[發明專利]一種基于FPGA和MC模型生成突發隨機脈沖噪聲的方法及裝置

有效

• 申請號: 201710480673.5
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107273624B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 王毅;龔航;田富公;鄧子喬;李松濃;侯興哲;孫洪亮
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H03B29/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種基于FPGA和MC模型生成突發隨機脈沖噪聲的方法及裝置，實現了一種兩級分層的馬爾科夫鏈突發脈沖噪聲的生成裝置。該裝置包括兩個部分，第一部分是一級MC模型，根據上位機傳送的MC的概率轉移矩陣生成狀態序列，決定是否產生脈沖事件，無脈沖事件時使用高斯白噪聲模塊，輸出高斯白噪聲序列；如果某一時刻產生脈沖事件，則進入該噪聲發生裝置的第二部分，即二級MC模型，二級MC模型在脈沖寬度模塊和噪聲空間模塊的綜合作用下輸出脈沖噪聲。本發明提供的脈沖噪聲發生器結構簡單、容易實現、集成度高、硬件消耗低、發生器參數靈活可設，能夠很好的滿足實驗室所需模擬電力線中突發隨機脈沖噪聲的要求。

技術領域

本發明涉及數字信息處理領域，具體為一種基于FPGA和MC模型生成突發隨機脈沖噪聲的方法及裝置。

背景技術

近年來PLC快速發展，傳輸速率大幅提高，被稱為寬帶電力線通信(Broadbandover Power Line，BPL)，成為解決寬帶網絡瓶頸——“最后一公里”的新的接入技術。在能源信息化的大背景下，智能電網、物聯網、能源互聯網等一系列概念的提出，使PLC在能源計量和控制方面成為一種新的發展方向。比如自動抄表(Automated Meter Reading，AMR)和自動化儀表管理(Automated Meter Management，AMM)等技術已經在部分地區得到推廣。

寬帶電力線通信中的噪聲遠比其他專用通信線路中的噪聲復雜，是研究電力線通信的難點。電力線開放式信道環境下的寬帶電力線噪聲干擾是影響其性能的最重要因素。目前電力線噪聲主要研究理論建模，缺乏噪聲硬件實現方法的研究較其他通信信道不同，電力線通信信道一個顯著的特點是信道中的脈沖干擾大部分是由連接到電力線的用電設備所引起，這些用電設備在開關閉合和斷開，以及在工作中都會引起大量的脈沖噪聲。這些沖擊噪聲往往是呈現突發狀態，能嚴重干擾電力線信道中傳輸的數字信息，甚至能引起數據的突發性錯誤。

突發噪聲中長度內存在若干個脈沖噪聲點，有時候其時域波形呈現一點的包絡形態，可以用馬爾可夫鏈(Markov Chain)模型描述。

某一隨機過程X(t)在t₀時刻所處的狀態為已知，如果隨機過程X(t)在未來t(t＞t₀)所處的狀態只與t₀時刻或者t₀之前有限的一段狀態有關，則該過程X(t)稱為馬爾可夫鏈。設馬爾科夫過程{X(t)，t∈T}的狀態空間為I，對于任意的t∈T，X(t_n)在條件X(t_i)＝x_i下的條件分布函數滿足：

P{X(t_n)≤x_n|X(t₁)≤x₁，X(t₂)≤x₂，…，X(t_n-1)≤x_n-1}

＝P{X(t_n)≤x_n|X(t_n-1)≤x_n-1}，x_n∈R…………(1)

馬爾科夫鏈{X_n＝X(n)，n＝0，1，2，…}，狀態空間為I＝{a₀，a₁，a₂，…}，a_i∈R，根據MC的定義，其有如下特性：

①MC的分布律為

馬爾科夫鏈x_n＝a_i的狀態概率為：

p_i(n)·P{x_n＝a_i}…………(2)

MC的條件概率為：