一种基于聚类理论的PLC噪声滤除方法、系统及介质

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种基于聚类理论的plc噪声滤除方法、系统及介质。

背景技术：

1、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(9至490khz)，日本无线工业及商贸联合会(associationofradioindustriesandbusinesses，arib)的规定带宽(9至450khz)，和中国的规定带宽(3至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至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。

2、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。

3、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clip-ping、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。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，常用的低通滤波器在非平稳和非高斯噪声环境中难以达到理想的滤波效果，很难滤除非平稳非高斯噪声，严重影响了plc通信系统的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于聚类理论的plc噪声滤除方法、系统及介质，可更好的滤除plc信号中的噪声，保证plc通信系统的性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于聚类理论的plc噪声滤除方法，所述方法包括：

4、获取待处理的plc信号序列；

5、根据plc信号与噪声的聚类性质计算噪声判断阈值，根据所述噪声判断阈值滤除所述plc信号序列中的噪声。

6、可选的，根据plc信号与噪声的聚类性质计算噪声判断阈值，根据所述噪声判断阈值滤除所述plc信号序列中的噪声，具体包括：

7、计算所述plc信号序列中的每一信号对应的一阶差分序列和二阶差分序列；

8、根据每一信号对应的所述一阶差分序列和所述二阶差分序列计算每一信号对应的聚类序列；

9、根据每一信号对应的所述聚类序列计算每一信号对应的分离聚类因子；

10、根据每一信号对应的所述分离聚类因子计算所述噪声判断阈值；

11、根据所述噪声判断阈值和每一信号对应的分离聚类因子滤除所述plc信号序列中的噪声。

12、可选的，根据所述噪声判断阈值和每一信号对应的分离聚类因子滤除所述plc信号序列中的噪声，具体包括：

13、判断所述plc信号序列中的第n个信号对应的所述分离聚类因子是否大于等于所述噪声判断阈值；

14、若是，则所述plc信号序列中的第n个信号中检测到噪声，进行噪声滤除；

15、若否，则所述plc信号序列中的第n个信号中未检测到噪声。

16、可选的，每一信号对应的所述一阶差分序列的表达式为：

17、

18、每一信号对应的二阶差分序列的表达式为：

19、

20、其中，sn表示plc信号序列s中的n个信号元素；n＝1，2，3，...，n；当n＝n时，sn+1和sn+2取值为0。

21、可选的，计算每一信号对应的所述聚类序列的表达式为：

22、

23、其中，an表示第n个邻接矩阵，邻接矩阵的第i行第j列元素为aij，若则aij＝1，否则为aij＝0；i＝1，2，3，...，n；j＝1，2，3，...，n；表示第n个信号对应的一阶差分序列的均方差；表示第n个信号对应的二阶差分序列的均方差；in表示长度为n的全1序列；en表示n×n维的单位矩阵；t表示转置。

24、可选的，计算每一信号对应的所述分离聚类因子的表达式为：

25、

26、其中，|an|表示邻接矩阵an的行列式的值。

27、可选的，计算所述噪声判断阈值的表达式为：

28、

29、其中，kn表示聚类分离矩阵cn的第n个特征值；

30、

31、本发明还提供一种基于聚类理论的plc噪声滤除系统，所述系统包括：

32、信号获取模块，用于获取待处理的plc信号序列；

33、噪声滤除模块，用于根据plc信号与噪声的聚类性质计算噪声判断阈值，根据所述噪声判断阈值滤除所述plc信号序列中的噪声。

34、可选的，所述噪声滤除模块具体包括：

35、差分计算单元，用于计算所述plc信号序列中的每一信号对应的一阶差分序列和二阶差分序列；

36、聚类序列计算单元，用于根据每一信号对应的所述一阶差分序列和所述二阶差分序列计算每一信号对应的聚类序列；

37、分类聚类因子计算单元，用于根据每一信号对应的所述聚类序列计算每一信号对应的分离聚类因子；

38、噪声判断阈值计算单元，用于根据每一信号对应的所述分离聚类因子计算所述噪声判断阈值；

39、噪声滤除单元，用于根据所述噪声判断阈值和每一信号对应的分离聚类因子滤除所述plc信号序列中的噪声。

40、本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于聚类理论的plc噪声滤除方法。

41、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：

42、本发明提供一种基于聚类理论的plc噪声滤除方法、系统及介质，所提出的方法利用了plc调制信号、脉冲噪声和背景噪声在幅值连续性方面的差异，通过信号和噪声的聚类性质区分plc调制信号、脉冲噪声和背景噪声。所提出的方法具有较好的噪声滤除性能，计算也非常简单，滤除效果好，滤除效率高。