CN115567082B - 电力线通信的噪声抑制方法、装置、终端及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力线通信的噪声抑制方法、装置、终端及可读存储介质，方法包括：将待传输的模拟信号复制，将n个复制信号转换为n个数字信号；通过n个发射端口将数字信号经电力线发射；通过接收端口将电力线传输的数字信号接收，获得n个接收信号；通过消隐门限分别对n个接收信号进行噪声抑制，获得n个抑制信号；将n个抑制信号沿时间轴进行相互比对，若值相同，则取任意值作为输出值；若值存在不同，则选取占比大的值作为输出值；沿时间轴整合输出值，获得完成传输的数字信号；本发明将多个数字信号同时进行传输，并进行噪声抑制，可以在某一路数字信号被干扰后，选择输出其他的为被干扰信号，从而可以增加信号传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及信号传输技术领域，具体涉及一种电力线通信的噪声抑制方法、装置、终端及可读存储介质。
背景技术
电力线通信PLC(PowerLineCommunication)是使用现有电网结构中的电力线作为通信介质的一种通信技术,具有无需重新布线.投资少且覆盖范围广等优点,在负载管理、数据集抄﹑故障定位、智能家居、灾后通信恢复等领域有着广泛的应用。但由于电力线的信道特性复杂,且受通信频率、网络拓扑、负载种类、负载工作状态及数量、噪声干扰等影响,通信的可靠性受到严重影响。因此提高通信可靠性一直是PLC领域的热点之一。
电力线多采用无屏蔽明线，易受外界噪声干扰。如电力线信道噪声中的背景噪声和脉冲噪声，脉冲噪声对电力线通信系统的性能损害最大，它是由电力线上开关的瞬变引起；背景噪声也会对在电力线上传输的信号造成干扰，影响数据传输的可靠性。
因此，亟需一种在通过电力线进行数据传输时，能够有效抑制噪声的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是电力线上存在脉冲噪声和背景造成，会对电力线通信造成干扰，目的在于提供一种电力线通信的噪声抑制方法、装置、终端及可读存储介质，解决了电力线通信中的噪声抑制的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，一种电力线通信的噪声抑制方法，包括：
将待传输的模拟信号复制，获得n个复制信号；
将n个复制信号转换为n个数字信号；
在发射端设置n个发射端口，并通过发射端口将数字信号经电力线发射；
在接收端设置n个接收端口，并通过接收端口将电力线传输的数字信号接收，获得n个接收信号；
获得消隐门限值；
通过消隐门限分别对n个接收信号进行噪声抑制，获得n个抑制信号；
将n个抑制信号沿时间轴进行相互比对，若同一时刻的值相同，则取任意值作为输出值；
若同一时刻的值存在不同，则判断不同值的占比，选取占比大的值作为输出值；
沿时间轴整合输出值，获得传输后的数字信号。
具体地，建立时域内的消隐模型：T＝arg max(pbc+pfa)，式中，T为消隐门限值，pbc为被脉冲噪声干扰的接收信号超过消隐门限的概率，pfa为没有被脉冲噪声干扰的接收信号低于消隐门限的概率；
获得pbc，其中p为估计的脉冲噪声的概率，/>为有脉冲噪声发生的接收信号功率，r为接收信号，I为发生脉冲噪声；
获得pfa，其中/>为没有脉冲噪声发生的接收信号功率，/>为不发生脉冲噪声；
获得最优消隐门限：
可选地，和/>的确定方法为：
获得接收信号中信号功率脉冲噪声的功率/>背景噪声的功率/>
确定没有脉冲噪声发生的接收信号功率
确定有脉冲噪声发生的接收信号功率
具体地，建立对接收信号的多阶矩估计模型：
其中，A、B、C为接收信号的多阶矩估计期望值，E(·)为期望操作；
通过对接收信号的观察样本进行分析，获得A、B、C的值；
获得σ1和σ2：其中，/>
获得估计的脉冲噪声发生概率p：
可选地，获得A、B、C的值的方法为：
选取接收信号中的X个观察样本；
根据观察样本，获得A、B、C的值：
可选地，和/>的确定方法中，a2-B≠0，(aB-c)-4(a2-B)(B2-ac)＞0。
进一步，所述方法还包括获得估计得到的脉冲噪声与背景噪声的功率比μ，
第二方面，一种电力线通信的噪声抑制装置，包括：
复制模块，用于将待传输的模拟信号复制，获得n个复制信号；
转换模块，用于将n个复制信号转换为n个数字信号
发射模块，用于将数字信号经电力线发射，并在发射端设置n个发射端口；
接收模块，用于将电力线传输的数字信号接收，获得n个接收信号，并在接收端设置n个接收端口；
计算模块，用于获得消隐门限值；
抑制膜块，用于通过消隐门限分别对n个接收信号进行噪声抑制，获得n个抑制信号；
比对模块，用于将n个抑制信号沿时间轴进行相互比对；
输出模块，用于在比对模块比对后，若同一时刻的值相同，则取任意值作为输出值；若同一时刻的值存在不同，则判断不同值的占比，选取占比大的值作为输出值；
整合模块，用于沿时间轴整合输出值，获得传输后的数字信号。
第三方面，一种电力线通信的噪声抑制终端，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的一种电力线通信的噪声抑制方法的步骤。
第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的一种电力线通信的噪声抑制方法的步骤。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过将需要传输的模拟信号进行复制，然后将复制后的信号均转换为数字信号，通过多个发射端对多个数字信号进行发射，并通过接收端对多个数字信号进行接收，通过消隐门限对多个接收信号均进行噪声抑制，然后将多个抑制后的信号进行比对，选取其中占比大的值作为输出值；
本发明将多个数字信号同时进行传输，并进行噪声抑制，可以在某一路数字信号被干扰后，选择输出其他的为被干扰信号，从而可以增加信号传输的可靠性。
本发明还在接收端采用矩估计的方法对接收信号中的脉冲噪声干扰率进行估计，根据估计的脉冲噪声特征参数获得可以根据噪声的特征参数变化而变化的消隐门限，利用得到的可以变化的消隐门限对脉冲噪声进行抑制，提高电力线的通信性能。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1是根据本发明所述的电力线通信的噪声抑制方法的流程示意图。
图2是根据本发明所述的实施例二的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
实施例一
电力线通信使用现有的电力线传送信息，是智能电网中最有前景的通信方式之一。目前，拥有通讯能力的家庭设备越来越多，从电脑、手机到传统家电，它们均可以通过电力线连接的方式进行信息共享，电力线通信正成为户内宽带通信市场的强大竞争对手之一。另一方面，现存电力线主要用于电力传输，在其上进行信息传输时，不仅需要考虑线路故障，还需考虑路径传输损耗、多径传输和各种噪声，因此，电力线用于数据通信时信道环境非常恶劣。
如图1所示，本实施例为了减少因为电力线的噪声干扰对通信的可靠性造成影响，特提供一种电力线通信的噪声抑制方法，包括：
第一步，将待传输的模拟信号复制，获得n个复制信号，即将需要传输的模拟信号复制为多个相同的信号。n为不小于3的奇数，本实施例中选用n＝3。
第二步，将n个复制信号转换为n个数字信号，因为模拟信号的抗干扰能力较弱，因此模拟信号在电力线上传输被干扰的可能性更大，通过模数转转器可以将模拟信号转换为数字信号，且可以设置n个模数转换器，避免模数转换器发生故障而导致传输数据的不准确。
第三步，在发射端设置n个发射端口，并通过发射端口将数字信号经电力线发射。
第四步，在接收端设置n个接收端口，并通过接收端口将电力线传输的数字信号接收，获得n个接收信号；n个数字信号相互独立的在电力线上传输，并且通过n个接收端口对n个数字信号进行独立的接收，避免信号与信号之间发生干扰。
例如：在传输的过程中，可能出现了第1个数字信号遭受了较大的干扰，第2个数字信号、第3个数字信号均未遭受较大的干扰。
第五步，获得消隐门限值；通过消隐门限分别对n个接收信号进行噪声抑制，获得n个抑制信号。
通过消隐门限值对接收信号进行噪声的消除与抑制，从而可输出常规情况下的抑制信号，在本实施例中，对n个接收信号分别独立的进行噪声抑制，从而获得n个独立的抑制信号。
第六步，将n个抑制信号沿时间轴进行相互比对，若同一时刻的值相同，则取任意值作为输出值；
例如：第1数字信号在第1时刻，输出值为1；
第2数字信号在第1时刻，输出值为1；
第3数字信号在第1时刻，输出值为1；
则将1作出第1时刻的输出值。
若同一时刻的值存在不同，则判断不同值的占比，选取占比大的值作为输出值；
例如：第1数字信号在第2时刻，输出值为0；
第2数字信号在第2时刻，输出值为1；
第3数字信号在第2时刻，输出值为1；
则忽略第1数字信号，判定其被干扰，将1作为第2时刻的输出值。
第七步，沿时间轴整合输出值，获得传输后的数字信号。按照时间轴将n个抑制信号进行比对，然后选取未被干扰的值作为输出值，完成比对后将其进行整合，从而实现减少噪声对电力线传输的数据的噪声干扰。
实施例二
传统的噪声抑制方法是在时域内对接收信号进行限幅和消隐操作,这一方法实现方便,复杂度较低,但很难得到理想的限幅和消隐门限；实际电力线上的脉冲噪声是时变的,用固定的门限对脉冲噪声进行限幅和消隐操作将带来系统性能的下降。为了对动态的脉冲噪声进行抑制,如图2所示，本实施例提供的方法得到的自适应门限,其基本原理是在“成功消隐概率”和“故障报警避免概率”之间达成一种平衡。
建立时域内的消隐模型：T＝arg max(pbc+pfa)，式中，T为消隐门限值，pbc为被脉冲噪声干扰的接收信号超过消隐门限的概率，pfa为没有被脉冲噪声干扰的接收信号低于消隐门限的概率；即T为在以上两个概率之和达到最大值时取得的消隐门限。
判断被脉冲噪声干扰的接收信号超过消隐门限的方法为：|r|＞T。
判断没有被脉冲噪声干扰的接收信号低于消隐门限的方法为：|r|＞T。
获得pbc，其中p为估计的脉冲噪声的概率，/>为有脉冲噪声发生的接收信号功率，r为接收信号，I为发生脉冲噪声；
获得pfa，其中/>为没有脉冲噪声发生的接收信号功率，/>为不发生脉冲噪声；
获得最优消隐门限：
可以看出，该消隐门限值由脉冲噪声的干扰率p及接收信号的功率值和/>确定，而这些值均可通过脉冲噪声的矩估计方法得到。同时，该门限值不是固定的，它可随着噪声特征参数的变化而变化，从而使得对电力线传输的信号的噪声抑制功能更佳。
从上述公式可以看出，接收信号的功率值是确定消隐门限的关键，因此提供和的确定方法为：
获得接收信号中信号功率脉冲噪声的功率/>背景噪声的功率/>
确定没有脉冲噪声发生的接收信号功率
确定有脉冲噪声发生的接收信号功率
A、B、C为接收信号的多阶矩估计期望值，E(·)为期望操作，建立对接收信号的多阶矩估计模型：
选取接收信号中的X个观察样本，根据观察样本，获得A、B、C的值：
然后获得σ1和σ2：
其中， 且需要满足a2-B≠0，(aB-c)-4(a2-B)(B2-ac)＞0。
获得估计的脉冲噪声发生概率p：
还可以获得估计得到的脉冲噪声与背景噪声的功率比μ，
实施例三
本实施例提供一种电力线通信的噪声抑制装置，包括：
复制模块，用于将待传输的模拟信号复制，获得n个复制信号；
转换模块，用于将n个复制信号转换为n个数字信号
发射模块，用于将数字信号经电力线发射，并在发射端设置n个发射端口；
接收模块，用于将电力线传输的数字信号接收，获得n个接收信号，并在接收端设置n个接收端口；
计算模块，用于获得消隐门限值；
抑制膜块，用于通过消隐门限分别对n个接收信号进行噪声抑制，获得n个抑制信号；
比对模块，用于将n个抑制信号沿时间轴进行相互比对；
输出模块，用于在比对模块比对后，若同一时刻的值相同，则取任意值作为输出值；若同一时刻的值存在不同，则判断不同值的占比，选取占比大的值作为输出值；
整合模块，用于沿时间轴整合输出值，获得传输后的数字信号。
上述多个模块可以为相互独立的计算芯片，各个芯片之间通过数据通信进行连接，也可以为一个芯片，并通过不同的软件来实现上述各个模块的功能。
实施例四
一种电力线通信的噪声抑制终端，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如上述的一种电力线通信的噪声抑制方法的步骤。
存储器可用于存储软件程序以及模块,处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块,从而执行终端的各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的执行程序等。
存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件,闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的一种电力线通信的噪声抑制方法的步骤。
不失一般性，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令数据结构,程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他固态存储技术,CD-ROM、DVD或其他光学存储﹑磁带盒﹑磁带﹑磁盘存储或其他磁性存储设备。当然,本领域技术人员可知计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器和大容量存储设备可以统称为存储器。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (8)
1.一种电力线通信的噪声抑制方法，其特征在于，包括：
将待传输的模拟信号复制，获得n个复制信号；
将n个复制信号转换为n个数字信号；
在发射端设置n个发射端口，并通过发射端口将数字信号经电力线发射；
在接收端设置n个接收端口，并通过接收端口将电力线传输的数字信号接收，获得n个接收信号；
获得消隐门限值；
通过消隐门限值分别对n个接收信号进行噪声抑制，获得n个抑制信号；
将n个抑制信号沿时间轴进行相互比对，若同一时刻的值相同，则取任意值作为输出值；
若同一时刻的值存在不同，则判断不同值的占比，选取占比大的值作为输出值；
沿时间轴整合输出值，获得传输后的数字信号；
其中，获得消隐门限值的方法包括：
建立时域内的消隐模型：T＝argmax(pbc+pfa)，式中，T为消隐门限值，pbc为被脉冲噪声干扰的接收信号超过消隐门限的概率，pfa为没有被脉冲噪声干扰的接收信号低于消隐门限的概率；
获得pbc，其中p为估计的脉冲噪声的概率，/>为有脉冲噪声发生的接收信号功率，r为接收信号，I为发生脉冲噪声；
获得pfa，其中/>为没有脉冲噪声发生的接收信号功率，/>为不发生脉冲噪声；
获得最优消隐门限：
2.根据权利要求1所述的一种电力线通信的噪声抑制方法，其特征在于，和/>的确定方法为：
获得接收信号中信号功率脉冲噪声的功率/>背景噪声的功率/>
确定没有脉冲噪声发生的接收信号功率
确定有脉冲噪声发生的接收信号功率
3.根据权利要求2所述的一种电力线通信的噪声抑制方法，其特征在于，建立对接收信号的多阶矩估计模型：
其中，A、B、C为接收信号的多阶矩估计期望值，E(·)为期望操作；
通过对接收信号的观察样本进行分析，获得A、B、C的值；
获得σ1和σ2：其中，/>
获得估计的脉冲噪声发生概率p：
4.根据权利要求3所述的一种电力线通信的噪声抑制方法，其特征在于，获得A、B、C的值的方法为：
选取接收信号中的X个观察样本；
根据观察样本，获得A、B、C的值：
5.根据权利要求3所述的一种电力线通信的噪声抑制方法，其特征在于，和/>的确定方法中，a2-B≠0，(aB-c)-4(a2-B)(B2-ac)＞0。
6.根据权利要求3所述的一种电力线通信的噪声抑制方法，其特征在于，还包括获得估计得到的脉冲噪声与背景噪声的功率比μ，
7.一种电力线通信的噪声抑制终端，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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