【正文】 ........ 1 偽隨機序列研究現(xiàn)狀 ...................................................................................... 2 設計目的和意義 ..................................................................................................... 3 2 FPGA 簡介 ................................................................................................................ 4 FPGA 器件的應用狀況與發(fā)展趨勢 ......................................................................... 4 FPGA 概述 .............................................................................................................. 5 FPGA 開發(fā)編程原理 ............................................................................................... 6 FPGA 開發(fā)流程 ....................................................................................................... 6 硬件設計意識 ........................................................................................................ 9 3 Verilog 硬件描述語言 .................................................................................................11 Verilog 硬件描述語言簡介 .................................................................................... 11 語言的基礎知識學習 ................................................................................. 12 Verilog HDL 的語言要素 ................................................................................. 12 4 偽隨機序列 ............................................................................................................... 28 偽隨機序列的原理 ............................................................................................... 28 m 序列（偽隨機序列）的性質 ............................................................................ 30 m 序列（偽隨 機序列）的設計 ............................................................................. 32 m 序列的產生方法 ............................................................................................... 33 5 隨機序列在 FPGA 上實現(xiàn) .......................................................................................... 35 FPGA 基礎實驗 ——按鍵消抖控制 LED 亮滅 ........................................................ 35 ....................................................................................................... 35 ....................................................................................................... 35 實驗原理 ....................................................................................................... 35 實驗程序 ....................................................................................................... 36 實驗結果 ....................................................................................................... 37 FPGA 產生基于 LFSR 的偽隨機 數(shù)實驗 .................................................................. 37 ............................................................................................................... 37 LFSR 引出的產生方法 ................................................................................ 38 實現(xiàn) .................................................................................................... 40 實驗結果 ....................................................................................................... 47 結論 ............................................................................................................................... 48 致謝 ............................................................................................................................... 49 參考文獻 ........................................................................................................................ 50 1 1 緒論 設計背景 偽隨機序列發(fā)展 隨著通信技術的發(fā)展，在某些情況下，為了實現(xiàn)最有效的通信應采用具有白噪聲條統(tǒng)計特性的信號 。為了實現(xiàn)高可靠的保密通信，也希望利用隨機噪聲 。另外在測試領域，大量的需要使用隨機噪聲來作為檢測系統(tǒng)性能的測試信號。然而，利用隨機噪聲的最大困難是它難以重復再生和處理。偽隨機序列的出現(xiàn)為人們解決了這一難題。偽隨機序列具有類似隨機噪聲的一些統(tǒng)計特性，同時又便于重復產生和處理，有預先的可確定性和可重復性。由于它的這些優(yōu)點，在通信、雷達、導航以及密碼學等重要的技術領域中偽隨機序列獲得了廣泛的應用。而在近年來的發(fā) 展中，它的應用范圍遠遠超出了上述的領域，如計算機系統(tǒng)模擬、數(shù)字系統(tǒng)中誤碼測試、聲學和光學測量、數(shù)值式跟蹤和測距系統(tǒng)等也都有著廣闊的使用。 偽隨機序列的用途 偽隨機序列通常由反饋位移寄存器產生，又可分為線性反饋位移寄存器和非線性反饋位移寄存器兩類。由線性反饋位移寄存器產生的周期最長的二進制數(shù)字序列稱為最大長度線性反饋位移寄存器，即為通常說的 m 序列，因其理論成熟，實現(xiàn)簡單，應用較為廣泛。 偽隨機序列的特點決定了它有著重要并且廣泛的應用，這里舉出一些有代表性的用途。 誤碼率測量。在數(shù)字通信中誤碼率 是一項重要的質量指標，在時間測量數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率時，一般來說，測量結果與信源發(fā)出信號的統(tǒng)計特性有關。通常認為二進制信號 0 和 1 是以等概率隨機出現(xiàn)的。所以測量誤碼率時最理想的信源應是偽隨機序列產生器。這兩測量的結果，我們認為是符合實際運用時的情況。 2 時延測量。有時我們需要測量信號經過某一傳輸路徑所收到的時間延時，例如，需要測量某一演示線的時間延時。另外，我們還常常通過測量一無線電信號在某個介質中的傳播時間，從而這算傳播距離，即利用無線電信號測距。這就是說，這種測距的原理實質上也是測量延時。 噪聲產生器 ，測量通信系統(tǒng)的性能時，常常使用噪聲產生器，由它給出具有所要求的統(tǒng)計特性和頻率特性的噪聲，并且可以隨意控制其強度，以便得到不占用信噪比條件下的系統(tǒng)性能，例如，在許多情況下，要求它能產生限帶白色高斯噪聲。 通信加密、數(shù)據(jù)序列的加擾與解擾、擴展頻譜通信、分離多徑技術等等。 偽隨機序列研究現(xiàn)狀 迄今為止，人們獲得的偽隨機序列仍主要是 PC（相控）序列，移位寄存器序列（ m和 M 序列）， Gold 序列， GMW 序列，級聯(lián) GMW 序列， Kasami 序列，Bent 序列， No 序列。 其中 m 序列是最有名和最簡單 的 ,也是研究的最透徹的序列。 m序列還是研究其它序列的基礎。它序列平衡，有最好的自相關特性，但互相關滿足一定條件的族序列數(shù)很少 (對于本原多項式的階數(shù)小于等于 13 的 m序列，互為優(yōu)選對的序列數(shù)不多于 6)，且線性復雜度很小。 M 序列族序列數(shù)極其巨大（當寄存器級數(shù)等于 6 時，有 226 個序列）。但其生成困難，且其互相關特性目前知之甚少，一般很少用。 Gold 序列互相關函數(shù)為 3 值，序列部分平衡，有良好的相關特性，族序列數(shù)相對較大，但它有致命的弱點，線性復雜度很低，僅是相同長度的 m序列的兩倍，這制約了 Gold 序列的廣泛應用，特別在抗干擾及密碼學中的應用。 GMW 序列具有序列平衡，線性復雜度大，自相關性能好（同m 序列）等優(yōu)點。它是非線性序列，且數(shù)量比 m 序列多。作為單個序列 GMW序列有優(yōu)勢，但一族 GMW 序列滿足一定互相關條件的序列數(shù)很少。一般不用于多址通信作地址碼。級聯(lián) GMW 序列平衡性和相關性同于 GMW 序列，族數(shù)比GMW 序列多，一般情況下，線性復雜度比 GMW 序列大。 Kasami 序列分小集Kasami 序列和大集 Kasami 序列。小集 Kasami 序列族序列數(shù)大，且互相關值達welch 下界，大集 Kasami 序列族序列數(shù)非常 大，互相關較小集 Kasami 序列為劣。 3 它們都有共同的弱點，序列是不平衡的，線性復雜度不大 (但比 m, Gold 序列稍大 )。 Bent 序列是 80 年代初構造出來的，具有序列平衡，相關值達 welch 下界，族序列數(shù)多，線性復雜度大等優(yōu)點。它在整個 80 年代， 90 年代大放光芒，也是目前綜合性能最好的偽隨機序列。但 Bent 序列構造較難，未有滿足一定要求的快速算法。 No 序列是 80 年代末構造出來的一種新型偽隨機序列，它的突出優(yōu)點是線性復雜度很大，且相關值可達 welch 下界，族序列數(shù)多，但有序列不平衡的弱點。 設計目的和 意義 偽隨機序列系列具有良好的隨機性和接近于白噪聲的相關函數(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用。 FPGA 是在 PAL、 GAL等邏輯器件的基礎之上發(fā)展起來的。和以往的 PAL、GAL 等相比較， FPGA/CPLD 的規(guī)模比較大，可以替代幾十甚至幾千塊 IC 芯片。從這種意義上來說， FPGA 實際上就是一個子系統(tǒng)部件。具體地講， FPGA 在硬件系統(tǒng)設計中具有以下優(yōu)越性。 縮小體積、減輕重量、降低功耗，具有高集成度和高可靠性； 易于獲得高性能，系統(tǒng)設計、電路設計、工藝設計之 間緊密