电力线仿真系统的FPGA设计与实现

3．2 电力线噪声的仿真
根据文中研究结果，电力线噪声主要可分为5大类，其中有色背景噪声、窄带噪声和异步周期脉冲噪声由于其功率谱密度较小，统计特性相对恒定，而统一归为背景噪声。大量的背景噪声的和可以使用高斯白噪声进行模拟。
同步周期脉冲噪声的周期为10 ms或20 ms，与G3-PLC系统一个数据帧的持续时间相当，因此在一帧数据内只会出现极少的同步周期脉冲，为简化处理，可以将它并入突发脉冲噪声。Manfred Zimmermann提出采用马尔科夫过程对突发脉冲噪声的出现进行模拟，根据研究结果，该模型能较精确的模拟脉冲噪声的出现时间，但该模型由于运算量大而带来实现上的困难。一种较简单且不失精确性的方法是根据突发脉冲出现的时间、时间宽度等参数的统计特性，由式(10)进行模拟。
文中脉冲噪声出现时间的比率约为0．001 35％，平均出现频率为0．122次／s。假设系统采用fs的采样频率，则每个采样点出现脉冲噪声的概率为Pimp=0．122／fs；脉冲噪声平均宽度为wimp=1．35×10-5×fs／0．122个采样点。不妨定义在脉冲噪声包络幅度下降到最大值的5％以内时为脉冲噪声的结束时刻。将上述参数代入式(10)可得

根据上述参数的推导结果，可以在Matlab中通过如下方法模拟电力线噪声：
用随机数产生函数Randsrc产生一个N维[0，1]分布的随机向量作为脉冲噪声标示向量，其中P(x=1)=Pimp；然后循环搜索标示向量，当该点的值为1时，自该点起调用脉冲发生函数；再用脉冲发生函数首先产生两个正态分布的独立的随机数A0、b0，并产生一个正态分布的随机变量d，其均值由式(11)求得。最后按式(10)产生一个输出向量，并将其加到结果向量中。
通过上述方法产生的电力线脉冲噪声如图6所示。

由于噪声出现的概率较低，因此在仿真时需要延长仿真时间，而这样会导致过大的数据量，因此在此次仿真中，调低了采样频率，但这并不影响仿真效果。从图中可以直观地看出，该结果与电力线实际的噪声环境比较吻合。
3．3 仿真算法的实现
信道的特性在单次仿真中应该保持不变，可以借助PC机对信道进行设计。按文中讨论的算法求出信道的单位冲击响应向量，并通过RS2 32口或者网口等方法发送给仿真系统，在FPGA中采用FIR滤波器实现该单位冲击响应。同时为实现带反馈回路的信道的仿真，可以在FPGA中实现另一路并行的IIR滤波器，通过PC机的参数对两路滤波器的输出进行切换。噪声的仿真方法在PC机上产生相应的参数传入。FPGA，为保证更好地实时性，也可以在FPGA中采用伪随机序列产生电路实现。

4 结束语
针对电力线信道和噪声的标准实时仿真平台，对于电力线通信设备的开发和测试是必要的，它能帮助开发人员在设备研发的每一步对可靠性进行快速测试，并且针对不同电力线通信产品提供统一的测试定标平台。文中在对电力线信道特性和噪声进行深入分析的基础上，提出了一种电力线信道实时仿真平台的设计方法，该算法使用Matlab仿真验证了可行性。该平台可使用基于FPGA的硬件实现，具有较高的实用
价值。