• [转] Matlab中给信号加高斯白噪声的方法


    MATLAB中产生高斯白噪声非常方便,可以直接应用两个函数,一个是WGN,另一个是AWGN。WGN用于产生高斯白噪声,AWGN则用于在某一信号中加入高斯白噪声。

    1. WGN:产生高斯白噪声

    y = wgn(m,n,p) 产生一个m行n列的高斯白噪声的矩阵,p以dBW为单位指定输出噪声的强度。

    y = wgn(m,n,p,imp) 以欧姆(Ohm)为单位指定负载阻抗。

    y = wgn(m,n,p,imp,state) 重置RANDN的状态。

    在数值变量后还可附加一些标志性参数:

    y = wgn(…,POWERTYPE) 指定p的单位。POWERTYPE可以是'dBW', 'dBm'或'linear'。线性强度(linear power)以瓦特(Watt)为单位。

    y = wgn(…,OUTPUTTYPE) 指定输出类型。OUTPUTTYPE可以是'real'或'complex'。

    2. AWGN:在某一信号中加入高斯白噪声

    y = awgn(x,SNR) 在信号x中加入高斯白噪声。信噪比SNR以dB为单位。x的强度假定为0dBW。如果x是复数,就加入复噪声。

    y = awgn(x,SNR,SIGPOWER) 如果SIGPOWER是数值,则其代表以dBW为单位的信号强度;如果SIGPOWER为'measured',则函数将在加入噪声之前测定信号强度。

    y = awgn(x,SNR,SIGPOWER,STATE) 重置RANDN的状态。

    y = awgn(…,POWERTYPE)指定SNR和SIGPOWER的单位。POWERTYPE可以是'dB'或'linear'。如果POWERTYPE是'dB',那么SNR以dB为单位,而SIGPOWER以dBW为单位。如果POWERTYPE是'linear',那么SNR作为比值来度量,而SIGPOWER以瓦特为单位。

    注释

    1.分贝瓦(dBW, dB Watt):指以1W的输出功率为基准时,用分贝来测量的功率放大器的功率值。

    3. dBm (dB-milliWatt):即与1milliWatt(毫瓦)作比较得出的数字。

    0 dBm = 1 mW

    10 dBm = 10 mW

    20 dBm = 100 mW

    也可直接用randn函数产生高斯分布序列,例如:

    程序代码

    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

    产生指定方差和均值的随机数

    设某个随机变量x均值为mu,方差为var^2,若要产生同样分布的随机变量y,但使新的随

    机变量参数改变,均值为mu_1,方差为var_1^2,可以用如下公式进行变换:

    y=var_1/var*(x-mu)+mu_1,其中x为随机变量,其余为常数(原分布参数)。

    具体到正态分布,若要产生均值为u,方差为o^2的M*N的随机数矩阵,可以用

    y=o*randn(M,N)+u得到。

    对于均匀分布,若要产生[a,b]区间的均匀分布的M*N的随机数矩阵,则可以用

    y=rand(M,N)*(b-a)+a得到。

    2. 上面资料最后部分隐含了一个出自zhyuer 版友的结论:

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

    1)         rand产生的是[0,1]上的均匀分布的随机序列

    2)         randn产生均值为0,方差为1的高斯随机序列,也就是白噪声序列;

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

    也就是说,可以直接使用上面两个函数对原始信号添加噪声

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

    3.事实上,无论是wgn还是awgn函数,实质都是由randn函数产生的噪声。即,wgn函数中调用了randn函数,而awgn函数中调用了wgn函数。下面就我熟悉的“向已知信号添加某个信噪比(SNR)的高斯白噪声”来说明一下,不过如果大家阅读过awgn的实现代码就不用看下去了,呵呵。从上述可知,这个任务可以使用awgn函数实现,具体命令是:awgn(x,snr,’measured’,'linear’),命令的作用是对原信号f(x)添加信噪比(比值)为SNR的噪声,在添加之前先估计信号f的强度。这里涉及三个问题:在awgn这个函数中,SNR是如何计算的?什么是信号的强度?awgn函数具体是如何添加噪声的?事实上,前两个问题是相关的,因为根据定义,SNR就是信号的强度除以噪声的强度,所以,首先来讲讲信号的强度。其实信号的强度指的就是信号的能量,在连续的情形就是对f(x)平方后求积分,而在离散的情形自然是求和代替积分了。在matlab中也是这样实现的,只不过多了一个规范化步骤罢了:

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

    这就是信号的强度。至此,SNR的具体实现也不用多说了(注:由于采用的是比值而非db,所以与下面“计算信噪比”所使用的方式不同,即没有求对数步骤)。

    最后说说awgn函数具体是如何添加噪声的。事实上也很简单,在求出f的强度后,结合指定的信噪比,就可以求出需要添加的噪声的强度noisePower=sigPower/SNR。由于使用的是高斯白噪声即randn函数,而randn的结果是一个强度为1的随机序列(自己试试sum(randn(1000,1).^2)/1000就知道了,注意信号的长度不能太小)。于是,所要添加的噪声信号显然就是:sqrt(noisePower)*randn(n,1),其中n为信号长度。

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