实验七伪随机序列发生器设计
一、实验目的
1．掌握伪随机序列（m序列）发生器的基本原理和设计方法；
2．深入理解VHDL中signal和variable的不同及其应用；
二、设计描述及方法
1．伪随机序列概述
在扩展频谱通信系统中，伪随机序列起着十分关键的作用。在直接序列扩频系统得发射端，伪随机序列将信息序列的频谱扩展，在接收端，伪随机序列将扩频信号恢复为窄带信号，进而完成信息的接收。
m序列又称为最长线形反馈移位寄存器序列，该序列具有很好的相关性能。m序列发生器的基本结构为：
其中（C r，C r-1，…，C0）为反馈系数，也是特征多项式系数。这些系数的取值为“1”或“0”，“1”表示该反馈支路连通，“0”表示该反馈支路断开。
下图为实际m序列发生器的电路图：
图中利用D触发器级联的方式完成移位寄存器的功能。在系统清零后，D触发器输出状态均为低电平，为了避免m序列发生器输出全“0”信号，图中在“模二加”运算后添加了一个“非门”。从图中A、B、C、D四个节点均可得到同一m序列，只是序列的初始相位不同。
特征多项式系数决定了一个m序列的特征多项式，同时也决定了一个m序列。下表给出了部分m序列的反馈系数（表中的反馈系数采用八进制表示）
2． 电路设计基本方法
本实验要设计一个寄存器级数为5的m 序列发生器，从m 序列发生器反馈系数表可知，有三个反馈系数可选，即可以产生三种不同的m 序列；在以下设计的接口描述中choice （1 downto0）为m 序列选择输入信号，clk 为时钟输入信号，reset 为复位信号，psout 为m 序列输出信号。
三、 程序代码
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity mps is
port (clk,reset : in std_logic;
choice : in std_logic_vector(1 downto 0);
psout: out std_logic );
end mps;
architecture behave of mps is
signal a :std_logic_vector(4 downto 0);
signal k:std_logic;
begin
process(clk,reset,choice,a) clk reset mps.vhd choice(1 downto 0)
psout
begin
case choice is
when "00"=> k<=not(a(3) xor a(2));
when "01"=> k<=not(a(4) xor a(3)xor a(2)xor a(0));
when "10"=> k<=not(a(4) xor a(2)xor a(1)xor a(0));
when others =>k<='X';
end case;
if clk'event and clk='1' then
a(0)<=k;
for i in 1 to 4 loop
a(i)<=a(i-1);
end loop;
end if;
if(reset='1') then
a<="00000";
end if;
end process;
psout<=a(4);
end behave;
四、功能仿真
五、RTL级电路
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目：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知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、设计伪随机码电路：产生八位伪随机序列（如M序列、Gold 序列等）； 2、了解D/A的工作原理及使用方法，将伪随机序列输入D/A中（如 DAC0808），观察其模拟信号的特性； 3、分析信号源的特点，使用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。 时间安排： 二十二周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要................................................................................................................................ I 1理论基础知识 (1) 1.1伪随机序列 (1) 1.1.1伪随机序列定义及应用 (1) 1.1.2 m序列产生器 (2) 1.2芯片介绍 (4) 1.2.1移位寄存器74LS194. (4) 1.2.2移位寄存器74LS164 (5) 1.2.3 D/A转换器DAC0808 (6) 2 EWB软件介绍 (8) 3设计方案 (9) 4 EWB仿真 (11) 5电路的安装焊接与调试 (13) 6课程设计心得体会 (14) 参考文献 (15) 附录1 (16)
M序列发生器 M序列是最常用的一种伪随机序列，是一种线性反馈移位寄存器序列的简称。带线性反馈逻辑的移位寄存器设定各级寄存器的初试状态后，在时钟的触发下，每次移位后各级寄存器状态都会发生变化。其中一级寄存器（通常为末级）的输出，随着移位寄存器时钟节拍的推移会产生下一个序列，称为移位寄存器序列。他是一种周期序列，周期与移位寄存器的级数和反馈逻辑有关。 以4级移位寄存器为例，线性反馈结构如下图： 4级以为寄存器反馈图 其中a4=a1+a0
信号a4:a0禁止出现全0，否则将会出现全0，序列不变化。实验仿真 Code： library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; -- Uncomment the following library declaration if using -- arithmetic functions with Signed or Unsigned values --use IEEE.NUMERIC_STD.ALL; -- Uncomment the following library declaration if instantiating -- any Xilinx primitives in this code. --library UNISIM; --use UNISIM.VComponents.all; entity random_4 is Port ( clk : in STD_LOGIC; reset : in STD_LOGIC;
din : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); dout : out STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); load : in STD_LOGIC); end random_4; architecture Behavioral of random_4 is signal rfsr :std_logic_vector(3 downto 0); --signal temp:std_logic; begin process(clk,reset,load,din) begin if (reset ='1') then rfsr <=(others =>'0'); elsif (clk' event and clk='1') then if(load ='1') then ----load =1 rfsr<= din; else rfsr(3) <= rfsr(0) xor rfsr(1); rfsr(2 downto 0) <= rfsr(3 downto 1); end if; end if; end process; ------signal rename----
伪随机码发生器设计 1 引言 随着科学技术的进步，现代战争样式向信息战形式发展。现代战争胜负对于信息获取的依赖程度前所未有的提高。在现代战争中，若己方的通讯交流方式早敌军破获，则地方将获取己方部队动向或实施信息干扰。将会使部队陷入极其危险地境地中。因此，信息战对通讯加密手段的要求极高。 伪随机序列(Pseudonoise Sequence)又称伪噪声或伪随机码,具有类似随机信号的一些统计特性,但又是有规律的,容易产生和复制的。最大长度线性移位寄存器序列(m序列)是保密通信中非常重要的一种伪随机序列,它具有随机性、规律性及较好的自相关和互相关性,而且密钥量很大。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有伪噪声的特点,以达到在信号传输的过程中隐藏信息的目的;在信号接收端,再次利用m序列加以解密,恢复出原始信号。这样，通过对m序列的应用，将大大的提高通讯的保密程度和防窃取能力。这样的通讯手段被称为扩展频谱通信 扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）是将待传送的信息数据被伪随机编码也就是扩频序列调制，实现频谱扩展以后再在信道中传输，接收端则采用与发送端完全相同的编码进行解调和相关处理，从而恢复出原始的信息数据。在这其中，伪随机码发生器是十分重要的一环，是对信息加密的核心器件。m序列伪随机码发生器即使通过m序列的方式对信息数据编码。 本系统所设计的伪随机码发生器，产生m序列伪随机码。系统采用AT89S51单片机作为控制芯片，控制使用LCD12864显示处理器产生的m序列伪随机码，并且可通过按键对参数修改，设置初始码及m 序列长度。单片机根据设定的初始码及m序列长度，按照约定的逻辑运算关系，循环往复的产生0或者1。 2 发生器系统设计 2.1总体设计 系统分为信息处理、实时显示和按键修改共五大模块。 系统总体结构框图如图1所示：
摘要 本毕业设计主要介绍了两种常用的反馈移位寄存器序列（m序列和Gold序列）的特性，并对其进行仿真研究。 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离出来。伪随机序列的可确定性和可重复性，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、分离多径、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，特别是作为扩频码在CDMA系统中的应用已成为其中的关键问题。 在本论文中首先简要阐述了伪随机序列的研究现状及其相关意义，接着介绍了伪随机序列的发展历史，研究方法和研究工具。然后分别对m序列和Gold序列这两种常用的伪随机序列的生成过程、随机特性以及相关特性进行了详细的研究，并分析它们的优点以及存在的问题。最后在理论证明的基础上应用MATLAB仿真验证它们的随机特性，并用仿真做出m 序列和Gold序列相关特性图形并加以比较。 关键词:伪随机序列；m序列；Gold序列；相关；
ABSTRACT Matlab software used extensively in many engineering fields due to its strong operation fanction. To expanding or compressing the signal spectrum in spread spectrum system,the signal is generally multipled by a spread Spectrum sequence. The character of spread spectrum sequence significantly affects the communication quality. In all PN sequences, m-sequence and Gold-sequence are often used asspread spectrum sequence. In this paper, the brief introduction of the theory, property and constructing means of the two sequences are given first, and the generation and analysis of them by programming with M language in MATLAB are given later. The simulation results show the correctness and feasibility of this method.The simple and intuitive method is convenient for the engineering personnel. KEYWORDS:PN sequence; Sequence; Spread spectrum sequence 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据 库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期：
华南师范大学实验报告 学生姓名林竞浩李瑜贤学号20102804016 专业多媒体与网络技术年级、班级2010级4班 课程名称模拟电路与数字电路实验项目555定时器的应用 实验类型□验证□设计□综合实验时间2011年月日 实验指导老师实验评分 一、实验目的 1 学会构建序列发生器的基本方法 2掌握对序列信号发生器序列信号的测试分析方法。 二、实验仪器 安装有Multisim10软件的个人电脑 三、实验原理 序列信号器产生序列信号，有多种方法。本实验采用计数器和数据选择器构成发生。图一中四位二进制同步计数器74S163状态输出端QC,QB,QA输出的数据，送入8选1数据选择器74S151的地址输入端ABC，需要获取产生的序列信号接至数据选择器74S151数据输入端D0-D7，数据从Y或W端输出，实验电路原理图如下
四、实验步骤 1设定产生周期为00010111序列信号。 2打开电脑Multisim10操作平台，从TTL元件库中取出74S163，74S151，显示器件库中取下带译码器的数码管及探针等器件，以及逻辑分析仪，按实验电路图连接好。 3设定时钟信号发生器V1的频率为100HZ .调整好实验电路后，数码管有0-7计数显示，探针有闪动。 4双击打开逻辑分析仪工作界面，以备测试波形。调整逻辑分析仪时钟源为外同步。正常后，观察数码管，探针，逻辑分析仪波形的变化，把相关数据填入表1中 输入时钟脉冲计数器输出逻辑指示灯数码管显示 QC QB QA Y 0 0 0 0 N 0 1 0 0 1 N 1 2 0 1 0 N 2 3 0 1 1 Y 3 4 1 0 0 N 4 5 1 0 1 Y 5
m-M 文档 1 相关概念 随机序列：可以预先确定又不能重复实现的序列 伪随机序列：具有随机特性，貌似随机序列的确定序列。 n 级线性移位寄存器，能产生的最大可能周期是21n p =-的序列,这样的序列称为m 序列。 n 级非线性移位寄存器，能产生的最大周期是2n 的序列，这样的序列称为M 序列。 图1线性移位寄存器 线性移位寄存器递推公式 11221101 n n n n n n i n i i a c a c a c a c a c a ----==++++= ∑ 线性移位寄存器的特征方程式 010 ()n n i n i i f x c c x c x c x ==+++= ∑ ,ci 取值为0或1 定义 若一个n 次多项式f (x )满足下列条件： (1) f (x )为既约多项式(即不能分解因式的多项式)； (2) f (x )可整除(x p +1), p =2n -1; (3) f (x )除不尽(x q +1), q
由抽象代数理论可以证明，若α是n 次本原多项式()f x 的根，则集合2 2 {0,1,}n F α-= 可 构成一个有限的扩域(2)n G F 。F 中的任一元素都可表示为1110n n a a a αα--+++ ，这样n 个分量的有序序列110(,,,)n a a a - 就可表示F 中的任一元素。 若既约多项式()f x 的根能够形成扩域(2)n G F ，则该多项式是本原多项式，否则不是本原多项式。 2.2 二元域(2)GF 上的本原多项式算法实现 (2)GF 上n 次多项式的通式为 1 2 1210()...n n n n n f x x a x a x a x a ----=++++，系数是二元域上的元素（0,1） 既约多项式既不能整除,1x x +，0和1不可能是()f x 的根，即0a =1, ()f x 的项数一定为奇数。 另外，一个既约多项式是否能形成(2)n G F ，从而判断它是否为本原多项式。N 次多项式的扩域，其中，120,1,,,n ααα 一定在扩域中，需要判断的是12 2 ,n n αα+- 是否也在扩域 中，从而形成全部扩域(2)n G F ，若在，则该n 次既约多项式是本原多项式，否则不是。 （1）给定二元多项式 1 2 1210()...n n n n n f x x a x a x a x a ----=++++，01a = 设α是f(x)扩域中的一个元素，且f(α)=0则有： n n-1 n-11=a ++a +1αα α （1） （2）从n α开始，计算α的连续幂。在计算过程中，当遇到α的幂次为n 时，将（1）代入，一直计算到n 2 -2 α （形成GF （2n ）），再计算n 2 -1 α 。若n 2-1 α =1，则证明()f x 能被n 21 x 1-+整 除，而不能整除1q x +（21n q <-），判定为本原多项式。在计算α的连续幂过程中，若 q x =1（21n q <-），则证明()f x 能被1q x +整除，判定为非本原多项式，停止计算。 在计算机实现时，n 个分量的有序序列110(,,)n a αα- 与α的任一连续幂有着一一对应的 关系，可以用有序序列110(,,)n a αα- 来表示α的任一连续幂。q α用110(,,)q q q n a αα- 来
实验一伪随机码发生器实验 电科1103 杨帆 3110104337 一、实验目的 1、掌握伪随机码的特性。 2、掌握不同周期伪随机码设计。 3、用基本元件库和74LS系列元件库设计伪随机码。 4、了解ALTERA公司大规模可编程逻辑器件EPM7128SLC84内部结构和应用。 5、学习FPGA开发软件MAXPLUSⅡ，学习开发系统软件中的各种元件库应用。 6、熟悉通信原理实验板的结构。 二、实验仪器 1、计算机一台 2、通信基础实验箱一台 3、100MHz示波器一台 三、实验原理 伪随机码是数字通信中重要信码之一，常作为数字通信中的基带信号源； 扰码；误码测试；扩频通信；保密通信等领域。伪随机码的特性包括四个方 面： 1、由n级移位寄存器产生的伪随机序列，其周期为-1； 2、信码中“0”、“1”出现次数大致相等，“1”码只比“0”码多一个； 3、在周期内共有-1游程，长度为i 的游程出现次数比长度为i+1的游程出现 次数多一倍； 例如：四级伪码产生的本原多项式为X 4 ＋X 3+1。 利用这个本原多项式构成的4级伪随机序列发生器产生的序列为： 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 四、实验内容及步骤 1、在MAXPLUSⅡ设计平台下进行电路设计 1.1 四级伪随机码发生器电路设计 电路原理图如图1-2所示。
在MAXPLUS II 环境下输入上述电路，其中：dff ------ 单D触发器 xor ------ 二输入异或门 nor4 ------ 四输入或非门 not ------ 反相器 clk ------ 时钟输入引脚（16M时钟输入） 8M ------ 二分频输出测试点引脚 nrz ------ 伪随机码输出引脚
目录 1课程设计的目的与作用 (1) 2设计任务 (1) 2.1同步计数器 (1) 2.2序列信号发生器 (1) 3设计原理 (1) 3.1同步计数器 (1) 3.1.1加法计数器 (2) 3.1.2减法计数器 (2) 3.1.3用集成芯片设计一个256进制的加法器 (2) 3.2序列信号发生器 (3) 4实验步骤 (3) 4.1同步计数器 (3) 4.1.1加法计数器 (4) 4.1.2减法计数器 (7) 4.1.3用集成芯片设计一个256进制的加法器 (10) 4.2序列信号发生器 (11) 5设计总结与体会 (14) 6参考文献 (15)
1课程设计的目的与作用 1.了解同步计数器及序列信号发生器工作原理； 2.掌握计数器电路的分析，设计方法及应用； 3.掌握序列信号发生器的分析，设计方法及应用； 2设计任务 2.1同步计数器 1.使用设计一个循环型3位2进制加法计数器，其中无效状态为（001，010），组合电路 选用与门和与非门等。 2.根据自己的设计接线。 3.检查无误后，测试其功能。 2.2序列信号发生器 1.使用设计一个能循环产生给定序列的序列信号发生器，其中发生序列（1000001），组 合电路选用与门和与非门等。 根据自己的设计接线。 2.检查无误后，测试其功能。 3设计原理 3.1同步计数器 （1）计数器是用来统计输入脉冲个数电路，是组成数字电路和计算机电路的基本时序逻辑部件。计数器按长度可分为：二进制，十进制和任意进制计数器。计数器不仅有加法计数器，也有减法计数器。如果一个计数器既能完成累加技术功能，也能完成递减功能，则称其为可逆计数器。在同步计数器中，个触发器共用同一个时钟信号。 （2）时序电路的分析过程：根据给定的时序电路，写出各触发器的驱动方程，输出方程，
通信工程专业 计算机课程设计 题目基于MATLAB的伪随机序列发生器的设计 学生姓名学号 所在院(系) 专业班级 指导教师 完成地点 2013年 11 月 12 日
计算机课程设计任务书 院(系) 专业班级学生姓名 一、课程设计题目基于matlab的伪随机序列发生器的设计 二、课程设计工作自 2013 年 10 月 27 日起至 2013 年 11 月 22 日止 三、课程设计进行地点: 四、课程设计的内容要求： 1、要求完成七级m 序列发生器的设计（本原多项式自定）； 2、要求完成五级gold 序列发生器的设计（本原多项式自定）； 3、采用matlab实现，并对其进行调试运行； 4、要求能清楚观察到稳定的序列。 指导教师系(教研室) 通信工程系 接受任务开始执行日期 2013年10月27日学生签名 基于matlab的伪随机序列发生器的设计
[摘要]伪随机序列码越来越受到人们的重视，被广泛用于导弹、卫星、飞船轨道测量和跟踪、雷达、导航、移动通信、保密通信和通信系统性能的测量以及数字信息处理系统中。本文主是对基于matlab的伪随机序列发生器的设计，及其利用matlab软件对其进行仿真和利用simulink对其仿真性能的研究，主要阐述了扩频系统中m序列和gold序列的产生。在第一部分中介绍了课题研究的背景，第二部分中介绍了扩频系统的相关知识，第三部分介绍了m序列和Gold序列产生的原理和方法，第四部分利用matlab和simulink对其进行仿真。 [关键词]伪随机序列 m序列移位寄存器 Design of the pseudo-random sequence generator based on matlab
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y EDA技术高级应用 实验报告 姓名：禾小鬼 同组人： 学号：16S 班级：信息2班 指导教师：xxx 院系：电信学院
实验二伪随机信号发生器 一、实验原理 实验要求设计一个伪随机信号发生器，什么是伪随机信号发生器？如果一个序列，一方面它是可以预先确定的，并且是可以重复地生产和复制的；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确定的序列。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判断是真随机序列还是伪随机序列，只能根据序列的产生办法来判断。伪随机序列系列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，并且有预先的可确定性和可重复性。这些特性使得伪随机序列得到了广泛的应用，特别是在CDMA系统中作为扩频码已成为CDMA技术中的关键问题。特性为序列中两种元素出现的个数大致相等；如果把n个元素连续出现叫做一个长度为n的元素游程，则序列中长度为n的元素游程比长度为n+1的元素游程多一倍；序列有类似白噪声的自相关函数。 实验指导书上已经给出一个4位伪随机信号发生器的原理图，如图1所示，一个4位的移位寄存器，第1级和第4级的输出信号通过一个异或门反馈到第1级的输入。随着连续的时钟周期信号，可以生成15个不同的测试向量。 图1 伪随机二进制序列产生器 在开始之前，首先要明确设计目的，我们的想要用电路图方法实现设计一个“伪随机信号发生器”。首先设计一个4位伪随机信号发生器，按照图1所示连接电路即可。然后，扩展到多位。
伪随机序列发生器 一、实验目的： 理解伪随机序列发生器的工作原理以及实现方法，掌握MATLAB\DSP BUILDER设计的基本步骤和方法。 二、实验条件： 1. 安装WindowsXP系统的PC机； 2. 安装QuartusII6.0 EDA软件； 的序列发生器，并通 ⒈ ⒉ ⒊⒋⒌⒍⒎⒏ ⒐ ⒑ ⒒⒓⒔⒕⒖⒗ 四、实验原理： 对于数字信号传输系统，传送的数字基带信号(一般是一个数字序列)，由于载有信息，在时间上往往是不平均的(比如数字化的语音信号)，对应的数字序列编码的特性，不利于数字信号的传输。对此，可以通过对数字基带信号预先进行“随机化”(加扰)处理，使得信号频谱在通带内平均化，改善数字信号的传输；然后在接受端进行解扰操作，恢复到原来的信号。伪随机序列广泛应用与这类加扰与解扰操作中。我们下面用DSP BUILDER来构建一中伪随机序列发生器——m序列发生器，这是一种很常见的伪随机序列发生器，可以由线性反馈器件来产生，如下图：
其特征多项式为： ()∑==n i i i x C x F 0 注：其中的乘法和加法运算都是模二运算，即逻辑与和逻辑或。 可以证明，对于一个n 次多项式，与其对应的随机序列的周期为。 12?n 接下来我们以为例，利用DSP BUILDER 构建这样一个伪随机序列发生器。 125++x x 开Simulink 浏览器。 Simulink 我们可以看到在Simulink 工作库中所安装的Altera DSP Builder 库。 2. 点击Simulink 的菜单File\New\Model 菜单项，新建一个空的模型文件。
MATLAB实验报告 姓名：李金玮 学号：14061114 班级：14184111
实验七伪随机序列的产生与相关特性分析 一、实验目的 1、了解伪随机序列的相关知识。 2、了解m 序列的相关知识，了解其相关性质。 3、学会用matlab 实现方框图描述的系统，并由此产生m 序列。 二、相关理论知识 （1）伪随机序列 伪随机序列, 又称伪随机码, 是一种可以预先确定并可以重复地产生和复制, 又具有随机统计特性的二进制码序列。在现代工程实践中, 伪随机信号在移动通信、导航、雷达和保密通信、通信系统性能的测量等领域中有着广泛的应用。例如，在连续波雷达中可用作测距信号, 在遥控系统中可用作遥控信号, 在多址通信中可用作地址信号, 在数字通信中可用作群同步信号, 还可用作噪声源以及在保密通信中的加密作用等。伪随机发生器在测距、通信等领域的应用日益受到人们重视。 伪随机信号与随机信号的区别在于: 随机信号是不可预测的, 它在将来时刻的取值只能从统计意义上去描述；伪随机序列实质上不是随机的, 而是收发双方都知道的确定性周期信号。之所以称其为伪随机序列, 是因为它表现出白噪声采样序列的统计特性, 在不知其生成方法的侦听者看来像真的随机序列一样。m 序列作为一种基本的PN 序列,具有很强的系统性、规律性和相关性。 （2）m 序列的产生 ①线性反馈移位寄存器 m 序列发生器的系统框图如图。其中加法器为“模2 相加”运算，寄存器与反馈的每一位只有1、0 两种状态。
由于带有反馈，因此在移位脉冲作用下，移位寄存器各级的状态将不断变化，通常移位寄存器的最后一级做输出，输出序列为 输出序列是一个周期序列。其特性由移位寄存器的级数、初始状态、反馈逻辑以及时钟速率(决定着输出码元的宽度)所决定。当移位寄存器的级数及时钟一定时，输出序列就由移位寄存器的初始状态及反馈逻辑完全确定。当初始状态为全零状态时，移位寄存器输出全0序列。为了避免这种情况，需设置全0 排除电路。 三、实验任务 编写程序利用5级移位寄存器产生m序列，初始状态全1，抽头系数[1 0 0 1 1 1]。 四.我自己的实验代码 clear all close all solve=0; zk=0 a=[1,1,1,1,1]%an c=[1,1,1,0,1,1] lena=length(a) lenb=length(c) newc=fliplr(c) shuchu=zeros(1,lena) for zk=1:2^(lena+1) for k=1:lena zhong(k)=a(k)*newc(k); lenz=length(zhong) %solve=0; end%%%%得到每个被加数 for t=1:lenz solve=solve+zhong(lenz-t+1) if solve>=2 solve=0
摘要：讨论了应用移位寄存器在Ahera的FPGA芯片中实现线性和非线性伪随机序列的方法，该算法基于m序列本原多项式来获得线性m序列和非线性m子序列移位寄存器的反馈逻辑式。文中给出了以Altera的QuartusⅡ为开发平台，并用VHDL语言实现的m序列的仿真波形。 关键词：伪随机序列；m序列；m子序列；移位寄存器；VHDL语言编程 0 引言 伪随机序列现已广泛应用于密码学、扩频通讯、导航、集成电路的可测性设计、现代战争中的电子对抗技术等许多重要领域。伪随机序列的伪随机性表现在预先的可确定性、可重复产生与处理。伪随机序列虽然不是真正的随机序列，但是当伪随机序列周期足够长时，它便具有随机序列的良好统计特性。在已有的序列中，m序列的应用最为成熟和广泛，为此，本文给出线性m序列和基于m序列的非线性m子序列的FPGA实现方法。由于FPGA的内部逻辑功能是通过向内部静态存储器单元加载配置数据来实现的，其配置文件决定了逻辑单元的逻辑功能以及模块间或与I／O间的连接，故可最终决定FPGA实现的功能。FPGA的这种结构允许多次编程，并享有快速有效地对新设计进行优化的灵活性，为此，本文选用了altera的cyclone系列FPGA芯片。EPlCl2-240PQFP，该芯片内部有12060个逻辑单元、239616 bit RAM、两个锁相环(PLL)。本文应用移位寄存器理论来产生序列，其算法的关键是找到线性m序列和非线性m子序列移位寄存器的反馈逻辑式。 1 m序列的实现 1．1 基于FPGA的m序列实现 利用反馈移位寄存器产生0、1序列时，其n位反馈移位寄存器的逻辑功能如图1所示。 图中，xi表示寄存器所处的状态，通常用0和1来代表两个可能的状态，并且把0和1看成是有限域GF(2)的两个元素。f(x0，x1，…，xn-1)刻划了移位寄存器反馈逻辑的功能，它可以看成一个定义在GF(2)上并且在GF(2)中取值的n元函数，当f(x0，x1，…，xn-1)可以表 示成一线性齐次函数时，即GF(2)，相应的反馈移位寄存器是线性的，而由线性移位寄存器产生的序列就称为线性移位寄存器序列。m 序列就是线性移位寄存器序列。 对于一个n级m序列移位寄存器来说，它在每一时刻的内部状态都可以看做有限域GF(2)上的一个n维向量，而反馈函数就是刻划了从每一时刻的状态到下一时刻状态的转移规律，或者说反馈函数定义了n维向量空间上的一个线性变换。 通常可以用Vn(F)代表域GF(2)上全体n元数组构成的n维向量空间，
实验一 伪随机码发生器实验 一、实验目的 1、 掌握伪随机码的特性。 2、 掌握不同周期伪随机码设计。 3、 用基本元件库和74LS系列元件库设计伪随机码。 4、 了解ALTERA公司大规模可编程逻辑器件EPM7128SLC84内部结构和应用。 5、 学习FPGA开发软件MAXPLUSⅡ，学习开发系统软件中的各种元件库应用。 6、 熟悉通信原理实验板的结构。 二、实验仪器 1、 计算机 一台 2、 通信基础实验箱 一台 3、 100MHz 示波器 一台 三、实验原理 伪随机码是数字通信中重要信码之一，常作为数字通信中的基带信号源；扰码；误码测试；扩频通信；保密通信等领域。伪随机码的特性包括四个方面： 1、 由n 级移位寄存器产生的伪随机序列，其周期为-1； n 2 2、 信码中“0”、“1” 出现次数大致相等，“1”码只比“0”码多一个； 3、 在周期内共有-1游程，长度为 i 的游程出现次数比长度为 i+1的 游程出现 次数多一倍； n 24、 具有类似白噪声的自相关函数，其自相关函数为： ()() ?? ? ?≤≤=??=2 210 12/11n n τττρ 其中n 是伪随机序列的寄存器级数。 例如：四级伪码产生的本原多项式为X 4＋X 3+1。 利用这个本原多项式构成的4级伪随机序列发生器产生的序列为： 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 相应的波形图如图1-1所示：
图1-1 四级伪随机序列波形图 用4个D 触发器和一个异或门构成的伪码发生器具有以下特性： 1、 周期为24-1=15； 2、 在周期内“0”出现24 -1-1=7次，“1”出现24 -1=8次； 3、 周期内共有24 -1 =8个游程； 4、 具有双值自相关特性，其自相关系数为： ????≤≤??==2 21)12(10 14 4τ / τ ρ(τ) 四、实验内容及步骤 1、在MAXPLUSⅡ设计平台下进行电路设计 1.1 四级伪随机码发生器电路设计 电路原理图如图1-2所示。 图1-2 四级伪随机码电路原理图 在MAXPLUS II 环境下输入上述电路，其中： dff ------ 单D触发器 xor ------ 二输入异或门 nor4 ------ 四输入或非门 not ------ 反相器 clk ------ 时钟输入引脚（16M时钟输入） 8M ------ 二分频输出测试点引脚 nrz ------ 伪随机码输出引脚 1.2 实验电路编译及FPGA 引脚定义 完成原理图输入后按以下步骤进行编译： (1) 在Assign Device 菜单选择器件MAX7128SLC84。
数码电子学实验 设计序列信号发生器 报告人：XXX 一．具体要求 要求用D触发器和门电路设计一个产生1101001序列（序列左边先输出）的序列发生器。
二．实验目的 1.熟悉原理图输出法； 2.了解可编程器件的实际应用。 三．实验准备 1.详解D 触发器 ①电路组成 为了避免同步RS 触发器同时出现R 和S 都为1的情况，可在R 和S 之间接入非门G1，如图1所示，这种单输入的触发器称为D 触发器。图2为其逻辑符号。D 为信号输入端。 图1：D 触发器逻辑图 图2：D 触发器逻辑符号 ②逻辑功能 在CP=0时，G2，G3被封锁，都输出1，触发器保持原状态不变，不受D 端输入信号的控制。 在CP=1时，G2，G3解除封锁，可接收D 端输入的信号。如1=D 时，0=D ，触发器翻到1状态，即Q n+1=1,如0=D 时，1=D ，触发器翻到0状态，即Q n+1=0，由此可列出表1所示同步D 触发器的特性表。 表1：同步D 触发器特性表 D Q n Q n+1 说明 0 0 0 输出状态和D 相同 0 1 0 输出状态和D 相同 1 0 1 输出状态和D 相同 1 1 1 输出状态和D 相同 由上述分析可知，同步D 触发器的逻辑功能如下： 当CP 由0变为1后，触发器的状态翻到和D 的状态相同； 当CP 由1变为0后，触发器保持原状态不变。 ③D 触发器的名词来源 D 触发器不会发生RS 触发器不确定的情形（S=1,R=1），也不会发生JK 触发器的追跑情况（J=1,K=1),那么为什么成为D 触发器呢？因为输出Q 等于输入D ，但是要经过一个CLOCK
摘要：通过分析各种伪随机序列生成方法，提出了一种基于M 序列的连续抽样方法，可以生成满足自适应光学系统SPGD 控制算法要求的多路、相互独立以及服从伯努利分布的伪随机序列。该方法适合于用FPGA等超大规模集成电路实现，且具有占用硬件资源较少，实现方便等优点。用FPGA 实现了用于61 单元自适应光学系统SPGD 控制算法的伪随机序列，并将此方法应用于基于SPGD 控制算法的自适应光学系统实验中，实验表明，该方法能够满足自适应光学系统SPGD 算法的需求，系统实现成功闭环。 1 引言 随机序列是一组满足特定统计学规律的数据，在信号理论分析中应用非常普遍。由于精确的随机序列生成方法较为复杂，产生的随机序列不具有可重复性等特点，在很多应用场合使用伪随机序列。伪随机序列在扩频通信、信息加密和系统测试等诸多领域中都有着广泛的应用。在自适应光学SPGD 算法中，伪随机序列亦有相当重要的作用。 Vorontsov 等人在1997 年将SPGD 算法引入到自适应光学领域[2]。国内在近几年开始了对 SPGD 算法在自适应光学系统应用的研究，并且在计算机上用软件编程实现了算法，进行了自适应光学的系统实验[3]。自适应光学SPGD 控制算法的研究趋势是使用专用的信号处理硬件电路作为算法的实现平台，以获得更高的迭代速度和更好的收敛效果。Cauwenberghs等人设计了专用的模拟超大规模集成电路实现SPGD 控制算法，并且在一些应用领域进行了实验[5]。目前自适应光学系统的规模普遍达到几十上百单元。针对多单元自适应光学系统SPGD 控制算法的特殊要求，本文提出了一种适合于用FPGA 硬件电路产生满足算法要求的多路伪随机序列的生成方法，完成了FPGA 电路的硬件实现，并将其用于实现61 单元自适应光学SPGD控制算法，同时进行自适应光学的闭环实验。 2 自适应光学 SPGD 控制算法对伪随机序列的要求 SPGD(the Stochastic Parallel Gradient Descent algorithm)算法通过对多路的控制参数加入随机并行的扰动，使用性能指标测量值的变化量与控制参数的变化量进行控制参数的梯度估计，以迭代方式在梯度下降方向上进行控制参数的搜索。在自适应光学SPGD 算法中，控制参数为变形镜的控制电压，随机并行的扰动通过多路伪随机序列模拟。SPGD 算法中随机并行扰动的特性，对伪随机序列也提出了相应的要求[5]： (1) 路数多。路数等于变形镜单元数(即变形镜上驱动单元的数目)。例如在一个61 单元的自适应光学系统中，就需要产生61 路的伪随机序列。 (2) 伪随机序列两两相互独立。相互独立可避免变形镜各驱动单元间的相互耦合。 (3) 伪随机序列符合伯努利分布，两个样本值出现的概率各为0.5。 3 硬件电路实现伪随机序列的传统方法
河南师范大学设计性实验报告 学期：2014-2015学年第 1 学期 m序列发生器设计实现_实验 实验小组成员： 班级：2013级网络工程班 学院：计算机与信息工程学院 填表日期： 2014年 11月 29 日
实验项目简介： 1 问题描述 通常产生伪随机序列的数字电路为一反馈移位寄存器。根据其构成结构，它又分为线性反馈移位寄存器和非线性反馈移位寄存器两类，由线性反馈移位寄存器产生的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移位寄存器序列，简称m序列。 2.实验原理： 此实验是用4位移位寄存器实现可控乘/除法2到8步长为2n电路通过分析不难看出本次实验的乘除法运算中一个只出现三个数字2、4、8写成二进制为0010、0100、1000可以发现每一次乘法都只是将1向左移一个位每一次除法则是向右移一位，那么就可以使用74194双向移位寄存器。首先要了解4位移位寄存器。工作原理：74194是一个4位双向移位寄存器。它具有左移、右移、并行输入数据、保持以及清除等五种功能： 当~R=1MA MB=00 MA MB=01 MA MB=10 MA MB=11 3．一个完整的系统应具有以下功能： 1）控制信号的移动方向，通过改变S1S0的编码状态，使移位器左移、右移、保持等。 2）可以得到m序列的周期,通过观察示波器中CLK与Sl或者Sr的波形，可以得出m序列的周期。 4.实验目的： 1、掌握M序列信号产生的基本方法 2、利用EWB产生M序列信号，设计电路做成M序列信号发 5.实验条件：学院提供公共机房，1台/学生微型计算机。
实验总结： 1.在实验的过程中，小组成员积极准备。通过实验加深了对74194芯片性能的 了解，提高了各个成员的动手能力。 2.但是由于知识掌握不够全面准确的原因，实验过程中多次出现问题，小组成 员积极思考，最终解决了问题。 3.在观察m序列周期的过程中，出现了周期同预期不符合的情况，最终发现 是输入脉冲时出现了问题。
1课程设计概述 本课程设计主要是使学生增进对伪随机序列的认识，加深对通信原理理论方面的理解，使学生了解如何产生伪随机序列以及D/A 的工作原理及使用方法，并将伪随机序列输入D/A 转换器，观察其模拟信号特性。 设计伪随机码电路：产生八位伪随机序列（本次产生的是m 序列）；了解D/A 的工作原理及使用方法，将伪随机序列输入D/A 中（如DAC0808），观察其模拟信号的特性；分析信号源的特点，使用软件进行仿真；进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。 2设计相关知识介绍 2.1伪随机序列的定义 伪随机序列是一种可以预先确定并可以重复产生和复制，且具有随机统计特性的二进制码序列。m 序列是最常见的一种伪随机序列，它是最大长度线性反馈移位寄存器序列的简称．之所以称其为伪随机序列，是因为它表现出白噪声采样序列的统计特性，在不知其生成方法的侦听者看来像真的随机序列一样．m 序列具有很强的系统性、规律性和相关性． 在现代工程实践中，伪随机信号在信息安全、数字网络、移动通信、导航、雷达和保密通信、通信系统性能的测量等领域中有着广泛的应用．例如：在连续波雷达中可用作测距信号，在遥控系统中可用作遥控信号，在多址通信中可用作地址信号，在数字通信中可用作群同步信号，还可用作噪声源以及在保密通信中起加密作用等121．基于伪随机序列具有的科学价值和社会价值，其分析、构造和生成一直是国内外相关领域研究的热点，因此研究设计m 序列在现代社会中依然具有重要意义。 2.2 m 序列及其产生 m 序列是最长线性反馈的移位寄存器序列的简称。它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的序列。在4级线性反馈移存器中，设其初值状态（3210,,,a a a a ）=（1,0,0,0），则在移位一次时，由3a 和0a 模2相加产生新的输入4a =1 0=1，新的状态变为（4321,,,a a a a ）=（1，1，0,0）。这样移位15次后又回到初始状态（1,0,0,0）。不难看出，若初始状态为全“0”,即（0,0,0,0），则移位后得到的仍为全“0”状态。这就意味着在这种反馈移存器中应该避免出现全“0”状态，否则移存器的状态将不会改变。因为4级移存器共有2的4