噪声产生器的MATLAB实现及性能分析

目录

1 引言 (3)

1.1研究课题的意义 (3)

1.2 噪声产生器的研究现状 (4)

1.3 选题的研究内容 (4)

1.4 MATLAB 仿真软件介绍 (5)

2 基本原理 (6)

2.1 高斯白噪声和带限白噪声 (6)

2.2 m序列 (7)

3 系统设计 (9)

3.1 模型建立及主要模块设计 (9)

3.2 主要模块设计 (10)

3.3仿真结果及分析 (15)

3.4不同噪声产生器波形比较 (17)

4 遇到问题及解决办法 (18)

5 结束语 (20)

参考文献 (21)

噪声产生器的MATLAB实现及性能分析——噪声带宽为1.5MHz

摘要在分析通信系统的抗噪声性能时,常用高斯白噪声作为通信信道中的噪声模型，由它给出具有所要求的统计特性，并且可以随意控制其强度，以便得到不同信噪比条件下的系统性能。因为在通信系统中常见的热噪声近似为白噪声，且热噪声的取值恰好服从高斯分布。实际信道或滤波器的带宽存在一定限制，白噪声通过后，其结果为带限噪声，若其谱密度在通带范围内仍具有白色特性，则称其为带限白噪声。本课程设计的目的主要是仿真噪声产生器。利用Matlab中Simulink模块的m序列模拟高斯白噪声，调制频率搬移到10MHz后，送入一带宽为1.5MHz的带通滤波器，得到带宽为1.5MHz的带限白噪声，示波器上观察该噪声波形，并观察其频谱，与同组同学比较各种不同带宽噪声的波形和性能。

通过仿真结果表明，通过Simulink中m序列产生的伪随机序列有很好的噪声特性。关键词噪声产生器；带限白噪声；matlab/Simulink；m序列

1 引言

噪声并不如我们平日所认为的那样是无用的有害的，比如白噪声并非“噪音”, 这是一个良好的信号频率，就像听到一个温柔的声音,类似风吹过通过树木、瀑布、广播或静态海洋草地。白噪声可构成整个光谱频率,人类的耳朵可以听到。生活中到处充满了声音和噪声干扰,如轿车鸣喇叭、狗叫声、邻居吵架、警报器报警声等。

带限白噪声是一种通频带噪声信号，是一种在现实通信系统中普遍存在的噪声信号。为了对通信系统的性能进行准确的测试和分析，技术人员需要一种能够在实验室条件下模拟真实通信环境的装置。噪声发生器正是应此而生，而噪声发生器在国外早有商品问世，本文拟介绍用matlab的m序列模拟带限白噪声发生器。

1.1研究课题的意义

随着社会的不断进步,科技的不断发展,人们对通信的需求日益增强,对通信质量的要求也越来越高。人们理想的目标是任何时候、任何地方、与任何人都能传输任何信息。

信息在信道中传输的特性是研究任何通信系统首先要遇到的问题，传输特性如何直接关系到通信系统的设计与规划，因此，我们事先需建立通信系统仿真模型研究系统首先要解决的问题。通信系统仿真模型可以通过改变系统信道参数来模拟多种典型通信环境。这样就可以随时进行多次重复试验，进而了解一种通信设备或通信手段的优缺点。利用通信系统模拟器测试通信设备，可以缩短开发周期，降低开发费用，有利于新体制、新技术的产生。

在信道中噪声是永远存在的，它不会随着信号的消失而消失。在通信系统模拟仿真时，通常人为地加入噪声，以检测系统的性能。所以设计一个噪声产生器对于通信系统的研究十分重要。在不同信道条件下的性能，或在同一信道条件下，比较不同通信设备或通信手段的优缺点测量通信系统的性能时，常常要使用噪声产生器，由它给出具有所要求的统计特性和频率特性的噪声。使用噪声二极管这类噪声源做成的噪声产生器,在测量数字通信系统的性能时不很适用。因为它在一段观察时间内产生的噪声的统计特性，不一定和同样长的另一段观察时间内的统计特性相同。在一段较长的观察时间中，它的统计特性可能是服从高斯分布的，但在较短的一段观察时间中，其统计特性一般是

不知道的。结果测量到的误码率常常很难重复得到。m序列产生的高斯白噪声则能克服

噪声二极管的不足。

在课题研究的时候，不仅可以让我们对通信系统的新的理解，对本专业有更深的认识，更加熟练地掌握matlab的运用，还能培养我们的独立思考能力，动手操作能力，开拓思维。

1.2 噪声产生器的研究现状

目前国内外市场上，高斯噪声产生器的种类十分繁多，其性能十分强大，基本都是FPGA或DSP作为核心器件。例如UFX7000系列高斯白噪声发生器，它是一款可编程多用途噪声发生器，频率覆盖高达40GHz，能输出高质量的白噪声信号，而且能显示状态数据于LCD显示屏，可选配有较准噪声带宽的内置滤波器，前面面板或GPIB远程控制均可。又如NC6000/8000系列加性高斯白噪声，其频率覆盖范围广，在10Hz-18GHz 之间，通过衰减器调变可改变白噪声频率输出，最重要的价格便宜性价比高。这些高斯噪声发生器均可应用于通信系统仿真中，从而通信设备进行测试，避免在实际通信系统中进行现场测试带来的麻烦。而在Matlab的Simulink模块中也有高斯噪声产生器，可以用于通信系统的模拟仿真。

1.3 选题的研究内容

高斯白噪声对于通信系统的性能测试十分重要。本文主要是仿真噪声产生器。利用m序列模拟高斯白噪声，调制频率搬移到10MHz后，送入一带宽为1.5MHz的带通滤波器，得到带宽为 1.5MHz的带限白噪声，示波器上观察该噪声波形，并观察其频谱，并比较各种不同噪声产生器的到的不同带宽的噪声的波形。本文主要围绕噪声产生器的建立与仿真展开研究，主要研究以下几个方面：

1)分析m序列的特点及其与高斯白噪声的联系，如何利用m序列得到带限白噪声，中间需要经过什么转换；

2)在Simulink平台上建造噪声产生器模型并仿真；

3)分析仿真结果并与同组同学进行比较，总结结论。

1.4 MATLAB 仿真软件介绍

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB和Mathematical、Maple并称为三大数学软件。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱扩展了MATLAB环境，可以解决这些应用领域内特定类型的问题。

MATLAB被称为第四代计算机语言，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB的最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的、符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观、最简洁的程序开发环境。

SIMULINK是MATLAB软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB软件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。提供了丰富的仿真模块。其主要功能是实现动态系统建模、方针与分析，可以预先对系统进行仿真分析，按仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数。SIMULINK仿真与分析的主要步骤按先后顺序为：从模块库中选择所需要的基本功能模块，建立结构图模型，设置仿真参数，进行动态仿真并观看输出结果，针对输出结果进行分析和比较。

SIMULINK模块库提供了丰富的描述系统特性的典型环节，有信号源模块库(Source)，接收模块库（Sinks），连续系统模块库（Continuous），离散系统模块库（Discrete），非连续系统模块库（Signal Routing），信号属性模块库（Signal Attributes），数学运算模块库（Math Operations），逻辑和位操作库（Logic and Bit Operations）等等，此外还有一些特定学科仿真的工具箱。