一种超宽带白噪声实现方法技术

本发明专利技术涉及一种超宽带白噪声的实现方法，种子发生器分成四路，分别连接两路随机数产生模块，随机数产生模块由乘同余发生器模块和Lag Fibonaicc发生器模块组成，乘同余发生器连接Lag Fibonaicc发生器模块，产生均匀分布信号；两路随机数产生模块分别连接两路函数变化模块，通过改进的Box

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带白噪声实现方法


[0001]本专利技术提供一种超宽带白噪声实现方法，本专利技术可以实现数百兆带宽白噪声的产生，可广泛应用于电子对抗、干扰模拟器和电磁环境模拟等应用场景。

技术介绍

[0002]白噪声的常见方法有m序列白噪化和Box
‑
muller算法，这两种都能产生效果相当不错的白噪声，但是当白噪声带宽要求非常宽时，Box
‑
Muller和m序列白噪化方法都很难进行高速多相实现。所以需要进行改进。
[0003]《一种基于FPGA的高斯白噪声发生器》(分类号：H03B29/00(2006.01)I)描述的Box
‑
Muller变形算法，很难并行实现产生超宽带的白噪声。
[0004]《数字式话音级高斯白噪声发生器》(分类号：CN101907715A)采用m序列结合WALLACE算法的方式，虽然m序列高速并行化实现简单，但是WALLACE并行化实现很困难，所以也很难生成超宽带的白噪声。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种超宽带白噪声的实现方法。
[0006]本专利技术提出的一种超宽带白噪声的实现方法，所述实现方法由超宽带白噪声的实现系统完成，所述系统由种子发生器、随机数产生模块、函数变化模块和多路合并模块组成；其中：
[0007]种子发生器分成四路，分别连接两路随机数产生模块，随机数产生模块由乘同余发生器模块和Lag Fibonaicc发生器模块组成，乘同余发生器的输出端连接Lag Fibonaicc发生器模块的输入端，产生IQ(各两路，共4路)的均匀分布信号；
[0008]两路随机数产生模块的输出端分别连接两路函数变化模块的输入端，通过改进的Box
‑
Muller法完成均匀噪声的白噪声化，两路函数变化模块的输出端分别连接多路合并模块；
[0009]多路合并模块通过改进的多相并行滤波的方式实现多路合并，最终形成超宽带的白噪声信号；所述实现方法具体步骤如下：
[0010](1)由种子发生器随机产生四个能产生具有较好非相关性的随机数种子分别送给两路随机数产生模块作为四个种子输入；
[0011](2)两路随机数产生模块收到四路种子后，每一路随机数产生模块均利用乘同余生成器模块和Lag Fibonaicc发生器模块的组合，生成均匀分布的四路随机数；
[0012](3)两路函数变换模块根据收到的四路随机数，每一路函数变换模块均利用改进的Box
‑
Muller法生成两路正交的IQ高斯化数据；
[0013](4)多路合并模块根据收到的两个两路正交高斯数据，利用改进的四相并行滤波实现结构，产生高带宽的白噪声数据。
[0014]本专利技术中，步骤(1)中所述四个种子即Seed0，Seed1，Seed2和Seed3，四路种子的选
取需满足如下条件：
[0015]Seed0+Seed2＝Seed1+Seed3＝M
ꢀꢀꢀ
(公式1)
[0016]其中：Seed0，Seed1，Seed2和Seed3分别为四个输入的种子，M为随机数产生模块中的被除数；
[0017]本专利技术中，步骤(2)中随机数产生模块利用乘同余发生器和Lag Fibonaicc发生器组合生成均匀分布的随机数；
[0018]当乘同余发生器接收到种子后根据公式2产生前p个随机数；
[0019]X
i+1
＝aX
i Mod M,i≤p
ꢀꢀꢀ
(公式2)
[0020]其中：X
i
为第i个随机数，X
i+1
为第i+1个随机数，a为常量，M为被除数，p为乘同余发生器生成的随机数数量；
[0021]然后这p个数送至Lag Fibonaicc发生器，Lag Fibonaicc发生器根据前p个数利用公式3计算产生后面的随机数；
[0022]X
i+1
＝X
i
‑
q
+X
i
‑
p Mod M,i>p
ꢀꢀꢀ
(公式3)
[0023]其中：X
i
‑
q
为第i
‑
q个随机数，X
i
‑
p
为第i
‑
p个随机数，X
i+1
为第i+1个随机数，a为常量，M为被除数，p和q为X
p
+X
q
+1为本原根，且p>q；p和q的取值影响产生随机数的质量。
[0024]本专利技术中，步骤(3)中所述函采用Box
‑
Muller方法实现；
[0025]对于步骤(2)产生的两路均匀分布随机变量u1和u2，采用公式4计算：
[0026][0027]其中：u1和u2为两路均匀分布随机数，x
I
和x
Q
分别为每路函数变换模块输出的两路正交高斯化数据。
[0028]本专利技术中，步骤(4)中所述多路合并模块中，采用并行的FIR滤波器进行实现；
[0029]并行滤波结构采用一种“分而治之”的处理方式，将“待卷积”的两个序列和按交叉数据分配的原则分为“相同数量”的若干个子序列，比如下面所示的二相分解；
[0030]一个抽头个数为N的FIR滤波器在时域的输入输出关系如下：
[0031][0032]其中：x[n]为输入信号序列，h[n]为FIR滤波器的抽头系数组成的序列，N为抽头数量，n为抽样时刻序列，k为当前抽样时刻；
[0033]y[n]在z域可表示为：
[0034][0035]其中：H(z)为h[n]的z域变换，X(z)为x[n]的z域变换，Y(z)为y[n]的z域变换，N为抽头数量，n为抽样时刻序列；
[0036]将X(z)分解为奇数部和偶数部两部分，如下表示：
[0037][0038]其中：x[n]为输入信号序列，X(z)为x[n]的z域变换，X0(z2)和X1(z2)分别对应于x[2k]和x[2k+1]的z域变换；
[0039]同理，将H(z)也按照奇数部和偶数部分解为：
[0040]H(z)＝H0(z2)+z
‑1H1(z2)
ꢀꢀꢀ
(公式8)
[0041]其中：H0(z2)和H1(z2)分别对应于h[2k]和h[2k+1]的z域变换。子滤波器H0(z2)和H1(z2)的长度均为N/2；
[0042]利用公式7和公式8重新计算Y(z)如下：
[0043][0044]其中：X0(z2)和X1(z2)分别对应于x[2k]和x[2k+1]的z域变换。H0(z2)和H1(z2)分别对应于h[2k]和h[2k+1]的z域变换，Y0(z2)和Y1(z2)分别为y[2k]和y[2k+1]的z变换；
[0045]公式9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带白噪声的实现方法，所述实现方法由超宽带白噪声的实现系统完成，所述系统由种子发生器、随机数产生模块、函数变化模块和多路合并模块组成；其特征在于：种子发生器分成四路，分别连接两路随机数产生模块，随机数产生模块由乘同余发生器模块和Lag Fibonaicc发生器模块组成，乘同余发生器的输出端连接Lag Fibonaicc发生器模块的输入端，产生IQ(各两路，共4路)的均匀分布信号；两路随机数产生模块的输出端分别连接两路函数变化模块的输入端，通过改进的Box
‑
Muller法完成均匀噪声的白噪声化，两路函数变化模块的输出端分别连接多路合并模块；多路合并模块通过改进的多相并行滤波的方式实现多路合并，最终形成超宽带的白噪声信号；所述实现方法具体步骤如下：(1)由种子发生器随机产生四个能产生具有较好非相关性的随机数种子分别送给两路随机数产生模块作为四个种子输入；(2)两路随机数产生模块收到四路种子后，每一路随机数产生模块均利用乘同余生成器模块和Lag Fibonaicc发生器模块的组合，生成均匀分布的四路随机数；(3)两路函数变换模块根据收到的四路随机数，每一路函数变换模块均利用改进的Box
‑
Muller法生成两路正交的IQ高斯化数据；(4)多路合并模块根据收到的两个两路正交高斯数据，利用改进的四相并行滤波实现结构，产生高带宽的白噪声数据。2.根据权利要求1所述的一种超宽带白噪声的实现方法，其特征在于步骤(1)中所述四个种子即Seed0，Seed1，Seed2和Seed3，四路种子的选取需满足如下条件：Seed0+Seed2＝Seed1+Seed3＝M
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式1)其中：Seed0，Seed1，Seed2和Seed3分别为四个输入的种子，M为随机数产生模块中的被除数。3.根据权利要求1所述的一种超宽带白噪声的实现方法，其特征在于步骤(2)中随机数产生模块利用乘同余发生器和Lag Fibonaicc发生器组合生成均匀分布的随机数；当乘同余发生器接收到种子后根据公式2产生前p个随机数；X
i+1
＝aX
i Mod M,i≤p
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(公式2)其中：X
i
为第i个随机数，X
i+1
为第i+1个随机数，a为常量，M为被除数，p为乘同余发生器生成的随机数数量；然后这p个数送至Lag Fibonaicc发生器，Lag Fibonaicc发生器根据前p个数利用公式3计算产生后面的随机数；X
i+1
＝X
i
‑
q
+X
i
‑
p Mod M,i>p
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(公式3)其中：X
i
‑
q
为第i
‑
q个随机数，X
i
‑
p
为第i
‑
p个随机数，X
i+1
为第i+1个随机数，a为常量，M为被除数，p和q为X
p
+X
q
+1为本原根，且p>q；p和q的取值影响产生随机数的质量。4.根据权利要求1所述的一种超宽带白噪声的实现方法，其特征在于步骤(3)中所述函采用Box
‑
Muller方法实现；对于步骤(2)产生的两路均匀分布随机变量u1和u2，采用公式4计算：
其中：u1和u2为两路均匀分布随机数，x
I
和x
Q
分别为每路函数变换模块输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊杰，邵力强，
申请(专利权)人：上海君协光电科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：