[轉] Matlab中給信號加高斯白噪聲的方法


MATLAB中產生高斯白噪聲非常方便,可以直接應用兩個函數,一個是WGN,另一個是AWGN。WGN用於產生高斯白噪聲,AWGN則用於在某一信號中加入高斯白噪聲。

 

1. WGN:產生高斯白噪聲

y = wgn(m,n,p) 產生一個m行n列的高斯白噪聲的矩陣,p以dBW為單位指定輸出噪聲的強度。

y = wgn(m,n,p,imp) 以歐姆(Ohm)為單位指定負載阻抗。

y = wgn(m,n,p,imp,state) 重置RANDN的狀態。

在數值變量后還可附加一些標志性參數:

y = wgn(…,POWERTYPE) 指定p的單位。POWERTYPE可以是'dBW', 'dBm'或'linear'。線性強度(linear power)以瓦特(Watt)為單位。

y = wgn(…,OUTPUTTYPE) 指定輸出類型。OUTPUTTYPE可以是'real'或'complex'。

2. AWGN:在某一信號中加入高斯白噪聲

y = awgn(x,SNR) 在信號x中加入高斯白噪聲。信噪比SNR以dB為單位。x的強度假定為0dBW。如果x是復數,就加入復噪聲。

y = awgn(x,SNR,SIGPOWER) 如果SIGPOWER是數值,則其代表以dBW為單位的信號強度;如果SIGPOWER為'measured',則函數將在加入噪聲之前測定信號強度。

y = awgn(x,SNR,SIGPOWER,STATE) 重置RANDN的狀態。

y = awgn(…,POWERTYPE)指定SNR和SIGPOWER的單位。POWERTYPE可以是'dB'或'linear'。如果POWERTYPE是'dB',那么SNR以dB為單位,而SIGPOWER以dBW為單位。如果POWERTYPE是'linear',那么SNR作為比值來度量,而SIGPOWER以瓦特為單位。

注釋

1.分貝瓦(dBW, dB Watt):指以1W的輸出功率為基准時,用分貝來測量的功率放大器的功率值。

3. dBm (dB-milliWatt):即與1milliWatt(毫瓦)作比較得出的數字。

0 dBm = 1 mW

10 dBm = 10 mW

20 dBm = 100 mW

 

也可直接用randn函數產生高斯分布序列,例如:

 

程序代碼

y=randn(1,2500);

y=y-mean(y);

y=y/std(y);

a=0.0128;

b=sqrt(0.9596);

y=a+b*y;

 

就得到了 N ( 0.0128, 0.9596 ) 的高斯分布序列

產生指定方差和均值的隨機數

 

設某個隨機變量x均值為mu,方差為var^2,若要產生同樣分布的隨機變量y,但使新的隨

機變量參數改變,均值為mu_1,方差為var_1^2,可以用如下公式進行變換:

y=var_1/var*(x-mu)+mu_1,其中x為隨機變量,其余為常數(原分布參數)。

具體到正態分布,若要產生均值為u,方差為o^2的M*N的隨機數矩陣,可以用

y=o*randn(M,N)+u得到。

對於均勻分布,若要產生[a,b]區間的均勻分布的M*N的隨機數矩陣,則可以用

y=rand(M,N)*(b-a)+a得到。

 

2. 上面資料最后部分隱含了一個出自zhyuer 版友的結論:

%==========================zhyuer===================================%

1)         rand產生的是[0,1]上的均勻分布的隨機序列

2)         randn產生均值為0,方差為1的高斯隨機序列,也就是白噪聲序列;

%===================================================================%

也就是說,可以直接使用上面兩個函數對原始信號添加噪聲

(例如y=x+rand(length(x),1)或者y=x+randn(length(x),1))

 

3.事實上,無論是wgn還是awgn函數,實質都是由randn函數產生的噪聲。即,wgn函數中調用了randn函數,而awgn函數中調用了wgn函數。下面就我熟悉的“向已知信號添加某個信噪比(SNR)的高斯白噪聲”來說明一下,不過如果大家閱讀過awgn的實現代碼就不用看下去了,呵呵。從上述可知,這個任務可以使用awgn函數實現,具體命令是:awgn(x,snr,’measured’,'linear’),命令的作用是對原信號f(x)添加信噪比(比值)為SNR的噪聲,在添加之前先估計信號f的強度。這里涉及三個問題:在awgn這個函數中,SNR是如何計算的?什么是信號的強度?awgn函數具體是如何添加噪聲的?事實上,前兩個問題是相關的,因為根據定義,SNR就是信號的強度除以噪聲的強度,所以,首先來講講信號的強度。其實信號的強度指的就是信號的能量,在連續的情形就是對f(x)平方后求積分,而在離散的情形自然是求和代替積分了。在matlab中也是這樣實現的,只不過多了一個規范化步驟罷了:

    sigPower = sum(abs(sig(:)).^2)/length(sig(:))

這就是信號的強度。至此,SNR的具體實現也不用多說了(注:由於采用的是比值而非db,所以與下面“計算信噪比”所使用的方式不同,即沒有求對數步驟)。

最后說說awgn函數具體是如何添加噪聲的。事實上也很簡單,在求出f的強度后,結合指定的信噪比,就可以求出需要添加的噪聲的強度noisePower=sigPower/SNR。由於使用的是高斯白噪聲即randn函數,而randn的結果是一個強度為1的隨機序列(自己試試sum(randn(1000,1).^2)/1000就知道了,注意信號的長度不能太小)。於是,所要添加的噪聲信號顯然就是:sqrt(noisePower)*randn(n,1),其中n為信號長度。


免責聲明!

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用,本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益,請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。



 
粵ICP備18138465號   © 2018-2025 CODEPRJ.COM