【文章內(nèi)容簡介】 時，改變移位寄存器初始狀態(tài)只改變序列的初相。這樣的序列稱為最大長度序列或 m序列。 《 數(shù)字傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的 MATLAB 實現(xiàn)及性能分析 》 第 6 頁 共 30 頁 圖 23 線性移位寄存器 圖 24 15 級的 m序列 （ 2） 加密、解密原理 數(shù)字通信的一個重要優(yōu)點是容易做到高度保密性的加密。在這方面?zhèn)坞S機(jī)序列起到了很大的作用。數(shù)字信號的加解密原理可用圖 25 表示。將信源產(chǎn)生的 二進(jìn)制數(shù)字消息和一個周期很長的偽隨機(jī)序列 模 2相加，這樣就將原消息變成不可理解的另一個序列。將這種加密序列在信道中傳輸，被他人竊聽后也不可理解其內(nèi)容。在接收端必須再加上一同樣的偽隨機(jī)序列，就能恢復(fù)為原發(fā)送消息。 圖 25 數(shù)字 信號 加解密原理 （ 3）數(shù)字信號誤碼率測 量 原理 在數(shù)字通信中誤碼 率是一項主要的質(zhì)量指標(biāo)。在實際測量數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率信源 發(fā)送 信道 接收 用戶 偽隨機(jī)序列發(fā)生器 偽隨機(jī)序列發(fā)生器 《 數(shù)字傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的 MATLAB 實現(xiàn)及性能分析 》 第 7 頁 共 30 頁 時，一般說來，測量結(jié)果與信源送出信號的統(tǒng)計特性有關(guān)。通常認(rèn)為二進(jìn)制信號中 “ 0” 和“ 1”是以等概率隨機(jī)出現(xiàn)的。所以測量誤碼率時最理想的信源應(yīng)是隨機(jī)序列產(chǎn)生器。 用真正隨機(jī)序列產(chǎn)生器進(jìn)行測量時，只適用于閉環(huán)線路測試。但是閉環(huán)測試法所用的信道不符合情況。因此，在實際過程中采用單程測試法。在測量單程數(shù)字通信誤碼率時，就不能利用隨機(jī)序列 ，而只好利用相近的偽隨機(jī)序列代替它。圖 26 示出這種情況。這時，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備分出兩地。由于發(fā)送端用的是偽隨機(jī)序列，而且通常 是 m序列，接收端可以用同樣的 m序列產(chǎn)生器，由同步信號控制，產(chǎn)生出相同的本地序列。 本地序列和接收序列相比較，就可檢測誤碼。 圖 26 單程測試法 ITU 建議用于數(shù)字傳輸系統(tǒng)測量的 m 序列周期是 2151=32767，其特征多項式建議采用 x15+x14+1。因此，本課程設(shè)計采用 15 級的 m序列。 （ 4）時延測量原理 有時我們 需要測量信號經(jīng)過某一傳輸路徑 所受到的時間延遲。由于模型框圖的最后，需要接一個誤碼率測試模塊，而送入其中的是通過信道加解密出來的信號和原 輸入信號，它們是一個個碼元進(jìn)行比較檢測出誤碼率的。如果有信號經(jīng)過此路徑產(chǎn)生了延遲則會使誤碼率大大增加，因此要在誤碼率測試模塊輸入端加一個延時測量模塊，改變參數(shù)使其延時為零后再讀出誤碼率。 3 設(shè)計步驟 熟悉 MATLAB 系統(tǒng)中 Simulink 模型庫 打開 MATLAB 軟件， 單擊工具欄上的 按鈕 ，即可進(jìn)入斯 simulink 工具箱，查看 simulink 模塊庫中的每個模塊，通過查閱資料弄清楚每個模塊的功能和用法。用同樣信源 發(fā)送 信道 接收 記錄 偽隨機(jī)序列 比較 同步信號 《 數(shù)字傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的 MATLAB 實現(xiàn)及性能分析 》 第 8 頁 共 30 頁 的方法熟悉 munication 模塊庫中的常用模塊。 基本設(shè)計思路 首先產(chǎn)生一個 15 級的 m 序列， 輸入 一個 隨機(jī)數(shù)字信號 ，令它 與 15 級 m 序列 進(jìn)行 異或運(yùn)算以實現(xiàn)信號加密， 然后 送入含噪信道 （可通過加上一個噪聲來實現(xiàn)） ， 通過抽樣判決， 在接收端 輸出的信號 與 加入的 相同 15 級 m 序列再進(jìn)行異或運(yùn)算以解密， 把解密后的數(shù)字信號與原來輸入的數(shù)字信號進(jìn)行波形比較，并且送入誤碼率測試模塊計算信道的誤碼率（注意延時問題 ）。設(shè)置各模塊參數(shù)， 改變信道誤碼率大小，測試接收信號與發(fā)送信號之間的誤碼率，分析該種加密傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能 。 繪制電路級框圖 （ 1） 15 級 m序列的繪制 打開 MATLAB 軟件， 單擊工具欄上的 按鈕 ， 打開 simulink 工具箱，點擊 file圖標(biāo)，選擇新建中的 model，新建一個仿真空白模型， 將 m 序列 所需要的模塊 ：延時 模塊和異或模塊 拖入空白模型中，也可點擊鼠標(biāo)左鍵單擊 “add to untitled” 分別對每一級的 m序列首尾相連。由于 15 級 m序列的 特征多項式為 x15+x14+1，因此把第 14 和第 15 個延時單元的輸出端進(jìn)行模二和，然后送入第一個延時單元。如圖 31所示。 圖 31 15 級 m序列的繪制 （ 2）在含噪信道中傳輸過程的繪制 選出此過程稱所要用到的模塊，包括：異或運(yùn)算模塊、二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)字信號、高斯噪聲模 塊、抽樣判決器、示波器。 如圖 32 所示。 《 數(shù)字傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的 MATLAB 實現(xiàn)及性能分析 》 第 9 頁 共 30 頁 圖 32 信號在含噪信道傳輸過 程中需要用到的模塊 首先，對 隨機(jī)數(shù)字 信號進(jìn)行加密 ，如圖 33 所示 。把輸入的隨機(jī)數(shù)字信號與 15 級 m序列的輸出端進(jìn)行模二和 （即異或運(yùn)算），得到加密后的信號。 然后 ， 把加密后的信號與高斯噪聲相加，表示送入含噪信道。 從加法器輸出的信號由于加入了噪聲，因此會存在一定程度的干擾，這時為了最大程度的減小噪聲的干擾，應(yīng)在加法器后加一個抽樣判決器 ，用中間電平值代替實際電平。 圖 33 信號加密 在含噪信道中傳輸 接著，對輸出的 信號進(jìn)行解密 如圖 34 所示 ，與加密類似，把抽樣判決后的信號與同樣的 15 級 m 序列（與加密所用的 m序列 初值應(yīng)相同）進(jìn)行模二和運(yùn)算，所輸出的即是解密后的數(shù)字信號。 圖 34 繪制解密 模塊 （ 3）誤碼率測量和控制部分的繪制 選出此過程稱所要用到的模塊，包括：數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換器、誤碼率測試器模塊、顯示 《 數(shù)字傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的 MATLAB 實現(xiàn)及性能分析 》 第 10 頁 共 30 頁 器 、 時延 測量模塊 ，如圖 35 所示 。其中，數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換模塊是把數(shù)據(jù)類型由 boolean轉(zhuǎn)換成 double 型 ； find delay 模塊是用來計算兩個輸入端之間的延時，從而防止誤碼率計算出錯；顯示模塊是用來顯示延時個數(shù)和誤碼率大??；誤碼率計算模塊即是計算出輸入兩端的數(shù)字信號的誤碼率。 圖 35 誤碼率測試部分用到的模塊 誤碼率計算部分的模型圖如圖 36 所示。 首先，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。由于原輸入的隨機(jī)數(shù)字信號和解密后輸出的數(shù)字信號的數(shù)據(jù)類型都是 boolean，而誤碼率計算模塊的輸入應(yīng)是 double 型的，所以需要加入一個數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換器，通過它輸出的數(shù)據(jù)類型就是double 型的。 然后便把轉(zhuǎn)換過數(shù)據(jù)類型的兩路數(shù)字信號分別與誤碼率計算器模塊的兩個輸入端相連，再把計算出的誤碼率輸出到一個顯示器上。 最后，由于信號在經(jīng)過傳輸以后有可能出現(xiàn)延時現(xiàn)象，而誤碼率計算器是一對對碼元分別輸入進(jìn)行比較的， 那么若有延時，則誤碼率增大很多，因此查看系統(tǒng)是否有延時必不可少。在經(jīng)過 find delay 模塊后同樣接一個顯示模塊，把延時個數(shù)顯示出來 ，再作為依據(jù)設(shè)置誤碼率計算模塊的延時接收參數(shù) 。 圖 36 誤碼率測量部分繪制 （ 4）電路級框圖總體整合 把三個部分的電路級框圖按順序連好 ，在需要觀察數(shù)字信號波形的地方加上示波器以觀察波形變化和誤碼變化，得到圖 37。 《 數(shù)字傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的 MATLAB 實現(xiàn)及性能分析 》 第 11 頁 共 30 頁 圖 37 總電路級框圖 模塊參數(shù)設(shè)置 電路級框圖完成后，需要對每個模塊的參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置 ，這樣仿真出的結(jié)果才更加正確、合理。 （ 1） m序列參數(shù)設(shè)置 延時單元的設(shè)置如圖 38 所示， 所有延時單元的 sample time 都取“ 1”，表示延時一個時間間隔，而 instial conditions 表示所給的初值，此項設(shè)置為：從第一到第十三個延時單元初值都為“ 0”。而第十