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求取相干矩阵，具体为：相干矩阵记为C，所用求取公式为：
C＝[S-m0]T[S-m0]
其中：
m0为所述信号序列S的均值；
N为所述信号序列S的长度；
模块203求取高斯背景噪声矩阵，具体为：
高斯背景噪声矩阵记为G，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000057
其中：
M为高斯背景噪声矢量，其第n个元素为mn，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000061
Figure BDA0002733183160000062
表示均值为m0方差为
Figure BDA0002733183160000063
的正态分布函数；
Figure BDA0002733183160000064
为所述信号序列S的方差；
模块204求取Hubert距离，具体为：所述信号序列S的Hubert距离记为h，其求取公式为：
h＝||[S-m0]-1G-1[S-m0]||2
模块205求取卡方分布值，具体为：卡方分布值记为κ，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000065
其中：
α＝0.975为卡方分布参数；
χ1-α,h2表示置信度为1-α自变量为h2的卡方分布函数；
模块206判断信道脉冲噪声，具体为：
如果所述卡方分布值κ大于等于
Figure BDA0002733183160000066
则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声。
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求取相干矩阵，具体为：相干矩阵记为C，所用求取公式为：
C＝[S-m0]T[S-m0]
其中：
m0为所述信号序列S的均值；
N为所述信号序列S的长度；
步骤303求取高斯背景噪声矩阵，具体为：
高斯背景噪声矩阵记为G，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000067
其中：
M为高斯背景噪声矢量，其第n个元素为mn，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000071
Figure BDA0002733183160000072
表示均值为m0方差为
Figure BDA0002733183160000073
的正态分布函数；
Figure BDA0002733183160000074
为所述信号序列S的方差；
步骤304求取Hubert距离，具体为：所述信号序列S的Hubert距离记为h，其求取公式为：
h＝||[S-m0]-1G-1[S-m0]||2
步骤305求取卡方分布值，具体为：卡方分布值记为κ，所用计算公式为：
Figure BDA0002733183160000075
其中：
α＝0.975为卡方分布参数；
χ1-α,h2表示置信度为1-α自变量为h2的卡方分布函数；
步骤306判断信道脉冲噪声，具体为：
如果所述卡方分布值κ大于等于
Figure BDA0002733183160000076
则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声。
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)

1.一种利用卡方分布的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求取相干矩阵，具体为：相干矩阵记为C，所用求取公式为：
C＝[S-m0]T[S-m0]
其中：
m0为所述信号序列S的均值；
N为所述信号序列S的长度；
步骤103求取高斯背景噪声矩阵，具体为：
高斯背景噪声矩阵记为G，所用计算公式为：
Figure FDA0002733183150000011
其中：
M为高斯背景噪声矢量，其第n个元素为mn，所用计算公式为：
Figure FDA0002733183150000012
Figure FDA0002733183150000013
表示均值为m0方差为
Figure FDA0002733183150000014
的正态分布函数；
Figure FDA0002733183150000015
为所述信号序列S的方差；
步骤104求取Hubert距离，具体为：所述信号序列S的Hubert距离记为h，其求取公式为：
h＝||[S-m0]-1G-1[S-m0]||2
步骤105求取卡方分布值，具体为：卡方分布值记为κ，所用计算公式为：
Figure FDA0002733183150000016
其中：
α＝0.975为卡方分布参数；
Figure FDA0002733183150000018
表示置信度为1-α自变量为h2的卡方分布函数；
步骤106判断信道脉冲噪声，具体为：
如果所述卡方分布值κ大于等于
Figure FDA0002733183150000017
则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声。
2.一种利用卡方分布的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求取相干矩阵，具体为：相干矩阵记为C，所用求取公式为：
C＝[S-m0]T[S-m0]
其中：
m0为所述信号序列S的均值；
N为所述信号序列S的长度；
模块203求取高斯背景噪声矩阵，具体为：
高斯背景噪声矩阵记为G，所用计算公式为：
Figure FDA0002733183150000021
其中：
M为高斯背景噪声矢量，其第n个元素为mn，所用计算公式为：
Figure FDA0002733183150000022
Figure FDA0002733183150000023
表示均值为m0方差为
Figure FDA0002733183150000024
的正态分布函数；
Figure FDA0002733183150000025
为所述信号序列S的方差；
模块204求取Hubert距离，具体为：所述信号序列S的Hubert距离记为h，其求取公式为：
h＝||[S-m0]-1G-1[S-m0]||2
模块205求取卡方分布值，具体为：卡方分布值记为κ，所用计算公式为：
Figure FDA0002733183150000026
其中：
α＝0.975为卡方分布参数；
Figure FDA0002733183150000028
表示置信度为1-α自变量为h2的卡方分布函数；
模块206判断信道脉冲噪声，具体为：
如果所述卡方分布值κ大于等于
Figure FDA0002733183150000027
则检测到信道脉冲噪声；否则未检测到信道脉冲噪声。
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