一种信号去噪处理的方法及装置

摘要

本发明涉及一种电力线通信领域，尤其涉及一种信号去噪处理的方法及装置。用于解决在低信噪情况下，电力信通信信道传输信号产生噪声的问题。本发明实施例中接收到通过电力线通信道传输出的带有噪声的通信信号，对该含有噪声的通信信号编码为解析信号的瞬时频率，利用解析信号的集中特性，将解析信号的时频分布的峰值作为瞬时估计，该瞬时估计即为原通过电力线通信信道的通信信号估计，从而消减了电力线通信信道的噪声，然后通过均衡器、匹配滤波器以及解调，得到高质量的通信信号，保证了通信信号的安全可靠。

权利要求

1.一种信号去噪处理的方法，其特征在于，包括：

对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号；

根据解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号，并将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，根据下列公式对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号：其中，z(t)是解析信号，μ是频率调制指数，π是圆周率，t是时间，s(λ)是电力线通信信号，λ是积分变量。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于,根据下列公式对所述解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号：其中， 表示沿着频率取最大值算子，WZ(t,f)表示解析信号z(t)的伪Wigner-Vile分布，μ是频率调制指数， 是瞬时频率的估计信号，t是时间，f是频率。

4.如权利要求1～3任一所述方法，其特征在于，将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号，包括：若确定得到的瞬时频率的估计信号的有效值不大于预设门限，则将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，该方法还包括：

若得到的瞬时频率的估计信号的有效值大于预设门限，则将得到的瞬时频率的估计信号作为待处理的电力线通信信号，并返回对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号的步骤。

6.一种信号去噪处理的装置，其特征在于，该装置包括：

信号编码单元，用于对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号；

信号去噪单元，根据解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号，并将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述信号编码单元具体用于，根据下列公式对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号：其中，z(t)是解析信号，μ是频率调制指数，π是圆周率，t是时间，s(λ)是电力线通信信号，λ是积分变量。

8.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述信号去噪单元具体用于，根据下列公式对所述解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号：其中， 表示沿着频率取最大值算子，WZ(t,f)表示解析信号z(t)的伪Wigner-Vile分布，μ是频率调制指数， 是瞬时频率的估计信号，t是时间，f是频率。

9.如权利要求6～8所述任一装置，其特征在于，所述信号去噪单元具体用于：若确定得到的瞬时频率的估计信号的有效值不大于预设门限，则将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

10.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述信号去噪单元还用于：若得到的瞬时频率的估计信号的有效值大于预设门限，则将得到的瞬时频率的估计信号作为待处理的电力线通信信号，并返回对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号的步骤。

说明书

一种信号去噪处理的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种电力线通信信号去噪处理方法及装置。

背景技术

[0002] PLC(Power Line Communication，电力线通信)是以配电网电力线为传输媒介，利用载波方式实现数据传输的技术。电力线载波通信技术应用于住宅小区管理自动化、家庭高速数据网络、家庭自动化网络、自动抄表等领域，利用现有的电力网作为信道，实现数据传递和信息交换，具有成本低和使用方便的优点，因而具有广阔的应用前景。

[0003] 但是，电力线并不是专门为通信所设计，因此存在很多不利于通信的因素。在电力线网络中，各种电气设备产生的噪声和干扰严重污染着电力线通信环境，甚至完全淹没有效信号，因此有必要对电力线通信信号进行有效地消噪处理。

[0004] 现有技术中对于含噪的信号，可以采用信号增强技术对噪声消除并提高信号强度。比如，最小均方差算法、卡尔曼滤波算法、递归最小均方差算法等，但是这些算法都不能很好的工作于低信噪比情况。因此，对于电力线通信信道传输过程中遇到的低信噪比情况，威胁到通信质量，无法保证通信的安全可靠。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供的一种信号去噪处理的方法及装置，用于解决在低信噪情况下，电力信通信信道传输信号产生噪声的问题。

[0006] 本发明实施例提供的一种信号去噪处理的方法，包括：

[0007] 对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号；

[0008] 对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号；

[0009] 根据解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号，并将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

[0010] 较佳的，根据下列公式对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号：

[0011]

[0012] 其中，z(t)是解析信号，μ是频率调制指数，π是圆周率，t是时间，s(λ)是电力线通信信号，λ是积分变量。

[0013] 较佳的，根据下列公式对所述解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号：

[0014]

[0015] 其中， 表示沿着频率取最大值算子，WZ(t,f)表示解析信号z(t)的伪Wigner-Vile分布，μ是频率调制指数， 是瞬时频率的估计信号。

[0016] 较佳的，将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号，包括：

[0017] 若确定得到的瞬时频率的估计信号的有效值不大于预设门限，则将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

[0018] 较佳的，该方法还包括：

[0019] 若得到的瞬时频率的估计信号的有效值大于预设门限，则将得到的瞬时频率的估计信号作为待处理的电力线通信信号，并返回对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号的步骤。

[0020] 本发明实施例提供的一种信号去噪处理的装置，包括：

[0021] 信号编码单元，用于对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号；

[0022] 信号去噪单元，根据解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号，并将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

[0023] 较佳的，所述信号编码单元具体用于：根据下列公式对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号：

[0024]

[0025] 其中，z(t)是解析信号，μ是频率调制指数，π是圆周率，t是时间，s(λ)是电力线通信信号，λ是积分变量。

[0026] 较佳的，所述信号去噪单元具体用于：

[0027] 根据下列公式对所述解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号：

[0028]

[0029] 其中， 表示沿着频率取最大值算子，WZ(t,f)表示解析信号z(t)的伪Wigner-Vile分布，μ是频率调制指数， 是瞬时频率的估计信号。

[0030] 较佳的，所述信号去噪单元具体用于：

[0031] 若确定得到的瞬时频率的估计信号的有效值不大于预设门限，则将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

[0032] 较佳的，所述信号去噪单元具体用于：

[0033] 若得到的瞬时频率的估计信号的有效值大于预设门限，则将得到的瞬时频率的估计信号作为待处理的电力线通信信号，并返回对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号的步骤。

[0034] 本发明实施例对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号；根据解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号，并将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。本发明利用电力信号能量沿着瞬时频率集中的特性，通过时频分布最大值进行估计就可以得到电力信号的瞬时频率。通过时频峰值滤波后的电力信号明显增强的同时消减了电力线通信信道的噪声，得到高质量的电力信号，保证了通信信号的安全可靠。

附图说明

[0035] 图1为本发明实施例一提供一种电力通信信号去噪处理方法系统图；

[0036] 图2为本发明实施例二提供的电力线通信系统框图；

[0037] 图3为本发明实施例二提供的时频峰值滤波算法实现框图；

[0038] 图4为本发明实施例三提供一种信号去噪处理的装置框图。

具体实施方式

[0039] 本发明实施例接收到含噪通信信号，所述含噪通信信号包括噪声信号和有效信号；根据含噪通信信号得到解析信号，所述解析信号是含噪通信信号的瞬时频率；通过所述解析信号的时频分布最大值，得到瞬时频率的估计信号，所述瞬时频率的估计信号为所述有效信号的估计。由于电力信号能量沿着瞬时频率集中的特性，从而能够消减电力线通信信道的噪声，并提高通信信号的信号质量。

[0040] 以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0041] 实施例一

[0042] 如图1所示，本发明实施例提供了一种信号去噪处理的方法，包括如下步骤：

[0043] 步骤101，对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号。

[0044] 步骤102，根据解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号，并将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

[0045] 步骤101中，解析信号就是由一个实信号与其复信号的组合，如下所示：

[0046] z(t)＝s(t)+j*v(t)  公式1

[0047] 其中，z(t)为是实信号s(t)的解析信号，v(t)为s(t)的Hilbert变换。

[0048] 编码是将信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程。比如，用预先规定的方法将文字、数字或其他对象编成数码，或将信号、数据转换成规定的电脉冲信号。

[0049] 较佳的，根据下列公式对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号：

[0050]

[0051] 其中，z(t)是解析信号，μ是频率调制指数，π是圆周率，t是时间，s(λ)是电力线通信信号，λ是积分变量。

[0052] 瞬时频率相对于复信号或解析信号是一个重要的特征，它是一个时变参数，信号的瞬时频率反映了信号频谱的谱峰位置随时间变化的情形，同时也反映了信号的能量在时间--频率平面上集中的情形。

[0053] 比如，信号s(t)是复信号，它总能便是成 的形式，式中幅度a(t)和相位是时间t的实函数。瞬时频率fi(t)定义为 对t的导数，即：

[0054]

[0055] 如果信号s(t)是实信号，通过Hilbert变换得到与x(t)相对应的解析信号z(t)，解析信号z(t)也可以写作 的形式。

[0056] 比如，含噪信号s(t)是实信号，根据含噪信号s(t)得到如公式1所示的解析信号z(t)，具体为

[0057] z(t)＝s(t)+j*v(t)  公式1

[0058] 步骤102中，时频分布是同时在时间和频率上对信号进行描述，既能刻画信号的瞬时频率，又能充分适用于时变信号。

[0059] 对于非平稳信号进行时频分析的主要目的是要设计时间和频率的联合函数，用它表示每单位时间和每单位频率的能量。

[0060] 瞬时频率描述的是非平稳信号频率随时间变化的特性，因此一种有效的估计瞬时频率的方法是非常重要的。现有的瞬时频率估计的方法是针对瞬时频率不同的特性而不同，有直接法、过零检测法、相位建模法和基于时频分布的方法等。

[0061] 比如，基于时频分布方法中的基于频谱检测的瞬时频率估计，该方法对于仅有频率调制或者小幅度调制的信号，特别是线性调频信号，Wigner-Vile分布的信号能量沿着瞬时频率集中最突出，利用这点，通过对Wigner-Vile分布峰值的估计就可以得到信号的瞬时频率。

[0062] 较佳的，根据下列公式对所述解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号：

[0063]

[0064] 其中， 表示沿着频率取最大值算子，WZ(t,f)表示解析信号z(t)的伪Wigner-Vile分布，μ是频率调制指数， 是瞬时频率的估计信号。

[0065] 比如，实信号s(t)的Wigner分布定义为：

[0066]

[0067] 其中，τ是积分变量，t是时间，对 和 乘积的公共部分做傅里叶变化，即是t时刻的Wigner-Vile。

[0068] 根据Hilbert变换将信s(t)构造成解析形式z(t)后，Wigner分布变为Wigner-Vile分布：

[0069]

[0070] 其中，τ是积分变量，t是时间。

[0071] Wigner-Vile分布可以作为能量分别来标示信号的瞬时特征，但是它是在全时间轴(-∞＜t＜+∞)上定义的，因此不便于实时处理。在实时处理信号中，只能取有限长数据来进行分析，这相对于对原始信号施加一个随时间滑动的窗函数。改造后的Wigner-Vile分布称为伪Wigner-Vile分布，其具体为：

[0072]

[0073] 其中，h(τ)是窗函数。

[0074] 取解析信号z(t)的Wigner-Vile分布的峰值，得到如公式4所示瞬时频率的估计信号。

[0075] 在步骤102中，电力线通信信号中的噪声为非平稳噪声，其不会在瞬时频率估计的过程中产生影响，所以可以讲瞬时频率的估计信号作为待处理的电力线通信信号去噪处理后的信号。也就是说电力线通信信号去噪处理后的信号相当于瞬时频率的估计信号。可以通过下列公式表示：

[0076]

[0077] 其中， 表示沿着频率取最大值算子，WZ(t,f)表示解析信号z(t)的Wigner-Vile分布，μ是频率调制指数， 是瞬时频率的估计信号， 是去噪处理后的信号。

[0078] 较佳的，将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号，包括：

[0079] 若确定得到的瞬时频率的估计信号的有效值不大于预设门限，则将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

[0080] 其中，瞬时频率的估计信号的有效值相当于有较高信噪比的去噪信号，而预设门限是介于0—100％之间的任意值。

[0081] 较佳的，若得到的瞬时频率的估计信号的有效值大于预设门限，则将得到的瞬时频率的估计信号作为待处理的电力线通信信号，并返回对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号的步骤。

[0082] 本发明实施例提供一种信号去噪处理的方法，接收到通过电力线通信道传输出的带有噪声的通信信号，根据含噪通信信号得到解析信号，通过所述解析信号的时频分布最大值，得到瞬时频率的估计信号，所述瞬时频率的估计信号为所述有效信号的估计。从而消减了电力线通信信道的噪声，得到高质量的通信信号，保证了通信信号的安全可靠。

[0083] 实施例二

[0084] 为了更好地理解本发明实施例一提供的技术方案，下面以电力线通信系统流程为例，如图2所示，具体说明本发明一种信号去噪处理的方法。

[0085] 步骤201，对2进制通信信号进行调制。

[0086] 实施中，调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。

[0087] 比如，对二进制通信信号的调制方式选用QPSK(Quadrature Phase  Shift Keying，四相移键控)，这是最常见的一种卫星数字信号调制方法。该方法具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。采用QPSK调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。

[0088] 步骤202，将调制号的QPSK信号通过脉冲成形滤波器。

[0089] 实施中，滤波器可以有效消除频谱泄漏、降低信道带宽、并且可以消除相邻符合间干扰。

[0090] 步骤203，将通过脉冲成形滤波器的信号调制到高频，通过电力线通信信道发送到接收端，采用的是单载波传送。

[0091] 实施中，单载波通信系统是指采用了单载波调制的通信系统，并没有进行并行多载波的处理。该系统结构较为简单，成本低。

[0092] 步骤204，接收端接收到通过电力线通信信道传输的信号，该信号添加了通信信道噪声。

[0093] 实施中，信道噪声能够干扰通信效果，降低通信的可靠性。

[0094] 比如，在通信系统的理论分析中常常用到的噪声有：白噪声、高斯噪声、高斯型白噪声、窄带高斯噪声、正弦信号加窄带高斯噪声。

[0095] 步骤205，将含噪电力线通信信号通过时频滤波器消减了噪声，从而使电力线信号增强。

[0096] 实施中，如图3所示时频峰值滤波算法，步骤31，含噪信号调制成解析信号：具体是通过频率调制将含噪电力线通信信号s(t)编码为频率调制的解析信号z(t)的瞬时频率，如比如采用公式2。

[0097] 实施中，步骤32，瞬时频率估计：具体是利用解析信号时频分布沿着瞬时频率集中的特性，将频率调制解析信号的时频分布的峰值作为瞬时频率估计。

[0098] 计算解析信z(t)的Wigner-Vile分布，比如采用公式6。

[0099] 取解析信号z(t)的Wigner-Vile分布的峰值，比如采用公式4。

[0100] 因为电力线通信信号中的噪声为非平稳噪声，其不会在瞬时频率估计的过程中产生影响，所以可以得到去噪处理后的信号相当于瞬时频率的估计信号。比如采用公式8。

[0101] 步骤206，通过均衡器，消除信道对信号影响。

[0102] 步骤207，通过匹配滤波器，得到待解调的信号。

[0103] 步骤208，解调，得到原有信号。

[0104] 实施中，如果一次时频峰值滤波不能够达到滤波指标，可以对时频峰值滤波进行迭代运算，即把时频峰值滤波的输出作为输入重复执行时频封装滤波的两个步骤，直到达到最佳滤波效果。

[0105] 本发明实施例二提供了一种信号去噪处理的方法，该方法对二进制通信信号采用QPSK调制，通过脉冲成形滤波器，通过电力线通信信道发送到接收端，采用时频峰值滤波算法来实现电力线通信信号增强，在低信噪比情况下，消减了电力线通信信道的噪声，然后通过均衡器、匹配滤波器以及解调，得到高质量的通信信号，保证了通信信号的安全可靠。

[0106] 实施例三

[0107] 本发明实施例三提供了一种信号去噪处理的装置，如图4所示，该电力线通信信号处理装置包括信号编码单元40和信号去噪单元41。

[0108] 信号编码单元40，用于对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号；

[0109] 信号去噪单元41，根据解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号，并将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

[0110] 较佳的，所述信号编码单元40包括，根据下列公式2对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号：

[0111]

[0112] 其中，z(t)是解析信号，μ是频率调制指数，π是圆周率，t是时间，s(λ)是电力线通信信号，λ是积分变量。

[0113] 较佳的，所述信号去噪单元41包括，根据下列公式4对所述解析信号的时频分布的最大值进行估计得到瞬时频率的估计信号：

[0114]

[0115] 其中， 表示沿着频率取最大值算子，WZ(t,f)表示解析信号z(t)的伪Wigner-Vile分布，μ是频率调制指数， 是瞬时频率的估计信号。

[0116] 较佳的，所述信号去噪单元41还包括：

[0117] 若确定得到的瞬时频率的估计信号的有效值不大于预设门限，则将所述瞬时频率的估计信号作为所述待处理的电力线通信信号进行去噪处理后的信号。

[0118] 较佳的，所述信号去噪单元41还包括：

[0119] 若得到的瞬时频率的估计信号的有效值大于预设门限，则将得到的瞬时频率的估计信号作为待处理的电力线通信信号，并返回对待处理的电力线通信信号进行编码得到解析信号的步骤。

[0120] 本发明实施例三提供了一种信号去噪处理的装置，该装置中信号处理单元，对信号接收单元接收的含噪信号采用时频峰值滤波算法，消减了电力线通信信道的噪声。信号获得单元得到了增强的电力线通信信号。通过该电力线通信信号处理装置，得到高质量的通信信号，保证了通信信号的安全可靠。

[0121] 应当理解，以上电力线通信信号去噪处理装置的单元仅为根据该设备装置实现的功能进行的逻辑划分，实际应用中，可以进行上述单元的叠加或拆分。并且该实施例提供的图像匹配装置所实现的功能与上述实施例提供的图像匹配方法一一对应，对于该设备所实现的更为详细的处理流程，在上述方法实施例一中已做详细描述，此处不再详细描述。

[0122] 通过以上所述的流程图以及方案的描述，将接收到含噪通信信号编码为解析信号的瞬时频率；将解析信号的时频分布的峰值作为瞬时频率估计。该方法能够有效实现了电力线通信信号增强，保证了通信信号的安全可靠。

[0123] 对于本实施例的图像匹配系统，其中的客户端设备和服务器设备可以设置在同一个实体装置内，也可以是多个独立设置的实体设备。当客户端设备和服务器设备为多个独立设置的实体设备时，客户端设备可以是电视机，服务器设备可以是网络服务器等。

[0124] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0125] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0126] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0127] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0128] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0129] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。