【正文】 kasami序列加瑞利信道擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 .................27 kasami序列加瑞利信道擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 .................28 Kasami序列擴(kuò)頻系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置 .....................28 II 三種信道下運(yùn)行結(jié)果顯示 ...........................28 4 結(jié)束語(yǔ) ......................................................... 32 致 謝 ............................................................. 33 參考文獻(xiàn) ......................................................... 34 附錄 科技文獻(xiàn) .................................................... 35 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1頁(yè)共 52頁(yè) 引言 一個(gè)序列一方面它可以預(yù)先確定 并 可以重復(fù)地生產(chǎn)和復(fù)制 ，另一 方面它又具有某 種隨機(jī)序列的統(tǒng)計(jì)特性，便稱(chēng)這種序列為偽隨機(jī)序列。 偽隨機(jī)序列在現(xiàn)代工程中有極為廣泛的應(yīng)用。所以，對(duì)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(jī)序列是工程上為替代隨機(jī)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(gè)獨(dú)立的二進(jìn)制隨機(jī)序列在概率論中叫做貝努力序列，工程上也稱(chēng)作 “ 投幣 ” 序列， “0” 和 “1” 分別代表投幣試驗(yàn)中硬幣的正反面的結(jié)果。在工程應(yīng)用中，這種簡(jiǎn)單化的隨機(jī)序列也是很難產(chǎn)生和存儲(chǔ)的。因而，迫切的需要找到一種可以近似代替隨機(jī)序列來(lái)滿(mǎn)足工程上的需求，這就是偽隨機(jī)序列。 偽隨機(jī)序列 具有良好的隨機(jī)性和接近于白噪聲的相關(guān)函數(shù)，并且有預(yù)先的可確定性和可重復(fù)性。這些特性使得偽隨機(jī)序列得到了廣泛的應(yīng)用。移動(dòng)通信由于具有時(shí)實(shí)性、機(jī)動(dòng)性、具有不受時(shí)空限制等特點(diǎn)，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(dāng)中。自美國(guó)Qualm 公司提出在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用碼分多址 (Code Division Multiple Access，簡(jiǎn)稱(chēng)CDMA)技術(shù)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案至今， CDMA 通信系統(tǒng)相對(duì)于其它無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)在客戶(hù)容量和高質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越顯現(xiàn)出來(lái)。在短短的二、三十年中，移動(dòng)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(dòng)電話(huà)蜂窩系統(tǒng) (2G)，目前己經(jīng)開(kāi)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(dòng)通信系統(tǒng)中， GSM 系統(tǒng)仍占有很大的市場(chǎng)份額。但是，因?yàn)榫哂袀坞S機(jī)編碼調(diào)制和信號(hào)相關(guān)處理兩大特點(diǎn)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(fù)用和任意選址、可高精度測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，使 CDMA 技術(shù)成為第三代移動(dòng)通信和個(gè)人通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，以擴(kuò)頻理論為基礎(chǔ)的 CDMA 技術(shù)已成為當(dāng)前移動(dòng)通信領(lǐng)域的研 究熱點(diǎn)。在 CDMA 系統(tǒng)的眾多用戶(hù)都工作在同一時(shí)間同一頻段內(nèi)，系統(tǒng)給各個(gè)用戶(hù)分配一個(gè)唯一的擴(kuò)頻碼來(lái)進(jìn)行頻譜的擴(kuò)展，在發(fā)送和接收時(shí)，系統(tǒng)更是利用各地址碼之間的互相關(guān)特性值來(lái)區(qū)分不同的用戶(hù)。因此，擴(kuò)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(shuō)，獨(dú)立、均勻分布的隨機(jī)序列是擴(kuò)頻碼的理想模型，然而它由于不易產(chǎn)生、無(wú)法時(shí)實(shí)分發(fā)等缺陷而被認(rèn)為難以在實(shí)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(yíng)運(yùn)、直至稱(chēng)為第三代移動(dòng)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(diǎn)。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(biāo)之一。為此，人們?cè)O(shè)計(jì)了各種確定性的偽隨機(jī)序列來(lái)代替隨機(jī)序列作為擴(kuò)頻碼。 迄今為止，世界各國(guó)的學(xué)者在偽隨機(jī)序列的設(shè)計(jì)與選擇方面己做了大量的工作，例如，由 m 序列優(yōu)選對(duì)生成的 Gold 序列己被用作第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中 WCDMA 的擴(kuò)頻碼；以及通過(guò)對(duì) m 序列添加一個(gè)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(dòng)通信系統(tǒng)中 CDMA20xx 的擴(kuò)頻碼。m 序列、 Gold 序列等線(xiàn)性序列多由線(xiàn)性移位寄存器所產(chǎn)生， 有易于實(shí)現(xiàn)、具備較好的相關(guān)特性等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用 CDMA 通信系統(tǒng)采用復(fù)合擴(kuò)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(lái)區(qū)分小區(qū)、用 Gold 序列或 M 序列作為擾碼來(lái)區(qū)分用戶(hù)。 偽隨機(jī)序列碼的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域 移動(dòng)通信作為擴(kuò)頻通信的一種，以其 時(shí)實(shí)性、機(jī)動(dòng)性、具有不受時(shí)空限制等特點(diǎn)，成為一種深受人們 喜愛(ài) 的通信方式，并 且 融入了現(xiàn)代生活中 ，成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的通信技術(shù) 。 自移動(dòng)通信技術(shù)誕生以來(lái) ，移動(dòng)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(dòng)電話(huà)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(jiǎn)稱(chēng) CDMA）是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)主要技術(shù)。 CDMA 系統(tǒng)中的眾多用戶(hù)都工作在同一時(shí)間同一頻段內(nèi)，系統(tǒng)給各個(gè)用戶(hù)分配 不同 的擴(kuò)頻碼來(lái)進(jìn)行頻譜的擴(kuò)展，在發(fā)送和接收時(shí)，系統(tǒng)更是利用各個(gè)擴(kuò)頻碼之間低的互相關(guān) 系數(shù) 來(lái)區(qū)分不同的用戶(hù)。因此， CDMA 系統(tǒng)中起擴(kuò)展頻譜作用的擴(kuò)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2頁(yè)共 52頁(yè) 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(fù)制，而且具有偽隨機(jī)性，利用 m 序列加密數(shù)字信號(hào)使加密 后的信號(hào)在攜帶原始信息的同時(shí)具有偽噪聲的特點(diǎn)，以達(dá)到在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中隱藏信息的目的；在信號(hào)接收端，再次利用 m 序列加以解密，恢復(fù)出原始信號(hào)。 在雷達(dá)信號(hào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：近年興起的擴(kuò)展頻譜雷達(dá)所采用的信號(hào)是已調(diào)制的具有類(lèi)似噪聲性質(zhì)的偽隨機(jī)序列，它具有很高的距離分辨力和速度分辨力。這種雷達(dá)的接收機(jī)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(shí)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。該型雷達(dá)實(shí)質(zhì)上是一種連續(xù)波雷達(dá)，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(zhēng)需要的雷達(dá)。采用偽隨機(jī)序列作為發(fā)射信號(hào)的雷達(dá)系統(tǒng)具有 許多突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，它是一種連續(xù)波雷達(dá)，可以較好地利用發(fā)射機(jī)的功率。其次，它在一定的信噪比時(shí)，能夠達(dá)到很好的測(cè)量精度，保證測(cè)量的單值性，比單脈沖雷達(dá)具有更高的距離分辨力和速度分辨力。最后，它具有較強(qiáng)的抗干擾能力，敵方要干擾這種寬帶雷達(dá)信號(hào)，將比干擾普通的雷達(dá)信號(hào)困難得多 [1]。 在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用：偽隨機(jī)序列是一種貌似隨機(jī)，實(shí)際上是有規(guī)律的周期性二進(jìn)制序列，具有類(lèi)似噪聲序列的性質(zhì)，在 CDMA 中，地址碼都是從偽隨機(jī)序列中選取的，在 CDMA 中使用一種最易實(shí)現(xiàn)的偽隨機(jī)序列： m 序列，利用 m 序列不同相位來(lái)區(qū)分不同用 戶(hù)；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(zhǎng)度為 2 的 42 次方減1 的 m 序列用于對(duì)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行擾碼（注意不是擴(kuò)頻），它在分組交織器輸出的調(diào)制字符上進(jìn)行，通過(guò)交織器輸出字符與長(zhǎng)碼 PN 碼片的二進(jìn)制模工相加而完成。 偽隨機(jī)序列還在密碼學(xué)中占據(jù)重要地位，設(shè)計(jì)具有良好隨機(jī)性的偽隨機(jī)序列一直是密碼學(xué)研究的中心。不同的應(yīng)用背景下對(duì)偽隨機(jī)序列的要求也是不同的，通常在測(cè)距、導(dǎo)航和一般通信系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)重點(diǎn)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(xué)上則需要重點(diǎn)考察它的線(xiàn)性 復(fù)雜度及變化情況。因此，偽隨機(jī)序列的構(gòu)造就有兩個(gè)目標(biāo)：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(gè)是構(gòu)造具有高線(xiàn)性復(fù)雜度的序列。 論文內(nèi)容概述 偽隨機(jī)序列種類(lèi)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(jì)運(yùn)用matlab 仿真軟件搭建采用三種不同的偽隨機(jī)序列碼進(jìn)行擴(kuò)頻的直接序列擴(kuò)頻 。結(jié)合三種不同信道環(huán)境對(duì)比三種不同的偽隨機(jī)序列碼進(jìn)行擴(kuò)頻的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的頻譜特點(diǎn)與誤碼率情況，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。歸納起來(lái)說(shuō)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(jì)的研 究目標(biāo)、方案設(shè)計(jì)、軟件介紹（本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)及其它的簡(jiǎn)介）。 第二章前半部分主要對(duì)擴(kuò)頻通信的直擴(kuò)系統(tǒng)進(jìn)行介紹。通過(guò)對(duì)直擴(kuò)系統(tǒng)的分析說(shuō)明，更加明確偽隨機(jī)序列的應(yīng)用及在應(yīng)用中所扮演的角色，對(duì)了解研究本課題的意義有了更深刻的認(rèn)識(shí)。后半部分對(duì)三種不同偽隨機(jī)序列碼進(jìn)行理論介紹。通過(guò)這些理論知識(shí)的說(shuō)明，來(lái)幫助我們更好的了解偽隨機(jī)序列并完成偽隨機(jī)序列的設(shè)計(jì)。 第三章用 MATLAB 對(duì)偽隨機(jī)序列發(fā)生器進(jìn)行建模設(shè)計(jì)并仿真，搭建擴(kuò)頻系統(tǒng)得到三種不同偽隨機(jī)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(duì)幾種偽隨機(jī)序列的抗噪性能進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。 第四章結(jié)束語(yǔ)，本次設(shè)計(jì) 以 三種在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中常用的偽隨機(jī)序列 為研究背景，通過(guò)對(duì)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(duì) m 序列， Gold 序列， Kasami 序列三種偽隨機(jī)序列進(jìn)行了仿真測(cè)試，通過(guò)三種不同信道環(huán)境對(duì)比三種不同的偽隨機(jī)序列碼進(jìn)行擴(kuò)頻的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的頻譜特點(diǎn)與誤碼率情況，得出 Gold 序列在擴(kuò)頻系統(tǒng)中的抗噪性能最好，高斯信道相對(duì)瑞利信道和萊斯信道對(duì)偽隨機(jī)碼的影響最小。 1 研究思路 研究目標(biāo) (1)設(shè)計(jì)一個(gè)具體的直 接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)； 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3頁(yè)共 52頁(yè) (2)該系統(tǒng)針對(duì)三種偽隨機(jī)碼在擴(kuò)頻系統(tǒng)中進(jìn)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(guò)三種信道情況下的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真； (4)觀(guān)測(cè)調(diào)制解調(diào)過(guò)程中觀(guān)察各個(gè)環(huán)節(jié)的波形； (5)對(duì)仿真結(jié)果的頻譜特點(diǎn)與誤碼率情況進(jìn)行分析。 方案設(shè)計(jì) 基于 FPGA 的方案設(shè)計(jì) FPGA 采用層次化設(shè)計(jì) ,合理劃分各個(gè)模塊優(yōu)點(diǎn)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(jì)具有可讀性與易于獨(dú)立調(diào)試特點(diǎn)使設(shè)計(jì)具有可重用性。另外 ,FPGA 采用自上而下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的設(shè) 計(jì)思路是自下而上 ,即設(shè)計(jì)者首先將各種基本單元 ,如各種門(mén)電路以及加法器、計(jì)數(shù)器等模塊做成基本單元庫(kù) ,然后在設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用這些基本單元 ,逐級(jí)向上組合 ,直到形成系統(tǒng)為止。基于 EDA 技術(shù)的自上而下的設(shè)計(jì)方法正好相反 ,它首先在系統(tǒng)級(jí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) ,并進(jìn)行功能模塊的劃分與定義 ,然后在功能級(jí)對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行描述 ,并進(jìn)行仿真 ,以預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)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(xiàn)的設(shè)計(jì)方法。所謂流水線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)際上是把規(guī)模較大、層次較多的邏輯電路分為幾個(gè)級(jí) ,在每一級(jí)插人寄存器組且暫存中間數(shù)據(jù)。很顯然 ,流水線(xiàn)設(shè)計(jì)在提高系統(tǒng)處理 速度的同時(shí)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(shí)現(xiàn)流水線(xiàn)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)首先從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在方框圖一級(jí)進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)，并用硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證。然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門(mén)電路的網(wǎng)表，其對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)可以是印刷電路或?qū)Ｓ眉呻娐贰Ｓ捎谠O(shè)計(jì)的主要仿真和調(diào)試過(guò)程是在高層次上完成的。 （ 1）按照“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)劃分。 （ 2）輸入 VHDL 代碼 （ 3）將以上的設(shè)計(jì)輸入編譯成標(biāo)準(zhǔn)的 VHDL 文件，然后將文 件調(diào)入 VHDL 仿真軟件進(jìn)行功能仿真，檢查邏輯功能是否正確。 （ 4）利用綜合器對(duì)源代碼進(jìn)行綜合優(yōu)化處理，生成門(mén)級(jí)描述的網(wǎng)表文件，即將源文件調(diào)入邏輯綜合軟件進(jìn)行邏輯分析處理。 （ 5）如果整個(gè)設(shè)計(jì)超出器件的宏單元或 I/O 單元資源，可以將該計(jì)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(duì)某一具體的目標(biāo)器件進(jìn)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(xiàn)。適配完成后，產(chǎn)生多項(xiàng)設(shè)計(jì)結(jié)果。根據(jù)適配后的仿真模型，可以進(jìn)行適配后的時(shí)序仿真。 （ 6）將適配器產(chǎn)生的器件編成文件通過(guò)編程器載入到目標(biāo)芯片 FPGA 中。 基于 DSP 的方案設(shè)計(jì) 首先 ,用 DSP程序生成一組特定長(zhǎng)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(xiě)好需要輸出的一組數(shù)然后導(dǎo)入 DSP的內(nèi)存中 。 根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合 ,放入內(nèi)存的這組數(shù)可以是 0～ M1,也可以是沒(méi)有任何規(guī)律排列的任意 M個(gè)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(xiàn)性同余算法公式進(jìn)行運(yùn)算 ,得到一個(gè)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(gè)訪(fǎng)問(wèn)地址 。 因?yàn)閯偛诺那笥嗖僮魇?對(duì) M進(jìn)行 ,得到的余數(shù)即偏移地址一定 M,所以按照得到的訪(fǎng)問(wèn)地址進(jìn)行尋址 ,得到的數(shù)一定是內(nèi)存中長(zhǎng)度為 M的已存序列中的某個(gè)數(shù) ,將這個(gè)數(shù)輸出 。 再次 ,把上一步已輸出數(shù)后面的每個(gè)數(shù)都向前存放一個(gè)地址 ,這樣內(nèi)存中的序列首地址不變 ,序列長(zhǎng)度減 1。 把模數(shù) M也減 1,以對(duì)應(yīng)新的序列長(zhǎng)度 。 再調(diào)用求余子程序 ,根據(jù)線(xiàn)性同余算法公式進(jìn)行運(yùn)算 ,得到又一個(gè)余數(shù) 。 然后同樣會(huì)得到一個(gè)新訪(fǎng)問(wèn)地址 ,同樣能輸出內(nèi)存中長(zhǎng)度為 M1的序列中的某個(gè)數(shù) ,將其輸出 。 隨后 ,把上一步已輸出數(shù)后面的每個(gè)數(shù)再都向前存放一個(gè)地址 ,這樣內(nèi)存中的序列首地址還不