電力線(xiàn)仿真系統的FPGA設計與實(shí)現
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
2．2 電力線(xiàn)噪聲的分類(lèi)
Manfred Zimmermann將電力線(xiàn)噪聲分為：
(1)有色背景噪聲。這類(lèi)噪聲具有相對低的功率譜密度，并且功率隨著(zhù)頻率的變化而變化。這類(lèi)噪聲由大量低功率噪聲源疊加而成，其功率譜密度往往隨時(shí)間變化，變化周期一般為幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)。
(2)窄帶噪聲。這類(lèi)噪聲常常由經(jīng)過(guò)幅度調制的正弦信號產(chǎn)生，最常見(jiàn)的源是由無(wú)線(xiàn)電廣播站的發(fā)射信號耦合到電力線(xiàn)上產(chǎn)生。
(3)與電網(wǎng)頻率異步的周期脈沖噪聲。這類(lèi)噪聲的頻率一般為50 Hz～200 kHz之間，因此這類(lèi)噪聲具有離散的線(xiàn)譜，譜間隔即為噪聲頻率。該噪聲通常由開(kāi)關(guān)電源或其他用電器，如CRT顯示器等造成。
(4)與電網(wǎng)頻率同步的周期脈沖噪聲。這類(lèi)噪聲的頻率在我國一般為50 Hz或100 Hz。這類(lèi)噪聲持續時(shí)間很短，通常為μs級。它有隨頻率降低的頻譜密度。這類(lèi)噪聲由供電電源通過(guò)整流二極管引起，因此與工頻交流電同步。
(5)異步脈沖噪聲。這類(lèi)噪聲是由于各種電子或者機械的開(kāi)關(guān)瞬態(tài)造成。這類(lèi)噪聲通常隨機出現，持續時(shí)間從μs到ms級不等。它的功率譜密度很大，最大比背景噪聲高50 dB以上。
這5類(lèi)噪聲中，前3類(lèi)的統計特性變化較慢，一般變化周期為數秒，數分鐘甚至數小時(shí)，而功率譜通常較低，因此這幾類(lèi)噪聲可以統稱(chēng)為背景噪聲。而后兩類(lèi)噪聲時(shí)變性很強，一般在μs和ms級。最關(guān)鍵的是，這兩類(lèi)噪聲功率譜密度值通常很大，因此能造成比特錯誤甚至是突發(fā)連續錯誤。因此這兩類(lèi)噪聲是電力線(xiàn)通信中需要被考慮和克服的主要難點(diǎn)。
Michael Bauer對電力線(xiàn)的脈沖噪聲進(jìn)行了測量和仿真，提出脈沖噪聲的時(shí)域特性可以用式(10)逼近，其結果如圖4所示。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/176809.htm
為便于分析，可以對上述電力線(xiàn)脈沖噪聲進(jìn)行簡(jiǎn)化。認為當上述脈沖的包絡(luò )達到一定值時(shí)為一個(gè)脈沖的開(kāi)始，下降到一定值后為該脈沖結束。簡(jiǎn)化的電力線(xiàn)脈沖噪聲的特性可以用3個(gè)參數進(jìn)行描述：脈沖幅度A，脈沖寬度tw和脈沖到達時(shí)間tarr。按照上述模型，文獻對時(shí)域特性進(jìn)行了統計分析：脈沖噪聲寬度tw一般為數十μs，幅度為數百mV，功率譜高出背景噪聲約50 dB，在家用電力線(xiàn)環(huán)境中，脈沖噪聲出現時(shí)間的比率約為0．001 35％，平均出現頻率為0．122次／s。
3 仿真算法的設計與實(shí)現
3．1 電力線(xiàn)信道的仿真
利用式(9)可以針對某一特定信道進(jìn)行基于測量的建模。為使仿真結果不失一般性，根據實(shí)際電力線(xiàn)信道中大量存在的隨機分布分支，可以假設沖擊信號通過(guò)該信道將隨機在不同時(shí)刻產(chǎn)生不同幅值的信號在接收端進(jìn)行疊加，根據中心極限定理，大量獨立同分布的隨機變量的和的分布服從高斯分布。因此，信道響應的包絡(luò )服從瑞利分布。當信道中存在直射分量時(shí)，即電力線(xiàn)信道中的情況，隨機變量服從均值不為零的高斯分布，此時(shí)，信道響應的包絡(luò )服從萊斯分布。即
其中，A為主信號即直射信號的峰值；I0()是修正的0階第一類(lèi)貝塞爾函數。萊斯分布常用參數K來(lái)描述，K定義為確定信號的功率與多徑分量方差之比。
在Matlab中，通過(guò)調用萊斯信道函數可以生成萊斯信道濾波器，使用該濾波器對信號進(jìn)行處理可以模擬萊斯信道。萊斯信道的函數原型為
CHAN=RICIANCHAN(TS，FD，K，TAU，PDB)
其中，TS為采樣頻率；FD為多譜勒頻移；K為萊斯分布參數；TAU為各路徑延時(shí)向量；PDB是相應路徑的增益向量。
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