基于Matlab的m序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、引言偽隨機(jī)噪聲具有類似于隨機(jī)噪聲的某些統(tǒng)計(jì)特性，同時(shí)又能夠重復(fù)產(chǎn)生。由于它具有隨機(jī)噪聲的優(yōu)點(diǎn)，又避免了隨機(jī)噪聲的缺點(diǎn)，因此獲得了日益廣泛的實(shí)際實(shí)用。這種周期性數(shù)字序列稱為隨機(jī)序列，有時(shí)又稱為隨機(jī)信號(hào)和偽隨機(jī)碼。m序列是偽隨機(jī)序列中最重要的序列中的一種，它不但具有易于產(chǎn)生的特點(diǎn)，還具有良好的自相關(guān)特性，在擴(kuò)頻通信中得到了廣泛的應(yīng)用。 1. m序列設(shè)計(jì)方案選擇1.1 方案一編程實(shí)現(xiàn)m 序列：MATLAB編程非常簡(jiǎn)單，無(wú)需進(jìn)行變量聲明，可以很方便的實(shí)現(xiàn)m序列。1.2方案二圖1.1 Simulink 實(shí)現(xiàn)m 序列Simulink 實(shí)現(xiàn)m 序列 (如圖1.1所示) 。 Simulink是MATLAB最重

2、要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。 通過比較方案一和方案二，發(fā)現(xiàn)方案一的優(yōu)點(diǎn)具有通用性，其中mserises.m相當(dāng)于一個(gè)通項(xiàng)，根據(jù)具體的本原多項(xiàng)式調(diào)用它即可，而方案二利用MATLAB的simulink直接搭建模塊，在移位寄存器較少時(shí)利用此方法極為簡(jiǎn)單，可是當(dāng)移位寄存器的數(shù)量增多時(shí)，要搭建那么多的模塊就顯得很繁瑣，

3、缺乏通用性。2.Simulink工具介紹2.1 Simulink簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB軟件最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用與控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。2.2 Simulink的功能和特點(diǎn)Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MAT

4、LAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口（GUI），這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、

5、視頻處理和圖像處理等系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB 緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。Simulink的特點(diǎn)：豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù) 。交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀的模塊圖 。以設(shè)計(jì)功能的層次性來(lái)分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理 。通過Model Explorer

6、導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性，生成模型代碼。 提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 。使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法 。使用定步長(zhǎng)或變步長(zhǎng)運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來(lái)決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來(lái)運(yùn)行模型 。圖形化的調(diào)試器和剖析器來(lái)檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為 ?？稍L問MATLAB從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù) 。3. m序列產(chǎn)生和性質(zhì)3.1 m 序列的原理、結(jié)構(gòu)及

7、產(chǎn)生m 序列是最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱，m 序列是由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的.由n級(jí)串聯(lián)的移位寄存器和和反饋邏輯線路可組成動(dòng)態(tài)移位寄存器，如果反饋邏輯線路只由模2和構(gòu)成，則稱為線性反饋移位寄存器。帶線性反饋邏輯的移位寄存器設(shè)定初始狀態(tài)后，在時(shí)鐘觸發(fā)下，每次移位后各級(jí)寄存器會(huì)發(fā)生變化。其中任何一級(jí)寄存器的輸出，隨著時(shí)鐘節(jié)拍的推移都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)序列，該序列稱為移位寄存器序列。n級(jí)線性移位寄存器的如圖3.1所示：輸出 圖3.1 n級(jí)線性移位寄存器圖中表示反饋線的兩種可能連接方式，=1表示連線接通，第n-i級(jí)輸出加入反饋中；=0表示連接線斷開，第n-i級(jí)輸出未參加反饋。因此，一般形式的線性反

8、饋邏輯表達(dá)式為將等式左面的移至右面，并將代入上式，則上式可改寫為定義一個(gè)與上式相對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式,其中x的冪次表示元素的相應(yīng)位置。式稱為線性反饋移位寄存器的特征多項(xiàng)式，特征多項(xiàng)式與輸出序列的周期有密切關(guān)系.當(dāng)F(x)滿足下列三個(gè)條件時(shí)，就一定能產(chǎn)生m序列：(1) F(x)是不可約的，即不能再分解多項(xiàng)式；(2) F(x)可整除,這里;(3) F(x)不能整除，這里q Untitledm = 5圖4.1 m序列的輸出4.2 Simulink實(shí)現(xiàn)m序列在Simulink中建模如圖4.2所示。圖4.2 m序列的仿真框圖運(yùn)行圖4.2中的模型文件，所得結(jié)果如圖4.3所示。圖4.3 m序列的輸出4.3 輸入本原

9、多項(xiàng)式產(chǎn)生m序列以5 階移位寄存器為例來(lái)產(chǎn)生m 序列，由文獻(xiàn)可知其特征多項(xiàng)式為本原多項(xiàng)式，亦及其反饋連接形式為 =0 0 1 0 1;移位寄存器結(jié)構(gòu)為m序列圖4.4 移位寄存器結(jié)構(gòu)利用Matlab編程環(huán)境求m序列的自相關(guān)特性程序：cleara=1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0;b=0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1;L=length(b); N=120;x=1:N;for k=1:Nc=xor(a,b);D=sum(c

10、);A=L-D;R(k)=(A-D)/(A+D);b=b(L),b(1:L-1);plot(k,R(k);hold onendplot(x,R);grid運(yùn)行結(jié)果見圖4.5。 圖4.5 5級(jí)線性反饋移位寄存器產(chǎn)生m序列的相關(guān)特性5. 程序調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果分析通過運(yùn)行結(jié)果可以看出是由0、1組成的階梯形圖形，Stairs函數(shù)功能是畫階梯形，生成一系列的m序列，成功實(shí)現(xiàn)了要求。在調(diào)試過程中遇到一些錯(cuò)誤，例如：?Subscript indices must either be real positive integers or logicals.經(jīng)過認(rèn)真分析，解決了錯(cuò)誤。6. 心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)十分

11、有價(jià)值，有意義的實(shí)踐活動(dòng)，把一個(gè)課題設(shè)計(jì)好不是一步到位的，是經(jīng)過反復(fù)修改，不斷調(diào)試的過程，其間有困難也有樂趣，使人對(duì)工程實(shí)踐有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。本次課程設(shè)計(jì)完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，利用軟件實(shí)現(xiàn)m序列的生成，通過這次實(shí)踐不但加深了對(duì)m序列的了解，而且對(duì)MATLAB編程有了很好的掌握，在不斷的程序調(diào)錯(cuò)中提高了自己尋錯(cuò)的能力。m序列可以軟件實(shí)現(xiàn)，也可以硬件實(shí)現(xiàn)，但是通過本次設(shè)計(jì)可以看到軟件設(shè)計(jì)的許多優(yōu)點(diǎn)。在課程設(shè)計(jì)的過程中，查詢了大量的資料，通過相關(guān)資料的查閱，還掌握了通信領(lǐng)域的有關(guān)知識(shí)，擴(kuò)大了知識(shí)面。致謝 此次課程設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師井敏英老師的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在每次設(shè)計(jì)遇到問題時(shí)老師不辭辛苦的講解才使得

12、我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過程中，井老師花費(fèi)了很多寶貴的時(shí)間和精力，在此向我的導(dǎo)師表示衷心地感謝！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！還要感謝同組同學(xué)，是你們?cè)谖移綍r(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。參考文獻(xiàn)1李賀冰,袁杰萍,孔俊霞.Simulink通信仿真教程M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005,P53-55.2翁劍楓,葉志前. MATLAB LabVIEW SystemView仿真分析基礎(chǔ)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003,P32-34.3查光明,熊賢祚.擴(kuò)頻通信M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002,P87-88.4曾興雯,劉乃安,孫獻(xiàn)璞.擴(kuò)展頻譜通信及其多址技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2004,P38