伪随机m序列发生器的产生设计.docx

信息科学与技术学院通信原理课程设计课题名称：伪随机M序列发生器设计学生姓名：许奎英2008082491学院：信息科学与技术学院专业年级：电子信息工程2008级指导老师：邓红涛完成日期：二O一一年七月十二日前言3摘映4理论基础学问5伪随机序列6伪跄机序列定义及应用品7m序列产生器7芯片介绍8移位寄存器741.S1649D/A转换器IDAC9EWB软件介绍10设计方案10一EWB仿真I1.电路的调试13参考文献13试验心得14K15S目：伪随机序列的产生及应用设计初始条件：具备通信课程的理论学问；具备模拟与数字电路基本电路的设计实力；驾驶通信电路的设计学问，鸾取通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以运用试验室仪器调试。要求完成的主要任务8（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书票写等详细要求）1、设计伪随机码电路：产生八位伪随机序列（如M序列）；2、了解D/A的工作原理及运用方法，将伪随机序列输入D/A中（如DACO808）,视察其模拟信号的转性：3,分析信号源的特点，运用EWB软件进行仿真；4.进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计说明书。摘要伪随机序列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，使其易于从信号或干扰中分别出来。伪随机序列的可确定性和可重如性，使其易于实现相关接收或匹配接收，因此有良好的抗干扰性能。伪随机序列的这些特性使得它在伪码测距、导航、遥控遥测、扩频通信、多址通信、分别多径、数据加扰、信号同步、误码测试、线性系统、各种噪声源等方面得到了广泛的应用，特殊是作为扩频码在CDMA系统中的应用已成为其中的关键问题。此次课设依据m序列的产生原理，利用741.S164加少量门电路方法设计了8位m序列发生.器。关键词：伪随机序列m序列移位寄存器D/A转换EwB仿真I理论基础学问1.1.伪随机序列伪随机序列定义及应用假如一个序列，一方面它是可以预先确定的，并且是可以重亚地生产和现制的：一方面它又具有某种随机序列的随机特性（即统计特性），我们便称这种序列为伪随机序列。因此可以说，伪随机序列是具有某种随机特性的踊定的序列。它们是由移位寄存器产生确定序列，然而他们却具有某种随机序列的随机特性。因为同样具有随机特性，无法从一个已经产生的序列的特性中推断是真随机序列还是伪随机序列，只能依据序列的产牛.方法来推断。伪随机序列良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，使其易于从信号或干扰中分别出来。伪随机序列的可确定性和可重其性，使其易于实现相关接收或匹配接收，因此有良好的抗干扰性能。伪随机序列的这些特性使得它在伪码测距、导航、遥控遥测、扩频通信、多址通信、分别多径、数据加扰、信号同步、误码测试、线性系统、各种噪声源等方面得到了广泛的应用，特殊是作为扩频码在Ci）MA系统中的应用已成为其中的关键问题。伪随机序列的特点：（1）在随机序列的每个周期内。和I出现的次数近似相等（2）在每个周期内，长度为n的游程出现的次数比长度为n+1的游程次数多1（3）随机序列的自相关类似于白噪声自相关函数的性痂伪随机序列的应用及其意义：（1）在通信加密中的应用m序列自相关性较好,简单产生和笈制,而I1.具有伪随机性，利用m序列加密数字信号使加密后的信号在携带原始信息的同时具仃伪噪声的特点，以达到在信号传输的过程中防藏信息的目的：在信号接收端，再次利用m序列加以解密，发原出原始信号。（2）在雷达信号设计中的应用近年兴起的扩展频谱雷达所采纳的信号是已调制的具仃类似噪声性质的伪随机序列，它具有很高的距离辨别力和速度辨别力。这种雷达的接收机采纳相关解调的方式工作，能够在低信噪比的条件下工作，同时具有很强的抗干扰实力。该型雷达实质上是种连续波雷达，具有低截获概率性，是种体制新、性能高、适应现代高技术斗争须要的雷达。果纳伪随机序列作为放射信号的需达系统具有很多突出的优点。首先，它是种连续波雷达,可以较好地利用放射机的功率。其次，它在肯定的信噪比时，能够达到很好的测量精度，保证测量的总值性，比单脉冲雷达具有更高的距离辨别力和速度辨别力。地终,它具有较强的抗干扰实力，敌方要干扰这种宽带留达信号，将比干扰一般的留达信号困难得多。（3）在通信系统中的应用伪随机序列是一种貌似随机，事实上是有规律的周期性二进制序列，具有类似噪声芹列的性质，在CDMA中，地址码都是从伪随机序列中选取的，在CDMA中运用一种最易实现的伪随机序列：m序列，利用m序列不同相位来区分不同用户：为了数据平安，在CDMA的寻呼信道和正向业务信道中运用了数据掩码（即数据扰乱）技术，其方法是用长度为2的42次方减I的m序列用于对业务信道进行扰码（留意不是扩频），它在分组交织器输出的调制字符上进行，通过交织涔输出字符与长码PN码片的二进制模工相加而完成。1.1.2m序列产生器通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存潺。它又可.分为线性反馈移存器和非线性反馈移存器两类。由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存序列，通常称为m芹列，即此次课设中产生的伪随机序列。图1/就是一个m序列产生电路。图中示出了n级移位寄存器，其中有若干级经模2加法洛反馈到第1级。不难看出，在任何个时刻去视察移位寄存器的状态，必定是2"个状态之，其中每状态代表个n位的二进制数字，但是，必需把全。排斥在外，因为假如个进入全0,不论反馈线多少或在哪些级，这种状态就不会再变更，所以，寄存罂的状态可以是非全。的2"-1状态之一。这个电路的输出序列是从寄存器移出的，尽管移位寄存器的状态每移位节拍变更次，但无疑是循环的。假如反馈线所分布的级次是恰当的，那么，移位寄存器的状态必定件态历经后才会循环。这里所谓“各态历经''就是全部2"-1个状态都经过了。由此可见，用n级移位寄存罂所产生的序列的周期最长是2-1。同时由于这种序列虽然是周期的，但当n足够大时周期可以很长，在个周期内。和1的排列有很多不同方式，对每位来说是。还是I，看来似乎是随机的，所以乂称为伪随机码：乂因为它的某些性质和演机噪声很相像,所以乂称为伪噪声码（PN码）。图1-1m序列的产生要用n级移位寄存涔来产生m序列，关键在于选择哪几级移位寄存器作为反馈，这里扼要陈述选择的方法。将移位寄存器用一个n阶的多项式/(M衣示，这个多项式的。次解系数或常数为I,其k次辕系数为1时代表第k级移位寄存器有反馈线；否则无反馈线。留意这里的系数只能取O或I，X本身的取值并无实际意义，也不须要去计算X的值。称/(x)为特征多项式。所谓,本原多项式“，即/(x)必需满意以卜.条件：1 1)/*)为既约的，即不能被1或它本身以外的其他多项式除尽：(2)当g=2"-1.时，则f(x)能除尽1+炉：(3)当”2"一1时，f(x)不能除尽1+x1.理论分析证明：当特征多项式/(X)是本原多项式时，与它对应的移位寄存器电路就能产生m序列，由此可见，只要找到了本原多项式，就能由它构成m序列产生器，表1-1给出了常用本原多项式的列表。表1.1.常用本原多项式n本原多项式n本原多项式代数式8进制表示代数式8进制表示2e1.7II,÷÷110053a+I1312i+x+1.101234X4÷x*1.2313j,÷Y41÷x*I200335+x2+1.1511C。十八"1421036Z+x÷1.10315x,5÷x÷11000037÷x1+1.21116x*1+1+x+1.2100138÷÷÷÷1.43517,*X,+14000119÷4+1102118*,'+x'+1.100020110x,0+1.201119xw÷÷+x÷1.20000-17如特征多项式f(x)=+x+x*,对应于图2所示的电路,R1-2m序列的产生本次课设任务中要求产牛.8位伪随机序列，即要求用一个8级反馈移存器产生m序列。由表1-1可以查到，对于一个8级反保移存器，要产生m序列，其本原多项式为X+X+X+X+1.'则在设计电路的时候须要将Q2与Q3异或结果再与Q4异或然后再与Q8异或再送入移位寄存器的输入。1.2芯片介绍移位寄存器741.S164741.S1M芯片是个8位申入并出移位寄存器，其8个输出脚分别对应着QAQH.VCC接正5伏电源，GND接地，C1.R接高电平，C1.K接脉冲信号(频率自选)。其管脚如图1-4所示：图IU741.SIG引脚抒列图其功能表如表1-2所示:i-2741.SI64功能表输入输出清除时钟ABQaQbQh1.X×X1.1.1.H1.×XQaoQboQhoHtHHHQaQGnHf1.X1.QaQGnHtX1.1.QAnQGnD/A转换器DAC08()8DACO8O8是倒T型电阻网络的权电流8位D/A转换器，它的内部由用T型电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四部分组成。芯片的引脚排列如图1-5所示。其中Db6是数字信号输入端，/c是求和电流输出端，V.,匕一是基准也压输入端，COMP是外接补偿电容端，女c、X:E是正、负电源输入端，GNO是接地端.COMPV.>V1.)VcrD0D1.D?D1IIIIII1.1615141312I1.109)DACO8O812345678III1.1.1.1.1.NCGNDVee1.oDtD6D,D4图1-5DAeOXoX3脚排列图DAC()808输出的是电流,要转换成电压，还必需外接个运算放大器和反馈电阻价，外接运放后的输出电压为½,=×(Dx21)由上式Uj见，输出电压Vb与输入的数字量成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。DAa)808有8位数据输入端，每位都是二进制取值，于是输入共有力=256个不同的组合状态，对应的输出也为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内的随意值，而只能是其中的256个可能值。2 EWB软件介绍EWB软件是交互图像技术有限公司在九十年头初推出的EDA软件，相对其它EDA软件而言，它只有I6M,功能也比较雌一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但它的仿真功能特别强大，可以几乎100%地仿真出真实电路的结果，而且它在束面上供应了万用表、示波器、信号发生黑、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了很多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元渊件，还可以由外部模块导入，它的工作界面特别直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，很多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果,而且若想更换元器件或变更元器件参数，只需点点鼠标即可。EWB的兼容性也较好，其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTE1.读取的格式。EWB是一种电子电路计整机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子试验室，英文全称为EIeCtrOniCSWorkbCnch。EWB以SP1.CE3F5为软件核心，增加了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。Sp1.CE自1972年运用以来，已经成为模拟集成电路设计的标准软件。EWB建立在SPICE基础上，它具有以下突出的特点：（1）采纳宜观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上仿照真实试验室的工作台，绘制电路图须要的元器件、电路仿真须要的测试仪器均可干脆从屏幕上选取：（2）仪器的限制面板外形和操作方式都与实物相像，可以实时显示测员结果。（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，供应多种电路分析方法。（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。（5）EwB还是个优秀的电了技术训练匚具，利用它供应的虚拟仪器可以用试验室中更敏捷的方式进行电路试验，仿真电路的实际运行状况，熟识常用电了仪器的测量方法。3设计方案采纳一片741.S164构成八位移位寄存器,其原理电路图如图3-2所示:H1.R,1.KVCcABCOBQCOBcr-图3-2伪髓机码电路原理图4EWB仿真由于两种方案的仿真过程和结果是一样的，这里将只对方案二的仿真进行说明。在EWB仿真软件中画出图2-2的盛体电路图，其中，741.SI64为8位串入并出移位寄存器。再通过外部接上门电路，从而构成一个8级反馈移存器。将741.SI64的8位输出送入D/A转换黯，视察QH的波形和D/A转换器的输出波形。QH的波形如图4-1所示。此序列即为通过反馈移存器产生的8位伪随机序列。D.1转换器的输出波形如图4-2所示,此波形就是伪随机序列的模拟值,图42DA转换器抬出波形5电路的调试电路的调试将焊接好的电路进行调试。接通电路电源，将Q8点输H1.接到东波怒,视察Q8点的输出波形，若为随机数字序列，则说明伪随机序列产生部分电路是正确的,若不是则有问题,须要接着调试，直到出现正确结果。再将的D/A转换器的输出接到示波罂，视察模拟信号，若为随机噪声，并I1.信号周期为256,则说明D/A转换部分电路也是正确的。若不是上诉状况则说明电路存在问题，须要找出问题所在，细致检查电路是否设计正确，找出错误接着调试，直到调试胜利为止。参考文献H1.伍时和主编.数字电子技术基础.清华高校出版社,2009.4|2|樊昌信、徐炳祥等主编.通信原理.国防工业出版社，2007.5课程设计心得体会经过这几天的通信原理课程设计，我觉得学习像通信原理这样的专业课学何，不仅要驾取书本上的基本内容，还要敏捷思索，擅长变换，这样才能找到最优设计，达到事半功倍的效果。课程设计是培育学生综合运用所学学问，发觉,提出，分析和解决实际问题,熬炼实践实力的重要环节,是对学生实际工作实力的详细训练和考察过程。在整照一个星期课设的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的学问，而且学到了很多在书本上所没有学到过的学问。之前伪随机序列这一快基本不怎么懂，所以在做课程设计之前，我们细致而细致的看了一遍通信原理的课本。了解到，m序列是最长线性反馈移存器序列的简称，它是由带线性反馈的移存涔产生的周期最长的一种序列。因为任务书中要求产生8位伪随机序列，故须要设计一个8级反馈移存涔。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论学问是远远不筋的，只有把所学的理论学问与灰践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手实力和独立思索的实力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这终归第次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发觉了自己的不足之处,对以前所学过的学问理解得不够深刻，驾驭得不够坚固。在设计中遇到了很多问题，但最终经过自己的努力完成了这次课设。这让我明白了只要仃恒心，有耐性，就可以达到自己的目标，完成任务!附录1：元器件清单列号名称型号数增1移位寄存器74119622运算放大器1.F35I13数模转换DC0808I45电阻5.12电阻22KI6电阻I(M)KI7电阻200。428电容IOuFI9电容0.01.uFIIO单刀双掷开关3