一种数字式任意概率分布的随机信号发生器.pdf

本发明是关于一种能产生任意给定概率分布的随机信号发生器。
    众所周知，现有的数字式随机信号发生器主要是由计算机按照一系列复杂的运算，产生任意给定概率分布的数字式随机信号，如需要通过D/A变换器变化为任意给定概率分布的模拟随机信号。这种方法的局限性在于需要一台计算机，而且所产生的随机信号带宽受计算机速度的限制，尤其当随机参量的概率分布较为复杂时，计算机需要经过较长时间才能产生一个信号值，使随机信号的带宽变窄。

    本发明旨在设计一种宽带的数字式随机信号发生器，具有易于实现，带宽和概率分布任意可控的特点。

    本发明的技术解决方案是设计如附图一所示的随机信号发生器，其中1是固化了随机信号样本值的存贮器，2为二元随机序列发生器，3是D/A变换器。基本设计构思是以二元随机序列发生器产生的均匀分布的随机数字信号作地址去选取固化随机信号样本值存贮器中存放的任意给定概率分布的随机信号样本值，产生任意给定概率分布的数字随机信号，通过D/A变换器则可变换为模拟的随机信号。

    本发明固化随机信号样本值随机存贮器（1）是将各种概率分布地随机信号样本值存放（固化）在非易失性存储介质中（PROM、EPROM等）。对于某一给定概率分布的随机信号，先在幅度上对其进行量化（按均匀间隔），假设量化为N个间隔，量化后的信号值为D1、D2……DN，（此数据即为将在存贮器内存放的数据），然后根据概率密度函数或分布函数计算出随机变量在每一间隔出现的概率，以P1、P2……PN表示，显然∑Pi＝1。假如存贮器中存放M个数据，则M个数据按量化间隔分为N组（每组数据不同，数值不同），第i组数据值为Di，数据个数为MPi个，把这M个数据按此分组存放后即可，存放时可顺序存放，也可随机存放。M越大，量化间隔数N越高，则产生的随机信号越接近于实际的模拟信号。按此法分段存放其它概率分布的随机信号样本值。

    本发明的二元随机序列发生器（2），由移位寄存器和异或电路组成（附图2），移位寄存器最后两位经异或后送入寄存器的第一位。在一高频时钟Ts的控制下，移位寄存器对异或运随结果不断移位，输出等概率分布的“0”和“1”的二元状态序列，可以证明对于K位的移位寄存器，序列的最大长度为2K-1，若K＝50，则长度均为1015，在1000MHz时钟Ts控制下，序列的固化期为300小时，在此情况下可将其看作完全随机的信号。在移位寄存器上任取L个抽头输出，组为一个L位的二进制数，则可得到一个0至2L-1之间均匀分布的随机数字信号，以此作为地址信号去选取固化随机信号样本值存贮器中按给定概率分布的随机信号样本值，即可得到所需的随机信号。控制时钟Ts的频率，即可产生不同带宽的随机信号。

    本发明的优点是产生的随机信号的周期与随机样本值存贮器（1）的存贮容量无关，仅取决于二元伪随机序列的周期（由移位寄存器长度而定），因此，选用较长的移位寄存器，可以得到较长周期的随机信号（如前例的K＝50，长度为1015）。并且能产生任意给定概率分布的数字随机信号，通过D/A变换器可将其变换为同样概率分布的模拟随机信号，如果采用的D/A变换器频率足够高，则可产生较宽频谱的随机信号。本发结构简单、成本低、易于实现，能广泛地应用到信号处理、通讯和雷达系统研究中，以模拟这些系统的实际工作环境。

    本发明有如下附图：

    图1是本发明的电原理图

    其中：1是固化随机信号样本值存贮器，2是二元随机序列发生器，3是D/A变换器。

    图2是二元随机序列发生器电原理图。

    本发明的一个实施例是产生一均匀分布的随机信号，在EPOM中均匀固化0到255之间的数，二元随机序列发生器的移位寄存器共由几个具有并行置位，并行输出，串行输入功能的寄存器串联而成，任选寄存器的8个并行输出端口作为地址信号，则可产生0到255之间均匀分布的数字随机信号，选用适当的D/A变换器，则可产生256个间隔均匀分布的模拟随机信号。如按上述方法，在存贮器中固化其它概率分布的样本值，则可产生按给定概率分布的随机信号。