[發明專利]基于EMD-TFPF的電力線通信信號去噪算法

在審

• 申請號: 201711428101.9
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108173793A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 曹偉;商帥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03;G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于EMD-TFPF的電力線通信信號去噪算法，其特征是:針對電力線通信系統中，發射端與接收端之間存在大量噪聲嚴重影響通信質量的情況，引用時頻峰值濾波算法作為噪聲消除技術；考慮時頻峰值濾波算法中窗長選擇的嚴格限制，引用經驗模態分解方法對TFPF進行改進；將信號分解為不同模態，在不同模態采用不同窗長進行TFPF濾波，以在信號保真和噪聲壓制方面得到更好的權衡；所述的通信信號去噪算法的通過以下步驟實現：

步驟一、對通信信號進行EMD分解，分解出噪聲主導的高頻分量和信號主導的低頻分量；

步驟二、根據分量的不同，選用不同窗長的TFPF對IMF分量進行處理，窗長的選取原則為：

選用長窗長對高頻IMF進行噪聲壓制；而信號主導的低頻分量因為噪聲含量少，信號成分多，選取短窗長，保持信號成分，去除少量的噪聲分量；

步驟三、對處理過的IMF進行相加，并加上殘量，最終得到處理后的通信信號。

2.根據權利要求1所述的基于EMD-TFPF的電力線通信信號去噪算法，其特征是:步驟一所述的對通信信號進行EMD分解，分解出噪聲主導的高頻分量和信號主導的低頻分量的過程為，EMD實際是HHT的一部分，將信號分解為頻率由高至低的本征模態(IMF)，分解出來的各IMF分量包含了原信號的不同時間尺度的局部特征信號；對于信號x(t)，找出其所有的極大值和極小值，并用3次樣條曲線分別擬合x(t)的上、下包絡線，記擬合好的上下包絡線的均值為m_1，i(t)；將原始數據x(t)減去m_1，i(t)，得到一個去掉低頻的新數據h_1，i(t)：

h_1，i(t)＝x(t)-m_1，i(t) (5)

式中，i為擬合次數；將h_1，i(t)視為新的x(t)，重復擬合步驟，擬合的停止條件為：

1)在整個信號長度上，極值點和過零點的數目必須相等或者至多只相差一個；

2)在任意時刻，由極大值點定義的上包絡和由極小值點定義的下包絡的平均值為零，即信號的上下包絡關于時間軸對稱。

3.根據權利要求2所述的基于EMD-TFPF的電力線通信信號去噪算法，其特征是:重復擬合步驟，擬合的停止條件為：由相鄰兩次結果的標準方差值作為分解結束的條件；對于k-1次后的結果h_1，k-1(t)，k次后的結果h_1，k-1(t)，

則：

若S_d在0.2～0.3范圍內，則第一階段的分解結束，對應的第一個IMF分量就是h_1，k(t),將第一個IMF分量從x(t)去除，剩余量為r₁(t)，重復上述分解過程，得到多個IMF分量c_i(t)，最后得到一個代表信號平均趨勢的殘量r_n(t)，當r_n(t)足夠小或者為單調函數，分解結束；而x(t)則可以表示為IMF分量和殘量r_n(t)之和：

4.根據權利要求1、2或3所述的基于EMD-TFPF的電力線通信信號去噪算法，其特征是:步驟二所述的選用不同窗長的TFPF對IMF分量進行處理時，所述的TFPF是指時頻峰值濾波算法，具體為：時頻峰值濾波噪聲消除技術時頻峰值濾波技術所處理的一類實際含噪信號s(t)可以建模為：

s(t)＝x(t)+n(t) (1)

式中：x(t)是有效信號；n(t)表示加性白高斯噪聲；

主要需要解決的問題是要在通過含噪信號s(t)所含信息恢復出原始信號x(t)，但是，由于噪聲與信號的頻譜重疊，很難在頻域將有效信號干凈地恢復出來；時頻峰值濾波方法可以在不需要假設條件的情況下干凈地恢復出有效信號；時頻峰值濾波具體步驟如下：

1)對含噪信號進行編碼，使其成為瞬時頻率；

將含噪信號s(t)進行頻率調制，得到單位幅度的解析信號z(t)：

式中，μ是頻率調制指數；根據瞬時頻率的定義，含噪信號s(t)是解析信號；z(t)的瞬時頻率；

2)取解析信號的z(t)的偽Wigner-Ville(PWVD)分布的峰值，即對解析信號做瞬時頻率估計，作為有效信號x(t)的估計值：

式中，W_s(t,f)是解析信號z(t)的PWVD。