【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力线通信，具体涉及一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法。
技术介绍
1、近几年，电力线通信不断发展，数据传输速率从数kbps提高到数mbps。然而，连接到同一电源线的电器/负载也在快速增长，这会引入电磁干扰/噪声，从而降低通信性能。电力线通信中存在的噪声不同于传统通信系统中的加性高斯白噪声，因此不能直接应用传统的降噪技术(将噪声视为awgn)，在几百千赫到20兆赫甚至更高的频率范围内，它主要由窄带噪声和脉冲噪声控制，有色背景噪声和窄带噪声由于其低功率谱密度而对电力线通信的影响较小，通过测量发现，脉冲噪声是电力线通信中的主要噪声，这些噪声是由高频器件产生的，或者是由于电器与电源的连接和断开所引入的开关瞬态等引起的，脉冲噪声具有高功率谱密度，比背景噪声高30-40db，因此可能影响正常的数据传输，由于脉冲噪声的干扰，目前国内在大、中低压电力台区中，hplc有效的信息传输速率仍难以突破500kbps。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，脉冲噪声时间行为的统计模型为电力线自适应调制与编码方案提供了有效信道分析方法，可提升信道频谱利用效率和高速传输性能，其得到的先验知识将有助于设计最佳接收机，从而抑制脉冲噪声干扰，提高高速电力线通信的性能。
2、技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，包括采用
3、进一步地，所述a和b两组的输出函数为：
4、
5、其中，φk表示
6、独立转移概率矩阵u和独立转移概率矩阵g的表示具体如下：
7、
8、
9、进一步地，根据独立转移概率矩阵u和独立转移概率矩阵g的元素，建立脉冲事件的宽度超过某个宽度tw的概率pw，概率pw的表达如下：
10、
11、进一步地，根据独立转移概率矩阵u和独立转移概率矩阵g的元素，建立两个脉冲之间的无脉冲时间跨度超过特定时间跨度td的概率pd，概率pd的表达如下：
12、pd(k)＝1，p or k＝0
13、
14、两个概率函数p都由加权指数的和组成。因此，矩阵u和g的元素可以通过曲线拟合技术从脉冲宽度和脉冲之间的无脉冲时间跨度的测量分布中确定。
15、本专利技术中使用改进的nelder—mead—simplex算法来进行脉冲噪声到达间隔时间和脉冲宽度的测量，根据测量值分别确定矩阵u和g中的元素值。本专利技术中将过度矩阵的建模过程看作是一个方程组的系数求解，然后将测量得到的数据输入计算机中，根据改进单纯形法(nelder—mead—simplex算法)可以得到这个方程组的基本可行解，也就是方程组的系数。从而得到过度矩阵u和g。
16、本专利技术中采用具有电容耦合的高阻抗电压探针从电力线捕获信号，其具有大约200khz的高通截止频率。采用能够以8比特的分辨率记录100万个样本的数字存储示波器作为接收器。为了分析噪声的频谱特性，通信带宽被限制在20mhz，选择了每秒50m次采样的采样率。并且对于脉冲宽度和到达间隔时间的分析采用采样间隔为80s的峰值探测器，观察窗口宽度twin＝20s。
17、有益效果：本专利技术与现有技术相比，使用具有可变状态数n的分割马尔可夫链方法对宽带电力线通信中遇到的异步脉冲噪声的时间行为进行描述和建模，能够获取节点的状态以及转移概率且进行可视化展示，并且能够精准预测出异步脉冲噪声的时间行为数据，为电力线自适应调制与编码方案提供了有效信道分析方法，可提升信道频谱利用效率和高速传输性能，其得到的先验知识将有助于设计最佳接收机，从而抑制脉冲噪声干扰，提高高速电力线通信的性能。
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1.一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，包括采用分割马尔科夫链对高速电力线通信中的异步脉冲噪声进行建模与预测，建模方式为：从电力线中捕获信号，将表示噪声状态的n个状态Si(i＝1…n)划分为A和B两组，A中的a状态表示没有脉冲事件发生的情况，而B中的b＝n-a状态表示有脉冲活动的发生，引入过渡矩阵，用来描述从A内状态到B内状态的过渡，以及从B内状态到A内状态的过渡，建立用于无脉冲状态的独立转移概率矩阵U和用于有脉冲状态的独立转移概率矩阵G，通过独立转移概率矩阵U和独立转移概率矩阵G分别描述A和B内的情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，所述A和B两组的输出函数为：
3.根据权利要求1所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，所述独立转移概率矩阵U和独立转移概率矩阵G的表示具体如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，根据独立转移概率矩阵U和独立转移
5.根据权利要求4所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，概率Pw的表达如下：
6.根据权利要求3所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，根据独立转移概率矩阵U和独立转移概率矩阵G的元素，建立两个脉冲之间的无脉冲时间跨度超过特定时间跨度td的概率Pd。
7.根据权利要求6所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，概率Pd的表达如下：
8.根据权利要求1所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，采用具有电容耦合的高阻抗电压探针从电力线捕获信号，采用数字存储示波器作为接收器。
9.根据权利要求5或7所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，使用改进的Nelder—Mead—Simplex算法来进行脉冲噪声到达间隔时间和脉冲宽度的测量，根据测量值分别确定矩阵U和G中的元素值。
10.根据权利要求9所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，根据脉冲噪声到达间隔时间和脉冲宽度的测量值，通过曲线拟合技术分别确定矩阵U和G中的元素值。
...【技术特征摘要】
1.一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，包括采用分割马尔科夫链对高速电力线通信中的异步脉冲噪声进行建模与预测，建模方式为：从电力线中捕获信号，将表示噪声状态的n个状态si(i＝1…n)划分为a和b两组，a中的a状态表示没有脉冲事件发生的情况，而b中的b＝n-a状态表示有脉冲活动的发生，引入过渡矩阵，用来描述从a内状态到b内状态的过渡，以及从b内状态到a内状态的过渡，建立用于无脉冲状态的独立转移概率矩阵u和用于有脉冲状态的独立转移概率矩阵g，通过独立转移概率矩阵u和独立转移概率矩阵g分别描述a和b内的情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，所述a和b两组的输出函数为：
3.根据权利要求1所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，所述独立转移概率矩阵u和独立转移概率矩阵g的表示具体如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于分割马尔可夫链的高速电力线通信异步脉冲噪声建模方法，其特征在于，根据独立转移概率矩阵u和独立转移概率矩阵g的元素，建立脉冲事件的宽度超过某个宽度tw的概率pw。
5.根据权利要求4所...
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