FPGA实现高斯白噪声序列的快速生成方法

"本文主要探讨了使用FPGA(现场可编程门阵列)来快速生成高斯白噪声序列的方法，特别是在短波通信信道模拟器中的应用。由于短波通信信道存在多径效应、多普勒频移及高斯白噪声等复杂因素，为测试通信设备性能，信道模拟器显得尤为重要。传统的高斯白噪声发生器基于微处理器和DSP软件，但速度较慢。FPGA硬件平台因其高速、可重复性和成本效益，成为理想的解决方案。文中介绍了一种基于VHDL编程的快速高斯白噪声生成方案，利用均匀分布与高斯分布之间的映射，通过折线逼近法实现，这种方法硬件资源消耗少且易于移植。文章还提及了m序列发生器作为伪随机噪声源在实现中的角色，讨论了m序列的生成原理及其在FPGA实现中的应用。" 本文详细阐述了在短波通信设备性能测试中，信道模拟器的重要性，尤其是采用Watterson信道模型的高斯散射增益抽头延迟线模型。这种模型要求快速生成高斯白噪声序列，以便于模拟实际信道环境中的多普勒效应和噪声干扰。传统的软件实现方法（如微处理器和DSP）在速度上无法满足实时性要求，而FPGA则提供了更快、更经济且可重复性强的硬件解决方案。 文中提出的FPGA实现方案基于均匀分布到高斯分布的映射，利用折线逼近法，这种方法在保持实现简易性的同时，降低了硬件资源的需求。此外，通过使用VHDL语言进行设计，该方案具备高度的可移植性，能够方便地集成到不同的调制解调器系统中。 m序列发生器作为一种伪随机数生成器，被用于产生所需的随机噪声序列。m序列由线性反馈移位寄存器产生，具有特定的周期性和遍历性，是生成高斯白噪声的基础。通过选择不同级数的线性反馈移位寄存器，可以调整m序列的周期长度和随机性，从而适应不同应用的需求。 本文介绍了一种利用FPGA高效生成高斯白噪声序列的技术，这对于构建高性能的信道模拟器和优化短波通信设备测试过程具有重要意义。这种方法不仅速度快，而且资源利用率高，为通信工程领域提供了一种实用的解决方案。