電力線(xiàn)仿真系統的FPGA設計與實(shí)現

3．2 電力線(xiàn)噪聲的仿真
根據文中研究結果，電力線(xiàn)噪聲主要可分為5大類(lèi)，其中有色背景噪聲、窄帶噪聲和異步周期脈沖噪聲由于其功率譜密度較小，統計特性相對恒定，而統一歸為背景噪聲。大量的背景噪聲的和可以使用高斯白噪聲進(jìn)行模擬。
同步周期脈沖噪聲的周期為10 ms或20 ms，與G3-PLC系統一個(gè)數據幀的持續時(shí)間相當，因此在一幀數據內只會(huì )出現極少的同步周期脈沖，為簡(jiǎn)化處理，可以將它并入突發(fā)脈沖噪聲。Manfred Zimmermann提出采用馬爾科夫過(guò)程對突發(fā)脈沖噪聲的出現進(jìn)行模擬，根據研究結果，該模型能較精確的模擬脈沖噪聲的出現時(shí)間，但該模型由于運算量大而帶來(lái)實(shí)現上的困難。一種較簡(jiǎn)單且不失精確性的方法是根據突發(fā)脈沖出現的時(shí)間、時(shí)間寬度等參數的統計特性，由式(10)進(jìn)行模擬。
文中脈沖噪聲出現時(shí)間的比率約為0．001 35％，平均出現頻率為0．122次／s。假設系統采用fs的采樣頻率，則每個(gè)采樣點(diǎn)出現脈沖噪聲的概率為Pimp=0．122／fs；脈沖噪聲平均寬度為wimp=1．35×10-5×fs／0．122個(gè)采樣點(diǎn)。不妨定義在脈沖噪聲包絡(luò )幅度下降到最大值的5％以?xún)葧r(shí)為脈沖噪聲的結束時(shí)刻。將上述參數代入式(10)可得

根據上述參數的推導結果，可以在Matlab中通過(guò)如下方法模擬電力線(xiàn)噪聲：
用隨機數產(chǎn)生函數Randsrc產(chǎn)生一個(gè)N維[0，1]分布的隨機向量作為脈沖噪聲標示向量，其中P(x=1)=Pimp；然后循環(huán)搜索標示向量，當該點(diǎn)的值為1時(shí)，自該點(diǎn)起調用脈沖發(fā)生函數；再用脈沖發(fā)生函數首先產(chǎn)生兩個(gè)正態(tài)分布的獨立的隨機數A0、b0，并產(chǎn)生一個(gè)正態(tài)分布的隨機變量d，其均值由式(11)求得。最后按式(10)產(chǎn)生一個(gè)輸出向量，并將其加到結果向量中。
通過(guò)上述方法產(chǎn)生的電力線(xiàn)脈沖噪聲如圖6所示。

由于噪聲出現的概率較低，因此在仿真時(shí)需要延長(cháng)仿真時(shí)間，而這樣會(huì )導致過(guò)大的數據量，因此在此次仿真中，調低了采樣頻率，但這并不影響仿真效果。從圖中可以直觀(guān)地看出，該結果與電力線(xiàn)實(shí)際的噪聲環(huán)境比較吻合。
3．3 仿真算法的實(shí)現
信道的特性在單次仿真中應該保持不變，可以借助PC機對信道進(jìn)行設計。按文中討論的算法求出信道的單位沖擊響應向量，并通過(guò)RS2 32口或者網(wǎng)口等方法發(fā)送給仿真系統，在FPGA中采用FIR濾波器實(shí)現該單位沖擊響應。同時(shí)為實(shí)現帶反饋回路的信道的仿真，可以在FPGA中實(shí)現另一路并行的IIR濾波器，通過(guò)PC機的參數對兩路濾波器的輸出進(jìn)行切換。噪聲的仿真方法在PC機上產(chǎn)生相應的參數傳入。FPGA，為保證更好地實(shí)時(shí)性，也可以在FPGA中采用偽隨機序列產(chǎn)生電路實(shí)現。

4 結束語(yǔ)
針對電力線(xiàn)信道和噪聲的標準實(shí)時(shí)仿真平臺，對于電力線(xiàn)通信設備的開(kāi)發(fā)和測試是必要的，它能幫助開(kāi)發(fā)人員在設備研發(fā)的每一步對可靠性進(jìn)行快速測試，并且針對不同電力線(xiàn)通信產(chǎn)品提供統一的測試定標平臺。文中在對電力線(xiàn)信道特性和噪聲進(jìn)行深入分析的基礎上，提出了一種電力線(xiàn)信道實(shí)時(shí)仿真平臺的設計方法，該算法使用Matlab仿真驗證了可行性。該平臺可使用基于FPGA的硬件實(shí)現，具有較高的實(shí)用
價(jià)值。