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        基于matlab 的移位寄存器法m 序列的產(chǎn)生

        2011-08-22 02:58:42劉艷華
        科技視界 2011年25期
        關(guān)鍵詞:模型

        劉艷華

        (鹽城工學(xué)院信息工程學(xué)院 江蘇 鹽城 224051)

        0 引言

        所謂擴頻,是擴展頻譜的簡稱。擴頻通信采用的信號傳輸方式,其信號的頻譜寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所傳輸基帶信息的帶寬。擴展頻譜通信是一項具有極大潛力、發(fā)展前景廣闊的通信技術(shù),自從誕生之日起就受到了人們的廣泛關(guān)注。

        擴頻通信中頻帶的擴展是通過獨立的偽隨機碼序列來完成的,用編碼和調(diào)制的方式實現(xiàn),將基帶信號的頻譜進行展寬,然后再進行傳輸,接收端用相同的擴頻碼解擴,恢復(fù)所傳信息[1-7]。這樣可以使傳輸過程中的干擾得到抑制。

        常用的擴頻序列有m序列、M序列、Gold序列等。m序列是最常用的一種擴頻碼,它是最大長度線性反饋移位寄存器序列的簡稱。它是用帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的,是周期最長的序列。它具有很強的相關(guān)性,規(guī)律性和系統(tǒng)性,表現(xiàn)出的統(tǒng)計特性和白噪聲的采樣序列相同,如果不知道其生成方法,看上去就和真的隨機序列一樣。

        偽隨機序列的用處很廣泛,在雷達、遙控系統(tǒng)、多址通信、保密通信、GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域都有應(yīng)用。由于其具有的社會和科學(xué)價值,偽隨機序列的構(gòu)造、生成、特征分析一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。

        本文主要研究m序列產(chǎn)生的基本原理,然后用matlab搭建仿真模型來產(chǎn)生m序列,并與matlab自帶的模塊產(chǎn)生的m序列做對比。

        1 m序列的產(chǎn)生原理

        產(chǎn)生m序列的線性反饋移位寄存器由寄存器加上反饋產(chǎn)生,n階線性移位寄存器的產(chǎn)生原理框圖如圖1所示。

        圖1 n階線性反饋移位寄存器產(chǎn)生原理框圖

        圖1中a0,a1,…,an-1為n個移位寄存器某時刻的狀態(tài),c0,c1,…,cn為移位寄存器的反饋系數(shù),對應(yīng)位置ci等于1表示有反饋,等于0表示無反饋,加法器采用模2相加。

        反饋系數(shù)決定了反饋移位寄存器產(chǎn)生的m序列碼型,對于圖1中反饋移位寄存器,反饋邏輯為c0,c1,…,cn,則

        {an}=c1an-1+c2an-2+…+cna0

        只要反饋邏輯ci確定,寄存器產(chǎn)生的序列就確定了。n級移位寄存器產(chǎn)生的偽隨機序列,其最長周期為2n-1。

        生成m序列的首要問題是要求得移位寄存器的特征多項式,特征多項式必須為本原多項式,本原多項式可以用matlab軟件編程求得,也可以直接查表獲得,

        2 m序列的matlab仿真實現(xiàn)

        2.1 用matlab編程求本原多項式

        本仿真中采用四級移位寄存器,產(chǎn)生周期為15的m序列。對應(yīng)n=4的m序列的本原多項式求解程序如下:

        運行程序,得到n=4時的所有本原多項式如下:

        2.2 用simulink搭建m序列產(chǎn)生器

        找到了本原多項式,可以搭建仿真模型。此處選擇3.1節(jié)獲得的第二種本原多項式進行仿真,反饋分別為1 0 0 1 1搭建的仿真模型如圖2所示。

        圖2 產(chǎn)生m序列的仿真模型

        2.2.1 圖2中采用四個長度為1的Queue充當(dāng)移位寄存器,構(gòu)成15位m序列發(fā)生器。它能與matlab中得PN Sequeue Generator模塊產(chǎn)生相同的PN碼,PN Sequeue Generator的初始設(shè)置為 Generator polynomial[1 0 0 1 1],Initial states[0 0 0 1]。對應(yīng)的圖2中移位寄存器模型的反饋系數(shù)為c0=1,c1=0,c2=0,c3=1,c4=1,寄存器初始狀態(tài)為 a0=1,a1=a2=a3=0。

        2.2.2 第一個寄存器 Queue的 Trigger Type設(shè)為 Either edge,其余為Rising edge。

        2.2.3 后兩個隊列輸出進行XOR運算,然后反饋給第一個移位寄存器的輸入,對應(yīng)于反饋系數(shù)1 0 0 1 1中的三個1。

        圖3 生成的m序列波形

        運行仿真模塊,得到的偽隨機序列如圖3所示。產(chǎn)生的m序列取其一個完整的周期,長度為15,碼型為1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1。

        該m序列波形與PN Sequeue Generator模塊產(chǎn)生的波形一致,PN Sequeue Generator模塊產(chǎn)生的m序列的相位必須手動設(shè)置,而該仿真模型產(chǎn)生的為隨機序列的相位可以通過圖2中來自In1的脈沖進行自動調(diào)整,具有很大的靈活性。

        3 總結(jié)

        偽隨機信號不僅在擴頻通信中得到廣泛應(yīng)用,在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)航、信息安全、移動通信,雷達和保密通信中都有廣泛應(yīng)用。它可以作為噪聲源也可以在通信中起加密的作用,所以研究設(shè)計m序列的產(chǎn)生有著重要的意義。

        本文研究了m序列產(chǎn)生的基本原理,用matlab搭建仿真模型,實現(xiàn)寄存器法m序列的產(chǎn)生,通過對比表明了m序列的正確性。

        本文產(chǎn)生的m序列可以用脈沖信號控制其相位,所以在相位搜索法PN碼同步中,可以作為本地PN碼產(chǎn)生器,是PN碼同步中很關(guān)鍵的一部分。本文產(chǎn)生的是15位PN碼,如果需要較長的PN碼,只需要增加移位寄存器個數(shù),再根據(jù)響應(yīng)的本源多項式,修改反饋系數(shù)即可。

        [1]查光明,熊賢祚.擴頻通信[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1999.

        [2]何世彪,譚曉衡.擴頻技術(shù)及其實現(xiàn)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

        [3]張欣.擴頻通信數(shù)字基帶信號處理算法及其VLSI實現(xiàn)[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

        [4]鄧華,等.MATLAB通信仿真及其應(yīng)用實例詳解.北京:人民郵電出版社,2003.

        [5]許麗艷,李雪梅,王正彥.基于SIMULINK的PN碼同步系統(tǒng)仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2006(8):18.

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