一种基于小波变换与维纳滤波的电力通信消噪方法.docx

PAGE \* MERGEFORMAT7 数字信号处理 课程论文 论文题目：一种基于小波变换与维纳滤波的 电力通信消噪方法 姓 名： 班 级： 学 号： 一种基于小波变换与维纳滤波的 电力通信消噪方法 摘要：电力线作为信息媒介主要应用于负荷调度、远方监测、配电设备的监视和控制，还可以用于长距离的电话通信和地区家庭电器的监视和控制。电力网络中的干扰噪音，其频谱具有1/ 的特点和极强的自相关性，是影响电力线载波通信质量的重要因素之一。小波分析是处理信号的重要工具，选择合适的小波分析可以将有色含噪信号进行白化处理，然后通过维纳滤波，能达到较好的消噪目的。本文介绍了一种将小波分析与维纳滤波相结合的消噪方法，用于电力通信系统中噪声的消除，并通过计算、理论分析证明该方法具有较大的实用价值和较强的???行性。 关键词：电力通信; 消噪；维纳滤波;小波变换 引言 电力线载波通信技术出现于20世纪20年代初,电力线作为信息媒介的应用主要有以下几种：负荷调度、远方监测、配电设备的监视和控制，它还可以用于长距离的电话通信和地区家庭电器的监视和控制[1]。对于信号传输来讲，电力线是一个非常大的噪声源。所有的电器都是连接在配电线上的，它们都可能带有开关，这些开关在配电线上将引入很大的电压或电流的尖脉冲。这种尖脉冲是由开关切断负荷产生的，且同步于50 Hz工频信号。一般这些谐波比50 Hz基频幅度要小，但当配电线上传输信号时，这些谐波的影响将是非常重要的，特别当信号通过长线路呈很大衰减时，其影响就尤为突出。 由于电力线路的固有特点,如负荷情况复杂、噪声干扰强、信号衰减大、信道容量小等,要实现高质量的电力网络通信有相当大的困难。必须设计有效的方法来消除电力噪音,保障电力通信的可靠性。 电力噪音的统计分析 电力线的各种干扰噪声主要来源于4个方面：可控硅(SCR)等电力电子器件产生的50Hz的倍频谐波；由于负载和电网不同步而产生的具有平滑功率谱的干扰；开关电子设备产生的单脉冲噪声；其它类的干扰,如调频设备、大气的变化等。 通过对电力噪音的统计分析, 电力线载波通信的噪音具有以下特性:[2] (1)电力噪音属于非平稳分布的有色噪音。 (2)电力噪音在其频域上有类似于1/ 过程的分布特点,用公式表示为: P(ω)=σγ|ω| (1) 式中σ为电力噪音的方差；ω为角频率；γ——幂指数, 2γ3。 实测计算表明,电力噪音在相邻工频周期内其相关系数在0.7以上,某些情况下接近于1,这说明电力噪音有着极强的自相关性,甚至达到相干的程度(相邻工频周期)。 如果想要有效地保障电力线载波通信的可靠性、灵敏性和准确性,从被电力噪音强烈干扰的信号中准确地提取载波信号,就必须设计一种有效的滤波器。连续时间的滤波器有2种最优设计准则：一种是使滤波器的输出达到最大的信噪比,即匹配滤波器；另一种是使输出的均方估计误差为最小,即维纳滤波器。实际应用中,匹配滤波器的设计要求接收机必须已知并且存储信号的精确结构或功率谱,而一旦信号在传输中发生传播延迟、相位或频率漂移、接收机积分区间与信号区间不同步等会造成误差,匹配滤波器很难获得满意的效果,甚至是物理不可实现。本文采用时间连续的滤波器最优设计准则之一,使输出的均方误差为最小,即维纳滤波器。 小波分析概述 2.1基本理论 小波变换作为信号分析的一种工具,同傅立叶变换类似,其过程就是将时间信号 同某个函数(基函数)进行卷积运算的过程[3]。不同的是,傅立叶变换的基函数为三角函数,而小波变换的基函数为小波函数。 设 ，其傅里叶变换为 。当 满足允许条件 时，称 为一个基本小波或母小波。 对于连续情况，小波基函数定义为 。 对于离散情况，二进小波定义为 。 当小波函数中的参数 变化时，小波函数就具有伸缩性。小波函数具有2个重要的特性[4]: 1)振荡性：它是振荡波形，并且围绕时间轴的面积和为0；2)衰减性：函数两端很快衰减到零。 由于这些特性就使小波变换具有时频局部化特性。此外小波分解是按层进行的，每层小波分解中的参数都是变化的，这样小波函数就具有伸缩性，即不同的振荡性和衰减性，所以小波分解是在不同尺度上进行的，称为多分辨率分析。实际中使用的是离散小波变换,工程上常用二进小波变换。从多分辨率分析的角度上看，小波分解