一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法，它包括：S1：分析电力线网络拓扑的信号源端噪声数量及装置；S2：根据步骤S1中的噪声数量及装置得到源端噪声模型和传输函数；S3：对源端噪声模型和传输函数进行分析、叠加，在接收端得到基于多源端电力线信道噪声。本发明专利技术提出了一种基于实际应用环境下，针对复杂电力线网络拓扑结构下对接收端噪声建模的方法，针对接收端噪声波形过于复杂，参数难以提取的情况，采用从单一源端噪声建模出发，结合多节点信道响应建模方法对整个电力线网络拓扑结构进行分析，计算出各源端与接收端之间的信道传输特性，最后在接收端进行综合建模的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法
本专利技术涉及电力线信道
，特别是一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法。
技术介绍
PLC通信由于其不占频谱资源，成本低廉、范围广泛、实时在线、移动方便以及通信速率快等诸多优点，成为一种越来越受到研究人员广泛关注的通信技术，而近年来在能源信息化的大背景下，智能电网、物联网、能源互联网等一系列概念的相继提出，PLC通信技术在能源计量和控制方面的优势十分明显，成为一种适应时代潮流的新兴技术，具有极其广大的发展前景。现如今，自动抄表(AutomatedMeterReading,AMR)和自动化仪表管理(AutomatedMeterManagement,AMM)等技术已经在部分地区得到推广。宽带电力线通信中的噪声远比其他专用通信线路中的噪声复杂，是研究电力线通信的难点。电力线开放式信道环境下的宽带电力线噪声骚扰是影响其性能的最重要因素。目前电力线噪声主要研究理论建模，缺乏噪声硬件实现方法的研究。较其他传统通信信道不同，电力线通信信道的噪声干扰十分复杂，大致可以分为背景噪声和脉冲噪声两类，主要影响通信质量的是信道中的脉冲噪声，因此噪声建模大多集中在对脉冲噪声特性的分析与建模上。低压电力线噪声对电力线通信性能有很大的影响，尤其是脉冲噪声，严重时甚至会阻隔整个通信系统的正常通信。因此，为保证电力线通信系统正常工作，对电力线噪声的建模势在必行。目前的建模大多是针对接收端测量得到的噪声进行建模，主要采用的建模方法有Markov建模法和Markov-Middleton建模法。但在实际建模过程中，由于电力线网络的复杂拓扑结构，各个不同位置噪声源产生的脉冲噪声互相混叠，造成接收端噪声难以建模的问题。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的就是提供一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法，提出了一种从多个噪声源端出发，通过多节点宽带低压电力线信道响应建模方法，将接收端噪声转换为通过多源噪声叠加的方式建模得到的噪声。本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法，它包括有：S1：分析电力线网络拓扑的信号源端噪声数量及装置；S2：根据步骤S1中的噪声数量及装置得到源端噪声模型和传输函数；S3：对源端噪声模型和传输函数进行分析、叠加，在接收端得到基于多源端电力线信道噪声。进一步，所述步骤S2中的源端噪声模型具体如下：源端噪声模型的概率密度函数为：其中，p′m表示从瞬时转移状态到m状态的转移概率，pm表示m状态发生概率，表示特定状态的噪声方差，P表示的是一个Markov状态转移矩阵参数nk是脉冲噪声样本；m表示每个时间样值的随机噪声状态，m∈(m＝0,1,2,3,...)；A是冲击指数，等于单位时间内接收的平均脉冲数与脉冲持续时间的乘积；Γ是高斯噪声分量的平均功率与冲击噪声分量的平均功率比率，x为状态转移概率。进一步，状态转移概率x可以通过实测噪声样本的平均脉冲宽度得到，进一步，得到基于多源端电力线信道噪声的具体过程还包括有：计算第ni个子网络参量矩阵有通过对子网络参量矩阵的累乘得到完整网络的参量矩阵Ts,t，有根据以上的矩阵即可得到式(4)所示的s与t见得信号响应Hs,t，有其中，s为信号节点，t为接收节点；P为收发节点主干节点集，且n∈{P|s→t}；ni为节点集P的第i个节点；为节点ni的等效阻抗；为分支线路参量矩阵；为节点ni的子网络参量矩阵；Ts,t为对子网络参量矩阵的累乘得到完整网络的参量矩阵；N为节点集P内的节点总个数；为源节点s至第一个中间节点m0的级联参量矩阵；为最后一个中间节点mN至端节点t的级联参量矩阵；Hs,t为信号节点s与接收节点t的信号响应；Zs为发送端源端阻抗；Zt为接收端负载阻抗。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术提出了一种基于实际应用环境下，针对复杂电力线网络拓扑结构下对接收端噪声建模的方法，针对接收端噪声波形过于复杂，参数难以提取的情况，采用从单一源端噪声建模出发，结合多节点信道响应建模方法对整个电力线网络拓扑结构进行分析，计算出各源端与接收端之间的信道传输特性，最后在接收端进行综合建模的方法。本专利技术能够有效的针对复杂的接收端噪声进行建模，并且建模效果相对准确。本专利技术采用的多节点信道响应建模方法以收发节点主干节点集合中的节点为中心，与相邻主干节点的电力线缆中点为虚拟中间节点，进而构建以虚拟中间节点为边界、以主干节点为中心的子网络，通过对子网络的累乘过程计算收发节点之间的信道传输函数。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。附图说明本专利技术的附图说明如下：图1为基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法的逻辑框图。图2为树状低压配电网拓扑结构。图3为多源端噪声建模方法的示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例，如图1至图3所示；一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法，它包括有：S1：分析电力线网络拓扑的信号源端噪声数量及装置；S2：根据步骤S1中的噪声数量及装置得到源端噪声模型和传输函数；S3：对源端噪声模型和传输函数进行分析、叠加，在接收端得到基于多源端电力线信道噪声。步骤S2中的源端噪声模型具体如下：源端噪声模型的概率密度函数为：其中，p′m表示从瞬时转移状态到m状态的转移概率，pm表示m状态发生概率，表示特定状态的噪声方差，P表示的是一个Markov状态转移矩阵，参数nk是脉冲噪声样本；m表示每个时间样值的随机噪声状态，m∈(m＝0,1,2,3,...)；A是冲击指数，等于单位时间内接收的平均脉冲数与脉冲持续时间的乘积。该Markov-Middleton模型可以由条件高斯分布噪声序列表示。噪声样本是一个具有Markov性质的脉冲序列，每个时间样值是用随机噪声状态m表示。该噪声状态是从集合m∈(m＝0,1,2,3,...)中选择，且其服从Markov分布，如式(5)所示。依据式(2)每个噪声样本都呈高斯分布，它的方差是由噪声状态m决定。Γ是高斯噪声分量的平均功率与冲击噪声分量的平均功率比率，x为状态转移概率。状态转移概率x可以通过实测噪声样本的平均脉冲宽度得到，本专利技术直接使用Markov-Middleton脉冲噪声模型建模源端脉冲噪声。该模型可以很好地应用于源端单一脉冲噪声的建模，在PDF等统计特性上以及脉冲时间相关性上都表现良好。然而在实际场景下，针对接收端噪声建模，由于复杂的拓扑环境以及多个源端噪声的共同影响，导致接收端噪声具有相当复杂的特性，难以直接提取出关键参数进行建模，因此直接采用Markov-Middleton脉冲噪声模型建模接收端脉冲噪声并不实用。本专利技术提出了基于复杂拓扑环境下的多源端噪声建模方法，其核心在于利用多节点宽带低压电力线信道响应建模方法计算出各源端与接收端之间的H(f)。传统信道建模方法大多基于点对点信道，而电力线网络本质是一个多路由多节点的通信网络，因此传统的信道建模方法在表现实际电力线网络通信信道特性上的局限性很大。基于这样一个问题，专利技术提出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法，其特征在于，所述方法步骤如下：S1：分析电力线网络拓扑的信号源端噪声数量及装置；S2：根据步骤S1中的噪声数量及装置得到源端噪声模型和传输函数；S3：对源端噪声模型和传输函数进行分析、叠加，在接收端得到基于多源端电力线信道噪声。

【技术特征摘要】
1.一种基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法，其特征在于，所述方法步骤如下：S1：分析电力线网络拓扑的信号源端噪声数量及装置；S2：根据步骤S1中的噪声数量及装置得到源端噪声模型和传输函数；S3：对源端噪声模型和传输函数进行分析、叠加，在接收端得到基于多源端电力线信道噪声。2.如权利要求1所述的基于复杂电力线拓扑环境下的多源端噪声建模方法，其特征在于，所述步骤S2中的源端噪声模型具体如下：源端噪声模型的概率密度函数为：其中，p′m表示从瞬时转移状态到m状态的转移概率，pm表示m状态发生概率，表示特定状态的噪声方差，P表示的是一个Markov状态转移矩阵参数nk是脉冲噪声样本；m表示每个时间样值的随机噪声状态，m∈(m＝0,1,2,3,...)；A是冲击指数，等于单位时间内接收的平均脉冲数与脉冲持续时间的乘积；Γ是高斯噪声分量的平均功率与冲击噪声分量的平均功率比率，x为状态转移概率。3.如权利要求2所述的基于复杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶君，谢广成，骆凯波，郑可，曾妍，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50