方差可调的数字式白噪声发生器的FGA实现P.pdfVIP

2004年第 5期 电 力 § 绲 通 僧 ·37 · 方差可调的数字式 白噪声发生器 的 FPGA实现 吕安强 ，尹成群 (华北 电力大学 电子 与通信工程 系，河北 保定 071003) 摘要 ：对伪随机序列统计特性进行 了分析，介绍 了根据信噪比要求产生 出方差可调 的数字白噪声信 号的依据和方法，并用插值法z间-z-化 了运算过程 ，最后还介绍 了用FPGA实现该发生器的简单过程和 实例 。 关键词 ：白噪声发生器；FPGA；信噪比；可调方差；伪随机序列 中图分类号 ：TN79 文献标识码 ：B 文章编号 ：1005—764l(2004l05—0037—03 m序列发生器 ，它输出的周期长度为255位。 0 引言 线性反馈移位寄存器序列 的周期 ，不仅与它的反 在工业测量 、控制以及通信 电子等工程领域 ，普 馈逻辑有关 ，而且与初值设定有关。但在生成最长线 遍存在着各种 噪声 ，对 实 际应用造成 了严重危害。 性反馈移位寄存器序列时，初值设定并不影响它的周 为了克服噪声 的影响，在使用前要对设备进行抗 噪 期长度 ，关键在于得到合适的线性反馈逻辑。 声模拟 ，因此需要人为的产生噪声 。 在实际应用中，根据数据位数需要首先确定 m序 在这些噪声 中以加性高斯 白噪声为主。 目前人 列的长度 ，然后通过查表就可以方便地得到 m序列发 为产生噪声的方法主要有 ： 生器的反馈逻辑。 (1)计算机编程产生 ，然后 由串 口输出。该方法 (2)m序列特性分析及算法假设 的缺点是它的数据位数受限(串口只能产生串行数 设 m序列发生器中寄存器的级数为n，则它的周 据，不能产生并行数据)； 期为 (2一1)。假如从每一个寄存器的输 出端都引出 (2)单片机实现。该方法的缺点是它的速度不够高。 一 个抽头，则有n个抽头 ，组合在一起就是一个n位长 本文提出了一种 FPGA(FieldProgrammableGateAr— 的二进制数，这种数共有 (2 一1)个 ，而且它们 出现 的 ray)的实现方法 ，克服了前述两种方法的缺点，而且具有 概率是相等的，这是由于 m序列具有伪随机性。 较好的频谱特性。 如果把最高位当作符号位，其他位都看作是原码 ， 那么这样所得到的数同样具有随机性 ，而且在理论上 ， 1 白噪声原始模型 均值为零，方差固定。因为交流信号的功率就是它的 白噪声是一种随机信号，它的均值为零，功率谱在一 方差，所以这样生成的信号功率谱是恒定的，由此可 定带宽内恒定。 见 ，用这种方法产生的信号就是 白噪声。 自然界中的白噪声是不可重现的，而在实际工程测 (3)算法的验证 试中，又往往需要重现，因此只能用伪随机信号来近似代 下面以8级 m序列发生器为例，验证前面假设的 替，本文采用的是一种伪随机序列发生器——m序列发 算法。 生器 。 查表得8级 m序列发生器的特征方程为 (1)m序列的基础知识 )=x。+ + + +l m序列又称最长线性反馈移位寄