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title: MATLAB 函数 —— awgn
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tags:
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- MATLAB
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- 翻译
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- 高斯白噪声
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categories:
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- [MATLAB, 函数用法]
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- [信号处理, 噪声]
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mathjax: true
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copyright: true
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comments: true
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abbrlink: 2f6db45b
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date: 2020-11-27 01:15:12
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`awgn`：在信号中添加高斯白斯噪声
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# 语法
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`out = awgn(in,snr)`
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`out = awgn(in,snr,signalpower)`
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`out = awgn(in,snr,signalpower,randobject)`
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`out = awgn(in,snr,signalpower,seed)`
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`out = awgn(___,powertype)`
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<!-- more -->
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# 说明
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`out = awgn(in,snr)` 将高斯白噪声添加到矢量信号 `in` 中。此条语句假定 `in` 的功率为 0 dBW。
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`out = awgn(in,snr,signalpower)` 接受以 dBW 为单位的输入信号功率值。要使该函数在添加噪声之前测量 `in` 的功率，请将 `signalpower` 指定为 `measured`。[举例](#Examples-01)
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`out = awgn(in,snr,signalpower,randobject)` 接受满足前述两条语法，外加随机数流对象的输入组合以生成满足正态分布的随机噪声样本。有关产生可重复噪声样本的信息，请参见[提示](#tips)。[举例](#Examples-03)
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`out = awgn(in,snr,signalpower,seed)` 指定用于初始化正态随机数生成器的种子值，该种子在添加高斯白噪声到输入信号时使用。有关产生可重复噪声样本的信息，请参见[提示](#tips)。
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`out = awgn(___,powertype)` 除了前面任何语法中的输入自变量之外，还将可信号和噪声功率类型指定为 `dB` 或 `linear`。
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有关 SNR 与噪声相对功率的其他度量（例如 $E_\mathrm{S}/N_0$ 和 $E_\mathrm{b}/N_0$）之间的关系，请参阅 [AWGN 信道噪声级别](https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ug/awgn-channel.html#a1071501088)。
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# 示例
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## 将 AWGN 添加到锯齿波<span id="Examples-01"></span>
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创建一个锯齿波。
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``` matlab
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t = (0:0.1:10)';
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x = sawtooth(t);
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```
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添加高斯白噪声并绘制结果。
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``` matlab
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y = awgn(x,10,'measured');
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plot(t,[x y])
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legend('Original Signal','Signal with AWGN')
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```
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<div align="center">
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<img src="https://josh-blog-1257563604.cos.ap-beijing.myqcloud.com/img/2020-11-27-matlab-awgn/2020-11-27-matlab-awgn-010-AddAWGNToSawtoothSignalExample-01.png?imageMogr2/thumbnail/!100p|watermark/2/text/QEpvc2ggR2Fv/fontsize/15/dissolve/60/gravity/southeast/dx/5/dy/5"/>
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</div>
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## AWGN 信道中的常规 QAM 调制<span id="Examples-02"></span>
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在存在高斯噪声的情况下，使用非矩形 16 元星座发送和接收数据。绘制噪声星座图，并针对两种不同的信噪比估算误符号率（SER）。
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根据电话线调制解调器的 V.29 标准创建一个 16-QAM 星座。
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``` matlab
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c = [-5 -5i 5 5i -3 -3-3i -3i 3-3i 3 3+3i 3i -3+3i -1 -1i 1 1i];
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M = length(c);
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```
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生成随机符号。
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``` matlab
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data = randi([0 M-1],2000,1);
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```
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使用 `genqammod` 函数调制数据。由于星座图不是矩形，因此必须进行常规 QAM 调制。
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``` matlab
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modData = genqammod(data,c);
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```
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使信号通过具有 20 dB 信噪比（SNR）的 AWGN 信道。
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``` matlab
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rxSig = awgn(modData,20,'measured');
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```
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显示接收信号的星座图和参考星座图。
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``` matlab
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h = scatterplot(rxSig);
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hold on
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scatterplot(c,[],[],'r*',h)
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grid
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hold off
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```
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<div align="center">
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<img src="https://josh-blog-1257563604.cos.ap-beijing.myqcloud.com/img/2020-11-27-matlab-awgn/2020-11-27-matlab-awgn-020-GeneralQAMModulationInAnAWGNChannelExample-01.png?imageMogr2/thumbnail/!100p|watermark/2/text/QEpvc2ggR2Fv/fontsize/15/dissolve/60/gravity/southeast/dx/5/dy/5"/>
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</div>
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使用 `genqamdemod` 函数解调接收到的信号。计算误符号数和误符号率。
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``` matlab 输入
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demodData = genqamdemod(rxSig,c);
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[numErrors,ser] = symerr(data,demodData)
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```
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``` plain 输出
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numErrors = 1
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ser = 5.0000e-04
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```
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使用具有 10 dB SNR 的 AWGN 信道重复传输和解调过程。计算降低 SNR 后的误符号率。不出所料，当 SNR 降低时，性能会下降。
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``` matlab 输入
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rxSig = awgn(modData,10,'measured');
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demodData = genqamdemod(rxSig,c);
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[numErrors,ser] = symerr(data,demodData)
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```
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``` plain 输出
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numErrors = 462
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ser = 0.2310
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```
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## 用 RandStream 产生可重复的 AWGN<span id="Examples-03"></span>
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使用 [`RandStream`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.html) 和 [`reset`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.reset.html) 对象函数生成高斯白噪声相加的结果。
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将 X 的功率指定为 0 dBW，添加噪声以产生 10 dB 的 SNR，并利用本地随机流。
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``` matlab 输入
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S = RandStream('mt19937ar','Seed',5489);
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sigin = sqrt(2)*sin(0:pi/8:6*pi);
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sigout1 = awgn(sigin,10,0,S);
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```
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将 AWGN 添加到 `sigin`。 使用 [`isequal`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/isequal.html) 比较 `sigout1` 和 `sigout2`。 当不重置随机流时，输出不相等。
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``` matlab 输入
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sigout2 = awgn(sigin,10,0,S);
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isequal(sigout1,sigout2)
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```
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``` plain 输出
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ans = logical
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0
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```
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重置随机流对象，将对象置为初始状态，然后再将 AWGN 添加到 `sigout1`。将 AWGN 添加到 `sigin` 并将 `sigout1` 与 `sigout3` 比较。 重置随机流后，输出相等。
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``` matlab 输入
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reset(S);
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sigout3 = awgn(sigin,10,0,S);
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isequal(sigout1,sigout3)
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```
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``` plain 输出
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ans = logical
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1
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```
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# 输入参数
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## `in` - 输入信号
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输入信号，指定为**标量**，**向量**或**数组**。假定输入信号的功率为0 dBW。
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**数据类型**：`double`
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**复数支持**：是
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## `snr` - 信噪比（SNR）
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信噪比（以 dB 为单位），指定为**标量**。
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{% note info %}
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注意：
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加上噪声后，此函数会将相同的 `snr` 应用于完整输入信号的所有元素。阵列输入信号没有独立通道的概念。 要独立考虑多个频道，请参阅 [`comm.AWGNChannel`](https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ref/comm.awgnchannel-system-object.html)。
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{% endnote %}
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**数据类型**：`double`
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## `signalpower` - 信号功率
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信号功率，指定为**标量**或 `measured`。
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- 当 `signalpower` 为标量时，该值用作 `in` 的信号电平，以便根据 `snr` 的值确定适当的噪声电平。
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- 当 `signalpower` 为 `measured` 时，将计算 `in` 的信号电平，以根据 `snr` 的值确定适当的噪声电平。
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{% note info %}
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||
注意：
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当指定 `measured` 时，此函数将使用完整输入信号的所有元素来计算信号功率。在计算功率时，阵列输入信号没有独立通道的概念。
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{% endnote %}
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**数据类型**：`double`
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## `randobject` - 随机数流对象
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随机数流对象，指定为 [`RandStream`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.html) 对象。 随机流对象的状态确定 [`randn`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randn.html) 函数产生的数字序列。使用 [`reset (RandStream)`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.reset.html) 函数及其属性来配置随机流对象。
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`wgn` 使用 [`randn`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randn.html) 生成正常的随机噪声样本。[`randn`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randn.html) 函数使用 [`RandStream`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.html) 对象中的一个或多个统一值来生成每个正态值。
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有关产生可重复噪声样本的信息，请参见[提示](#tips)。
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## `seed` - 随机数生成器种子
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随机数生成器种子，指定为**标量**。
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## `powertype` - 信号功率单元
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信号功率单元，指定为 `dB` 或 `linear`。默认为 `dB`。
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- 当功率类型为 `dB` 时，以 dB 为单位测量 snr，以 dBW 为单位测量信号功率。
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- 当功率类型为 `linear` 时，`snr` 以比率进行测量，`signalpower` 以瓦特为单位。
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有关 SNR 与噪声相对功率的其他度量（例如 $E_\mathrm{S}/N_0$ 和 $E_\mathrm{b}/N_0$）之间的关系，请参阅 [AWGN 信道噪声级别](https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ug/awgn-channel.html#a1071501088)。
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# 输出参数
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## `out` - 输出信号
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输出信号，以**标量**，**向量**或**数组**形式返回。 返回的输出信号是添加了高斯白噪声的输入信号。
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# 提示<span id="tips"></span>
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- 要生成可重复的高斯白噪声样本，请使用以下技巧之一：
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- 提供静态 `seed` 值作为 `awgn` 的输入。
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- 在将 `randobject` 传递为 `awgn` 的输入之前，请对 `randobject` 使用 [`reset (RandSteam)`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.reset.html) 函数。
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- 将处于已知状态的 `randobject` 提供给 `awgn`。有关更多信息，请参见 [`RandStream`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.html)。
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# 扩展功能
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## C/C++ 代码生成
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> 使用 MATLAB® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。
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>> 用法说明和限制：
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>> 支持代码生成，但包括 [`RandStream`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.html) 对象的语法除外。
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# 版本历史
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在 R2006a 之前推出
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# 另请参阅
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## 函数
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[`RandStream`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.html) | [`bsc`]([RandStream](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randstream.html)) | [`randn`](https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/randn.html) | [`wgn`](https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ref/wgn.html)
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## 对象
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[`comm.AWGNChannel`](https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ref/comm.awgnchannel-system-object.html)
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## 话题
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[AWGN Channel Noise Level](https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ug/awgn-channel.html#a1071501088)
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原文参考：[https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ref/awgn.html](https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ref/awgn.html)
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