基于壓縮感知的電力線噪聲壓縮方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力線寬帶信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓縮感知的電力線 噪聲壓縮方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力線通信（PowerLineCommunication,PLC)網(wǎng)絡(luò)是世界上最大的網(wǎng)絡(luò)之一，電 力線通信是以電力線作為通信信道的一種通信方式，而電力線是為傳輸電力設(shè)計的，并不 是專門用來傳輸通信數(shù)據(jù)的，其拓撲結(jié)構(gòu)和物理特性都與常規(guī)的通信傳輸介質(zhì)不同。再加 上電網(wǎng)環(huán)境惡劣、受電力線信道衰減、噪聲干擾和用電設(shè)備電磁兼容性的影響，導(dǎo)致電力線 通信性能隨時間、頻率、負載接入和切出的變化而隨機變化，嚴重影響了通信質(zhì)量。
[0003] 當前電力線通信技術(shù)的大范圍推廣使用需要一個過程，主要是因為在低壓配電網(wǎng) 上存在復(fù)雜的電力線噪聲，噪聲干擾是影響電力線通信可靠性的最主要因素之一，這些噪 聲稍縱即逝，時變特性很強，因此特別需要從低壓電力線上將噪聲采集下來并進行高效存 儲，便于后期在實驗室重復(fù)進行各種分析和測試。
[0004] 現(xiàn)在公認在低壓電力線載波通信環(huán)境中存在著五類噪聲：有色背景噪聲、窄帶噪 聲、與工頻異步的周期性噪聲、與工頻同步的周期性噪聲和突發(fā)性噪聲。這些噪聲的分布與 時間、地點及負載等密切相關(guān)，使得電力線噪聲時變特性強，同時，由于電力線噪聲覆蓋頻 譜很寬，依據(jù)奈奎斯特采樣定律，A/D采樣速率須是噪聲最高頻譜的兩倍以上。因此，采集 電力線噪聲需要很高的采樣速率，對于普通的電力線噪聲采集設(shè)備而言，很難長時間完整 有效的存儲這些大量的采集數(shù)據(jù)。
[0005]目前，現(xiàn)存的電力線噪聲錄制設(shè)備僅僅是在電力線空載時，把電力線噪聲從電力 線上耦合采集下來，進行采集噪聲的全部存儲，由于采樣率過高，僅僅錄制幾個小時，存儲 量就達T級，存儲成本過高?？梢姡瑸榱耸沟酶鞣NPLC設(shè)備能夠更好地應(yīng)用于電力線通信網(wǎng) 絡(luò)，我們亟需對不同時間，不同地點的電力線噪聲運用一種壓縮存儲方法將采集噪聲進行 有效壓縮處理，大幅度降低數(shù)據(jù)存儲量，便于后期實驗室環(huán)境下對電力線噪聲的準確分析 和還原后的重復(fù)測試使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于壓縮感知的電力線噪聲壓縮方法 及其裝置。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明實施例提供一種基于壓縮感知的電力線噪聲壓縮方法，該方法為：在電力 線空載時，將電力線上的噪聲通過耦合器進行強電隔離和衰減，再通過噪聲采集設(shè)備采集 電力線信道噪聲；將所述采集到的電力線信道噪聲分為背景噪聲和隨機噪聲兩類，之后，對 所述背景噪聲從時域進行特征數(shù)據(jù)提取并且存儲特征數(shù)據(jù)，根據(jù)觀測矩陣對所述隨機噪聲 從頻域進行壓縮感知處理并且將從處理后獲得的主要信息存儲。
[0009] 上述方案中，所述將所述采集到的電力線信道噪聲分為背景噪聲和隨機噪聲兩 類，具體為：對采集到的電力線信道噪聲進行FFT變換，獲得電力線信道噪聲的頻域數(shù)據(jù) 點，對所述頻域數(shù)據(jù)點進行噪聲的稀疏化處理，獲得稀疏化的噪聲幅度；將稀疏化的噪聲幅 度與電力線噪聲的采樣點均值進行對比處理，若采集的噪聲幅度小于采樣點均值，則歸為 背景噪聲；若則，歸為隨機噪聲。
[0010] 上述方案中，所述對所述背景噪聲從時域進行特征數(shù)據(jù)提取并且存儲特征數(shù)據(jù)， 具體為：將分離出的背景噪聲從頻域表示經(jīng)過IFFT反變換到時域，從時域進行特征數(shù)據(jù)提 取，所述特征數(shù)據(jù)包括其均值μ和方差S2,將所述特征數(shù)據(jù)進行存儲。
[0011] 上述方案中，所述根據(jù)觀測矩陣對所述隨機噪聲從頻域進行壓縮感知處理并且將 從處理后獲得的主要信息存儲，具體為：采用滿足滿足Κ階RIP有限等距性質(zhì)的觀測矩陣，
;根據(jù)所述采用的觀測矩陣對所述隨 機噪聲從頻域進行壓縮感知處理，獲得所述隨機噪聲的主要信息，將所述主要信息中幅值 為零的數(shù)據(jù)點去除，存儲剩余有較大幅值的數(shù)據(jù)點。
[0012] 本發(fā)明實施例還提供一種基于壓縮感知的電力線噪聲壓縮裝置，該裝置包括：采 集模塊、分類處理模塊、數(shù)據(jù)提取和保存模塊；
[0013] 所述采集模塊，用于在電力線空載時，將電力線上的噪聲通過耦合器進行強電隔 離和衰減，再采集電力線信道噪聲。
[0014] 所述分類處理模塊，用于將所述采集到的電力線信道噪聲分為背景噪聲和隨機噪 聲兩類；
[0015] 所述數(shù)據(jù)提取和保存模塊，用于對所述背景噪聲從時域進行特征數(shù)據(jù)提取并且存 儲特征數(shù)據(jù)，根據(jù)觀測矩陣對所述隨機噪聲從頻域進行壓縮感知處理并且將從處理后獲得 的主要信息存儲。
[0016] 上述方案中，所述分類處理模塊，具體用于對采集到的電力線信道噪聲進行FFT 變換，獲得電力線信道噪聲的頻域數(shù)據(jù)點，對所述頻域數(shù)據(jù)點進行噪聲的稀疏化處理，獲得 稀疏化的噪聲幅度；將稀疏化的噪聲幅度與電力線噪聲的采樣點均值進行對比處理，若采 集的噪聲幅度小于采樣點均值，則歸為背景噪聲；若則，歸為隨機噪聲。
[0017] 上述方案中，所述數(shù)據(jù)提取和保存模塊，具體用于將分離出的背景噪聲從頻域表 示經(jīng)過IFFT反變換到時域，從時域進行特征數(shù)據(jù)提取，所述特征數(shù)據(jù)包括其均值μ和方差 S2,將所述特征數(shù)據(jù)進行存儲。
[0018] 上述方案中，所述數(shù)據(jù)提取和保存模塊，具體用于采用滿足滿足Κ階RIP有限等距 性質(zhì)的觀測矩陣，
；根據(jù)所述采用的 觀測矩陣對所述隨機噪聲從頻域進行壓縮感知處理，獲得所述隨機噪聲的主要信息，將所 述主要信息中幅值為零的數(shù)據(jù)點去除，存儲剩余有較大幅值的數(shù)據(jù)點。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0020] 本發(fā)明實施例提供一種基于壓縮感知的電力線噪聲壓縮方法，在電力線空載時， 將電力線上的噪聲通過耦合器進行強電隔離和衰減，再通過噪聲采集設(shè)備采集電力線信道 噪聲；將所述采集到的電力線信道噪聲分為背景噪聲和隨機噪聲兩類，之后，對所述背景 噪聲從時域進行特征數(shù)據(jù)提取并且存儲特征數(shù)據(jù)，根據(jù)觀測矩陣對所述隨機噪聲從頻域進 行壓縮感知處理并且將從處理后獲得的主要信息存儲；通過本發(fā)明能夠在電力線空載時， 將電力線上耦合采集下來的電力線噪聲進行有效壓縮存儲，能夠有效減少需要存儲的數(shù)據(jù) 量，達到較高的壓縮去除率。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實施例提供一種基于壓縮感知的電力線噪聲壓縮方法的流程圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明仿真產(chǎn)生的電力線噪聲仿真系統(tǒng)生成的合成噪聲頻域圖形；
[0023] 圖3為本發(fā)明仿真電力線噪聲分類后的背景噪聲；
[0024] 圖4為本發(fā)明仿真電力線噪聲分類后的隨機噪聲；
[0025]圖5為本發(fā)明仿真壓縮感知技術(shù)壓縮存儲的隨機噪聲特征數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0027] 本發(fā)明實施例提供一種基于壓縮感知的電力線噪聲壓縮方法，如圖1所示，該方 法通過以下步驟實現(xiàn)：
[0028] 步驟101 :在電力線空載時，將電力線上的噪聲通過耦合器進行強電隔離和衰減， 再通過噪聲采集設(shè)備采集電力線信道噪聲。
[0029] 具體的，通過電力線通信系