伪随机码

课程设计任务书

学生姓名：周成浩专业班级：电信1404

指导教师：苏杨工作单位：信息工程学院

题目：伪随机序列的产生及应用设计

初始条件：

具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、设计伪随机码电路：产生八位伪随机序列（如M序列、Gold序

列等）；

2、了解D/A的工作原理及使用方法，将伪随机序列输入D/A中（如

DAC0808），观察其模拟信号的特性；

3、分析信号源的特点，使用EWB软件进行仿真；

4、安装和调试整个电路，并测试出结果；

5、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。

时间安排：

一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试

指导教师签名：年月

系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要

伪随机序列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，使其易于从信号或干扰中分离出来。伪随机序列的可确定性和可重复性，使其易于实现相关接收或匹配接收，因此有良好的抗干扰性能。伪随机序列的这些特性使得它在伪码测距、导航、遥控遥测、扩频通信、多址通信、分离多径、数据加扰、信号同步、误码测试、线性系统、各种噪声源等方面得到了广泛的应用。此次课设根据m序列、M序列的产生原理，利用1片74LS164或2片74LSl94级联加少量分立元件，采用手动置数和自启动2种方法设计了3种长度为255位的m序列发生器和256位M序列发生器。

关键词：伪随机码；m序列；M序列；移位寄存器；D/A转换

目录

1.设计项目要求与说明 (2)

2.设计相关知识介绍 (3)

2.1 伪随机序列的定义 (3)

2.2 设计方法对比 (3)

2.3 m序列原理及其产生 (5)

2.4 芯片介绍 (8)

3.仿真电路设计与调试 (12)

3.1 电路设计 (12)

3.2 仿真调试 (13)

4.实物安装与调试 (12)

4.1 电路的焊接 (16)

4.2 电路的调试 (16)

5.总结与体会 (16)

参考文献 (17)

附录一实物图 (179)

附录二元件清单 (20)

1．设计项目要求与说明

本次课设主要是以增进对伪随机序列的认识，加深对通信原理理论方面的理解，使学生了解如何产生伪随机序列以及D/A的工作原理及使用方法，并将伪随机序列输入D/A转换器，观察其模拟信号特性为目的。

任务书中要求设计伪随机码电路：产生八位伪随机序列（如m序列、M序列、Gold序列等）；了解D/A的工作原理及使用方法，将伪随机序列输入D/A中（如DAC0808），观察其模拟信号的特性；分析信号源的特点，使用EWB软件进行仿真；安装和调试整个电路，并测试出结果；进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。

2．设计相关知识介绍

2.1 伪随机序列的定义

伪随机噪声在通信系统中有着十分重要的作用。香农编码定理指出，在某些条件下为了实现最有效的通信。应采用具有高斯统计特性的白噪声信号。另外，为了实现可靠的保密通信，也希望利用白噪声。

然而，利用白噪声最大的困难在于白噪声无法重复产生，而只能用类似于白噪声特性的伪随机序列来逼近白噪声特性。伪随机噪声具有类似于随机噪声的统计特性，同时又便于重复的产生与处理。由于它具有随机噪声的优点，同时又避免了随机噪声的缺点，因此获得日益广泛的应用，如扩频通信、测距、导航、多址、保密编码和抗干扰系统、数字通信中的同步等。

伪随机噪声一般由数字电路产生的周期序列，称为伪随机序列。伪随机序列有时又被称为伪随机信号和伪随机码。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。

一般的，伪随机序列指的是m 序列、M 序列和GOLD 序列。

2.2 设计方法对比

方案一：m 序列

最长线性移位寄存器通过移位产生的序列码，即为m 序列码，一定级数的移位寄存器产生m 序列的数目为

()21r p N r p φ⎧=⎪⎨⎪=-⎩

（公式1） 其中：r ，p 分别为m 序列的级数和周期；φ(p)为欧拉函数；N 为m 序列的数目。例如，如果移位寄存器的级数为3或4，那么为m 序列码的周期就是7或15。

本次课程设计采用的移位寄存器为8级，则周期为255。它是一个按一定规律周期变化的伪随机序列，具有随机噪声类似的特性，m 序列码自相关很好，不同的m 序列码{i a }和{i b }互相关性几乎为0。

优点：m 序列由于具有很好的为噪声性质，并且产生方法比较简单，受到广

泛应用。

缺点：m 序列的周期受到限制，只能为(21)r -。当r 较大时，相邻周期相距较大，有时不能从m 序列得到所需周期的伪随机序列。

方案二：M 序列

M 序列码是在m 序列的基础上升级的，在状态上，M 序列比m 序列多1个，即为全零状态。是一种具有随机特性和预先可确定性，以及可重复实现等优点的伪随机码。由于在一个周期内“1”和“0”出现概率大致相等，因此，具有类似白噪声的统计特性，可以代替白噪声，另外，由于是很长伪随机序列，也广泛应用在CDMA 通信。

一定级数的移位寄存器产生M 序列的数目为

()()1222

r r r N p --⎧⎪=⎨⎪=⎩ （公式2） 式(2)中：r ，P 分别为m 序列的级数和周期；N 为m 序列的数目。对比式(1)和(2)，可知：相同的寄存器的级数条件下，M 序列的周期是m 序列周期的2倍，而且，M 序列地址码数量比m 序列的地址码数量大许多倍。因此，为码分多址选择可用地址码创造了优良的条件，增强了多址能力。

优点：M 序列是非线性序列，可用的跳频图案很多，跳频图案的密钥量也大，并有较好的自相关和互相关特性，所以它是较理想的跳频指令码。

缺点：硬件产生时设备较复杂。

方案三：GOLD 序列

GOLD 序列是在m 序列基础上提出并分析的一种特性较好的伪随机序列，它是由两个码长相等、码时钟速率相同的m 序列优选对通过模2相加而构成的。

如果两个m 序列，他们的互相关函数的绝对值有界，且满足以下条件，

r

12r 12r 为奇数r 为偶数，但不能被4整除21，()21，ab R τ++⎧+⎪≤⎨⎪+⎩

（公式3） 满足式(3)，我们称这一对m 序列为优选对。每改变两个m 序列相对位移就可得到一个新的Gold 序列，当相对位移r 2-1位时，就可得到一族r 2-1个Gold