FPGA实现高斯白噪声序列的快速生成方法

本文主要探讨了在EDA/PLD领域中，如何利用FPGA（现场可编程门阵列）快速生成高斯白噪声序列的方法，这对于短波通信设备的性能测试至关重要。传统的高斯白噪声发生器依赖于微处理器和DSP（数字信号处理器）软件系统，但这种方式速度较慢，不适用于高效仿真实验。因此，转向FPGA硬件平台能够实现更快、更经济、可重复性更强且实时性好的高斯白噪声生成。 在信道模拟器的设计中，Watterson信道模型被广泛采用，它包含高斯散射增益抽头延迟线模型，这一模型需要快速生成的高斯白噪声序列来模拟实际通信环境中的噪声影响。通过FPGA实现高斯白噪声发生器，可以极大地提高仿真速度，并降低测试成本。 文章提出了一种基于FPGA的高斯白噪声序列生成方案，该方案利用了均匀分布与高斯分布之间的映射关系，采用了折线逼近法。这种方法的实现简单，硬件资源占用少，且使用VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）语言编写，具有良好的可移植性和灵活性，能够方便地集成到调制解调器等系统中。 在生成高斯白噪声的过程中，首先介绍了m序列发生器。m序列是一种线性反馈移位寄存器产生的伪随机序列，具有较长的周期和接近随机性的特点，常用于模拟随机噪声。m序列的生成基于n级线性反馈移位寄存器，其状态变化覆盖无符号整数的特定范围。 接下来，文章可能进一步阐述如何将m序列转化为高斯白噪声序列的具体步骤，包括利用折线逼近法将均匀分布的m序列转换为近似的高斯分布，以及在FPGA中实现这一转换过程的逻辑设计细节。此外，可能还会讨论这种方法的性能分析，如产生的噪声序列的统计特性、硬件资源利用率以及生成速率等。 这篇文章提供了一个高效、实用的FPGA实现高斯白噪声发生器的方法，对于短波通信系统和信道模拟器的研发具有重要的理论和实践价值。通过这样的硬件实现，可以显著提升实验效率，加速通信设备的研发进程。