本技术属于信号降噪，具体涉及一种基于互相关函数的载波信号降噪方法及系统。
背景技术：
1、电力线通信是一种利用电力线传输数据的通信方式，得益于覆盖面广、成本低、永不中断等优势目前已被广泛应用。然而，由于电力线最初是设计用于电力传输，而非专门用于信息通信，因此通信信道环境恶劣，存在大量噪声干扰。特别是随着高比例电力电子设备接入低压电力线，信道环境进一步恶化。
2、为了改善通信环境，现有的常用的降噪算法大多是直接或间接地与噪声信号特征相关，通常需要提前得到噪声的统计特征作为先验知识，例如wiener滤波器、主动降噪法。然而，由于电力线信道环境复杂，电力线载波信号所处的噪声背景是随机的且不可预测的，导致噪声的建模可能不够准确。此外，针对不同类型、不同频率的噪声背景需要不同的降噪算法，例如主动降噪法仅能针对低频噪声；压缩感知法需要依赖噪声的稀疏性因此只能针对脉冲噪声等，然而电力线的通信环境中产生噪声的因素众多，这使电力线的载波信号的降噪变得更加复杂。
技术实现思路
1、本技术提出了一种基于互相关函数的载波信号降噪方法及系统，使用互相关函数对含有噪声的电力线载波信号进行检测得到去噪声信号的相位，并根据所述去噪声信号的相位重构载波信号，完成载波信号的降噪，实现更精确、显著的降噪效果。
2、本技术的第一方面提供了一种基于互相关函数的载波信号降噪方法，所述方法包括：
3、对采集的电力线载波信号进行ofdm信号特征分析，得到若干个子载波；
4、为每个子载波生成与其同频率的参考信号，并将所述电力线载波信号和所述参考信号通过互相关函数进行计算，得到每个子载波的相位；
5、根据每个子载波的相位，对所述电力线载波信号进行重构，得到降噪后的电力线载波信号。
6、上述方案先对电力线载波信号进行信号特征分析，得到若干个组成电力线载波信号的子载波，然后为每个子载波生成与其同频率的参考信号，并使用互相关函数对电力线载波信号和对应参考信号进行计算，检测得到所述电力线载波信号中非噪声部分的相位，即为每个子载波的相位，然后根据所述相位对电力线载波信号进行重构，去除电力线载波信号中的噪声影响，得到降噪后的电力线载波信号，实现更精确、显著的降噪效果。
7、在第一方面的一种可能的实现方法中，对采集的电力线载波信号进行ofdm信号特征分析，得到若干个子载波，具体为：
8、根据所述电力线载波信号的调制方式和载波标准规定，确定子载波的频率和幅值；
9、基于所述电力线载波信号为若干个子载波叠加而成，根据所述子载波的频率和幅值，对所述电力线载波信号的时域波形进行分解，得到若干个子载波。
10、上述方案先根据电力线载波信号的调制方式，确定子载波的频率和幅值；然后根据所述频率和幅值对电力线载波信号的时域波形进行分解，得到若干个子载波，方便后续将子载波分为去噪声部分和噪声部分，便于互相关计算。
11、在第一方面的一种可能的实现方法中，为每个子载波生成与其同频率的参考信号，并将所述电力线载波信号和所述参考信号通过互相关函数进行计算，得到每个子载波的相位，具体为：
12、根据所述子载波的频率，为每个子载波生成与其同频率的参考信号；
13、使用互相关函数对所述电力线载波信号和所述参考信号进行计算，得到互相关运算结果；
14、根据所述电力线载波信号的噪声部分和去噪声部分，对所述互相关运算结果进行分解，得到目标互相关部分和噪声互相关部分，并对目标互相关部分和噪声互相关部分进行分析，求解目标互相关部分，得到每个子载波的相位；其中，所述目标互相关部分为所述参考信号与所述电力线载波信号的去噪声信号的互相关函数，所述噪声互相关部分为所述参考信号与所述电力线载波信号的噪声信号的互相关函数。
15、上述方案先为每个子载波生成与其同频率的参考信号，再使用互相关函数对电力线载波信号和对应参考信号进行计算，得到互相关运算结果；对互相关运算结果根据所述电力线载波信号的噪声部分和非噪声部分进行划分，得到所述参考信号和与所述电力线载波信号的去噪声信号的互相关函数，即为目标互相关部分，然后通过参考信号和所述电力线载波信号的噪声信号的互相关函数，对该目标互相关部分进行求解即可得到去噪声的子载波的相位，为重构电力系载波信号提供数据支撑。
16、在第一方面的一种可能的实现方法中，并对目标互相关部分和噪声互相关部分进行分析，求解目标互相关部分，得到每个子载波的相位，具体为：
17、将所述目标互相关部分划分为同频互相关函数和非同频互相关函数；其中，所述同频互相关函数为所述参考信号和所述去噪声信号的同频部分的互相关函数，所述非同频互相关函数为所述参考信号和所述去噪声信号的非同频部分的互相关函数；
18、基于所述子载波的周期特性，计算所述非同频互相关函数的数值；
19、对所述噪声互相关部分进行仿真统计，通过逐渐增加仿真的步长，得到所述噪声互相关部分的数值；
20、根据所述非同频互相关函数的数值、噪声互相关部分的数值、以及所述子载波的频率和幅值，对所述同频互相关函数进行计算，得到每个子载波的相位。
21、上述方案将所述目标互相关部分划分为和参考信号同频和不同频的函数部分，先基于所述子载波的周期特性，计算非同频函数的数值，再通过增加仿真的噪声互相关部分的步长，计算在仿真时间足够长的情况下所述噪声互相关部分的数值；根据所述非同频互相关函数的数值和噪声互相关部分的数值，可确定所述同频互相关函数的数值，再通过所述子载波的频率和幅值，即可确定所述子载波的相位。
22、在第一方面的一种可能的实现方法中，同频互相关函数、非同频互相关函数和所述噪声互相关部分，具体为：
23、所述同频互相关函数的函数表达式，具体为：
24、
25、其中，s1sx(τ)为所述同频互相关函数，t为所述去噪声信号的周期，aj为第j个所述去噪声信号的同频部分的幅值，ωj为第j个所述去噪声信号的同频部分的频率，为第j个所述去噪声信号的同频部分的相位，t为时刻，τ为同频互相关函数的极值点；
26、所述非同频互相关函数的函数表达式，具体为：
27、
28、其中，s2sx(τ)为所述非同频互相关函数，t为所述去噪声信号的周期，ai为第i个所述去噪声信号的非同频部分的幅值，ωj为第j个所述去噪声信号的同频部分的频率，ωi为第i个所述去噪声信号的非同频部分的频率，为第i个所述去噪声信号的非同频部分的相位，t为时刻，τ为同频互相关函数的极值点；
29、所述噪声互相关部分的函数表达式，具体为：
30、
31、其中，nnx(τ)为所述噪声互相关部分，t为所述噪声信号的周期，n(t)为所述噪声信号，x(t+τ)为延时τ后的参考信号。
32、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据每个子载波的相位，对所述电力线载波信号进行重构，得到降噪后的电力线载波信号，具体为：
33、使用判决器对所述子载波的相位进行误差校正，得到优化后的子载波的相位；
34、根据子载波的频率、幅值和优化后的子载波的相位，对所述电力线载波信号进行重构，得到降噪后的电力线载波信号。
35、上述方案先使用判决器消减所述子载波的相位，然后使用子载波的频率、幅值和优化后的子载波的相位，对所述电力线载波信号进行重构；因为所述子载波的相位本身就是去除噪声信号后的互相关计算结果，因此所述子载波的相位就是去除噪声信号后电力线载波信号的相位，因此可实现重构无噪声的电力线载波信号，完成载波信号的去噪。
36、本技术第二方面提供了一种基于互相关函数的载波信号降噪系统，所述系统包括：子载波生成模块、相位计算模块和信号降噪模块；
37、其中，所述子载波生成模块用于对采集的电力线载波信号进行ofdm信号特征分析，得到若干个子载波；
38、所述相位计算模块用于为每个子载波生成与其同频率的参考信号，并将所述电力线载波信号和对应参考信号通过互相关函数进行计算，得到每个子载波的相位；
39、所述信号降噪模块用于根据每个子载波的相位，对所述电力线载波信号进行重构，得到降噪后的电力线载波信号。
40、在第二方面的一种可能的实现方式中，子载波生成模块包括：载波信号分解单元；
41、其中，所述载波信号分解单元用于根据所述电力线载波信号的调制方式，确定子载波的频率和幅值；基于所述电力线载波信号为若干个子载波叠加而成，根据所述子载波的频率和幅值，对所述电力线载波信号的时域波形进行分解，得到若干个子载波。
42、在第二方面的一种可能的实现方式中，相位计算模块包括：相位计算单元；
43、其中，所述相位计算单元用于根据所述子载波的频率，为每个子载波生成与其同频率的参考信号；使用互相关函数对每个子载波和对应参考信号进行计算，得到互相关运算结果；根据所述子载波的噪声部分和去噪声部分，对所述互相关运算结果进行分解，得到目标互相关部分和噪声互相关部分，并根据噪声互相关部分求解目标互相关部分，得到每个子载波的相位；其中，所述目标互相关部分为所述参考信号与所述子载波的去噪声信号的互相关函数，所述噪声互相关部分为所述参考信号与所述子载波的噪声信号的互相关函数。
44、在第二方面的一种可能的实现方式中，相位计算模块包括：去噪信号的相位计算单元；
45、其中，所述去噪信号的相位计算单元用于将所述目标互相关部分划分为同频互相关函数和非同频互相关函数；其中，所述同频互相关函数为所述参考信号和所述去噪声信号的同频部分的互相关函数，所述非同频互相关函数为所述参考信号和所述去噪声信号的非同频部分的互相关函数；基于所述子载波的周期特性，计算所述非同频互相关函数的数值；对所述噪声互相关部分进行仿真统计，通过逐渐增加仿真的步长，得到所述噪声互相关部分的数值；根据所述非同频互相关函数的数值、噪声互相关部分的数值、以及所述子载波的频率和幅值，对所述同频互相关函数进行计算，得到每个子载波的相位。
46、在第二方面的一种可能的实现方式中，信号降噪模块包括载波信号重构单元；
47、其中，所述载波信号重构单元用于使用判决器对所述子载波的相位进行误差校正，得到优化后的子载波的相位；根据子载波的频率、幅值和优化后的子载波的相位，对所述电力线载波信号进行重构，得到降噪后的电力线载波信号。
1.一种基于互相关函数的载波信号降噪方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于互相关函数的载波信号降噪方法，其特征在于，所述对采集的电力线载波信号进行ofdm信号特征分析，得到若干个子载波，具体为：
3.根据权利要求1所述的基于互相关函数的载波信号降噪方法，其特征在于，所述为每个子载波生成与其同频率的参考信号，并将所述电力线载波信号和所述参考信号通过互相关函数进行计算，得到每个子载波的相位，具体为：
4.根据权利要求3所述的基于互相关函数的载波信号降噪方法，其特征在于，所述对目标互相关部分和噪声互相关部分进行分析，求解目标互相关部分，得到每个子载波的相位，具体为：
5.根据权利要求4所述的基于互相关函数的载波信号降噪方法，其特征在于，所述同频互相关函数、非同频互相关函数和所述噪声互相关部分，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于互相关函数的载波信号降噪方法，其特征在于，所述根据每个子载波的相位，对所述电力线载波信号进行重构，得到降噪后的电力线载波信号，具体为：
7.一种基于互相关函数的载波信号降噪系统，其特征在于，包括：子载波生成模块、相位计算模块和信号降噪模块；
8.根据权利要求7所述的基于互相关函数的载波信号降噪系统，其特征在于，所述子载波生成模块包括：载波信号分解单元；
9.根据权利要求8所述的基于互相关函数的载波信号降噪系统，其特征在于，所述相位计算模块包括：相位计算单元；
10.根据权利要求9所述的基于互相关函数的载波信号降噪系统，其特征在于，所述相位计算模块包括：去噪信号的相位计算单元；
11.根据权利要求7所述的基于互相关函数的载波信号降噪系统，其特征在于，所述信号降噪模块包括载波信号重构单元；
