一种高斯白噪声产生电路及方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106230386 A(43)申请公布日 2016.12.14

(21)申请号 201610624079.4(22)申请日 2016.08.02

(71)申请人 中国电子科技集团公司第二十九研

究所

地址 610036 四川省成都市金牛区营康西

路496号(72)发明人 刘江洪　王宝帅　

(74)专利代理机构 成都九鼎天元知识产权代理

有限公司 51214

代理人 钱成岑(51)Int.Cl.

H03B 29/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图4页

(54)发明名称

一种高斯白噪声产生电路及方法(57)摘要

本发明公开了一种高斯白噪声产生电路及方法，属于通信与信息技术领域，旨在提供一种既能获得较稳定的高斯白噪声，又能减少电路组件的高斯白噪声产生电路及方法。本发明技术要点包括：伪随机序列发生器，用于产生伪随机数信号；隔直电路，用于去掉伪随机数信号中的直流分量；低通滤波器，用于对去掉直流分量后的伪随机数信号进行低通滤波。

CN 106230386 ACN 106230386 A

权　利　要　求　书

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1.一种高斯白噪声产生电路，其特征在于，包括：伪随机序列发生器，用于产生伪随机数信号；隔直电路，用于去掉伪随机数信号中的直流分量；低通滤波器，用于对去掉直流分量后的伪随机数信号进行低通滤波。2.根据权利要求1所述的一种高斯白噪声产生电路，其特征在于，所述伪随机序列发生器为m序列发生器。

3.根据权利要求1所述的一种高斯白噪声产生电路，其特征在于，所述隔直电路为隔直电容，且连接于伪随机序列发生器的输出端与低通滤波器的输入端之间。

4.一种高斯白噪声产生方法，其特征在于，包括：步骤1：产生一伪随机数信号；步骤2：去掉伪随机数信号中的直流分量；步骤3：对去掉直流分量的伪随机数信号进行低通滤波。5.根据权利要求4所述的一种高斯白噪声产生方法，其特征在于，步骤1中，利用m序列发生器产生伪随机数信号。

6.根据权利要求4所述的一种高斯白噪声产生方法，其特征在于，步骤2中，利用隔直电容去掉伪随机数信号中的直流分量。

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CN 106230386 A

说　明　书

一种高斯白噪声产生电路及方法

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技术领域

[0001]本发明属于通信与信息技术领域，具体的说是一种产生高斯白噪声的电路及方法。

背景技术

[0002]在电子信息系统中，高斯白噪声的产生主要包括模拟和数字两种方法，模拟方法是利用齐纳二极管在击穿情况下产生的噪声逐级放大，但是这种方法存在的缺陷是：[0003]1)产生的噪声性能受到二极管本身噪声特性和放大器性能的局限；[0004]2)存在模拟电路中的温度漂移或增益变化等情况，难以批量生产。[0005]数字方法是利用伪随机序列，FIR滤波器及高速数模变换器(Digital Analog Converter,DAC)来获得模拟带限视频高斯白噪声，其典型实现架构如图1所示。可以看出，现有数字噪声发生器需要首先产生m序列伪随机码，然后利用数字FIR滤波器处理得到带限白噪声数字序列，通过数模变换器将数字序列转换为模拟信号，最后通过LC低通滤波器滤除无用的高频分量，得到需要的窄带高斯白噪声。基于数字方法的噪声发生器虽然可以获得较稳定的噪声，但是设备存在组成要素较多，成本偏高，不利于在各类工程中大规模应用。

发明内容

[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种既能获得较稳定的高斯白噪声，又能减少电路组件的高斯白噪声产生电路及方法。[0007]本发明中的电路包括：[0008]伪随机序列发生器，用于产生伪随机数信号；[0009]隔直电路，用于去掉伪随机数信号中的直流分量；[0010]低通滤波器，用于对去掉直流分量后的伪随机数信号进行低通滤波。[0011]优选的，所述伪随机序列发生器为m序列发生器。[0012]优选的，所述隔直电路为隔直电容，且连接于伪随机序列发生器的输出端与低通滤波器的输入端之间。

[0013]本发明还提供了一种高斯白噪声产生方法，包括：[0014]步骤1：产生一伪随机数信号；[0015]步骤2：去掉伪随机数信号中的直流分量；[0016]步骤3：对去掉直流分量的伪随机数信号进行低通滤波。[0017]优选的，步骤1中，利用m序列发生器产生伪随机数信号。[0018]优选的，步骤2中，利用隔直电容去掉伪随机数信号中的直流分量。[0019]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

[0020]本发明利用模拟低通滤波器直接对隔直后的数字m序列进行滤波得到窄带视频高斯白噪声，降低数字噪声发生器的设备复杂度，提升了设备的可移植性和稳定性，在工程应

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用中大幅降低了噪声源成本。

附图说明

[0021]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

[0022]图1为现有技术中的数字高斯白噪声发生器电路原理图。[0023]图2为本发明一个具体实施例的电路原理框图。[0024]图3为本发明采用的m序列发生器的一个实例。[0025]图4为本发明系统仿真输出的高斯白噪声。

[0026]图5为本发明系统仿真输出的高斯白噪声的频谱。[0027]图6a为本发明电路伪随机序列发生器输出的信号。[0028]图6b为本发明电路隔直电路输出的信号。[0029]图6c为本发明低通滤波器输出的信号。

[0030]图6d为本发明低通滤波器输出的信号的频谱。

具体实施方式

[0031]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。[0032]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

[0033]如图2所示，本发明提出的高斯白噪声发生电路与图1给出的典型数字噪声发生器的电路框图相比可以看出，本发明并不需要FIR滤波器和高速数模变换器，降低了设备复杂度和制造成本，这在实际应用中具有重要价值。本发明噪声发生器包括顺序连接的伪随机序列发生器、隔直电路及低通滤波器。[0034]其中，伪随机序列发生器具体可以采用m序列发生器实现。[0035]构建m序列发生器如下：[0036]首先确定m序列的长度，根据m序列的长度确定移位寄存器的个数，然后通过查表可以得到各移位寄存器的反馈系数，进而得到m序列发生器的反馈逻辑。图3示出了本发明一个实施例采用的m序列发生器的电路原理框图。

[0037]隔直电路接收伪随机序列发生器的输出信号，并滤除其中的直流分量。具体的，隔直电路为一隔直电容，连接于伪随机序列发生器的输出端与低通滤波器的输入端之间。[0038]低通滤波器接收隔直电路输出的信号，并滤除其中无用的高频分量。[0039]本发明还提供了一种产生高斯高噪声的方法，包括：[0040]步骤1：产生一伪随机数信号；[0041]步骤2：去掉伪随机数信号中的直流分量；[0042]步骤3：对去掉直流分量的伪随机数信号进行低通滤波。[0043]为了验证本发明能够产生高斯白噪声，我们对本发明提出的电路进行MATLAB/SIMULINK系统仿真，并检验仿真电路输出的信号是否满足高斯白噪声的特点。[0044]仿真步骤如下：

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构建的数字m序列发生器产生的信号为x(n),n＝1,......N，x(n)∈{0,1}。去除信号中的直流分量，也就是将x(n)减去其均值

得到隔直后的信号

利用模拟低通滤波器对隔直处理后的信号s(n),n＝1,......,N进行滤波得到高

斯白噪声。

[0048]图4给出了仿真系统中模拟低通滤波器输出信号的幅度统计直方图，图中曲线是利用信号的均值和方差估计得到的高斯概率密度函数。可以看出仿真系统输出信号的统计特性与高斯概率密度函数相吻合，即仿真系统输出的信号服从高斯(即正态)分布。[0049]图5给出了仿真系统中模拟低通滤波器输出信号的频谱。可以看出仿真系统输出的信号均匀的分布在整个频带范围内，即仿真系统的输出信号为白噪声。[0050]同时，我们搭建了本发明描述的电路实物，分别检测电路中伪随机序列发生器输出端的信号，隔直电路输出端的信号以及电路最终的输出信号。图6(a)是伪随机发生器输出信号的时域波形；图6(b)是隔直电路输出信号的时域波形；图6(c)是低通滤波器输出信号的时域波形，也即是本发明高斯白噪声发生电路最终输出信号的时域波形；图6(d)是本发明高斯白噪声发生电路最终输出信号经频域变换后得到的频谱图。可以看出本发明公开的电路在实际应用过程中产生的信号在时域中的信号包络线也呈高斯分布，且均匀的分布在整个频带范围内，实验证明本发明电路可以产生性能良好的高斯白噪声。[0051]综上，通过上述仿真和实测结果分析可以看出，本发明所提电路及方法在实际应用中可以产生性能良好的高斯白噪声，同时大大降低了噪声发生器的制造成本，便于工程实践中的大规模应用。

[0052]本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

[0047]

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图1

图2

图3

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图4

图5

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图6a

图6b

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图6c

图6d

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