PLC通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法及系统与流程

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种plc通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法及系统。

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(narrowbandoverpowerline，npl)和宽带电力线通信(broadbandoverpowerline，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，具体包括欧洲cenelec的规定带宽(3～148.5khz)，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(associationofradioindustriesandbusinesses，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，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，由于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；而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，不仅仅存在冲击噪声，还存在非平稳非高斯噪声，且常用的低通滤波器在非平稳非高斯噪声环境中难以达到理想的滤波效果，严重影响了电力线通信系统(powerlinecommunications，plc)的性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种plc通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法及系统，以解决plc通信系统中非平稳非高斯噪声滤除效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种plc通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法，包括：

获取plc通信系统内的实测plc通信信号序列以及多尺度分解层数；所述多尺度分解层数用于对所述实测plc通信信号序列进行分解；

根据所述多尺度分解层数确定多层低通滤波器截止频率；

根据所述多尺度分解层数以及所述多层低通滤波器截止频率对所述实测plc通信信号序列逐层进行低通滤波处理，确定每一层滤波后的plc通信信号序列；

获取当前层滤波后的plc通信信号序列；

根据所述当前层滤波后的plc通信信号序列确定当前层时间窗口长度；

对所述当前层滤波后的plc通信信号序列内的功率信号进行逐点处理，构建解析序列；

确定所述解析序列在所述当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布；

按照所述多尺度分解层数从大到小的顺序，根据所述伪wigner-ville分布恢复每一层所述滤波后的plc通信信号序列，确定恢复plc通信信号序列；

按照所述多尺度分解层数从大到小的顺序对所述恢复plc通信信号序列进行线性插值处理，确定插值后plc通信信号序列；

从所述多尺度分解层数的最后一层开始，根据当前层的所述恢复plc通信信号序列以及上一层的所述插值后plc通信信号序列滤除所述plc通信系统内的非平稳非高斯噪声。

可选的，所述根据所述多尺度分解层数确定多层低通滤波器截止频率，具体包括：

根据公式确定多层低通滤波器截止频率；其中，为多层低通滤波器截止频率；c为多尺度分解层数，c为多尺度分解层数的总层数，c＝1,2,…,c。

可选的，所述根据所述当前层滤波后的plc通信信号序列确定当前层时间窗口长度，具体包括：

获取所述当前层滤波后的plc通信信号序列的采样频率以及主频；

根据公式确定当前层时间窗口长度；其中，为当前层时间窗口长度；为所述当前层滤波后的plc通信信号序列p^c的采样频率；为所述当前层滤波后的plc通信信号序列p^c的主频；t^c为所述当前层滤波后的plc通信信号序列的采样间隔。

可选的，所述对所述当前层滤波后的plc通信信号序列内的功率信号进行逐点处理，构建解析序列，具体包括：

根据公式对所述当前层滤波后的plc通信信号序列内的功率信号进行逐点处理，构建解析序列；其中，z(n)为构建第n点的解析值；μ为调制系数，1＜μ≤2；p^c(j)为当前层信号序列p^c中的第j个元素。

可选的，所述确定所述解析序列在所述当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布，具体包括：

根据公式确定所述解析序列在所述当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布；其中，pwz^c(n,f)为解析序列z^c(n)在当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布；hc(m)为时间窗函数；为z^c(n-m)的共轭，z^c(n+m)为实数，z^c(n+m)为所构建的解析序列z^c(n)的第n+m点的解析值，e^-j4πfm＝cos(4πfm)-isin(4πfm)，n为序号，m为序号，f为频率。

一种非平稳非高斯噪声的滤除系统，包括：

信号序列及分解层数获取模块，用于获取plc通信系统内的实测plc通信信号序列以及多尺度分解层数；所述多尺度分解层数用于对所述实测plc通信信号序列进行分解；

多层低通滤波器截止频率确定模块，用于根据所述多尺度分解层数确定多层低通滤波器截止频率；

低通滤波处理模块，用于根据所述多尺度分解层数以及所述多层低通滤波器截止频率对所述实测plc通信信号序列逐层进行低通滤波处理，确定每一层滤波后的plc通信信号序列；

当前层滤波后的plc通信信号序列获取模块，用于获取当前层滤波后的plc通信信号序列；

当前层时间窗口长度确定模块，用于根据所述当前层滤波后的plc通信信号序列确定当前层时间窗口长度；

解析序列构建模块，用于对所述当前层滤波后的plc通信信号序列内的功率信号进行逐点处理，构建解析序列；

伪wigner-ville分布确定模块，用于确定所述解析序列在所述当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布；

恢复模块，用于按照所述多尺度分解层数从大到小的顺序，根据所述伪wigner-ville分布恢复每一层所述滤波后的plc通信信号序列，确定恢复plc通信信号序列；

线性插值处理模块，用于按照所述多尺度分解层数从大到小的顺序对所述恢复plc通信信号序列进行线性插值处理，确定插值后plc通信信号序列；

非平稳非高斯噪声滤除模块，用于从所述多尺度分解层数的最后一层开始，根据当前层的所述恢复plc通信信号序列以及上一层的所述插值后plc通信信号序列滤除所述plc通信系统内的非平稳非高斯噪声。

可选的，所述多层低通滤波器截止频率确定模块具体包括：

多层低通滤波器截止频率确定单元，用于根据公式确定多层低通滤波器截止频率；其中，为多层低通滤波器截止频率；c为多尺度分解层数，c为多尺度分解层数的总层数，c＝1,2,…,c。

可选的，所述当前层时间窗口长度确定模块具体包括：

采样频率及主频获取单元，用于获取所述当前层滤波后的plc通信信号序列的采样频率以及主频；

当前层时间窗口长度确定单元，用于根据公式确定当前层时间窗口长度；其中，为当前层时间窗口长度；为所述当前层滤波后的plc通信信号序列p^c的采样频率；为所述当前层滤波后的plc通信信号序列p^c的主频；t^c为所述当前层滤波后的plc通信信号序列的采样间隔。

可选的，所述解析序列构建模块具体包括：

解析序列构建单元，用于根据公式对所述当前层滤波后的plc通信信号序列内的功率信号进行逐点处理，构建解析序列；其中，z(n)为构建第n点的解析值；μ为调制系数，1＜μ≤2；p^c(j)为当前层信号序列p^c中的第j个元素。

可选的，所述伪wigner-ville分布确定模块具体包括：

伪wigner-ville分布确定单元，用于根据公式

确定所述解析序列在所述当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布；其中，pwz^c(n,f)为解析序列z^c(n)在当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布；hc(m)为时间窗函数；为z^c(n-m)的共轭，z^c(n+m)为实数，z^c(n+m)为所构建的解析序列z^c(n)的第n+m点的解析值，e^-j4πfm＝cos(4πfm)-isin(4πfm)，n为序号，m为序号，f为频率。

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：本发明提供了一种plc通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法及系统，对实测plc通信信号序列进行滤波，利用了伪wigner-ville分布，从而克服了功率信号的非平稳性，对于plc通信信号中的非平稳非高斯噪声也具有较强的滤波效果，进而提高了plc通信系统中非平稳非高斯噪声的滤除效率。

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为本发明所提供的plc通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法流程图；

图2为本发明所提供的基于多尺度分解的自适应时频域滤波算法流程图；

图3为本发明所提供的非平稳非高斯噪声的滤除系统结构图。

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通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法及系统，能够提高plc通信系统中非平稳非高斯噪声的滤除效率。

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为本发明所提供的plc通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法流程图，如图1所示，一种plc通信信号中非平稳非高斯噪声的滤除方法，包括：

步骤101：获取plc通信系统内的实测plc通信信号序列以及多尺度分解层数；所述多尺度分解层数用于对所述实测plc通信信号序列进行分解。

图2为本发明所提供的基于多尺度分解的自适应时频域滤波算法流程图，如图2所示，输入数据：输入实测的plc通信信号序列p⁰＝[p(1),p(2),…,p(n)]，n为功率信号序列的长度，采样周期为t⁰。

步骤102：根据所述多尺度分解层数确定多层低通滤波器截止频率。

输入多尺度分解层数c，功率信号进行多尺度分解的层数，一般选择为3-6。

根据所述多尺度分解层数确定多层低通滤波器截止频率

步骤103：根据所述多尺度分解层数以及所述多层低通滤波器截止频率对所述实测plc通信信号序列逐层进行低通滤波处理，确定每一层滤波后的plc通信信号序列。

假设当前进行分解的层序号为c,c＝1,2,…,c；上一层处理之后得到的信号序列为p^c-1，其中，未进行分层处理的原始信号为p⁰。

第c层的数据滤波：对信号序列p^c-1作高斯低通滤波，截止频率为

第c层的数据下采样:滤波之后的信号进行下采样(采样间隔t^c，)。

经过本层的滤波和下采样之后的信号表示为p^c。

步骤104：获取当前层滤波后的plc通信信号序列。

步骤105：根据所述当前层滤波后的plc通信信号序列确定当前层时间窗口长度。

求取当前层的时间窗口长度其中为当前层信号p^c的采样频率；为当前层信号p^c的主频。

步骤106：对所述当前层滤波后的plc通信信号序列内的功率信号进行逐点处理，构建解析序列。

对当前层信号序列p^c中的数据逐点进行处理。

假设当前处理的数据点序号为n，构建第n点的解析值z(n)：其中，μ为调制系数，1＜μ≤2，可根据实际情况任意取值，没有本质的影响；p^c(j)为当前层信号序列p^c中的第j个元素。

步骤107：确定所述解析序列在所述当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布。

计算解析序列z^c(n)在当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布pwz^c(n,f)：其中，hc(m)为时间窗函数；为z^c(n-m)的共轭，z^c(n+m)为实数，z^c(n+m)为所构建的解析序列z^c(n)的第n+m点的解析值，e^-j4πfm＝cos(4πfm)-isin(4πfm)，n为序号，m为序号，f为频率。

步骤108：按照所述多尺度分解层数从大到小的顺序，根据所述伪wigner-ville分布恢复每一层所述滤波后的plc通信信号序列，确定恢复plc通信信号序列。

恢复出当前层的信号直至处理完所有的层，得到一系列的信号恢复数据：由于每一层的恢复数据具有不同的频谱，不同的采样率，执行步骤109-步骤110对每层的功率数据进行处理。

步骤109：按照所述多尺度分解层数从大到小的顺序对所述恢复plc通信信号序列进行线性插值处理，确定插值后plc通信信号序列。

步骤110：从所述多尺度分解层数的最后一层开始，根据当前层的所述恢复plc通信信号序列以及上一层的所述插值后plc通信信号序列滤除所述plc通信系统内的非平稳非高斯噪声。

对最后一层(即第c层)恢复数据进行线性插值处理，得到插值后的数据序列要求的采样率是的两倍，此时的数据采样率与上一层(即第c-1层)的数据采样率是相同的。

对层序号按照递减的顺序进行下面的处理：假设当前层的序号为c。

当前层有两个数据序列：原来的恢复数据以及上一层(第c+1层)恢复数据经过插值处理后得到的数据序列。根据这两个序列得到当前层的数据恢复序列

对当前层的最终恢复序列进行线性插值，得到插值后的数据序列要求的采样率是的两倍。此时的数据采样率与上一层(即第c-2层)的数据采样率是相同的。

重复上述步骤，直至c＝1，结束，得到原始信号序列经过滤波之后的数据序列此序列即为所求序列，处理结束，滤除原始信号序列(即实测plc通信信号序列)中的非平稳非高斯噪声。

本发明在求取伪wigner-ville时频分布时，根据数据的主频分层确定最佳窗口长度，分层进行时频分布计算和数据恢复从而更为有效地滤除非平稳非高斯噪声。

图3为本发明所提供的非平稳非高斯噪声的滤除系统结构图，如图3所示，一种非平稳非高斯噪声的滤除系统，包括：

信号序列及分解层数获取模块301，用于获取plc通信系统内的实测plc通信信号序列以及多尺度分解层数；所述多尺度分解层数用于对所述实测plc通信信号序列进行分解。

多层低通滤波器截止频率确定模块302，用于根据所述多尺度分解层数确定多层低通滤波器截止频率。

所述多层低通滤波器截止频率确定模块302具体包括：多层低通滤波器截止频率确定单元，用于根据公式确定多层低通滤波器截止频率；其中，为多层低通滤波器截止频率；c为多尺度分解层数，c为多尺度分解层数的总层数，c＝1,2,…,c。

低通滤波处理模块303，用于根据所述多尺度分解层数以及所述多层低通滤波器截止频率对所述实测plc通信信号序列逐层进行低通滤波处理，确定每一层滤波后的plc通信信号序列。

当前层滤波后的plc通信信号序列获取模块304，用于获取当前层滤波后的plc通信信号序列。

当前层时间窗口长度确定模块305，用于根据所述当前层滤波后的plc通信信号序列确定当前层时间窗口长度。

所述当前层时间窗口长度确定模块305具体包括：采样频率及主频获取单元，用于获取所述当前层滤波后的plc通信信号序列的采样频率以及主频；当前层时间窗口长度确定单元，用于根据公式确定当前层时间窗口长度；其中，为当前层时间窗口长度；为所述当前层滤波后的plc通信信号序列p^c的采样频率；为所述当前层滤波后的plc通信信号序列p^c的主频；t^c为所述当前层滤波后的plc通信信号序列的采样间隔。

解析序列构建模块306，用于对所述当前层滤波后的plc通信信号序列内的功率信号进行逐点处理，构建解析序列。

所述解析序列构建模块306具体包括：解析序列构建单元，用于根据公式

对所述当前层滤波后的plc通信信号序列内的功率信号进行逐点处理，构建解析序列；其中，z(n)为构建第n点的解析值；μ为调制系数，1＜μ≤2；p^c(j)为当前层信号序列p^c中的第j个元素。

伪wigner-ville分布确定模块307，用于确定所述解析序列在所述当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布。

所述伪wigner-ville分布确定模块307具体包括：伪wigner-ville分布确定单元，用于根据公式确定所述解析序列在所述当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布；其中，pwz^c(n,f)为解析序列z^c(n)在当前层时间窗口长度下的伪wigner-ville分布；hc(m)为时间窗函数；为z^c(n-m)的共轭，z^c(n+m)为实数，z^c(n+m)为所构建的解析序列z^c(n)的第n+m点的解析值，e^-j4πfm＝cos(4πfm)-isin(4πfm)，n为序号，m为序号，f为频率。

恢复模块308，用于按照所述多尺度分解层数从大到小的顺序，根据所述伪wigner-ville分布恢复每一层所述滤波后的plc通信信号序列，确定恢复plc通信信号序列。

线性插值处理模块309，用于按照所述多尺度分解层数从大到小的顺序对所述恢复plc通信信号序列进行线性插值处理，确定插值后plc通信信号序列。

非平稳非高斯噪声滤除模块310，用于从所述多尺度分解层数的最后一层开始，根据当前层的所述恢复plc通信信号序列以及上一层的所述插值后plc通信信号序列滤除所述plc通信系统内的非平稳非高斯噪声。

将本发明所提供的滤除方法及系统应用于plc通信系统的信号滤波器，能够有效地滤除plc通信信号中的背景噪声，尤其是非平稳非高斯类型的噪声，并且具有更快的计算速度，结构更简单。

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，所以描述的比较简单，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。