一种零中频高斯白噪声添加方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种零中频高斯白噪声添加方法及装置，方法主要包括以下步骤：（1）输入零中频信号并计算信号的平均能量；（2）使用矩阵转化的设计方法生成加性高斯白噪声；（3）使用搜索逼近算法得到幅度因子进而产生特定信噪比的加噪零中频信号；（4）将加噪零中频信号输入到数字自动增益模块，根据设定的门限值控制信号的输出增益。本发明与现有技术相比有以下优点：大大减小了硬件逻辑单元的消耗；提高了高斯白噪声的输出效率；同时实现了增益可控的加噪零中频信号；该方法可以实现模块化设计。
【专利说明】一种零中频高斯白噪声添加方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，特别涉及一种零中频高斯白噪声添加方法及装置。
【背景技术】
[0002]加性高斯白噪声是一种各频谱分量服从均匀分布(即白噪声)，且幅度服从高斯分布的噪声信号。因其可加性、幅度服从高斯分布且为白噪声的一种而得名。
[0003]在通信和信号处理系统中，高斯白噪声是很常见的噪声信号，而且也是比较有用的噪声信号，尤其是用在检验通信系统的抗干扰性能。在无线通信或卫星通信中，根据实际情况会需要不同信噪比和增益可变的高斯白噪声信道来检验接收设备的抗干扰性能。
[0004]经对现有专利和文献的对比发现，现有的高斯白噪声添加方法存在以下问题:一、高斯白噪声产生单元在硬件实现方面采用逻辑单元和移位寄存器实现，这种方法的周期为2m_l，其中m为移位寄存器的位数，每个时钟输出一个bit。假设要求输出nbit，则需要nXm个触发器实现。如果周期要求越长对硬件资源消耗就越大；二、在设置一定信噪比输出时，使用乘法器和触发器实现会增大对硬件资源的消耗。这就导致在批量检验无线通信或卫星接收设备的抗干扰性能时，会造成高资源、低效率的消耗。
[0005]因此，从实现角度来说，选用硬件实现简单、资源消耗少、效率高且能实现信噪比和增益可变的噪声添加方法及装置是非常有意义的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，采用占用硬件资源比较小的“异或”运算产生高斯白噪声，并结合搜索算法和数字自动增益，实现一种高效的高斯白噪声添加方法。
[0007]本发明的另一目的在于，提供一种零中频高斯白噪声添加方法的装置。
[0008]为了达到上述第一发明目的，本发明采用以下技术方案:
[0009]一种零中频高斯白噪声添加方法，包括下述步骤:
[0010](I)对输入的零中频信号求平均能量power_avg:首先计算输入的零中频信号I+jQ的能量power,然后对一段时间的信号能量求平均得平均信号能量power_avg ；
[0011](2)由高斯白噪声发生模块产生单位能量的加性高斯白噪声α和β，进而得到能量为2的复噪声a + j β ；
[0012](3)根据给定的信噪比snr与步骤(I)得到的平均信号能量p0wer_aVg及步骤(2)
得到的能量为2的复噪声a +j β，搜索对应的信号幅度因子A和噪声幅度因子B ；
a power av<^
[0013]所述信噪比训——，其中b=(2cnt-shift)2 ；a=y2>l,且 a〈4 ；cnt_
shift为复噪声信号向左移动的比特数，即放大倍数为2mt-shift，则能量放大倍数为b=(2cnt_shift)2 ；y为信号幅度放大倍数，则能量放大y2 ;
[0014]所述信号幅度因子A=y、噪声幅度因子B=2ent-shift ；[0015](4)将零中频输入信号I+jQ乘以步骤(3)得到的信号幅度因子A得到调节后的信号SIG;由步骤(2)得到的复噪声信号乘以步骤(3)得到的噪声幅度B得到调节后的噪声NOISE ;信号SIG和噪声NOISE经信噪相加模块得到加噪的信号SIG_N0ISE ；
[0016](5)数字自动增益模块DAGC根据给定的门限R对步骤(4)得到的SIG_N0ISE进行自动调节。
[0017]步骤(2)中，高斯白噪声随机数的实现方法如下:
[0018](2-1)根据Tausworthe方法使用矩阵变换的算法产生(0，I)上的均匀分布随机数
tn，
[0019]所述均匀分布随机数tn与L长度的随机序列Xn有如下关系式:
【权利要求】
1.一种零中频高斯白噪声添加方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)对输入的零中频信号求平均能量power_avg:首先计算输入的零中频信号I+jQ的能量power,然后对一段时间的信号能量求平均得平均信号能量power_avg ； (2)由高斯白噪声发生模块产生单位能量的加性高斯白噪声α和β，进而得到能量为2的复噪声a + j β ； (3)根据给定的信噪比snr与步骤(I)得到的平均信号能量power_aVg及步骤(2)得到的能量为2的复噪声a +j β，搜索对应的信号幅度因子A和噪声幅度因子B ；
a power UViit ,.所述信噪比*=^x--一-，其中 b=(2cnt-s lft)2 ；a=y2>l,且 a〈4 ；cnt_shift 为复噪声信号向左移动的比特数，即放大倍数为2mt-shift，则能量放大倍数为b=(2mt-shift)2 ；y为信号幅度放大倍数，则能量放大y2 ； 所述信号幅度因子A=y、噪声幅度因子Bz2c^shift ； (4)将零中频输入信号I+jQ乘以步骤(3)得到的信号幅度因子A得到调节后的信号SIG;由步骤(2)得到的复噪声信号乘以步骤(3)得到的噪声幅度B得到调节后的噪声NOISE ;信号SIG和噪声NOISE经信噪相加模块得到加噪的信号SIG_N0ISE ； (5)数字自动增益模块DAGC根据给定的门限R对步骤(4)得到的SIG_N0ISE进行自动调节。
2.根据权利要求1所述的一种零中频高斯白噪声添加方法，其特征在于，步骤(2)中，高斯白噪声随机数的实现方法如下: (2-1)根据Tausworthe方法使用矩阵变换的算法产生(O, I)上的均匀分布随机数tn ； 所述均匀分布随机数tn与L长度的随机序列Xn有如下关系式:
3.根据权利要求2所述的一种零中频高斯白噪声添加方法，其特征在于，其特征在于，步骤(2-1)中，所述矩阵变换算法，能够在一个时钟周期内产生一个二进制序列Tn，从而提高执行效率，具体变换步骤如下: (2_1_1)计算传递矩阵A，表达式为:
4.根据权利要求1所述的一种零中频高斯白噪声添加方法，其特征在于，其特征在于，步骤(3)所述的搜索逼近算法包括以下步骤: (3-1)搜索幅度因子B:首先令信号幅度因子为1，即a=y2=l，然后cnt_shift由O递增，直到满足
5.根据权利要求1所述的一种零中频高斯白噪声添加方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤(5)具体为:(5-1)进行信号的能量计算得Ey (η)，并通过对数变换将能量值转化为对数形式Eyl (η);通过Eyl (η)与门限值R的比较，并进行对数的减法运算得ε (η)； (5-2)经过反对数运算得到幅度增益调节值G ; (5-3)最后经过一个乘法器与上一时刻的幅度增益Glri相乘得当前时刻的增益Gn。
6.根据权利要求1-5中任一项所述一种零中频高斯白噪声添加方法的装置，其特征在于，包括零中频信号输入模块、平均能量计算模块、幅度因子搜索模块、加性高斯白噪声产生模块AWGN、信噪相加模块、数字自动增益模块DAGC ； 零中频信号输入模块用于与平均能量计算模块以及幅度因子搜索模块相连，输入信号由模拟信号经A/D转换或数字中频输入得到； 所述平均能量计算模块分别与零中频信号输入模块以及幅度因子搜索模块相连；所述幅度因子搜索模块分 别与零中频信号输入模块以及AWGN模块相连，根据输入的信噪比snr产生信号幅度因子A、噪声幅度因子B ； 所述AWGN模块与幅度因子搜索模块相连，产生的高斯白噪声单位能量为1，进而得到能量为2的复噪声a + j β ； 所述信噪相加模块分别与经幅度调节后的零中频信号I+jQ、高斯白噪声信号以及DAGC模块相连； 所述DAGC模块与信噪相加模块相连，输出一定增益的且含有高斯白噪声的零中频信号。
【文档编号】H04L25/03GK103475382SQ201310442794
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】陆连伟, 宋杰 申请人:广州海格通信集团股份有限公司