【正文】 kasami序列加瑞利信道擴頻系統(tǒng)仿真 .................27 kasami序列加瑞利信道擴頻系統(tǒng)仿真 .................28 Kasami序列擴頻系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置 .....................28 II 三種信道下運行結(jié)果顯示 ...........................28 4 結(jié)束語 ......................................................... 32 致 謝 ............................................................. 33 參考文獻 ......................................................... 34 附錄 科技文獻 .................................................... 35 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 1頁共 52頁 引言 一個序列一方面它可以預先確定 并 可以重復地生產(chǎn)和復制 ，另一 方面它又具有某 種隨機序列的統(tǒng)計特性，便稱這種序列為偽隨機序列。 偽隨機序列在現(xiàn)代工程中有極為廣泛的應(yīng)用。所以，對它的研究吸引著許多的工程技術(shù)工作者。 選題的目的及研究意義 偽隨機序列是工程上為替代隨機序列而誕生的，關(guān)于它的理論最早是概率論研究的 領(lǐng)域 。一個獨立的二進制隨機序列在概率論中叫做貝努力序列，工程上也稱作 “ 投幣 ” 序列， “0” 和 “1” 分別代表投幣試驗中硬幣的正反面的結(jié)果。在工程應(yīng)用中，這種簡單化的隨機序列也是很難產(chǎn)生和存儲的。因而，迫切的需要找到一種可以近似代替隨機序列來滿足工程上的需求，這就是偽隨機序列。 偽隨機序列 具有良好的隨機性和接近于白噪聲的相關(guān)函數(shù)，并且有預先的可確定性和可重復性。這些特性使得偽隨機序列得到了廣泛的應(yīng)用。移動通信由于具有時實性、機動性、具有不受時空限制等特點，己經(jīng)成為一種深受人們歡迎的通信方式，并融入了現(xiàn)代生活當中。自美國Qualm 公司提出在蜂窩移動通信系統(tǒng)中應(yīng)用碼分多址 (Code Division Multiple Access，簡稱CDMA)技術(shù)的系統(tǒng)實現(xiàn)方案至今， CDMA 通信系統(tǒng)相對于其它無線通信系統(tǒng)在客戶容量和高質(zhì)量的優(yōu)勢越來越顯現(xiàn)出來。在短短的二、三十年中，移動通信系統(tǒng)已從第一代 的模擬蜂窩系統(tǒng)發(fā)展到第二代全球數(shù)字移動電話蜂窩系統(tǒng) (2G)，目前己經(jīng)開始向第三代寬帶多媒體蜂窩系統(tǒng) (3G)發(fā)展，并且處于第二代和第三代之間的 已經(jīng)趨于成熟。雖然第二代移動通信系統(tǒng)中， GSM 系統(tǒng)仍占有很大的市場份額。但是，因為具有偽隨機編碼調(diào)制和信號相關(guān)處理兩大特點而使 CDMA 通信方式具有抗干擾、抗噪音、抗多徑衰落、能在低功率譜密度下工作、有保密性、可多址復用和任意選址、可高精度測量等優(yōu)點，使 CDMA 技術(shù)成為第三代移動通信和個人通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，以擴頻理論為基礎(chǔ)的 CDMA 技術(shù)已成為當前移動通信領(lǐng)域的研 究熱點。在 CDMA 系統(tǒng)的眾多用戶都工作在同一時間同一頻段內(nèi)，系統(tǒng)給各個用戶分配一個唯一的擴頻碼來進行頻譜的擴展，在發(fā)送和接收時，系統(tǒng)更是利用各地址碼之間的互相關(guān)特性值來區(qū)分不同的用戶。因此，擴頻碼的特性直接影響到 CDMA 系統(tǒng)的捕獲同步性能、抗干擾性能和多址能力。從理論上說，獨立、均勻分布的隨機序列是擴頻碼的理想模型，然而它由于不易產(chǎn)生、無法時實分發(fā)等缺陷而被認為難以在實際的 CDMA 系統(tǒng)中應(yīng)用 [2]。CDMA 自其理論提出到投入商業(yè)營運、直至稱為第三代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，一直是通信領(lǐng)域的關(guān)注熱點。作為 CDMA 的基礎(chǔ)技術(shù)之一的 PN 碼的選擇和產(chǎn)生也是倍受業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的，如何找到易生成且相關(guān)特性好的 PN 碼成為研究人員追求的目標之一。為此，人們設(shè)計了各種確定性的偽隨機序列來代替隨機序列作為擴頻碼。 迄今為止，世界各國的學者在偽隨機序列的設(shè)計與選擇方面己做了大量的工作，例如，由 m 序列優(yōu)選對生成的 Gold 序列己被用作第三代移動通信系統(tǒng)中 WCDMA 的擴頻碼；以及通過對 m 序列添加一個全“ 0”狀態(tài)得到的 M 序列和 m 序列也已被用作第三代移動通信系統(tǒng)中 CDMA20xx 的擴頻碼。m 序列、 Gold 序列等線性序列多由線性移位寄存器所產(chǎn)生， 有易于實現(xiàn)、具備較好的相關(guān)特性等優(yōu)點。實際應(yīng)用 CDMA 通信系統(tǒng)采用復合擴頻技術(shù)，即用正交碼 (Walsh 函數(shù)序列， OVSF 碼族 )作為信道化碼來區(qū)分小區(qū)、用 Gold 序列或 M 序列作為擾碼來區(qū)分用戶。 偽隨機序列碼的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域 移動通信作為擴頻通信的一種，以其 時實性、機動性、具有不受時空限制等特點，成為一種深受人們 喜愛 的通信方式，并 且 融入了現(xiàn)代生活中 ，成為現(xiàn)代社會不可缺少的通信技術(shù) 。 自移動通信技術(shù)誕生以來 ，移動通信系統(tǒng)已從第一代的模擬蜂窩系統(tǒng)發(fā)展到了第二代全球數(shù)字移動電話蜂窩系統(tǒng)，目前正 在向第三代寬帶多媒體蜂窩系統(tǒng)發(fā)展。碼分多址（ Code Division Multiple Access，簡稱 CDMA）是第三代移動通信系統(tǒng)中的一項主要技術(shù)。 CDMA 系統(tǒng)中的眾多用戶都工作在同一時間同一頻段內(nèi)，系統(tǒng)給各個用戶分配 不同 的擴頻碼來進行頻譜的擴展，在發(fā)送和接收時，系統(tǒng)更是利用各個擴頻碼之間低的互相關(guān) 系數(shù) 來區(qū)分不同的用戶。因此， CDMA 系統(tǒng)中起擴展頻譜作用的擴頻碼的性能好壞直接影響到系統(tǒng)性能的好壞。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 2頁共 52頁 在通信加密中的應(yīng)用： m 序列自相關(guān)性較好，容易產(chǎn)生和復制，而且具有偽隨機性，利用 m 序列加密數(shù)字信號使加密 后的信號在攜帶原始信息的同時具有偽噪聲的特點，以達到在信號傳輸?shù)倪^程中隱藏信息的目的；在信號接收端，再次利用 m 序列加以解密，恢復出原始信號。 在雷達信號設(shè)計中的應(yīng)用：近年興起的擴展頻譜雷達所采用的信號是已調(diào)制的具有類似噪聲性質(zhì)的偽隨機序列，它具有很高的距離分辨力和速度分辨力。這種雷達的接收機采用相關(guān)解調(diào)的方式工作，能夠在低信噪比的條件下工作，同時具有很強的抗干擾能力。該型雷達實質(zhì)上是一種連續(xù)波雷達，具有低截獲概率性，是一種體制新、性能高、適應(yīng)現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭需要的雷達。采用偽隨機序列作為發(fā)射信號的雷達系統(tǒng)具有 許多突出的優(yōu)點。首先，它是一種連續(xù)波雷達，可以較好地利用發(fā)射機的功率。其次，它在一定的信噪比時，能夠達到很好的測量精度，保證測量的單值性，比單脈沖雷達具有更高的距離分辨力和速度分辨力。最后，它具有較強的抗干擾能力，敵方要干擾這種寬帶雷達信號，將比干擾普通的雷達信號困難得多 [1]。 在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用：偽隨機序列是一種貌似隨機，實際上是有規(guī)律的周期性二進制序列，具有類似噪聲序列的性質(zhì)，在 CDMA 中，地址碼都是從偽隨機序列中選取的，在 CDMA 中使用一種最易實現(xiàn)的偽隨機序列： m 序列，利用 m 序列不同相位來區(qū)分不同用 戶；為了數(shù)據(jù)安全，在 CDMA 的尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道中使用了數(shù)據(jù)掩碼（即數(shù)據(jù)擾亂）技術(shù)，其方法是用長度為 2 的 42 次方減1 的 m 序列用于對業(yè)務(wù)信道進行擾碼（注意不是擴頻），它在分組交織器輸出的調(diào)制字符上進行，通過交織器輸出字符與長碼 PN 碼片的二進制模工相加而完成。 偽隨機序列還在密碼學中占據(jù)重要地位，設(shè)計具有良好隨機性的偽隨機序列一直是密碼學研究的中心。不同的應(yīng)用背景下對偽隨機序列的要求也是不同的，通常在測距、導航和一般通信系統(tǒng)中應(yīng)用時重點考慮的是它的自相關(guān)性質(zhì)，而在保密通信系統(tǒng)和密碼學上則需要重點考察它的線性 復雜度及變化情況。因此，偽隨機序列的構(gòu)造就有兩個目標：一是構(gòu)造二值自相關(guān)、三值自相關(guān)或具有低自相關(guān)值的序列；另一個是構(gòu)造具有高線性復雜度的序列。 論文內(nèi)容概述 偽隨機序列種類很多，本課題主要討論 m 序列、 Gold 序列和 Kasami 序列。本次畢業(yè)設(shè)計運用matlab 仿真軟件搭建采用三種不同的偽隨機序列碼進行擴頻的直接序列擴頻 。結(jié)合三種不同信道環(huán)境對比三種不同的偽隨機序列碼進行擴頻的直接序列擴頻系統(tǒng)的頻譜特點與誤碼率情況，并對仿真結(jié)果進行分析。歸納起來說主要內(nèi)容如下： 第一章主要介紹研究思路，介紹這次畢業(yè)設(shè)計的研 究目標、方案設(shè)計、軟件介紹（本次畢業(yè)設(shè)計的實現(xiàn)平臺及其它的簡介）。 第二章前半部分主要對擴頻通信的直擴系統(tǒng)進行介紹。通過對直擴系統(tǒng)的分析說明，更加明確偽隨機序列的應(yīng)用及在應(yīng)用中所扮演的角色，對了解研究本課題的意義有了更深刻的認識。后半部分對三種不同偽隨機序列碼進行理論介紹。通過這些理論知識的說明，來幫助我們更好的了解偽隨機序列并完成偽隨機序列的設(shè)計。 第三章用 MATLAB 對偽隨機序列發(fā)生器進行建模設(shè)計并仿真，搭建擴頻系統(tǒng)得到三種不同偽隨機序列在三種不同信道下的頻譜圖和誤碼率，把仿真的結(jié)果和理論值相比較，得到 圖像和數(shù)據(jù)后，對幾種偽隨機序列的抗噪性能進行比較和評價。 第四章結(jié)束語，本次設(shè)計 以 三種在擴頻通信系統(tǒng)中常用的偽隨機序列 為研究背景，通過對現(xiàn)有各種相關(guān)技術(shù)和系統(tǒng) 的 深入研究， 在 MATLAB 環(huán)境下對 m 序列， Gold 序列， Kasami 序列三種偽隨機序列進行了仿真測試，通過三種不同信道環(huán)境對比三種不同的偽隨機序列碼進行擴頻的直接序列擴頻系統(tǒng)的頻譜特點與誤碼率情況，得出 Gold 序列在擴頻系統(tǒng)中的抗噪性能最好，高斯信道相對瑞利信道和萊斯信道對偽隨機碼的影響最小。 1 研究思路 研究目標 (1)設(shè)計一個具體的直 接序列擴頻系統(tǒng)； 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 3頁共 52頁 (2)該系統(tǒng)針對三種偽隨機碼在擴頻系統(tǒng)中進行調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真； (3)該系統(tǒng)在上步基礎(chǔ)上通過三種信道情況下的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真； (4)觀測調(diào)制解調(diào)過程中觀察各個環(huán)節(jié)的波形； (5)對仿真結(jié)果的頻譜特點與誤碼率情況進行分析。 方案設(shè)計 基于 FPGA 的方案設(shè)計 FPGA 采用層次化設(shè)計 ,合理劃分各個模塊優(yōu)點是使用不同的輸人方式（原理圖 ,狀態(tài)圖 ,HDL） ,可以充分發(fā)揮各自特色使設(shè)計具有可讀性與易于獨立調(diào)試特點使設(shè)計具有可重用性。另外 ,FPGA 采用自上而下的系統(tǒng)設(shè)計方法。傳統(tǒng)的設(shè) 計思路是自下而上 ,即設(shè)計者首先將各種基本單元 ,如各種門電路以及加法器、計數(shù)器等模塊做成基本單元庫 ,然后在設(shè)計時調(diào)用這些基本單元 ,逐級向上組合 ,直到形成系統(tǒng)為止?；?EDA 技術(shù)的自上而下的設(shè)計方法正好相反 ,它首先在系統(tǒng)級對系統(tǒng)進行設(shè)計 ,并進行功能模塊的劃分與定義 ,然后在功能級對各個模塊進行描述 ,并進行仿真 ,以預測設(shè)計的正確性。為了提高系統(tǒng)的工作速度 ,可以采用基于流水線的設(shè)計方法。所謂流水線設(shè)計實際上是把規(guī)模較大、層次較多的邏輯電路分為幾個級 ,在每一級插人寄存器組且暫存中間數(shù)據(jù)。很顯然 ,流水線設(shè)計在提高系統(tǒng)處理 速度的同時也多耗了器件資源 , 但是 , 大多數(shù) FPGA 中的邏輯單元都比較豐富因此便于實現(xiàn)流水線設(shè)計 設(shè)計首先從系統(tǒng)設(shè)計入手，在頂層進行功能方框的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計，在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)進行描述，在系統(tǒng)一級進行驗證。然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路的網(wǎng)表，其對應(yīng)的物理實現(xiàn)級可以是印刷電路或?qū)Ｓ眉呻娐?。由于設(shè)計的主要仿真和調(diào)試過程是在高層次上完成的。 （ 1）按照“自頂向下”的設(shè)計方法進行系統(tǒng)劃分。 （ 2）輸入 VHDL 代碼 （ 3）將以上的設(shè)計輸入編譯成標準的 VHDL 文件，然后將文 件調(diào)入 VHDL 仿真軟件進行功能仿真，檢查邏輯功能是否正確。 （ 4）利用綜合器對源代碼進行綜合優(yōu)化處理，生成門級描述的網(wǎng)表文件，即將源文件調(diào)入邏輯綜合軟件進行邏輯分析處理。 （ 5）如果整個設(shè)計超出器件的宏單元或 I/O 單元資源，可以將該計劃分到多片同系列的器件中。利用適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對某一具體的目標器件進行邏輯映射操作，包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化和布局布線。適配完成后，產(chǎn)生多項設(shè)計結(jié)果。根據(jù)適配后的仿真模型，可以進行適配后的時序仿真。 （ 6）將適配器產(chǎn)生的器件編成文件通過編程器載入到目標芯片 FPGA 中。 基于 DSP 的方案設(shè)計 首先 ,用 DSP程序生成一組特定長度為 M的數(shù)然后放入內(nèi)存中 ,這里的 M可以等于 2n也可以是任意值 。 也可以事先在外部文件中寫好需要輸出的一組數(shù)然后導入 DSP的內(nèi)存中 。 根據(jù)不同的應(yīng)用場合 ,放入內(nèi)存的這組數(shù)可以是 0～ M1,也可以是沒有任何規(guī)律排列的任意 M個數(shù) 。 其次 ,根據(jù)要求給種子 、 乘數(shù) 、 加數(shù)和模數(shù)賦值 ,調(diào)用求余子程序根據(jù)線性同余算法公式進行運算 ,得到一個余數(shù) 。 用得到的余數(shù)作為偏移地址 ,加上已放入內(nèi)存中序列的首地址也就是基地值 ,就得到了一個訪問地址 。 因為剛才的求余操作是 對 M進行 ,得到的余數(shù)即偏移地址一定 M,所以按照得到的訪問地址進行尋址 ,得到的數(shù)一定是內(nèi)存中長度為 M的已存序列中的某個數(shù) ,將這個數(shù)輸出 。 再次 ,把上一步已輸出數(shù)后面的每個數(shù)都向前存放一個地址 ,這樣內(nèi)存中的序列首地址不變 ,序列長度減 1。 把模數(shù) M也減 1,以對應(yīng)新的序列長度 。 再調(diào)用求余子程序 ,根據(jù)線性同余算法公式進行運算 ,得到又一個余數(shù) 。 然后同樣會得到一個新訪問地址 ,同樣能輸出內(nèi)存中長度為 M1的序列中的某個數(shù) ,將其輸出 。 隨后 ,把上一步已輸出數(shù)后面的每個數(shù)再都向前存放一個地址 ,這樣內(nèi)存中的序列首地址還不