通信設(shè)計(jì)練習(xí)-m序列1-wenkub
2023-04-10 04:35:53 本頁(yè)面
【正文】 第32個(gè)數(shù)與a0比較，就這樣依此規(guī)律，每隔31個(gè)數(shù)就判斷輸出是1還是0。在此我們將其初始值設(shè)為10000(a4a3a2a1a0)，通過(guò)上面結(jié)構(gòu)圖的推算可以得到其31位M序列編碼為： 0010110011111000110111010100001（由右至左依次按順序生成），發(fā)送端需要調(diào)制的信號(hào)，與這31位數(shù)進(jìn)行異或運(yùn)算?？梢园l(fā)現(xiàn)序列是一個(gè)周期序列，其周期不但與移位寄存器的級(jí)數(shù)有關(guān)，而且與線性反饋邏輯有關(guān)。目前常見(jiàn)的碼型有以下三種：1） M序列，即最長(zhǎng)線性偽隨機(jī)系列；2）GOLD序列；3）WALSH函數(shù)正交碼。頻譜的擴(kuò)展是用數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)的。為此，世界各地都設(shè)計(jì)了頻譜管理機(jī)構(gòu)， 用戶只能使用申請(qǐng)獲得的頻率，依靠頻道劃分來(lái)防止信道之間發(fā)生干擾。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明顯看出頻譜擴(kuò)展的作用：C = B Log2 (1+ S/N)式中：C是信道容量、單位為比特每秒(bps)，它是在理論上可接受的誤碼率(BER)下所允許的最大數(shù)據(jù)速率；B是要求的信道帶寬，單位是Hz；S/N是信噪比?；趯?duì)魚(yú)雷控制的安全無(wú)線通信的思路，他們申請(qǐng)了美國(guó)專利。期望同學(xué)們能在兩至三周內(nèi)，參考設(shè)計(jì)范例，獨(dú)立完成自己的設(shè)計(jì)任務(wù)，在這一過(guò)程中學(xué)習(xí)用Verilog編寫(xiě)RTL代碼和仿真驗(yàn)證用測(cè)試代碼技術(shù)，以及用綜合器進(jìn)行綜合的技術(shù)、并熟練掌握較復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的多層次的仿真驗(yàn)證的方法，以逐步提高同學(xué)在設(shè)計(jì)工作中的自信心。通信系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)練習(xí)：M序列編碼/解碼器的設(shè)計(jì)作業(yè)的背景及訓(xùn)練目的為了給通信專業(yè)的同學(xué)們提供一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)踐的機(jī)會(huì)，在最短的時(shí)間段內(nèi)掌握數(shù)字設(shè)計(jì)的動(dòng)手能力，提高Verilog語(yǔ)言的使用能力，所以專門設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)難度適中的數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)練習(xí)。1．1 M序列介紹：M序列是PN（pseudo noise）偽隨機(jī)噪聲中最廣為人知的一種，主要用在擴(kuò)頻率通信中，先簡(jiǎn)要介紹一下擴(kuò)頻通信工程的原理，然后分析M序列的數(shù)學(xué)特性從而回答即為什么要選擇M序列，然后再談?wù)凪序列在擴(kuò)頻應(yīng)用中的局限性。不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒(méi)有引起美國(guó)軍方的重視，直到20世紀(jì)八十年代才引起關(guān)注，將它用于敵對(duì)環(huán)境中的無(wú)線通信系統(tǒng)。C表示通信信道所允許的信息量，也表示了所希望得到的性能，帶寬(B)則是付出的代價(jià)，因?yàn)轭l率是一種有限的資源，S/N表示周圍的環(huán)境或者物理特性(障礙物、干擾發(fā)射臺(tái)、沖突等)?？垢蓴_性強(qiáng)，誤碼率低如上所述，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴(kuò)展信號(hào)頻譜，在接收端解擴(kuò)還原信息，產(chǎn)生了擴(kuò)頻增益，從而大大地提高了抗干擾容限。由于擴(kuò)頻通信采用了相關(guān)接收這一高技術(shù)，信號(hào)發(fā)送功率極低（1W，一般為1~100mW），且可工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可以與現(xiàn)今各種窄帶通信共享同一頻率資源；. 抗多徑干擾在無(wú)線通信中，抗多徑干擾問(wèn)題一直是難以解決的問(wèn)題，利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性；在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號(hào)中提取分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，也可把多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。在一個(gè)二進(jìn)制碼位的時(shí)段內(nèi)用一組新的多位長(zhǎng)的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的帶寬，從而將信號(hào)的帶寬進(jìn)行了擴(kuò)展。2．M序列的產(chǎn)生調(diào)制和解調(diào)原理M序列是對(duì)最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱，它是一種由帶線性反饋的移位寄存器所產(chǎn)生的序列，并且具有最長(zhǎng)周期。在相同級(jí)數(shù)情況下，采用不同的線性反饋邏輯所得到的周期長(zhǎng)度不同。我們實(shí)際在發(fā)送信號(hào)的時(shí)候采用相位調(diào)制（PSK）方法，即將1相應(yīng)的調(diào)制為1，0調(diào)制為1；則可以得到傳輸中的M序列。但實(shí)際的通信信道中有各種各樣的噪聲，通常有加性噪聲信道，線性濾波器信道，以及線性時(shí)變?yōu)V波器信道，上述的三個(gè)信道數(shù)學(xué)模型，足以概括實(shí)際應(yīng)用中遇到的大多數(shù)物理信到特性。送物理意義上看，加性噪聲過(guò)程可能來(lái)自通信系統(tǒng)接收端的電子元件和放大器等，也可能來(lái)自無(wú)線信號(hào)傳送過(guò)程遇到的干擾。在接收端，接收的信號(hào)與PN碼一個(gè)同步的副本相乘，得到解擴(kuò)的窄帶信號(hào)，與此同時(shí)各種干擾信號(hào)將擴(kuò)展至寬帶。這種安全性以及抗干擾性能增益是以信道帶寬和通信系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加來(lái)?yè)Q取的。具體各個(gè)模塊的作用如下：coder模塊：此模塊的基本功能按照上文所說(shuō)的方法將待調(diào)信號(hào)與 M序列的每一位進(jìn)行異或，到達(dá)擴(kuò)頻的目的，而后為了實(shí)際需要將擴(kuò)頻結(jié)果的1調(diào)制為01（1）0調(diào)制為11（1）。能不能進(jìn)一步減少誤碼率呢？。它的最小碼距為3，可以糾正一位錯(cuò)誤，但對(duì)于兩位錯(cuò)不能檢測(cè)，還可能會(huì)造成誤糾。因此有 S2=a6+a5+a3+a1 （2）同理，有 S3=a6+a4+a3+a0 （3）在編碼時(shí)，a6 a5 a4 a3 為信息碼元，取決于被傳輸?shù)男畔?。若通過(guò)計(jì)算S1 S2 S3的值，得到信息位有錯(cuò)，則將相應(yīng)的出錯(cuò)位的值取反，在上例中由于a3上有誤碼，所以只要將a3的值取反即可。noised_data = unnoised_data + noise。其過(guò)程如流程圖所示： 在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，累加器所賦的初始值都為50。這種方法只有通過(guò)相應(yīng)的擴(kuò)位運(yùn)算才可以達(dá)到我們所要的結(jié)果。通過(guò)下邊的圖像可以看出來(lái)（）：上邊的圖形是在找到同步頭之后進(jìn)行同步解碼的開(kāi)始情況。最后當(dāng)計(jì)數(shù)器j從0累加到31之后，就做一次相應(yīng)的判決輸出：如果sum值大于50就輸出信號(hào)為1，如果小于50就輸出為0。 同步頭的捕
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