基于M序列的通信加密系统设计

目录

一、系统框图 (2)

二、m序列 (2)

1.m序列简介 (2)

2.m序列的产生 (3)

3.m序列的随机性质 (3)

4.m序列的加密与解密 (4)

三、曼彻斯特编码解码 (4)

1.曼彻斯特码简介 (4)

2.曼彻斯特编码 (4)

3.曼彻斯特解码 (5)

四、系统设计及实现过程 (6)

1.Multisim仿真图 (6)

2.具体模块 (6)

3.仿真结果 (9)

4.存在的问题 (10)

五、总结 (10)

六、参考文献 (10)

基于M序列的通信加密系统设计

摘要：m 序列是目前广泛应用的一种伪随机序列，其在通信领域有着广泛的应用，如扩频通信，卫星通信的码分多址，数字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。本文介绍了使用m序列对给定数字信号进行加密解密以及曼彻斯特编码解码。该通信加密系统设计使用multisim软件进行仿真。

关键词：m序列加密曼彻斯特译码

1 系统框图

图1 系统框图

本通信系统首先利用频率为100kHz数字信号产生一个周期为15的m序列，与将要进行加密的频率为50kHz的数字信源进行模二运算即加密过程，对加密后的序列进行曼彻斯特编码，即与另一数字信号进行模二运算，按照前面的理论分析，此数字信号频率设置为100kHz，得到编码序列。然后进行解码、解密，分别为编码与加密的逆过程。

二、m序列

1.m序列简介

如果一个序列，一方面它是可以预先确定的，并且是可以重复地生产和复制的；一方面它又具有某种随机序列的随机特性（即统计特性），我们便称这种序列为伪随机序列。伪随机序列是具有某种随机特性的确定的序列。它们是由移位寄存器产生确定序列，然而他们却具有某种随机特性的随机序列。因为同样具有随机特性，无法从一个已经产生的序列的特性中判断是真随机序列还是伪随机序列，只能根据序列的产生办法来判断。伪随机序列系列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，并且有预先的可确定性和可重复性。m序列是一种典型的

伪随机序列、伪噪声(PN)码或伪随机码。

2.m 序列的产生

m 序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是最常用的一种伪随机序列。由n 级串接的移位寄存器和反馈逻辑线路可组成动态移位寄存器，带线性反馈逻辑的移位寄存器设定初始状态后，在时钟触发下，每次移位后各级寄存器状态会发生变化。其中任何一级寄存器的输出，随着时钟节拍的推移都会产生一个序列，该序列称为移位寄存器序列。若一个n 次多项式满足下列条件：

(1) f(x)为既约多项式(即不能分解因式的多项式； (2) f(x)可整除(xp+1), p=21n -;

(3) f(x)除不尽(xk+1), k

m 序列发生器一般组成如上图所示，它用n 级移位寄存器作为主支路，用若干级模2加法器作为各级移位寄存器的抽头形成线性反馈支路。各抽头的系数

hi 称为反馈系数，它必须按照某一个n 次本原多项式： 中的二进制

系数来取值。产生m 序列的移位寄存器的电路结构，其反馈线连接不是随意的，m 序列的周期P 也是不能取任意值，而必须满足p=21n -，其中，n 是移位寄存器的级数。

3.m 序列的随机性质

m 序列是一种伪随机序列，它满足以下3个特性：

(1)0-1分布特性。在每一个周期12-=n N 内，元素0出现121

--n 次，元素1

出现1

2

-n 次，元素1比元素0多出现一次。

4

()1f x x x =++0

()n

i i i h x h x ==∑

(2)游程特性。在每一个周期12-=n N 内，共有1

2-n 个元素游程，其中元素

0的游程和元素1的游程数目各占一半，长度为k(21-≤≤n k )元素游程占游程总数的k

-2；长度为n-1的元素游程只有一个，为元素0的游程；长度为r 的元素游程只有一个，为元素1的游程。

(3)位移相加特性。m 序列{}i a 与其位移序列{}τ+i a 的模2加序列仍是该m 序列的另一位移序列{}τ'+i a ，即{}{}{}ττ'++=⊕i i i a a a 。

4.m 序列的加密与解密

数字通信的一个重要优点就是容易做到加密，在这方面m 序列应用也很多。这种加密的序列在信道中传输，被他人窃听时不能理解其中的内容，达到保密目的。设信源发出的序列X 为101010101010101；m 序列为111100010011010。模二加运算得到的序列为z 。假设信道传输中没有发生误码，序列Z 到达接收端再与m 序列进行模二加运算，即可恢复原信息X 。

三、曼彻斯特编码解码

1.曼彻斯特码简介

在电信领域，曼彻斯特码,(也称作相位码或者PE ）是一种数据通讯线性码，它的每一个数据比特都是由至少一次电压转换的形式所表示的曼彻斯特编码被因此被认为是一种自定时码。自定时意味着数据流的精确同步是可行的。每一个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。用于数字基带传输的码型种类较多，Manchester 码是其中常用的一种。Manchester 码是一种用跳变沿（而非电平）来表示要传输的二进制信息（0或1），一般规定在位元中间用下跳变表示“1”，用上跳变表示“0”。曼彻斯特编码被被认为是一种自定时码自定时意味着数据流的精确同步是可行的。每一个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。

2.曼彻斯特编码

曼彻斯特编码（Manchester Encoding ），也叫做相位编码(PE)，是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。曼彻斯特编码被用在以太网媒介系统中。曼彻斯特编码提供一个简单的方式给编码简单的二进制序列而没有长的周期没有转换级别，因而防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。在这个技术下，实际上的二进制数据被传输通