ドキュメンテーション

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AWGN Channel

ホワイト ガウス ノイズの入力信号への付加

ライブラリ

Channels

説明

AWGN Channel ブロックは、実数または複素数入力信号にホワイト ガウス ノイズを付加します。入力信号が実数の場合、このブロックは実数のガウス ノイズを付加し、実数の出力信号を生成します。入力信号が複素数の場合、このブロックは複素数のガウス ノイズを付加し、複素数の出力信号を生成します。このブロックは入力信号からサンプル時間を継承します。

このブロックは、single または double のデータ型のスカラー値、ベクトル、行列入力信号を受け入れます。出力信号はブロックを駆動する信号から端子のデータ型を継承します。

    メモ:   すべての電力値は公称インピーダンス 1 オームを想定しています。

信号処理と入力次元

このブロックでマルチチャネル信号を処理できます。[Input Processing] パラメーターを [Columns as channels (frame based)] に設定する場合、ブロックは M 行 N 列の入力信号を受け入れます。M は、1 チャネル当たりのサンプル数を指定し、N はチャネル数を指定します。M と N はどちらも 1 に等しくなります。このブロックで、長さ M のガウス ノイズがチャネルごとに異なる無作為の分布を使用して、それぞれの N チャネルに追加されます。

分散の直接または間接指定

AWGN Channel ブロックによって生成されるノイズの分散を以下のいずれかのモードを使用して、指定できます。

  • [Signal to noise ratio (Eb/No)]、この場合ブロックはダイアログ ボックスで指定する次の数量から分散を計算します。

    • [Eb/No]、ビット エネルギーのノイズ パワー スペクトル密度に対する割合

    • シンボルあたりのビット数

    • [Input signal power]、ブロックの入力時のシンボルの実際の強度

    • シンボル周期

  • [Signal to noise ratio (Es/No)]、この場合ブロックはダイアログ ボックスで指定する次の数量から分散を計算します。

    • [Es/No]、信号エネルギーのノイズ パワー スペクトル密度に対する割合

    • [Input signal power]、ブロックの入力時のシンボルの実際の強度

    • シンボル周期

  • [Signal to noise ratio (SNR)]、この場合ブロックはダイアログ ボックスで指定する次の数量から分散を計算します。

    • [SNR]、信号強度のノイズ パワーに対する割合

    • [Input signal power]、ブロックの入力時のサンプルの実際の強度

  • [Variance from mask]、この場合、ダイアログ ボックスで分散を指定します。値は正の値でなければなりません。

  • [Variance from port]、この場合、分散をブロックの入力とします。分散入力は正の値でなければならず、サンプルレートは入力信号のサンプルレートと等しくなければなりません。

AWGN Channel ブロックでシンボル周期を変更すると、サンプルごとに加えられるノイズの分散に影響し、最終的な誤り率が変わる原因ともなります。

NoiseVariance=SignalPower×SymbolPeriodSampleTime×10Es/No10

一般的には、[Symbol period] の値を選択すると、モデル内のシンボル周期としてモデル化される値に設定されます。この値は、シンボルを構成する内容およびシンボルに適用されるオーバーサンプリングによって変わります(シンボルが 3 ビットになり、4 でオーバーサンプリングされるなど)。

[Variance from mask] モードと [Variance from port] モードのどちらでも、これらのルールはブロックが分散を解釈する方法を記述します。

  • 分散がスカラー値の場合、すべての信号チャネルは無相関ですが、同じ分散を共有します。

  • 分散が入力信号内のチャネル数と同じ長さのベクトルの場合、各要素は対応する信号チャネルの分散を表します。

      メモ:   AWGN Channel ブロックに複素数の入力信号を割り当てる場合、計算または指定された分散をもつ複素数で平均 0 のガウス ノイズが追加されます。複素数ノイズのそれぞれの直交成分の分散は計算または指定された値の半分です。

Eb/No、Es/No、および SNR モード間の関係

符号化されていない複素数の入力信号の場合、AWGN Channel ブロックは次の式に従って、Eb/N0、Es/N0 および SNR に関連します。

Es/N0 = (Tsym/Tsamp) · SNR

Es/N0 = Eb/N0 + 10log10(k)  in dB

ここで、

  • Es = 信号エネルギー (J)

  • Eb = ビット エネルギー (J)

  • N0 = ノイズ パワー スペクトル密度 (W/Hz)

  • Tsym =[Es/No] モードのブロックの [Symbol period] パラメーター

  • k = は入力シンボルあたりの情報ビット数

  • Tsamp = ブロックの秒単位の継承されたサンプル時間 (秒)

実際の信号入力の場合、AWGN Channel ブロックは次の式に従って、Es/N0 および SNR に関連します。

Es/N0 = 0.5 (Tsym/Tsamp) · SNR

実際のケースの式は 2 の係数による複素数のケースに対応する式とは異なることに注意してください。これは、ブロックが実際の入力信号の場合は N0/2 Watts/Hz に対し、複素数信号の場合は N0 Watts/Hz のノイズ パワー スペクトル密度を使用するためです。

これらの数量の詳細は、Communications System Toolbox™ のドキュメンテーションの「AWGN チャネル ノイズ レベル」を参照してください。

調整可能ブロック パラメーター

次の表は、各種ブロック モードごとの調整可能なパラメーターを示しています。

モード調整可能なパラメーター
Eb/No[Eb/No]Input signal power
Es/No[Es/No]Input signal power
SNR[SNR]Input signal power
Variance from maskVariance

ノーマル モード、アクセラレータ モードおよびラピッド アクセラレータ モードでパラメーターを調整できます。

Simulink® Coder™ ラピッド シミュレーション (RSIM) ターゲットを使用して RSIM 実行可能ファイルを作成する場合、モデルを再コンパイルすることなく、前の表にリストされたパラメーターを調整できます。これは、異なる量のノイズでシミュレーションを複数回(おそらく複数のコンピューターで)実行するモンテ カルロ シミュレーションの場合に便利です。

ダイアログ ボックス

Input processing

ブロックで入力信号を処理する方法を指定します。これらのパラメーターは、以下のいずれかのオプションに設定することができます。

  • Columns as channels (frame based) — このオプションを選択する場合、ブロックは入力の各列を別々のチャネルとして扱います。

    メモ:   [Inherited (this choice will be removed - see release notes)] オプションは将来のリリースでは削除されます。詳細は、Communications System Toolbox のリリース ノートで「Frame-Based Processing」を参照してください。

Initial seed

ガウス ノイズ生成器のシードです。

このブロックは DSP System Toolbox™ Random Source ブロックを使用してノイズを生成します。Ziggurat メソッドを使用して、乱数が生成されます。このブロックの [Initial seed] パラメーターでノイズ発生器が初期化されます。[Initial seed] はスカラーか、入力信号内のチャネル数と長さが一致するベクトルのいずれかとなります。シミュレーションを実行するたびに、このブロックから同じ信号が出力されます。シミュレーションを最初に実行する場合は、ブロックによってランダムに初期シードが選択されます。このブロックでは、シミュレーションを再実行するたびに同じ初期シードが再利用されます。

このプロパティは調整可能で、各 DDL ビルドに対して異なるシード値を指定することができます。

Mode

ノイズ分散を指定するモード: Signal to noise ratio (Eb/No)Signal to noise ratio (Es/No)Signal to noise ratio (SNR)Variance from mask または Variance from port です。

Eb/No (dB)

ノイズ パワー スペクトル密度に対する、シンボルあたりの情報 (つまりチャネル符号化なし) のビット エネルギーの比を dB 単位で表したものです。このフィールドは、[Mode][Eb/No] に設定されている場合のみ表示されます。

Es/No (dB)

シンボルあたりの情報 (つまりチャネル符号化なし) シンボル エネルギーとノイズ パワー スペクトル密度の比率を dB 単位で表したものです。このフィールドは、[Mode][Es/No] に設定されている場合のみ表示されます。

SNR (dB)

信号強度とノイズ パワーの比を db 単位で表したものです。このフィールドは、[Mode][SNR] に設定されている場合のみ表示されます。

Number of bits per symbol

各入力シンボルあたりのビット数。このフィールドは、[Mode][Eb/No] に設定されている場合のみ表示されます。

Input signal power, referenced to 1 ohm (watts)

入力シンボル ([Mode][Eb/No] または [Es/No] の場合) または入力サンプル ([Mode][SNR] の場合) の平均二乗電力をワット単位で表したものです。このフィールドは、[Mode][Eb/No][Es/No]、または [SNR] に設定されている場合のみ表示されます。

Symbol period (s)

情報チャネル (つまりチャネル符号化なし) シンボルの持続時間を秒単位で表したものです。このフィールドは、[Mode][Eb/No] または [Es/No] に設定されている場合のみ表示されます。

Variance

ホワイト ガウス ノイズの分散です。このフィールドは、[Mode][Variance from mask] に設定されている場合のみ表示されます。

以下を含む多くのドキュメンテーションの例でこのブロックが使用されています。

参考

Random Source (DSP System Toolbox ドキュメンテーション)

リファレンス

[1] Proakis, John G., Digital Communications, 4th Ed., McGraw-Hill, 2001.

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