基于压缩感知的电力线噪声压缩方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力线宽带信号处理技术领域，具体涉及一种基于压缩感知的电力线 噪声压缩方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 电力线通信（PowerLineCommunication,PLC)网络是世界上最大的网络之一，电 力线通信是以电力线作为通信信道的一种通信方式，而电力线是为传输电力设计的，并不 是专门用来传输通信数据的，其拓扑结构和物理特性都与常规的通信传输介质不同。再加 上电网环境恶劣、受电力线信道衰减、噪声干扰和用电设备电磁兼容性的影响，导致电力线 通信性能随时间、频率、负载接入和切出的变化而随机变化，严重影响了通信质量。
[0003] 当前电力线通信技术的大范围推广使用需要一个过程，主要是因为在低压配电网 上存在复杂的电力线噪声，噪声干扰是影响电力线通信可靠性的最主要因素之一，这些噪 声稍纵即逝，时变特性很强，因此特别需要从低压电力线上将噪声采集下来并进行高效存 储，便于后期在实验室重复进行各种分析和测试。
[0004] 现在公认在低压电力线载波通信环境中存在着五类噪声：有色背景噪声、窄带噪 声、与工频异步的周期性噪声、与工频同步的周期性噪声和突发性噪声。这些噪声的分布与 时间、地点及负载等密切相关，使得电力线噪声时变特性强，同时，由于电力线噪声覆盖频 谱很宽，依据奈奎斯特采样定律，A/D采样速率须是噪声最高频谱的两倍以上。因此，采集 电力线噪声需要很高的采样速率，对于普通的电力线噪声采集设备而言，很难长时间完整 有效的存储这些大量的采集数据。
[0005]目前，现存的电力线噪声录制设备仅仅是在电力线空载时，把电力线噪声从电力 线上耦合采集下来，进行采集噪声的全部存储，由于采样率过高，仅仅录制几个小时，存储 量就达T级，存储成本过高。可见，为了使得各种PLC设备能够更好地应用于电力线通信网 络，我们亟需对不同时间，不同地点的电力线噪声运用一种压缩存储方法将采集噪声进行 有效压缩处理，大幅度降低数据存储量，便于后期实验室环境下对电力线噪声的准确分析 和还原后的重复测试使用。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于压缩感知的电力线噪声压缩方法 及其装置。
[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0008] 本发明实施例提供一种基于压缩感知的电力线噪声压缩方法，该方法为：在电力 线空载时，将电力线上的噪声通过耦合器进行强电隔离和衰减，再通过噪声采集设备采集 电力线信道噪声；将所述采集到的电力线信道噪声分为背景噪声和随机噪声两类，之后，对 所述背景噪声从时域进行特征数据提取并且存储特征数据，根据观测矩阵对所述随机噪声 从频域进行压缩感知处理并且将从处理后获得的主要信息存储。
[0009] 上述方案中，所述将所述采集到的电力线信道噪声分为背景噪声和随机噪声两 类，具体为：对采集到的电力线信道噪声进行FFT变换，获得电力线信道噪声的频域数据 点，对所述频域数据点进行噪声的稀疏化处理，获得稀疏化的噪声幅度；将稀疏化的噪声幅 度与电力线噪声的采样点均值进行对比处理，若采集的噪声幅度小于采样点均值，则归为 背景噪声；若则，归为随机噪声。
[0010] 上述方案中，所述对所述背景噪声从时域进行特征数据提取并且存储特征数据， 具体为：将分离出的背景噪声从频域表示经过IFFT反变换到时域，从时域进行特征数据提 取，所述特征数据包括其均值μ和方差S2,将所述特征数据进行存储。
[0011] 上述方案中，所述根据观测矩阵对所述随机噪声从频域进行压缩感知处理并且将 从处理后获得的主要信息存储，具体为：采用满足满足Κ阶RIP有限等距性质的观测矩阵，
;根据所述采用的观测矩阵对所述随 机噪声从频域进行压缩感知处理，获得所述随机噪声的主要信息，将所述主要信息中幅值 为零的数据点去除，存储剩余有较大幅值的数据点。
[0012] 本发明实施例还提供一种基于压缩感知的电力线噪声压缩装置，该装置包括：采 集模块、分类处理模块、数据提取和保存模块；
[0013] 所述采集模块，用于在电力线空载时，将电力线上的噪声通过耦合器进行强电隔 离和衰减，再采集电力线信道噪声。
[0014] 所述分类处理模块，用于将所述采集到的电力线信道噪声分为背景噪声和随机噪 声两类；
[0015] 所述数据提取和保存模块，用于对所述背景噪声从时域进行特征数据提取并且存 储特征数据，根据观测矩阵对所述随机噪声从频域进行压缩感知处理并且将从处理后获得 的主要信息存储。
[0016] 上述方案中，所述分类处理模块，具体用于对采集到的电力线信道噪声进行FFT 变换，获得电力线信道噪声的频域数据点，对所述频域数据点进行噪声的稀疏化处理，获得 稀疏化的噪声幅度；将稀疏化的噪声幅度与电力线噪声的采样点均值进行对比处理，若采 集的噪声幅度小于采样点均值，则归为背景噪声；若则，归为随机噪声。
[0017] 上述方案中，所述数据提取和保存模块，具体用于将分离出的背景噪声从频域表 示经过IFFT反变换到时域，从时域进行特征数据提取，所述特征数据包括其均值μ和方差 S2,将所述特征数据进行存储。
[0018] 上述方案中，所述数据提取和保存模块，具体用于采用满足满足Κ阶RIP有限等距 性质的观测矩阵，
；根据所述采用的 观测矩阵对所述随机噪声从频域进行压缩感知处理，获得所述随机噪声的主要信息，将所 述主要信息中幅值为零的数据点去除，存储剩余有较大幅值的数据点。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0020] 本发明实施例提供一种基于压缩感知的电力线噪声压缩方法，在电力线空载时， 将电力线上的噪声通过耦合器进行强电隔离和衰减，再通过噪声采集设备采集电力线信道 噪声；将所述采集到的电力线信道噪声分为背景噪声和随机噪声两类，之后，对所述背景 噪声从时域进行特征数据提取并且存储特征数据，根据观测矩阵对所述随机噪声从频域进 行压缩感知处理并且将从处理后获得的主要信息存储；通过本发明能够在电力线空载时， 将电力线上耦合采集下来的电力线噪声进行有效压缩存储，能够有效减少需要存储的数据 量，达到较高的压缩去除率。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例提供一种基于压缩感知的电力线噪声压缩方法的流程图；
[0022] 图2为本发明仿真产生的电力线噪声仿真系统生成的合成噪声频域图形；
[0023] 图3为本发明仿真电力线噪声分类后的背景噪声；
[0024] 图4为本发明仿真电力线噪声分类后的随机噪声；
[0025]图5为本发明仿真压缩感知技术压缩存储的随机噪声特征数据。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0027] 本发明实施例提供一种基于压缩感知的电力线噪声压缩方法，如图1所示，该方 法通过以下步骤实现：
[0028] 步骤101 :在电力线空载时，将电力线上的噪声通过耦合器进行强电隔离和衰减， 再通过噪声采集设备采集电力线信道噪声。
[0029] 具体的，通过电力线通信系