课程设计任务书
计算机与通信工程学院通信工程专业
噪声产生器的MATLAB实现及性能分析
——噪声带宽为1.7MHz
学生姓名：袁清欣指导老师：曹敦
摘要本课程设计的目的主要是仿真噪声产生器, 分析其性能并与同组同学对比。首先利用MATLAB中的Simulink产生m序列来模拟高斯白噪声,再将其送入一带宽为1.7MHz的带通滤波器，得到带宽为1.7MHz的带限白噪声，示波器上观察该噪声波形。在本课程设计中采用的是一个4级的m序列模拟高斯白噪声，仿真后得到了1.7MHz的带限白噪声，通过对其性能分析达到设计要求。
关键词噪声产生器；高斯白噪声；MATLAB/Simulink
1 引言
噪声产生器可以用来测量通信系统在不同信噪比条件下的性能。而噪声二极管做成的噪声产生器，在测量数字通信系统的性能时不很适用。因为它在一段观察时间内产生的噪声的统计特性，不一定和同样长的另一段观察时间内的统计特性相同。测量得到的误码率常常很难重复得到。本课程设计主要是借助MATLAB中的Simulink为平台，用m序列的一部分频谱作为噪声产生器的噪声输出，产生带限高斯白噪声，进行噪声产生器的仿真。虽然是伪噪声，但有可重复性。
1.1 课程设计的目的
本课程设计的目的主要是仿真噪声产生器。利用m序列模拟高斯白噪声，调制频率搬移到17MHz后，送入一带宽为1.7MHz的带通滤波器，得到带宽为1.7MHz的带限白噪声，示波器上观察该噪声波形，并观察其频谱，与同组同学比较各种不同带宽噪声的波形和性能。从而加深对m序列伪噪声特性的理解，增强独立思考与解决问题的能力，为以后的研究和就业带来一定的帮助。
1.2课程设计的要求
（1）本设计开发平台为MATLAB中的Simulink。
（2）模型设计应该符合工程实际，模块参数设置必须与原理相符合。
（3）处理结果和分析结论应该一致，而且应符合理论。
（4）独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。
1.3设计平台
本设计开发平台为MATLAB中的Simulink。
1.4课程设计的步骤
（1）利用Simulink产生一个4级的m序列，示波器观察其波形。
（2）通过与高频正弦波信号相乘使m序列频率搬移到17Mhz。
（3）通过带宽为1.7Mhz的带通滤波器，设置相应的参数，得到帯限白噪声。
（4）示波器观察该噪声波形并且通过频谱仪观察其功率谱密度等特性。
（5）与同组同学分析对比不同带宽噪声的性能。
2 基本原理
2.1设计平台简介
MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。[1]
Simulink是MATLAB里的工具箱之一，可提供14类基本模块库和许多专业模块子集。主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析。Simulink提供了一种图形化的交互环境，只需用鼠标拖动，便能迅速地建立起系统框图模型，并在此基础上对系统进行仿真分析和改进设计。
2.2 m序列
m序列是目前广泛应用的一种伪随机序列，不能预先确定但可以重复产生。其在
通信领域有着广泛的应用，如扩频通信，卫星通信的码分多址，数字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。
对于一个n 级反馈移位寄存器来说，最多可以有2n 个状态，对于一个线性反馈移位寄存器来说，全“0”状态不会转入其他状态，所以线性移位寄存器的序列的最长周期为 21n - 。当n 级线性移位寄存器产生的序列{ai}的周期为21n T =-时，称{ai}为n 级m 序列。线性反馈移位寄存器如图2-1所示。
图 2-1 线性反馈移位寄存器
由于带有反馈，因此在移位脉冲作用下，移位寄存器各级的状态将不断变化，通常移位寄存器的最后一级做输出，输出序列为。当移位寄存器的级数及时钟一定时，输出序列就由移位寄存器的初始状态及反馈逻辑完全确定。[1]
线性反馈移位寄存器的特征多项式是用多项式(x)f 来描述线性反馈移位寄存器的反馈连接状态：010(x)++c x n
n i n i i f c c x c x ==+⋅⋅⋅=
∑。 若一个n 次多项式(x)f 满足下列条件
(1)(x)f 为既约多项式(即不能分解因式的多项式)；
(2) (x)f 可整除(x 1)p +,21n p =- ;
(3)(x)f 除不尽（1q x +）, q p <。
则称(x)f 为本原多项式。
2.3 m 序列模拟产生高斯白噪声.
如果我们对一个正态分布白噪声取样，若取样值为正记为+1，取样值为负记为-1，将每次取样所得极性排成序列，可以写成…+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,…这是一个随机序
列，它具有如下基本性质：[2]
(1) 序列中+1 和-1 出现的概率相等；
(2) 序列中长度为1 的游程约占1/2，长度为2 的游程约占1/4，长度为3 的游
程约占1/8, …一般地，长度为k的游程约占1
2k
，而且+1, -1 游程的数目各占一半；
(3) 由于白噪声的功率谱为常数，因此其自相关函数为一冲激函数δ(τ)。
而m序列的均衡性、游程分布和自相关特性与上述随机序列的基本性质极相似，具有伪噪声特性，因此可以用来模拟高斯白噪声。
3 系统设计
3.1模型建立及主要模块参数
设m序列的码元宽度为T，则大约在0至1
45%
T
Hz的频率范围内，可以认为它
具有均匀的功率谱密度。所以，可以用m序列的这一部分频谱作为噪声产生器的噪声输出。虽然这种输出是伪噪声，但是对于多次进行某一测量，都有较好的可重复性。此系统可划分为三个模块：4级m序列发生器模块、2ASK调制模块、功率谱密度分析模块。整个系统模型及连线如下图3-1所示。[3]
图3-1 系统模型文件图
由于当初始状态为全0时，移位寄存器输出全0 序列。为了避免这种情况，不能
