基于最小二乘支持向量机和小波神经网络的电力线通信信道噪声建模研究

电力线通信是智能电网中的一种重要通信方式,电网中噪声干扰复杂,建立电力线通信信道噪声模型对于深入研究智能电网中低压电力线通信性能至关重要。针对低压电力线通信信道噪声特性,分别提出基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型和小波神经网络模型在电力线信道噪声中的应用。为了验证并比较LS-SVM和小波神经网络模型对时变的低压电力线信道噪声建模的有效性,在室内和室外环境下对低压电力线通信信道的噪声进行测量,基于大量的测量数据,研究两个模型的准确度和效率。结果表明,两个噪声模型能够很好地仿真和适应时变的低压电力线通信信道,LS-SVM模型有更高的精度和更短的仿真时间。此外,提出的两个模型与传统的Markovian-Gaussian模型进行比较,结果表明,两个噪声模型有更高的精度和更低的复杂度,尤其是LS-SVM模型能够代替传统的Markovian-Gaussian模型,更适合用作低压电力线通信信道噪声发生器。该噪声模型的提出对研究在电力线通信系统和无线通信系统中内部和外部电磁源的电磁干扰有重要意义。     

电力线传输特性和噪声干扰对通信性能的相对影响

电力线载波通信技术是支撑智能电网信息传输的重要技术之一,但是电力线作为信息传输通道时具有复杂的传输特性和较多的噪声干扰。为分析电力线信道的频率选择性对通信性能的影响及其和信道噪声的相对作用,设计滤波器模拟具有不同频率选择性的电力线信道,用米德尔顿A类噪声模拟信道中不同强度的噪声,采用基于OFDM技术的G3-PLC标准建立窄带电力线载波通信系统模型进行仿真分析。结果表明：电力线载波通信中,低速率传输数据或信号带宽较小时噪声干扰比频率选择性对系统性能影响大。随着数据传输速率或信号带宽增加,信道的频率选择性对系统性能的影响逐步增大。该结论为设计和研究电力线载波通信系统提供了理论分析基础。     

智能电网窄带OFDM通信系统噪声抑制

电力信道在低频处具有高的噪声,严重影响电力线通信(PLC)系统的性能.针对窄带(9 ～ 95kHz)电力信道非平稳分布的脉冲噪声和平稳分布的背景噪声,根据实际测量电力噪声的统计分析,建立随机分布特性参数所描述的噪声模型,并提出相应的噪声抑制(Noise Suppression,NS)方案.其中脉冲噪声使用限幅(Clipping)方法进行消除,这是一种无记忆非线性技术;背景噪声因具有高斯特性,而正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)信号的正交和同相分量均符合线性分布模型,利用KLT(Karhunen-Loeve)变换将含噪信号协方差矩阵的特征值分解至噪声和信号子空间,在信号失真最小准则前提下,应用拉格朗日最优极值法,推导OFDM信号的线性估计.基于G3-PLC物理层和窄带噪声模型,构建OFDM仿真系统,对窄带OFDM系统噪声抑制前后性能的仿真,表明该噪声抑制方案,能够改进BER性能,提高SNR.     

两类中压电力线信道比较及研究

电力线通信作为通信的一种可选方案有自己的独特优势,而利用中压电力线进行通信又有着广泛的应用范围和前景,中压电力线通道的特性对于通信的实现起到至关重要的作用.文章对位于北京某居民小区的地埋中压10 kV配电网和保定市某县的架空10 kV电力线作为测试线路进行测试,从而得出中压电力线的信道特性.在10 kHz～35 MHz范围内对中压电力线信道的噪声、阻抗特性以及传输衰减进行了系统的测试和比较分析研究,并且运用Matlab对得到的数据进行分析,得出了两类中压电力线信道特性,讨论了信道特性对宽带中压电力线通信的影响及对策.     

PLC信道噪声建模及噪声发生器的设计

在对低压PLC信道噪声特性进行分析、建模仿真的基础上,由MATLAB／Simulink模型直接生成DSP代码．设计并实现了一种低压电力线噪声发生器。用于模拟电力线上几类主要的噪声,将其作为电力线通信系统中独立、可控的噪声源,为电力线通信系统调制解调技术及纠错编码的研究提供可控制的实验环境。实验证明该发生器输出的噪声可满足电力线通信系统设计的需要。     

OFDM低压电力线通信信道估计研究

正交频分复用(OFDM)技术以其多种优势成为低压电力线宽带通信的最佳选择,而信道估计是正交频分复用系统的关键问题之一。文章首先讨论了低压电力线的几种通信信道模型,对现有的OFDM通信信道估计算法进行了分析,最终选择了能够反映低压电力线统计变化规律的低压电力线统计自回归模型和LMS自适应信道估计算法,并进行了初步仿真研究。仿真结果表明,LMS信道估计方法能够很好地跟踪低压电力线信道的变化,具有良好的估计性能。     

基于OFDM技术的电力线通信系统建模与仿真

正交频分复用(OFDM)技术是电力线通信常用的调制技术之一;电力线通信的信道条件复杂,信道特征是电力线通信的重点模块,两者都是电力线通信研究的重要组成部分。在深入研究OFDM基本原理和电力线信道特性的基础上,在OFDM原有的发射与接收模型中,加入了电力线的信道特性,从而建立了相对完整的电力线通信系统模型,并利用MATLAB对该模型进行仿真,仿真结果体现了电力线信道特性以及OFDM技术应用于电力线通信的优越性。     

基于时变PLC信道的需求响应AMC策略

目前智能电网供需互动业务受限于需求侧信息通信水平,针对问题,设计了一种基于需求响应(DR)业务等级及信道信噪比(SNR)等级的自适应编码调制(AMC)策略。首先研究分析现有的理论基础,包括需求响应业务模型、电力线信道模型及自适应编码调制技术等。然后根据不同传输模式在不同信噪比下的传输时延、误码率的仿真结果得出应用于传输模式切换的信噪比临界值,结合不同等级的需求响应业务通信需求差异,设计基于动态临界值的自适应编码调制策略,旨在为每类需求响应业务量身定做匹配最佳的编码调制传输方式。最后通过搭建MATLAB仿真通信系统平台,分析并验证自适应编码调制策略相对于以往多种传输模式在通信性能方面的优越性。     

电力线通信信道噪声测量与特性分析

噪声干扰是影响电力线通信可靠性的最主要因素之一,主要包括五类噪声:有色背景噪声、窄带噪声、异步于工频的周期脉冲噪声、同步于工频的周期脉冲噪声和异步脉冲噪声.搭建了背景噪声测量电路,测量了实际电力线通信信道噪声,分析了电力线通信信道噪声的一般特性,为今后建立电力线通信信道噪声的可靠模型提供了理论支持.     

PLC信道噪声分析与仿真

复杂的噪声干扰是阻碍电力线通信技术发展的主要原因之一,准确的噪声仿真对电力线通信的进一步发展具有重要意义。搭建噪声测量电路,对信道噪声进行了测量。通过对实测信道噪声进行傅里叶变换和时频分析,得到了3类信道噪声的正弦波成分,最终以不同频率的正弦波叠加形式仿真合成了3类PLC信道噪声。实验结果表明,仿真得到的信道噪声与测量所得到的信道噪声具有很高的一致性。     

智能电网可靠性需求约束下无线发射功率模型预测控制

在基于无线传感器网络(WSN)的智能电网数据采集与通信的应用中,通信可靠性是WSN的关键技术指标。提高发射功率会增加通信的信号强度和可靠性,但同时会导致节点间相互干扰增加。针对这一矛盾,基于自适应模型预测控制的方法,研究智能电网中WSN发射功率优化问题。依据无线通信链路路径损耗模型分析了影响智能电网无线通信信噪比的主要因素,并构建了系统状态空间模型;通过实时估计信噪比随机波动置信区间下界对系统期望信噪比给定进行补偿,并基于模型预测控制的算法,优化求解节点发射功率;最后,通过仿真软件将所提算法与自适应传输功率控制(ATPC)算法及势反馈控制(PFC)算法进行对比分析,并采用WSN硬件平台对算法进行测试。结果表明,所提出的自适应模型预测控制算法可以在保证智能电网无线通信可靠性条件下,降低由节点发射功率较大导致的相互干扰。     

基于稀疏贝叶斯学习的MIMO电力线脉冲噪声消除

为提高多输入多输出(MIMO)电力线通信系统对抗脉冲噪声的能力,基于稀疏贝叶斯学习的理论,利用脉冲噪声在电力线上的相关性,提出了一种消除MIMO电力线脉冲噪声的方案。方案使用全部子载波来联合估计脉冲噪声和可用子载波上的信号,无需训练脉冲噪声的统计信息。仿真中脉冲噪声拟合采用Bivariate Middleton Class A模型,结果表明该方案抗脉冲噪声性能比只使用空子载波的多观测向量稀疏贝叶斯学习(MSBL)方案提升了11dB。     

Markov-Middleton脉冲噪声模型的硬件实现方法

影响宽带电力线载波通信的关键因素之一是随机突发的脉冲噪声。目前的噪声研究大多停留在理论建模上,缺乏标准化的电力线噪声硬件实现方法。文中深入研究Markov-Middleton脉冲噪声模型,分析产生Markov性质的脉冲序列原理,利用System Generator和Xilinx Vivado联合仿真工具,设计出具有随机突发特性的电力线噪声生成系统,并完成该系统的硬件实现。通过对比现场可编程门阵列(FPGA)输出、Middleton Class A模型仿真与实测电力线噪声的统计特性,证明了该硬件实现方法能够生成具有随机突发性和时间相关性的脉冲噪声。通过搭建实验室环境下的电力线载波通信系统,测试不同参数下噪声对通信成功率的影响程度,对比其他的硬件实现方法,验证了所提方法的工程应用价值。     

智能电网中无线传感器网络通信链路可靠性置信区间预测

实时准确的无线链路质量预测是保证智能电网厂、站区域通信链路可靠性的必要信息。无线链路质量信噪比时间序列所表现出的非线性和非平稳随机性的叠加是影响预测准确性的主要因素。为此,提出一种通信链路可靠性置信区间预测方法,通过对无线链路质量的信噪比序列近似解耦处理,将其分解为非线性序列和非平稳随机序列,采用小波神经网络建立信噪比非线性序列和非平稳随机方差序列的预测模型,并用预测结果计算通信链路可靠性置信区间上、下界。最后,在实际的智能电网环境中验证了所提出的算法和结果。     

智能计量设备电力线载波通信测试系统的设计

低压电力线载波通信技术已广泛应用于智能计量设备中,但由于恶劣通信环境严重影响系统的稳定性,有必要建立电力线信道模拟平台,实现对载波通信性能的测试。文章基于对低压电力线信道特性的分析,完成了对电力线负载、衰减和噪声模拟器的原理分析与设计实现,并在此基础上建立了智能计量设备载波通信测试系统。开展低压电力线载波通信性能测试,并对测量数据和结果进行了分析。测试系统的建立为相关设备的载波通信性能评估和选型提供了有效的手段和参考依据。     

实验室环境下的智能电表载波模块通信测试

随着智能电网的建设,智能电表在国内居民用户大批量推广并已开始全面挂网运行,而作为智能电表最主要的通信模块之一的低压电力线载波模块的通信性能将直接影响使用效果。本文在实验室内模拟居民用户用电情况搭建了一个低压电力线载波测试环境,采集了6种居民用户常用的用电设备电力线噪声,并在此环境下对国内6种载波模块进行了通信成功率测试,得到了载波信号在线路衰减和用电设备噪声干扰情况下的通信数据。通过测试有助于深入了解低压电力线载波通信的特点以及为现场通信方案的选择实施与故障分析提供了参考依据。     

基于时频峰值滤波的电力线通信噪声消除方法

为了克服电力线通信系统(PLC)中存在的大量噪声,改善低信噪比情况下电力线通信系统通信质量,提高电力线通信系统可靠性,引入时频峰值滤波(TFPF)算法作为电力线通信系统的噪声消除技术。时频峰值滤波算法通过频率调制将电力线含噪信号调制成解析信号的瞬时频率,利用解析信号的Wigner-Ville分布的峰值进行瞬时频率估计,从而恢复有效信号。针对电力线通信系统信号的非线性特性,利用加窗的Wigner-Ville分布实现TFPF。实验证明,在低信噪比情况下,该方法可以有效地消除电力线通信系统噪声,降低误码率(BE     

基于System Generator的宽带电力线脉冲噪声实现方法

随机脉冲噪声是影响用电信息采集系统中宽带电力线载波(BPLC)通信的关键因素。目前的评估测试技术中缺乏标准化的宽带电力线噪声建模和实现方法。研究了经典的Middleton Class-A脉冲噪声模型,分析了二项分布逼近泊松分布的条件,从伯努利实验模型出发,依据Middleton Class-A模型的脉冲指数设定满周期线性同余法生成伪随机序列的阈值,通过判定阈值以获取特定强度的泊松序列。该序列在加权因子部分进行数值运算,得到特定状态的噪声方差,利用乘法器与高斯白噪声序列相乘。所提Class-A脉冲噪声的System Generator模块化设计方法能够实现快速的算法验证,通过对比现场可编程门阵列(FPGA)输出与理论随机脉冲噪声的统计特性,证明了该实现方法的有效性与准确性。     

电力线通信信道噪声模型研究现状

噪声干扰严重影响电力线通信的可靠性.测量了电力线通信信道噪声,说明了目前国内外对电力线通信信道噪声模型的研究现状.对于背景噪声,建立其自回归模型的手段已较为成熟;对于脉冲噪声这种随机的时间序列,自回归模型已不再适合,有人建立了其持续时间与间隔之间的马尔科夫模型,但其完整模型尚在研究阶段.