一种应用于HPLC通信系统的噪声注入方法与流程

一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法
技术领域
1.本发明涉及电力线载波通信技术领域，具体是一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法。


背景技术：

2.为构建坚实的通信网络基础，电网公司带领众多厂商对电力线载波通信技术进行了深入研究，并制定了低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范。
3.电力线通信信道的主要特性有：信道阻抗、噪声、衰减等。其中低压电力线路中的各种噪声，成为影响hplc通信信号在低压线路上传输的主要因素之一。由于居民用户的用电设备复杂多样，且可以随时、随地的接入切出，各种噪声的干扰，随时间、地点、负载等的变化而变化，使得hplc通信信号在传输过程中，易遭受突发差错影响。
4.为提高hplc通信系统的可靠性，从特定的低压电力线环境中获取噪声，并注入到hplc通信系统中，进而研究噪声对hplc通信的影响，对指导制订更加严谨可靠的通信协议，以及提升hplc通信单元的抗干扰能力具有深远意义。
5.传统的噪声注入方法，往往是在特定低压电力线环境中采集一段时间内的噪声波形数据，利用电力线噪声多为加性噪声的特性，由单个或多个噪声回放设备，在实验室环境下，通过单一或累加的方法，将现场采集的噪声波形再注入到hplc通信系统中进行研究。使用这种方法不仅受限于现场采集噪声数据的数量，同时对现场噪声数据利用率极低。因为所采集噪声数据中的绝大部分数据为背景噪声，而真正影响hplc通信的往往是脉冲噪声。于此同时，单纯使用单一或多个噪声回放设备，通过累加方式回放到通信系统中，不但受噪声回放设备规模的限制，还忽略了噪声在一段时间内的时间相关联性。如何使用一种高效可控且不过多依赖于物理设备，同时又可以反映真实电力线通信系统中噪声的噪声注入方法，成为电力线载波通信技术领域中的一大课题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法，主要解决现有技术中存在的现场采集噪声数据利用率低、利用不合理，对物理噪声回放设备依赖度高的问题。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法其特征在于对采集到的噪声数据，分离出其背景噪声和脉冲噪声，对脉冲噪声使用峰式马尔科夫链模型建模，通过模型参数重新随机生成包含多个噪声源中脉冲噪声特征信息的脉冲噪声，将重新生成的脉冲噪声与提取的背景噪声叠加，将叠加后的噪声波形通过噪声回放设备注入到hplc通信系统中。
8.一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法，包含以下步骤：步骤1，从采集到的多组噪声数据中分离出背景噪声和脉冲噪声；步骤2，从分离出的脉冲噪声中，确定每个噪声脉冲的起始位置和结束位置；
步骤3，获得每个噪声脉冲的幅值、符号、持续时间和脉冲间隔信息，建立峰式马尔科夫链模型状态转移矩阵参数；步骤4，随机生成第一个脉冲的幅值状态和符号，按照状态转移矩阵依次获得多个脉冲，得到所需时间长度的脉冲噪声；步骤5，将得到的脉冲噪声与提取的背景噪声，按照测试所需时长比例进行叠加，得到所需混合噪声；步骤6，将生成混合噪声降采样到25mhz；步骤7，使用噪声回放装置，将所生成的混合噪声，通过功率调节设备、功分器注入到hplc通信系统中。
9.本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明使用较低复杂度的算法，将影响hplc通信系统通信成功率背景噪声与脉冲噪声分离，并通过峰式马尔科夫链模型建模方法将现场环境中采集的脉冲噪声进行提取建模，然后与提取的背景噪声叠加，极大的提高了现场环境中采集到的电力线信道噪声数据的利用率；2.对hplc通信系统影响最大的是噪声中的脉冲噪声，通过本发明生成的混合噪声中的脉冲噪声，依然符合现场环境中实际噪声的特性，在保持随机性的同时，也兼顾了电力线信道环境中实际脉冲噪声时间上的相关性，对于研究噪声对hplc通信系统的影响更加聚焦；3.本发明通过对现场电力线噪声处理后生成的混合噪声，其在设定时间内包含的噪声特征信息，具备多个现场采集噪声数据源的噪声特征信息，在注入到通信系统中时，只需要一台噪声回放设备，就可输出包含所有噪声数据源噪声特性的波形，降低了对物理设备的依赖性，同时解决传统噪声注入方法中，通过多个噪声回放装置同时回放，简单叠加，而忽视噪声在时间上具备相关性的问题；4.通过本发明所述的一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法，可大幅提高对于影响hplc通信噪声特性的研究进度，有利于指导hplc通信单元厂家研发出抗噪性能更好的产品。
附图说明
10.附图是本发明的实施例，用来进一步理解和解释本发明，因此不应被当作是对本发明的限制。
11.图1是本发明一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法的处理流程图。
12.图2是现场电力线信道环境下采集到的噪声分离出的背景噪声时域波形图。
13.图3是现场电力线信道环境下采集到的噪声分离出的脉冲噪声时域波形图。
14.图4是通过峰式马尔卡夫链建模方法重新生成的脉冲噪声时域波形图。
15.图5是本发明生成混合噪声时域波形图。
16.图6是本发明一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法的实物连接示意图。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
18.本实施例的一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法，其参数设置如表1所示。
19.表
参数取值噪声源信号多组现场环境采集的电力线噪声（以50组为例）噪声信号采样率100mhz噪声波形时长20ms通信系统环境380v低压台区所需设备hplc通信单元、lisn（阻抗匹配网络）、功率调节设备、功分器、hplc滤波器、噪声回放装置、监控装置
本实施例的一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法，处理流程为：首先从低压电力线环境中，使用100mhz采样率的噪声采集设备，采集50组20ms的噪声；从采集到的噪声数据中分离出背景噪声和脉冲噪声；在所提取脉冲噪声中，找到每一个噪声脉冲的起始位置和结束位置，获取噪声脉冲的幅值、持续时间、间隔和符号变化情况；根据峰式马尔卡夫链建模方法，生成“幅值-幅值”（上升情况和下降情况两种）、“幅值-间隔”、“幅值-持续时间”、“间隔-符号变化”五个状态转移矩阵；随机生成第一个噪声脉冲的幅值和符号，按照状态转移矩阵生成脉冲噪声；将生成脉冲噪声与之前分离出的背景噪声，按照测试所需时长比例进行叠加，得到所需混合噪声；将混合噪声通过功率调节设备调整功率后，使用功分器注入到hplc通信系统中。
20.如图1所示，实施例的一种应用于hplc通信系统的噪声注入方法的处理流程包括7个步骤：步骤1：从采集到的多组噪声数据中分离出背景噪声和脉冲噪声；该步骤，在本实例中，对从电力线环境中采集到的50组噪声取平均值，得到背景噪声，时域波形如附图2所示；将背景噪声从噪声中分离后，得到脉冲噪声，如附图3所示。
21.步骤2：从分离出的脉冲噪声中，确定每个噪声脉冲的起始位置和结束位置；该步骤，在本实例中，分离出的脉冲噪声数据中，记录所有幅值高于背景噪声平均幅值10db以上的噪声脉冲的起始位置和结束位置。
22.步骤3：获得每个噪声脉冲的幅值、符号、持续时间和脉冲间隔信息，建立峰式马尔科夫链模型状态转移矩阵参数；该步骤，记录上一步骤中所得到噪声脉冲的幅值、持续时间、间隔和符号变化情况。将幅度、持续时间、间隔时间分别划分为x个状态区间，将我们所得到的所有噪声脉冲的特征划分到所属的状态区间内，这样根据峰式马尔科夫链建模的方法，就得到了“幅值-幅值”（上升情况）、“幅值-幅值”（下降情况）、“幅值-间隔”、“幅值-持续时间”、“间隔-符号变化”五个状态转移矩阵。
23.步骤4：随机生成一个脉冲的幅值状态和符号，按照状态转移矩阵依次获得多个脉冲，得到所需时间长度的脉冲噪声；该步骤，根据上一步骤所得的5个状态转移矩阵，随机生成第一个脉冲的幅值和符号，依次带入5个状态转移矩阵后，可得到第二噪声脉冲；同理，可依次得到多个噪声脉冲。在时域，将得到的噪声脉冲叠加后得到所需时长的脉冲噪声。本实例中，生成了10ms的脉冲噪声，如附图4所示。
24.步骤5：将得到的脉冲噪声与提取的背景噪声，按照测试所需时长比例进行叠加，得到所需混合噪声；
该步骤，将步骤4中得到的脉冲噪声与从原50组噪声中提取的背景噪声按照时长比例叠加，得到我们最终的混合噪声，其中时长比例因我们测试研究需要，可进行调整，如在本实例中，生成20ms混合噪声，按照50%进行叠加，即在前10ms为脉冲噪声叠加背景噪声，后10ms只有背景噪声，如附图5所示。
25.步骤6：利将生成混合噪声降采样到25mhz；该步骤，因为在hplc载波通信系统中，其通信频段为0.7~12mhz，需保持24mhz以上采样率不丢失信息，同时为了降低对噪声回放装置的要求，本实例中将采样频率为100mhz的混合噪声，降采样到25mhz进行回放。
26.步骤7，使用噪声回放装置，将所生成的混合噪声，通过功率调节设备、功分器注入到hplc通信测试系统中；该步骤，如附图6中所示为hplc通信测试系统实物连接图，将步骤6得到降采样后的混合噪声，通过噪声回放装置，经过功率调节设备进行放大，并经功分器注入到hplc通信测试系统中。
27.为了验证本实施例中最终所注入混合噪声与现场采集噪声的差异性，通过调节功率调节设备，使其放大系数刚好抵消因注入测试环境损失的功率。重新对通信测试环境中20ms的混合噪声进行采集。进行步骤1~步骤3操作，重新得到“幅值-幅值”（上升情况和下降情况两种）、“幅值-间隔”、“幅值-持续时间”、“间隔-符号变化”5个新的状态转移矩阵，新的状态转移矩阵与原现场噪声数据生成状态转移矩阵差异性对比，如表2所示。
28.表
状态转移矩阵“幅值-幅值”（上升情况）“幅值-幅值”（下降情况）“幅值-间隔”“幅值-持续时间”“间隔-符号变化”误差矩阵绝对值的平均值0.00780.00710.08950.19690.0073
所重新生成的混合噪声与原现场采集的噪声，背景噪声完全一致，其脉冲噪声的状态转移矩阵误差非常小，可以认为所生成混合噪声，含有原现场噪声中脉冲噪声和背景噪声中的所有噪声信息。
29.因此，实施例是一种较为优异的噪声注入方法，适用于对hplc通信系统的研究中。
30.上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。