基于Matlab的m序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、軟件工程實(shí)踐報(bào)告 題名稱目： 基于matlab的m序列發(fā)生器的設(shè)計(jì) 姓 名：專 業(yè)：班級(jí)學(xué)號(hào)： 摘要偽隨機(jī)信號(hào)既有隨機(jī)信號(hào)所具有的優(yōu)良的相關(guān)性,又有隨機(jī)信號(hào)所不具備的規(guī)律性. 因此,偽隨機(jī)信號(hào)既易于從干擾信號(hào)中被識(shí)別和分離出來,又可以方便地產(chǎn)生和重復(fù),其相關(guān)函數(shù)接近白噪聲的相關(guān)函數(shù), 有隨機(jī)噪聲的優(yōu)點(diǎn),又避免了隨機(jī)噪聲的缺點(diǎn). m序列是偽隨機(jī)序列中最重要的序列中的一種 偽隨機(jī)序列具有可確定性、可重復(fù)性,易于實(shí)現(xiàn)相關(guān)接受或匹配接受,故有很好的抗干擾性能. 因此偽隨機(jī)序列在相關(guān)辯識(shí)、偽碼測(cè)距、導(dǎo)航、遙控遙測(cè)、擴(kuò)頻通信、多址通信、分離多徑、誤碼測(cè)試、線形系統(tǒng)測(cè)量、數(shù)據(jù)加擾、信號(hào)同步等方面均有廣泛的應(yīng)

2、用. m 序列是一類重要的偽隨機(jī)序列,最早應(yīng)用于擴(kuò)頻通信. 可以通過移位寄存器,利用matlab編程產(chǎn)生m序列。關(guān)鍵詞: 偽隨機(jī)序 m 序列 移位寄存器 仿真目錄第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1第二章 m序列設(shè)計(jì)方案選擇2.1 方案一22.2 方案二2第三章 m序列產(chǎn)生和性質(zhì) 3.1 m 序列的原理、結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生4 3.2 m序列的基本性質(zhì)5第四章 m序列的程序代碼及運(yùn)行結(jié)果4.1 m序列程序6 4.2 輸入本原多項(xiàng)式產(chǎn)生m序列6第五章 程序調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果分析8結(jié)論9參考文獻(xiàn)10第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求基于matlab的m序列發(fā)生器的設(shè)計(jì) (1) 了解m序列的基本特性（游程特性） (2) 了解移位寄存器序

3、列(3) 利用移位寄存器方法在matlab中生成m序列第二章 m序列設(shè)計(jì)方案選擇2.1 方案一編程實(shí)現(xiàn)m 序列matlab編程非常簡(jiǎn)單，無需進(jìn)行變量聲明，可以很方便的實(shí)現(xiàn)m序列。2.2 方案二圖2.2 simulink 實(shí)現(xiàn)m 序列simulink 實(shí)現(xiàn)m 序列 (如圖2.2所示) simulink是matlab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

4、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，缺乏通用性，因此本次課程設(shè)計(jì)選擇方案一.第三章 m序列產(chǎn)生和性質(zhì)3.1 m 序列的原理、結(jié)構(gòu)及產(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

5、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

6、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qp.滿足上述條件的多項(xiàng)式稱為本原多項(xiàng)式.這樣產(chǎn)生m序列的充要條件就變成了如何尋找本原多項(xiàng)式.3.2 m序列的基本性質(zhì)1) 均衡性. 在m 序列中一個(gè)周期內(nèi)“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目多l(xiāng) 位,這表明,序列平均值很小.2) m 序列和其移位后的序列逐位模2 相加,所得的序列還是m 序列,只是相移不同而已. 例如1110100與向右移3 位后的序列1001110逐位模2相加后的序列為0111010 ,相當(dāng)于原序列向右移1位后的序列

7、,仍是m 序列.3) m 序列發(fā)生器中移位寄存器的各種狀態(tài),除全0 狀態(tài)外,其他狀態(tài)只在m 序列中出現(xiàn)1 次.如7 位m 序列中順序出現(xiàn)的狀態(tài)為111 ,110 ,101 ,010 ,100 ,001 和011 ,然后再回到初始狀態(tài)111.4) m 序列發(fā)生器中,并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生m 序列. 理論分析指出,產(chǎn)生的m 序列數(shù)由下式?jīng)Q定:(2 n - 1) / n其中( x) 為歐拉數(shù)(即包括1 在內(nèi)的小于x 并與它互質(zhì)的正整數(shù)的個(gè)數(shù)) . 例如5 級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的31 位m 序列只有6 個(gè).5) m 序列具有良好的自相關(guān)特性,其自相關(guān)系數(shù):從m 序列的自相關(guān)系數(shù)可以看出,m 序列是一個(gè)

8、狹義偽隨機(jī)碼.ra-ntc ntc 0圖3.7 m序列信號(hào)的自相關(guān)函數(shù) -(n+1)tc -(n-1)tc -tc tc (n-1)tc (n+1)tc 第四章 m序列的程序代碼及運(yùn)行結(jié)果4.1 m序列程序根據(jù)m 序列的特征方程:并根據(jù)其聯(lián)接多項(xiàng)式編寫matlab 程序. 輸入?yún)?shù)為由本原多項(xiàng)式所決定的反饋連接形式,其中用于產(chǎn)生m 序列的程序代碼如下：function mseq=mseries(coefficients)len=length(coefficients); %所需的移位寄存器的長(zhǎng)度l=2len-1; registers=zeros(1,len-1),1;%初始寄存器內(nèi)容mseq(

9、1)=registers(1); %m序列的第一個(gè)輸出碼元for i=2:lnewregisters(1:len-1)=registers(2:len);newregisters(len)=mod(sum(coefficients.*registers),2);registers=newregisters;mseq(i)=registers(1);end將以上代碼命名為mseries.m4.2 輸入本原多項(xiàng)式產(chǎn)生m序列以5 階移位寄存器為例來產(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序列程序代碼為：coefficients=

10、0 0 1 0 1;mseq=mseries(coefficients);stairs(mseq);保存為m_run.m在matlab的command window里運(yùn)行 m_run，得到圖4.1所示 圖4.1 運(yùn)行結(jié)果第五章 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。結(jié)論課程設(shè)計(jì)是一個(gè)十分有價(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)