基于Matable的扩频通信m伪随机序列的产生_图文.

基于matlab的m序列的产生和特性分析作者：耿亚南来源：《中国新通信》 2017年第15期【摘要】 m 序列是一种重要的伪随机序列。

本文借助MATLAB 平台，详细介绍了m 序列的产生原理，并仿真了由移位寄存器产生的m 序列，同时研究了m 序列的自相关函数并得到了m 序列自相关函数的图像。

仿真结果验证了该方法的正确性和可行性。

【关键字】 m 序列自相关函数 MATLAB一、引言m 序列是最长线性移位寄存器序列的简称，有着良好的自相关性，易于产生和复制，是目前广泛应用的一种伪随机序列。

其在通信领域有着广泛的应用，如扩频通信，卫星通信的码分多址，数字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。

近几十年来，运用m 序列测量房间声学系统脉冲响应的技术研究也受到了人们的关注。

m 序列法测量技术有两大优点其一是较强的抗噪声性能，其二是运算速度快、效率高。

二、m 序列的产生2.1 m 序列的产生原理m 序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的。

由n 级串联的移位寄存器和反馈逻辑线路可组成动态移位寄存器，如果反馈逻辑线路只由模2 和构成，则称为线性反馈移位寄存器。

m 序列的产生框图如图1 所示。

图中C0、C1…Cn 均为反馈线，其中C0= Cn=1，表示反馈连结。

因为m 序列是由循环序列发生器产生的，因此C0和Cn 肯定为1，即参与反馈。

而反馈系数C1、C2…Cn － 1若为1，参与反馈，若为0，则表示断开反馈线，即开路、无反馈连线。

2.2 MATLAB 仿真MATLAB 产生m 序列的部分程序：function[mseq]=m_sequence(fbconnection)n=length(fbconnection);N=2^n-1;register=[zeros(1,n-1) 1];mseq(1)=register(n);for i=2:Nnewregister(1)=mod(sum(fbconnection.*register),2);for j=2:nnewregister(j)=register(j-1);end;三、m 序列的自相关函数3.1 自相关函数自相关是指m 序列与逐位移位后的序列相关性的一种度量。

*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2010年秋季学期移动通信课程设计题目：基于Matable 的扩频通信m伪随机序列的产生专业班级：通信四班姓名：学号： 07250435指导教师：成绩：中文摘要伪随机信号既有优良的相关性，又有随机信号所不具备的规律性，因此，伪随机信号既易于从干扰信号中识别和分离出来，又可以方便的产生和重复，其相关函数接近于白噪声的相关函数，既有随机噪声的优点，又避免了随机噪声的缺点。

m 序列是伪随机序列中最重要的序列之一。

其具有的尖锐的自相关特性；尽可能小的互相关值；足够多的序列数；序列均衡性好；工程上易实现等的要求，使得它在扩频通信系统中得都了广泛的应用。

它可以通过移位寄存器实现，本文利用MATABLE 编码实现了m 序列的生成，通过仿真对m 序列的自相关特性及功率谱密度函数进行了分析和验证。

关键字：扩频通信；伪随机序列；m 序列；MATABLE 编码前言扩频通信因其具有抗干扰、抗多径衰落、抗侦察等优点在通信领域中得到广泛应用。

扩频序列的设计和选择是扩频通信的关键技术，扩频序列性能的优劣在很大程度上决定了通信系统的多址干扰和符号间干扰的大小，从而直接影响到系统的性能。

因此，深入研究扩频序列的性质．构造设计具有良好相关性的扩频序列，来满足扩频系统的要求，是直接序列扩频系统的核心课题。

白噪声是一种随机过程．它有极其优良的相关特性。

但至今无法实现白噪声的放大、调制、检测、同步及控制等．而只能用类似于白噪声统计特性的伪随机序列来逼近它，并作为扩频系统的扩频码。

随机码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中判断是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。

伪随机序列具有良好的随机性和接近白噪声的相关函数，并且有预先的可确定性和可重复性。

而这些特性正好满足了扩频通信中对扩频序列尖锐的自相关特性；尽可能小的互相关值；足够多的序列数；序列均衡性好；工程上易实现等的要求。

目录前言 (1)第一章设计任务 (2)1.2设计内容 (2)1.2设计要求 (2)1.3系统框图 (2)第二章m序列的分析 (4)2.1m序列的含义 (4)2.2m序列产生的原理 (5)2.2m序列的性质 (6)2.3自相关特性 (7)第三章m序列的设计 (8)3.1特征多项式确定 (8)3.2本原多项式的确定 (9)3.3m序列的发生 (10)第四章程序调试及结果分析 (11)4.1m序列的仿真结果及分析 (12)4.2该设计的序列相关性仿真结果及分析 (13)结论 (14)参考文献 (15)附录：程序代码 (16)前言扩频通信因其具有抗干扰、抗多径衰落、抗侦察等优点在通信领域中得到广泛应用。

扩频序列的设计和选择是扩频通信的关键技术，扩频序列性能的优劣在很大程度上决定了通信系统的多址干扰和符号间干扰的大小，从而直接影响到系统的性能。

因此，深入研究扩频序列的性质，构造设计具有良好相关性的扩频序列，来满足扩频系统的要求，是直接序列扩频系统的核心课题。

白噪声是一种随机过程，它有极其优良的相关特性。

但至今无法实现白噪声的放大、调制、检测、同步及控制等，而只能用类似于白噪声统计特性的伪随机序列来逼近它，并作为扩频系统的扩频码。

常见的伪随机序列有m 序列、GOLD 序列、M 序列、Walsh 序列等。

m 序列是目前研究最为彻底的伪随机序列，m 序列容易产生，有优良的自相关和互相关特性。

序列是伪随机序列的一种情况。

他可以在很多领域中都有重要应用。

由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列。

这种序列必须由非线性移位寄存器产生,并且周期为2n（n为移位寄存器的级数）。

通过对伪随机码中常用的m序列的结构和性质进行了分析，本文给出了基于MATLAB平台的m序列生成算法及代码伪随机序列分析。

第一章 设计任务1.2 设计内容掌握PN 序列的相关知识，掌握m 序列的产生原理及其在matlab 中的产生方法，对特定长度的m 序列，分析其性质，及其用来构造其它序列的方法；研究伪随机序列在跳频通信中的应用方法。

武夷学院实验报告课程名称：_扩频通信技术及应用_ 项目名称：基于matlab的伪随机序列生成及相关函数仿真实验姓名：翁开传__专业：__通信工程___ 班级：__2__学号：_40__同组成员_无___1注：1、实验预习部分包括实验环境准备和实验所需知识点准备。

2、若是单人单组实验，同组成员填无。

2注：实验过程记录要包含实验目的、实验原理、实验步骤，页码不够可自行添加。

2)函数auto_corr（）计算二进制序列seq的自相关函数，并画出函数曲线。

在函数内调用了生成m序列的函数ms_generator（*）生成的m序列seq，然后在计算。

function seq=ms_generator(registers,connections)registers=[0 0 0 0 1];connections=[1 0 0 1 0 1];n=length(connections);L=2^(n-1)-1;seq(1)=registers(n-1);for i=2:Lsum=0;for m=1:(n-1)sum=mod(sum+registers(m)*connections(m+1),2);endfor k=(n-1):-1:2registers(k)=registers(k-1);endregisters(1)=sum;seq(i)=registers(n-1);endfunction auto_correlation=auto_corr(seq)registers=[1 0 0 0 0 ];%设置初始状态connections=[1 0 1 0 0 1];%设置反馈逻辑seq=ms_generator(registers,connections);seq=-1*(seq*2-1);%负逻辑映射len=length(seq);temp=[seq seq];for i=0:len-1auto_correlation(i+1)=seq*(temp(i+1: i+len))';endauto_correlationplot(0:len-1,auto_correlation);运行的结果如下3)函数cross_corr（）计算二进制序列seq1和seq2的互相关函数并画出曲线。

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序列发生器的设计学生姓名：张昕灏2018508087学信息科学与技术学院院：专业年级：电子信息项目2018级指导教师：田敏副教授二O—三年七月十二日完成日期：目录前言1第一章设计内容及要求21.1设计内容21.2设计要求21.3方案选择2第二章m序列的特性分析42.1m序列的原理42.2均衡特性52.3游程分布52.4线性叠加性62.5自相关特性6第三章m序列设计83.1设计流程图83.2特征多项式确定83.3本原多项式确定103.4 m 序列的最终产生＜以五阶移位寄存器举例）11 第四章设计成果分析及总结134.1仿真结果分析134.2设计总结14 心得体会15 参考文献16 附录matlab 程序17 附录51 单片机实现方法18电路图18设计说明18结果验证18C51 代码及与对应matlab 代码20 数模转换输出代码：20 反馈链接状态及波形输出控制代码22 使用器件、八、-前言扩展频谱通信是一种不同于常规通信系统的新调制理论和技术，简称扩频通信[1]。

其设计思想是将待传输的信息信号用特定的扩频码扩展频谱后成为宽带信号进行传输，接收时再采用相应的技术手段将频谱压缩，恢复原来待传信息信号的带宽，从而实现通信。

扩频通信具有两个特点：传输信号的带宽远大于原始信息信号的带宽；传输信号的带宽主要有扩频码决定，此扩频码通常是伪随机码。

伪随机码(pseudo randomcode> 简称PN 码，可以人为产生与复制，具有类似白噪声的性质，相关函数具有尖锐的特性，功率谱占据很宽的频带，易于从其他信号或干扰中分离出来，具有优良的抗干扰特性，其特点是：具有尖锐的自相关函数；互相关函数值应足够小；有足够长的码周期，以确保抗侦破与抗干扰的要求；码的数量足够多，以实现码分多址的要求；平衡性好，以满足抗干扰的要求；项目上易于产生、加工、复制与控制[2]。

扩频通信的优势主要来自于伪随机码具有白噪声的统计特性。

基于MATLAB 的伪随机序列的产生及相关特性的仿真一、相关概念:平稳随机过程的各态历经性, 随机信号的频谱特性, 自相关函数, 互相关函数二、工程背景与理论基础根据香农的理论，在高斯白噪声干扰情况下，在平均功率受限的信道上，实现有效和可靠通信的最佳信号是具有白噪声统计特性的信号。

扩频通信正是由此而来的，在扩频通信最大的优点就是具有强大的抗噪声性能，使有用信号几乎可以淹没在噪声传播。

故扩频通信对扩频序列一般有如下要求：（1）尖锐的自相关特性（2）尽可能小的互相关值（3）足够多的序列数，具有良好的伪随机性（4）序列均衡性好，0、1等概（5）工程上易于实现伪随机序列具有以上所以有点，故在CDMA 扩频通信系统中，伪随机序列被作为扩频码之一。

下面在理论上阐述下伪随机序列（即m 序列）的产生原理及其所具有的相关数学性质。

然后在用MATLAB 语言实现m 序列的产生，并就其相关特性进行仿真，仿真结果结果表明该方法是可行的。

1、 m 序列简单介绍m 序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，是由带线性反馈的移位寄存器的周期最长的序列。

它是周期为rN=2-1的伪随机序列，r 是移位寄存器的阶数。

下面是IS-95CDMA 系统中I 信道引导PN 序列的生成多项式和线性反馈移位寄存器的框图。

I 支路生成表达式：15139875()1I P x x x x x x x =++++++ 123456789101112131415输出图1-1 I 路信号产生器m 序列具有以下基本性质：（1）均衡性：在m 序列的一个周期中，“1”的个数之比“0”的个数多一个。

这表明序列平均性很好，即“1”和“0”几乎就是随机出现的，具有较好的随机性。

（2）具有尖锐的自相关特性，相互不同码字之间几乎是完成正交的。

周期函数的自相关函数定义为：/2/201R()()()T s s T T s t s t dt ττ-=+⎰，式中0T 是s()t 的周期。

基于MATLAB的伪随机序列能分析基于MATLAB的伪随机序列性能分析伪随机序列在现代工程中有广泛的应用，信号的加密及扩频都离不开伪随机序列，因而对伪随机序列的产生及特性的研究变的越来越深入。

而在扩频通信系统中，伪随机序列的抗噪性等优良性能十分显著，故而广泛应用于通信系统当中。

本文用MATLAB对m序列等常用的伪随机序列进行建模和设计，计算伪随机序列的相关系数，并以MATLAB为基础对为随即序列进行仿真，为便于观察，我们要用MATLAB拟合出相关的曲线图，把不同伪随机序列的相关性作比较，得出其各自相关性的特点。

关键词伪随机序列；m序列；相关性；MATLABAbstractPseudo random sequence has a wide range of applications in modern works, spread-spectrum and signal encryption cannot be separated from pseudo random sequence, so study on pseudo-random sequence generation and property became more and more deeply. In spread-spectrum communication system, excellent noise immunity performance of pseudo-random sequence is notable and therefore widely used in communication systems.This article model and design pseudo random sequence, such as m sequences commonly, by MATLAB, calculating of pseudo random sequence correlation coefficient and simulating based on MATLAB for sequence immediately, for the purpose of observation, we have relating to the fitting out of Matlab graph and compare different pseudo random sequence correlation, inorder to get correlation of their respective features.Key wordsPseudo random sequence; m sequence; relationship; MATLAB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。

序列伪随机码产生及应用仿真matlab一、概述随机序列是一种具有随机性质的数字序列，可用于信息传输、通信系统、密码学、雷达等领域。

伪随机序列是一种经过数学算法产生的序列，其具有类似与随机序列的统计特性，但实际上是确定性的。

在通信系统中，伪随机序列广泛应用于码分多址技术、扩频通信、混沌通信等领域。

本文将介绍伪随机码的产生原理，并使用matlab进行仿真实现，以加深对该技术的理解。

二、伪随机码的产生原理伪随机码的产生主要包括线性反馈移位寄存器（LFSR）、加法（XOR）运算和乘法（AND）运算等步骤。

下面以LFSR为例，介绍伪随机码的产生原理。

1. LFSR原理LFSR是一种利用移位寄存器和反馈逻辑电路构成的伪随机码产生器。

在LFSR中，存在一个移位寄存器和一个反馈逻辑电路。

移位寄存器中存储了若干比特的信息，经过时钟信号的控制完成信息的移位操作。

而反馈逻辑电路则根据寄存器中的信息产生反馈信号，从而实现伪随机序列的产生。

2. 伪随机码的产生过程（1）初始化LFSR。

将移位寄存器中的初始状态设置为一个非零的值。

（2）循环移位寄存器。

根据时钟信号的控制，移位寄存器中的信息进行移位操作。

（3）根据反馈逻辑电路的输出，生成伪随机序列。

通过反馈逻辑电路生成的反馈信号，即为伪随机序列的一部分。

三、matlab仿真实现matlab是一种功能强大的科学计算软件，具有丰富的绘图和仿真功能。

下面将使用matlab进行伪随机码的产生和仿真实现。

1. 产生伪随机码在matlab中，可以使用shiftregister函数实现LFSR的移位寄存器功能。

结合matlab的位运算功能，可以方便地实现伪随机码的产生。

以下是一个简单的matlab代码示例：```matlab定义LFSR的初始状态state = [1 0 1 0 1];定义LFSR的反馈多项式polynomial = [5 2];产生伪随机码for i = 1:10获取LFSR的输出output = state(end);计算新的状态new_state = mod(sum(state(polynomial)), 2);更新状态state = [new_state, state(1:end-1)];显示输出disp(output);end```上述代码中，通过定义LFSR的初始状态和反馈多项式，使用循环产生了10个伪随机码的输出。