CN108880620A - 电力线通信信号重构方法 - Google Patents

电力线通信信号重构方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电力线通信信号重构方法，能够重构生成没有缺失数据的电力线通信信号序列。所述方法包括：采集电力线通信信号序列，将其转换为二维信号；对二维信号进行分解，求取电力线通信信号分解系数；计算分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差；根据计算得到的分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差，对电力线通信信号分解系数进行调整；根据调整后的电力线通信信号分解系数，生成没有缺失数据的电力线通信信号序列。本发明涉及电力领域。

Description

电力线通信信号重构方法
技术领域
本发明涉及电力领域，特别是指一种电力线通信信号重构方法。
背景技术
电力线通信(Power Line Communications，PLC)，相比各种有线通信技术，有着无需重新布线、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(Narrowband over power line，NPL)和宽带电力线通信(Broadband over power line，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。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(Association of Radio Industries and Businesses，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，采用以正交频分复用(OFDM)为核心的多种扩频通信技术。
虽然电力线通信***有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是相对于光纤等通信***，PLC信号通过中低压电力网络进行传输，电力网络结构复杂，分支众多，尤其是电力网络并不是为传输高频通信信号而设，电力网络中繁杂的电器设备会严重干扰PLC信号，不可避免地造成PLC信号传输错误，会造成较为严重的数据缺失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电力线通信信号重构方法，以解决现有技术所存在的PLC信号通过中低压电力网络进行传输，存在数据缺失的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电力线通信信号重构方法，包括：
采集电力线通信信号序列，将其转换为二维信号；
对二维信号进行分解，求取电力线通信信号分解系数；
计算分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差；
根据计算得到的分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差，对电力线通信信号分解系数进行调整；
根据调整后的电力线通信信号分解系数，生成没有缺失数据的电力线通信信号序列。
进一步地，所述采集电力线通信信号序列，将其转换为二维信号包括：
采集电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)，将其转换为矩阵形式，得到信号矩阵，其中，N为电力线通信信号序列的长度；
将信号矩阵转换为二维信号。
进一步地，所述采集电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)，将其转换为矩阵形式，得到信号矩阵包括：
按照电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)的先后次序，将电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)分为NR段，每段含有NC个数据，其中，符号表示上取整；
如果N<NR×NC，则将最后一段不足的部分补零；
将分段后的数据重新排列为矩阵的形式，一段数据为一行，得到信号矩阵
进一步地，转换后得到的二维信号为：
nr＝1,2,…,NR
nc＝1,2,…,NC
其中，表示二维信号，表示信号矩阵的第nr行、第nc列元素。
进一步地，所述对二维信号进行分解，求取电力线通信信号分解系数包括：
通过公式对二维信号进行分解，得到电力线通信信号分解系数
其中，表示电力线通信信号变换算子，表示电力线通信信号变换算子的共轭，表示参量。
进一步地，电力线通信信号变换算子的计算公式为：
其中，为域中的权重函数，自变量为 为域中的权重函数，自变量为上标i表示虚数单位。
进一步地，所述根据计算得到的分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差，对电力线通信信号分解系数进行调整包括：
根据求得的各个参量的均值与均方差，确定电力线通信信号分解系数的理论概率分布；
根据计算得到的各个参量的实际边缘概率分布与理论概率分布之间的差异，按照预先设置的调整原则，调整电力线通信信号分解系数出现的频次，得到新的电力线通信信号分解系数
进一步地，预先设置的调整原则包括：
按照分解系数的绝对值由小到大的顺序，依次调整分解系数出现的频次。
进一步地，所述根据调整后的电力线通信信号分解系数，生成没有缺失数据的电力线通信信号序列包括：
根据得到的新的电力线通信信号分解系数通过公式得到无数据缺失的电力线通信信号
根据得到的无数据缺失的电力线通信信号构造新的信号矩阵
将得到的信号矩阵的第一行数据作为第一段，第二行数据作为第二段，以此类推，最后一行数据作为最后一段，将这些段按照顺序连接起来，并截取前面的N个数据组成一数据序列，此数据序列就是没有缺失数据的电力线通信信号序列。
进一步地，信号矩阵表示为：
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，采集电力线通信信号序列，将其转换为二维信号；对二维信号进行分解，求取电力线通信信号分解系数；计算分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差；根据计算得到的分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差，对电力线通信信号分解系数进行调整；根据调整后的电力线通信信号分解系数，生成没有缺失数据的电力线通信信号序列，从而重构电力线通信信号序列，解决电力线通信信号通过中低压电力网络进行传输，存在数据缺失的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电力线通信信号重构方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的电力线通信信号重构方法的详细流程示意图；
图3为本发明实施例提供的数据分段和矩阵排列示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的PLC信号通过中低压电力网络进行传输，存在数据缺失的问题，提供一种电力线通信信号重构方法。
如图1所示，本发明实施例提供的电力线通信信号重构方法，包括：
S101，采集电力线通信信号序列，将其转换为二维信号；
S102，对二维信号进行分解，求取电力线通信信号分解系数；
S103，计算分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差；
S104，根据计算得到的分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差，对电力线通信信号分解系数进行调整；
S105，根据调整后的电力线通信信号分解系数，生成没有缺失数据的电力线通信信号序列。
本发明实施例所述的电力线通信信号重构方法，采集电力线通信信号序列，将其转换为二维信号；对二维信号进行分解，求取电力线通信信号分解系数；计算分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差；根据计算得到的分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差，对电力线通信信号分解系数进行调整；根据调整后的电力线通信信号分解系数，生成没有缺失数据的电力线通信信号序列，从而重构电力线通信信号序列，解决电力线通信信号通过中低压电力网络进行传输，存在数据缺失的问题。
为了更好地理解本发明实施例所述的电力线通信信号重构方法，对其进行详细说明，如图2所示，所述电力线通信信号重构方法具体可以包括以下步骤：
A1，采集电力线通信信号序列
采集电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)，其中，N为电力线通信信号序列的长度，其中，电力线通信信号序列也可称为电力线通信数据序列。
A2，将电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)进行分段并将分段后的数据重新排列为一信号矩阵P，数据分段和矩阵排列如图3所示。
A21，按照电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)的先后次序，将电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)分为NR段，每段含有NC个数据，其中，符号表示上取整，例如，这样做的目的是所有的数据都参与运算，不舍弃数据。
一般情况下，NR＝256或512或1024，在实际应用中，NR的取值由实际应用场景确定。
A22，如果N<NR×NC，则将最后一段不足的部分补零。
A23，将分段后的数据重新排列为矩阵的形式，一段数据为一行，故此信号矩阵P共有NR行，NC列，信号矩阵可以表示为
A3，将信号矩阵转换为二维信号
nr＝1,2,…,NR
nc＝1,2,…,NC
其中，表示信号矩阵的第nr行、第nc列元素。
A4，对二维信号进行分解
通过公式对二维信号进行分解，得到电力线通信信号分解系数
其中，表示电力线通信信号变换算子，表示电力线通信信号变换算子的共轭，表示参量。
本实施例中，电力线通信信号变换算子的计算公式为：
其中，为域中的权重函数，自变量为一般情况下可以选择高斯函数；为域中的权重函数，自变量为上标i表示虚数单位，其平方等于-1。
A5，求取电力线通信信号分解系数中每个参量的边缘概率分布以及各个参量的均值和均方差
按照通用的方法对求得的电力线通信信号分解系数序列，求每个参量的边缘概率分布并求取每个参量的均值和均方差
A6，调整电力线通信信号分解系数
A6.1根据求得的各个参量的均值与均方差，求得电力线通信信号分解系数的理论概率分布：
其中，norm[m,σ]表示均值为m，均方差为σ的高斯分布。
A6.2根据参量概率分布的差异调整电力线通信信号分解系数
根据4个参量的实际边缘概率分布与理论分布之间的差异，按照预先设置的调整原则，调整电力线通信信号分解系数出现的频次，得到新的电力线通信信号分解系数
本实施例中，所述预先设置的调整原则包括：
从分解系数的绝对值最小的系数开始，使其实际分布尽可能吻合理论分布，即：使参量的实际分布与理论分布之间的误差小于预设值(例如，10％)；
按照分解系数的绝对值由小到大的顺序，依次调整分解系数出现的频次，使其尽可能吻合理论分布；
经过调整之后，得到新的电力线通信信号分解系数
A7，求取新的电力线通信信号
A7.1所求得的电力线通信信号分解系数为所需系数，此分解系数序列所对应的电力线通信信号即为所求的无缺失数据的电力线通信信号。具体的：
根据得到的新的电力线通信信号分解系数通过公式得到无数据缺失的电力线通信信号
A7.2构造新的电力线通信信号矩阵
所求得的作为新的信号矩阵的第nr行，第nc列元素，即：
A8，重新排列数据，得到没有缺失数据的电力线通信信号序列
将得到的信号矩阵的第一行数据作为第一段，第二行数据作为第二段，以此类推，最后一行数据作为最后一段，将这些段按照顺序连接起来，并截取前面的N个数据组成一数据序列，此数据序列就是没有缺失数据的电力线通信信号序列。
本发明实施例所述的电力线通信信号重构方法，可以有效恢复缺失的电力线通信信号。如果采集的电力线通信信号序列缺失不超过总数据的20％，本算法所恢复的信号序列，其误差不超过5％。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电力线通信信号重构方法，其特征在于，包括：
采集电力线通信信号序列，将其转换为二维信号；
对二维信号进行分解，求取电力线通信信号分解系数；
计算分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差；
根据计算得到的分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差，对电力线通信信号分解系数进行调整；
根据调整后的电力线通信信号分解系数，生成没有缺失数据的电力线通信信号序列。
2.根据权利要求1所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，所述采集电力线通信信号序列，将其转换为二维信号包括：
采集电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)，将其转换为矩阵形式，得到信号矩阵，其中，N为电力线通信信号序列的长度；
将信号矩阵转换为二维信号。
3.根据权利要求2所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，所述采集电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)，将其转换为矩阵形式，得到信号矩阵包括：
按照电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)的先后次序，将电力线通信信号序列P(1),P(2),…,P(N)分为NR段，每段含有NC个数据，其中，符号表示上取整；
如果N<NR×NC，则将最后一段不足的部分补零；
将分段后的数据重新排列为矩阵的形式，一段数据为一行，得到信号矩阵
4.根据权利要求3所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，转换后得到的二维信号为：
nr＝1,2,…,NR
nc＝1,2,…,NC
其中，表示二维信号，表示信号矩阵的第nr行、第nc列元素。
5.根据权利要求4所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，所述对二维信号进行分解，求取电力线通信信号分解系数包括：
通过公式对二维信号进行分解，得到电力线通信信号分解系数
其中，表示电力线通信信号变换算子，表示电力线通信信号变换算子的共轭，表示参量。
6.根据权利要求5所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，电力线通信信号变换算子的计算公式为：
其中，为域中的权重函数，自变量为 为域中的权重函数，自变量为上标i表示虚数单位。
7.根据权利要求6所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，所述根据计算得到的分解系数中每个参量的实际边缘概率分布以及各个参量的均值与均方差，对电力线通信信号分解系数进行调整包括：
根据求得的各个参量的均值与均方差，确定电力线通信信号分解系数的理论概率分布；
根据计算得到的各个参量的实际边缘概率分布与理论概率分布之间的差异，按照预先设置的调整原则，调整电力线通信信号分解系数出现的频次，得到新的电力线通信信号分解系数
8.根据权利要求7所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，预先设置的调整原则包括：
按照分解系数的绝对值由小到大的顺序，依次调整分解系数出现的频次。
9.根据权利要求7所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，所述根据调整后的电力线通信信号分解系数，生成没有缺失数据的电力线通信信号序列包括：
根据得到的新的电力线通信信号分解系数通过公式得到无数据缺失的电力线通信信号
根据得到的无数据缺失的电力线通信信号构造新的信号矩阵
将得到的信号矩阵的第一行数据作为第一段，第二行数据作为第二段，以此类推，最后一行数据作为最后一段，将这些段按照顺序连接起来，并截取前面的N个数据组成一数据序列，此数据序列就是没有缺失数据的电力线通信信号序列。
10.根据权利要求9所述的电力线通信信号重构方法，其特征在于，信号矩阵表示为：
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