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基于FPGA的低压电力线信道实时仿真器的设计与实现

作　者: 赵振华
导　师: 张有兵
学　校: 浙江工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电力线通信 FPGA 信道建模实时硬件仿真
分类号: TN913.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 41次
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内容摘要

低压电力线是网络结构复杂的时变系统,其信道表现出阻抗变化大、信道频率特性不稳定、信号所受干扰强和时变性大等特点。低压电力线网络结构的复杂性和时变性是影响电力线通信可靠性和稳定性的关键因素,为实现高速、可靠的低压电力线通信,需要对其信道有充分的了解。因此为确保在低压电力线环境中实现数据通信,信道建模至关重要。论文详细分析低压电力线信道传输特性,研究国内外学者在电力线信道建模上的理论分析和仿真验证,提出基于FPGA的简化低压电力线信道模型(频率范围选择在1 ~3MHz),并给出了该模型实时仿真系统的设计方案。该方案采用自上而下的设计方法实现,主要由4个模块构成,包括输入端预处理、信道模拟、噪声、输出端预处理。论文详细介绍了4大模块的FPGA实现过程,同时借助MATLAB辅助设计FIR滤波器的系数,并通过第三方工具Modelsim仿真验证各模块的正确性。论文给出了基于FPGA的信道仿真实验结果,分析了信道仿真在FPGA里的资源利用率,结果表明该信道模型实时、可靠,基本能够反映真实的低压电力线传输特性。利用FPGA构建电力线信道实时仿真器,满足系统实时性和设计成本上的要求,并有利于电力线通信设备的现场调试与测试水平的提高。最后,将4大模块综合在FPGA仿真软件的工程中,使其形成一个完整的系统,选择FPGA芯片型号,搭建硬件测试平台对系统进行实际测试,分析系统运行时占用芯片的资源情况。结果表明本论文的设计达到预期效果,可靠稳定。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究的背景及意义  10-11
  1.2 电力线通信发展历程  11-12
  1.3 国内外发展状况  12-13
    1.3.1 国外现状  12
    1.3.2 国内现状  12-13
  1.4 论文的结构安排  13-15
第二章低压电力线信道特性分析及其模型介绍  15-30
  2.1 电力线的传输特性  15-19
    2.1.1 阻抗特性  15-16
    2.1.2 衰减特性  16-17
    2.1.3 多径反射特性  17-19
  2.2 典型低压电力线信道模型  19-24
    2.2.1 多径模型  19-21
    2.2.2 传输矩阵模型  21-24
  2.3 电力线通信网络中噪声干扰分析  24-27
  2.4 噪声模型的研究  27-29
    2.4.1 背景噪声  27-28
    2.4.2 窄带噪声  28-29
    2.4.3 脉冲噪声  29
  2.5 本章小结  29-30
第三章基于FPGA的低压电力线信道模型  30-38
  3.1 传输线理论  30-34
  3.2 简化的信道模型  34-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章各模块的FPGA实现  38-50
  4.1 信道仿真器设计  38-39
  4.2 各模块功能实现  39-48
    4.2.1 输入端预处理  39-42
    4.2.2 信道模拟  42
    4.2.3 噪声  42-46
    4.2.4 输出端预处理  46-48
  4.3 本章小结  48-50
第五章硬件平台及系统模块测试  50-60
  5.1 FPGA技术  50-55
    5.1.1 FPGA概述  50
    5.1.2 FPGA芯片结构  50-53
    5.1.3 FPGA和CPLD、DSP的比较  53
    5.1.4 FPGA的设计流程  53-55
  5.2 系统模块测试  55-58
    5.2.1 硬件选择  55-56
    5.2.2 系统验证  56-58
  5.3 本章小结  58-60
第六章总结与展望  60-62
  6.1 总结  60
  6.2 展望  60-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
攻读学位期间参加的科研项目和成果  67

基于FPGA的低压电力线信道实时仿真器的设计与实现

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