FPGA实现高斯白噪声序列的快速生成方法

"本文主要介绍了一种使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）快速生成高斯白噪声序列的方法，适用于构建信道模拟器，尤其是用于测试短波通信设备性能的场景。高斯白噪声在无线通信信道模拟中扮演着重要角色，因为它能模拟真实环境中的随机干扰。传统上，高斯白噪声由微处理器或DSP软件系统生成，但这种方法效率较低。FPGA硬件平台则提供了一种更快、更实时且成本效益高的解决方案。 文章首先指出，短波信道的特点包括多径时延、多普勒频移和高斯白噪声等，这些因素对通信设备的性能有显著影响。信道模拟器能够复制这些条件，以评估设备在实验室环境下的表现。作者提出了一种基于FPGA的高斯白噪声生成方案，利用均匀分布和高斯分布之间的映射关系，通过折线逼近法实现快速生成。 1.1部分详细阐述了m序列发生器，这是一种常用的伪随机序列生成器。m序列由线性反馈移位寄存器产生，其状态值服从均匀分布。线性反馈移位寄存器的结构与本原多项式相关，可以通过查找本原多项式确定反馈线的连接方式。m序列的周期性意味着在每个周期内所有可能的状态都会出现且仅出现一次，这使其成为生成均匀分布随机数的理想选择。 在高斯白噪声生成过程中，首先由m序列发生器产生均匀分布的随机数，然后通过折线逼近法将这些随机数映射到高斯分布。这种方法的优点在于实现简单，占用的硬件资源少，且由于使用VHDL语言编写，具有良好的可移植性和灵活性，可以方便地集成到调制解调器等通信系统中。 本文提出的FPGA实现的高斯白噪声序列生成方法，不仅提高了生成速度，降低了硬件成本，还增强了系统的实时性和可重复性，对于短波通信设备的测试和研发具有重要的实用价值。"