Python中的伪随机二进制序列（prbs）

Question

如何通过Python制作伪随机二进制序列（prbs）信号？

Answer 1

请参见以下代码。这有点粗糙，但是您可以了解如何使用NumPy创建 随机信号 和 PRBS 。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

nstep = 3000

# random signal generation
a = np.random.randint(-5, 5, nstep)  # range for amplitude
b = np.random.randint(10, 100, nstep) # range for freuency
b[0] = 0

for i in range(1,np.size(b)):
    b[i] = b[i-1]+b[i]

# Random Signal
i=0
random_signal = np.zeros(nstep)
while b[i]<np.size(random_signal):
    k = b[i]
    random_signal[k:] = a[i]
    i=i+1

# PRBS
a = np.zeros(nstep)
j = 0
while j < nstep:
    a[j] = 5
    a[j+1] = -5
    j = j+2

i=0
prbs = np.zeros(nstep)
while b[i]<np.size(prbs):
    k = b[i]
    prbs[k:] = a[i]
    i=i+1

plt.figure(0) 
plt.subplot(2,1,1)
plt.plot(random_signal, label='Random Signal')
plt.legend()
plt.subplot(2,1,2)
plt.plot(prbs, label='PRBS')
plt.legend()
plt.show()

Answer 2

>>> from random import choice
>>> def prbs():
...     while True:
...         yield choice([False, True])

Answer 3

这是带有单项多项式的prbs31的基本实现： x ³¹ + x ²⁸ +1

def prbs31(code):
    for i in range(32):
        next_bit = ~((code>>30) ^ (code>>27))&0x01
        code = ((code<<1) | next_bit) & 0xFFFFFFFF
    return code

给出一个整数，该函数将一次生成一个PRBS序列，并返回一个包含序列的后32位的整数。请注意，输入整数的x ³¹ 以上的位与输出无关。

XOR和取反用于执行按位（模2）加法。这可能不会提高上述代码的性能，但是您可以一次使用位运算来计算代码，以提高性能。例如：

def prbs31_fast(code):
    next_code = (~((code<<1)^(code<<4)) & 0xFFFFFFF0)
    next_code |= (~(( (code<<1 & 0x0E) | (next_code>>31 & 0x01)) ^ (next_code>>28)) & 0x0000000F)
    return next_code