電力線仿真系統(tǒng)的FPGA設計與實現(xiàn)
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2．2 電力線噪聲的分類
Manfred Zimmermann將電力線噪聲分為：
(1)有色背景噪聲。這類噪聲具有相對低的功率譜密度，并且功率隨著頻率的變化而變化。這類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間變化，變化周期一般為幾分鐘到幾個小時。
(2)窄帶噪聲。這類噪聲常常由經(jīng)過幅度調(diào)制的正弦信號產(chǎn)生，最常見的源是由無線電廣播站的發(fā)射信號耦合到電力線上產(chǎn)生。
(3)與電網(wǎng)頻率異步的周期脈沖噪聲。這類噪聲的頻率一般為50 Hz～200 kHz之間，因此這類噪聲具有離散的線譜，譜間隔即為噪聲頻率。該噪聲通常由開關電源或其他用電器，如CRT顯示器等造成。
(4)與電網(wǎng)頻率同步的周期脈沖噪聲。這類噪聲的頻率在我國一般為50 Hz或100 Hz。這類噪聲持續(xù)時間很短，通常為μs級。它有隨頻率降低的頻譜密度。這類噪聲由供電電源通過整流二極管引起，因此與工頻交流電同步。
(5)異步脈沖噪聲。這類噪聲是由于各種電子或者機械的開關瞬態(tài)造成。這類噪聲通常隨機出現(xiàn)，持續(xù)時間從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類噪聲中，前3類的統(tǒng)計特性變化較慢，一般變化周期為數(shù)秒，數(shù)分鐘甚至數(shù)小時，而功率譜通常較低，因此這幾類噪聲可以統(tǒng)稱為背景噪聲。而后兩類噪聲時變性很強，一般在μs和ms級。最關鍵的是，這兩類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(xù)錯誤。因此這兩類噪聲是電力線通信中需要被考慮和克服的主要難點。
Michael Bauer對電力線的脈沖噪聲進行了測量和仿真，提出脈沖噪聲的時域特性可以用式(10)逼近，其結(jié)果如圖4所示。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/176809.htm
為便于分析，可以對上述電力線脈沖噪聲進行簡化。認為當上述脈沖的包絡達到一定值時為一個脈沖的開始，下降到一定值后為該脈沖結(jié)束。簡化的電力線脈沖噪聲的特性可以用3個參數(shù)進行描述：脈沖幅度A，脈沖寬度tw和脈沖到達時間tarr。按照上述模型，文獻對時域特性進行了統(tǒng)計分析：脈沖噪聲寬度tw一般為數(shù)十μs，幅度為數(shù)百mV，功率譜高出背景噪聲約50 dB，在家用電力線環(huán)境中，脈沖噪聲出現(xiàn)時間的比率約為0．001 35％，平均出現(xiàn)頻率為0．122次／s。
3 仿真算法的設計與實現(xiàn)
3．1 電力線信道的仿真
利用式(9)可以針對某一特定信道進行基于測量的建模。為使仿真結(jié)果不失一般性，根據(jù)實際電力線信道中大量存在的隨機分布分支，可以假設沖擊信號通過該信道將隨機在不同時刻產(chǎn)生不同幅值的信號在接收端進行疊加，根據(jù)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，信道響應的包絡服從瑞利分布。當信道中存在直射分量時，即電力線信道中的情況，隨機變量服從均值不為零的高斯分布，此時，信道響應的包絡服從萊斯分布。即
其中，A為主信號即直射信號的峰值；I0()是修正的0階第一類貝塞爾函數(shù)。萊斯分布常用參數(shù)K來描述，K定義為確定信號的功率與多徑分量方差之比。
在Matlab中，通過調(diào)用萊斯信道函數(shù)可以生成萊斯信道濾波器，使用該濾波器對信號進行處理可以模擬萊斯信道。萊斯信道的函數(shù)原型為
CHAN=RICIANCHAN(TS，F(xiàn)D，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(shù)；TAU為各路徑延時向量；PDB是相應路徑的增益向量。
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