一种载波通信质量优化方法、装置及存储介质与流程

1.本技术涉及电力自动化技术领域，为一种智能低压断路器，具体而 言，涉及一种载波通信质量优化方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定 的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。
3.目前的智能断路器能够实现通信的传输。因为智能断路器使用在电力 线中，因为受到电路险种的电磁场的效应，发现线路中电磁干扰比较严 重，且线路中掺杂有大量的高频信号和噪声信号，对电力线通信信号的影 响和干扰较为严重，影响了电力线通信的使用效果。因此目前急需一种能 够克服上述缺陷的宽载波通信方法及装置的出现。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种载波通信质量优化方法、装置、存储介质，以 通过滤波算法的改进以及抗干扰算法的改进，实现对于载波通信质量的优 化，为智能断路器的使用提供更精准的信号处理。
5.为了达到上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种载波通信质量优化方法，应用于 智能低压断路器，所述方法包括：获取输入通信信号；通过滤波模块对通 信信号进行滤波处理，得到输出信号；对所述输出信号进行抗干扰处理， 得到抗干扰信号；对抗干扰信号做插值处理，获取信号的频域信息；对处 理后的信号进行解码，获取相关数据，并对外传输；所述通信信号获取通 过对电力线接入信号进行耦合处理得到；所述通信信号滤波处理包括确定 误差信号值、滤波模块更新。
7.进一步的，误差信号值的确定包括：根据滤波模块的输出信号和输出 时刻的期望信号计算得到输出时刻的误差信号。
8.进一步的，滤波模块更新包括滤波模块值更新，以及基于滤波模块值 更新后的滤波模块更新；滤波模块值更新获得包括：根据误差函数确定每 次滤波模块系数的梯度的更新值和常数项的梯度的更新值。
9.进一步的，滤波模块更新包括根据滤波模块系数的梯度的更新值，计 算得到滤波模块收敛权系数；根据常数项的梯度的更新值计算得到常数项 更新值。
10.进一步的，常数项的梯度的更新值的包括：将误差信号函数取平方、 求期望得到损失函数，将损失函数对自适应滤波器系数求偏导运算，得到 自适应滤波器的梯度的更新值；将损失函数对常数项求偏导运算，得到常 数项的梯度的更新值.
11.进一步的，输出信号的获得包括：滤波模块根据其自收敛权系数对输 入通信信号进行滤波计算并添加常数项更新值作为输出信号。
12.进一步的，抗干扰处理包括：针对滤波后的信号确定其频率和时域， 分别对频率
和时域进行抗干扰处理。
13.进一步的，对频率抗干扰处理包括通过调整脉冲信号的占空比进行噪 声的抑制；对时域抗干扰处理通过设置带阻滤波器对不同频点产生的噪音 进行抑制。
14.第二方面，本技术实施例还提供一种载波通信质量优化装置，应用于 智能低压断路器，包括：信号耦合模块，用于通过对电力线接入信号进行 耦合处理得到；滤波模块，用于对通信信号进行滤波处理，得到输出信 号；抗干扰模块，用于对输出信号进行抗干扰处理；频域确定模块，用于 对抗干扰信号做插值处理得到频域信息；数据发送模块，用于对处理后的 信号进行解码，获取相关数据，并对外传输。
15.第三方面，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括存储 器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机 程序被处理器执行时实现本技术实施例第一方面提供的载波通信质量优化 方法。
16.本技术实施例提供的技术方案中，通过建立了滤波算法和抗干扰算 法，对智能低压断路器在进行电网线路的控制过程中，因为电磁干扰而导 致的通信信号的不准确起到的改善的效果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.附图中的方法、系统和/或程序将根据示例性实施例进一步描述。这些 示例性实施例将参照图纸进行详细描述。这些示例性实施例是非限制的示 例性实施例，其中示例数字在附图的各个视图中代表相似的机构。
19.图1是根据本技术的一些实施例所示的通信系统的系统架构图；
20.图2是根据本技术的一些实施例所示的载波通信质量优化装置的方框 图；
21.图3是根据本技术的一些实施例所示的一种载波通信质量优化方法流 程图。
具体实施方式
22.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申 请技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特 征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定， 在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组 合。
23.在下面的详细描述中，通过实例阐述了许多具体细节，以便提供对相 关指导的全面了解。然而，对于本领域的技术人员来说，显然可以在没有 这些细节的情况下实施本技术。在其他情况下，公知的方法、程序、系 统、组成和/或电路已经在一个相对较高水平上被描述，没有细节，以避免 不必要的模糊本技术的方面。
24.本技术中使用流程图说明根据本技术的实施例的系统所执行的执行过 程。应当明确理解的是，流程图的执行过程可以不按顺序执行。相反，这 些执行过程可以以相反的顺序或同时执行。另外，可以将至少一个其他执 行过程添加到流程图。一个或多个执行过
程可以从流程图中删除。
25.本技术提供一些实施例为服务器，该服务器包括物体空间位置检测装置、存储器、处理器和通信单元。存储器、处理器以及通信单元各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。物体空间位置检测装置包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器中或固化在电子设备的操作系统(operatingsystem，os)中的软件功能模块。处理器用于执行存储器中存储的可执行模块，例如基于色谱分析的样品确定装置所包括的软件功能模块及计算机程序等。
26.请参照图1，本技术实施例提供一种通信系统100，该通信系统包括相互通信的服务器200、智能低压断路器300。本技术实施例提供的载波通信质量优化方法基于载波通信质量优化装置310存储与智能低压断路器300内，与服务器进行通信连接。
27.服务器包括存储器、处理器和通信单元。存储器、处理器以及通信单元各元件相互之间连接或间接电连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电连接。
28.请参照图2，是根据本技术的一些实施例所示的载波通信质量优化装置310的方框示意图，该载波通信质量优化装置310包括号耦合模块311，滤波模块312，抗干扰模块313和数据发送模块314。
29.其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。其中，存储器用于存储程序，处理器在接收到执行指令后，执行所述程序。通信单元用于通过网络建立样品服务器与查询终端之间的通信连接，并用于通过网络收发数据。
30.处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(dsp))、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。可以理解，图2所示的结构仅为示意，色谱仪服务器200还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
31.请参阅图3，是根据本技术的一些实施例所示的一种载波通信质量优化方法的流程图，该方法应用于智能低压断路器，具体可以包括以下步骤s1步骤s7的基础上，将对一些可选实施例进行说明，这些实施例应当理解为实例，不应理解为实现本方案所必不可少的技术特征。
32.本实施例提供的载波通信质量优化方法，主要应用场景在智能低压断路器。主要是在电路线路，通过搭建算法来实现电磁波对于通信的干扰，实现断路器的真正的智能化通信传输。
33.现有的智能断路器都会有载波通信的功能，但因为电网中的电磁波效应，对于通
信的质量会造成一定的影响。导致通信中的信号会出现丢失和 一些噪音，所以需要对通信中的电磁波消除影响，来保证通信质量满足要 求。目前针对于噪音的消除，主要是通过设置电路来实现，比如说通过设 置滤波器，但是单纯的设置滤波器在实际使用过程中效果不为突出，能够 消除一部分的噪音，但是整体效果并不好。
34.所以，基于这样的技术背景，本实施例提供的一种载波通信质量优化 方法，通过设置算法，通过滤波算法针对于滤波模块也就是滤波器进行滤 波效果的最优化。通过增加抗干扰算法，结合波的物理属性，降低电磁波 通信信号的干扰。
35.所以，本实施例提供的一种载波通信质量优化方法主要包括七个具体 的步骤：
36.获取输入通信信号；
37.滤波和抗干扰处理；
38.解码处理；
39.信号传输。
40.本实施例针对于以上的过程做详细的说明：
41.步骤s1，获取输入通信信号。
42.接入输电线路，通过信号耦合模块获取电网中的通信信号。
43.步骤s2，通过滤波模块对通信信号进行滤波处理，得到输出信号。
44.滤波模块根据其滤波系数对输入信号进行滤波并添加常数项作为输出 信号。
45.步骤s21，根据滤波模块的输出信号和输出时刻的期望信号计算得到 输出时刻的误差信号。
46.步骤s211，输出时刻的误差信号e(n)的计算公式如下：
47.e(n)＝d(n) x(n)tw(n) b(n)；
48.其中，d(n)表示期望信号。
49.步骤s22，根据误差函数计算每次滤波系数的梯度的更新值和常数项 的梯度的更新值。
50.步骤s23，根据滤波系数的梯度的更新值，计算得到滤波收敛权系 数；根据常数项的梯度的更新值计算得到常数项更新值。
51.步骤s231，将误差信号函数取平方、求期望得到损失函数，将损失函 数对滤波系数求偏导运算，得到滤波模块的梯度的更新值；将损失函数对 常数项求偏导运算，得到常数项的梯度的更新值。
52.所述损失函数j的计算公式如下：
53.j＝e(e2(n))；
54.其中其中，e表示期望运算。
55.步骤s24，滤波模块根据滤波模块收敛权系数对输入信号进行滤波计 算并添加常数项更新值作为输出信号。
56.步骤s241，根据自滤波系数的梯度的更新值，采用梯度下降法，得到 滤波系数的更新公式，根据滤波系数的更新公式反复运算得到滤波模块收 敛权系数；根据常数项的梯度的更新值，采用梯度下降法，得到常数项的 更新公式，根据常数项的更新公式反复运算得到常数项收敛权系数。
57.滤波模块系数的梯度的更新值
△
w(j)如下：
58.δw(j)＝2(d(n) x(n)
t
w(n) b(n))x(n)
t
＝2e(n)x(n)
t
；
59.常数项的梯度的更新值
△
b(j)如下：
60.δb(j)＝2(d(n) x(n)
t
w(n) b(n))＝2e(n)。
61.步骤s25，滤波模块系数的更新公式如下：
62.w(n 1)＝w(n)-2μe(n)x(n)；
63.常数更新公式如下：
64.b(n 1)＝b(n)-2μe(n)；
65.其中e为迭代步长。
66.步骤s3，对输出信号进行抗干扰处理，得到抗干扰信号。
67.在滤波后，对信号进一步处理。按照时域和频率相结合的方法减少噪 声的干扰。在时域部分，通过调整脉冲信号的占空比进行噪声的抑制。
68.在频域部分，根据噪声在不同频点的功率谱密度分布设置相应的滤波 方法，实现噪声的抑制。具体实施时根据功率谱密度分布曲线，选择峰值 点两边90％峰值点所对应的频率点范围，设置带阻滤波器进一步滤除噪声 信号。例如，当功率谱密度分布曲线的峰值a对应的频率为fa，由于功率 谱密度曲线为抛物线，因此，峰值a周边，幅值90％a对应的频率点有两 个，分别为f1、f2，其中f1《fa《f2，此时将f1-f2频率范围的信号通过带阻 滤波器进行滤除，进一步减少噪声信号。
69.步骤s4，对抗干扰信号做插值处理，获取信号的频域信息。
70.用三阶切比雪夫窗函数对信号进行加窗处理，然后再采用快速傅里叶 算法对加窗后的数据进行处理，进而获取信号的详细的频域信息。
71.步骤s5，对处理后的信号进行解码，获取相关数据，并对外传输。
72.对处理后的信号进行解码，获取信息传输的报文。然后按照各类通信 接口的协议进行封装，实现信号的对外传输。如rs485串口、rj-45以太 网口等，实现电力线传输信息接收后按照工业领域常用的通信方式进行交 互。
73.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程 序，当计算机程序在计算机上执行时，使得计算机执行本技术实施例提供 的载波通信质量优化方法。
74.需要理解的是，针对上述内容没有进行名词解释的技术术语，本领域 技术人员可以根据上述所公开的内容进行前后推导毫无疑义地确定其所指 代的含义，例如针对一些阈值、系数等术语，本领域技术人员可以根据前 后的逻辑关系进行推导和确定，这些数值的取值范围可以根据实际情况进 行选取，例如0.1～1，又例如1～10，再例如50～100，在此均不作限定。
75.本领域技术人员可以根据上述已公开的内容毫无疑义对一些预设的、 基准的、预定的、设定的以及偏好标签的技术特征/技术术语进行确定，例 如阈值、阈值区间、阈值范围等。对于一些未作解释的技术特征术语，本 领域技术人员完全能够基于前后文的逻辑关系进行合理地、毫无疑义地推 导，从而清楚、完整地实施上述技术方案。未作解释的技术特征术语的前 缀，例如“第一”、“第二”、“示例”、“目标”等，可以根据前后文进行毫无 疑义地推导和确定。未作解释的技术特征术语的后缀，例如“集合”、“列 表”等，也可以根据前后文进行毫无疑义地推导和确定。
76.本技术实施例公开的上述内容对于本领域技术人员而言是清楚完整 的。应当理
解，本领域技术人员基于上述公开的内容对未作解释的技术术 语进行推导和分析的过程是基于本技术所记载的内容进行的，因此上述内 容并不是对整体方案的创造性的评判。
77.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述 详细披露仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确 说明，本领域技术人员可以对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修 改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本 申请示范实施例的精神和范围。
78.同时，本技术使用了特定术语来描述本技术的实施例。如“一个实施 例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关 的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同 部分两次或多次提到的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并 不一定是指同一实施例。此外，本技术的至少一个实施例中的某些特征、 结构或特点可以进行适当的组合。
79.另外，本领域普通技术人员可以理解的是，本技术的各个方面可以通 过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用 的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们任何新的和有用的改进。相 应地，本技术的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固 件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或 软件均可以被称为“单元”、“组件”或“系统”。此外，本技术的各方面可以 表现为位于至少一个计算机可读介质中的计算机产品，所述产品包括计算 机可读程序编码。
80.计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据 信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形 式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介 质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以 通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使 用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介 质进行传播，包括无线电、电缆、光纤缆线、rf、或类似介质、或任何上 述介质的组合。
81.本技术各方面执行所需的计算机程序码可以用一种或多种程序语言的 任意组合编写，包括面向对象程序设计，如java、scala、smalltalk、 eiffel、jade、emerald、c 、c#、vb.net，python等，或类似的常规 程序编程语言，如"c"编程语言，visual basic，fortran 2003，perl， cobol 2002，php，abap，动态编程语言如python，ruby和groovy或 其它编程语言。所述程式设计编码可以完全在用户计算机上执行、或作为 独立的软体包在用户计算机上执行、或部分在用户计算机上执行部分在远 程计算机执行、或完全在远程计算机或服务器上执行。在后种情况下，远 程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网络(lan) 或广域网(wan)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环 境中，或作为服务使用如软件即服务(saas)。
82.此外，除非申请专利范围中明确说明，本技术所述处理元件和序列的 顺序、数位字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本技术流程和 方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发 明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的申请专 利范围并不仅限于披露的实施例，相反，申请专利范围旨在覆盖所有符合 本技术实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系 统组件可以通过硬件装置实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实 现，如在现有的服务器或行动装置上安装所描述的系统。
83.同样应当理解的是，为了简化本技术揭示的表述，从而帮助对至少一 个发明实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征 归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法幷不意味 着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例 的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。