传输与处理综合设计

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1、传输与处理综合设计,课程性质：设计型实验。课程内容：用可编程器件GAL16V8设计一个 长度可变的序列信号发生器。课程安排：总共32学时（2学分），授课4次， 学生选择题目。其余时间为自行 软件、硬件设计与仿真和答疑。成绩构成： 平时 30分 设计报告 70分,答疑地点：科B117。报告要求：报告可以是打印的，也可以是手写 的，但数据、图表需齐全（纸质档）。交报告时间：12周周5之前必须交。补选的同学 ，必须在报告封面醒目处写上补选 二字（只能大四），以便成绩登 录。交报告地点：科B117。,注意：同学在签写实验报告时，学号、姓名不 能错，难以辨认的姓名，最好用拼音注 上，以便成绩登录。否则无

2、法在教务处 网站登录成绩。联系方式：饶力 13540622403无报告者，成绩视为不及格。,传输与处理综合设计 【设计名称】 用可编程器件GAL16V8设计可变长度 的序列信号发生器,一.设计目的 传输与处理综合设计是一门结合专业的独立的实践课程，是培养高年级学生在学完专业基础课后，综合所学知识进行工程设计的一项基本能力训练。设计时，在微机上用机助设计方法，以可编程逻辑器件为主要器件，设计出通信设备中各种专用部件，并在编程器上烧录后，进行硬件测试，以验证设计的正确性。,设计要求： 1.掌握伪随机序列的基本性质及伪随机序列信号发生器的设计方法。 2.掌握从给定长度的m序列中截短为设计所给长度 M

3、 的设计方法。 3.掌握可编程器件GAL16V8的使用方法，并学会使用该器件设计可变长度序列信号发生器。 4. 掌握FM软件的使用方法。,5. 熟悉伪随机序列在通信系统中的地位和用途。 【设计内容】 1. 在掌握伪随机序列性质的基础上，设计给定长度的伪随机序列信号发生器，也即设计给定n后（n为移位寄存器的级数）最长线性反馈移位寄存器序列。并在给定n产生的最长序列的基础上，截短出课题给出的,序列长度，并用FM软件对可编程器件GAL16V8进 行编程，以实现长度不同的序列信号发生器。 2.用C语言编写一程序，用于验证所设计的项目 是否满足要求（软件验证）。 3. 将可编程器件烧录完成后，为了验证设

4、计者 设计是否正确，还需将所设计的器件进行硬件试，以便检验设计是否达到要求（硬件验证）。,一、伪随机序列 随机噪声在通信技术中首先是作为有损通信质量的因素受到人们的重视的。信道中存在随机噪声会使模拟信号产生失真，或使数字信号解调后出现误码；同时，它还是限制信道容量的一个重要因素。,随着通信理论的发展，为了实现最有效的通信，应采用具有白噪声的统计特性的信号。另外，为了实现高可靠性的保密通信，也希望利用随机噪声。然而，利用随机噪声的最大困难是它难以重复产生和处理。 伪随机噪声具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和处理。,由于它具有随机噪声的优点，又避免了它的缺点，因此获得了日益广泛

5、的应用。目前广泛应用的伪随机噪声都是由数字电路产生的周期序列。 在设计数字通信系统时，通常都假设信源序列是随机序列，而实际信源发出的序列不一定满足这个条件，特别是信源出现长0串时，给接收端提取定时信号带来一定困难。,解决这个问题的办法，除了用码型编码的方法以外，也常用m序列对信源序列进行“加乱”处理，有时也称扰码，以使信源序列随机化。在接收端再把“加乱”了的序列，用同样的m序列“解乱”，即进行解扰，恢复原有的信源序列。 扰码的原理基于m序列的伪随机性。下面首先了解m序列的产生和性质。,二、m序列的产生和性质,m序列是最常用的一种伪随机序列，它是最长线性反馈移位寄存器的简称。m序列是由带线性反馈

6、的移位寄存器产生的序列，并且具有最长周期。,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，如果反馈逻辑线路只用模2和构成，则称为线性反馈移位寄存器；如果反馈线路中包含“与”、“或”等运算，则称为非线性反馈移位寄存器。 异或门可以实现计算机中的二进制加法。 作用是判断输入端是否一致。,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。 以图1所示的4级移位寄存器为例，图中线性 反馈逻辑服从以下递归关系式,图1 4级移位寄存器 即第3级与第4级输出的模2和运

7、算结果反馈到第1 级去。设4级移位寄存器的初始状态为0001 ，运行结果如下：,该移位寄存器的状态具有周期性，其周期长度为15。如果从末级输出，选择3个0为起点，便可得到如下序列： 由上例可看出，对于n4的移位寄存器共有 2416种不同的状态。上述序列中出现了除全0以外的所有状态，因此是可能得到的最长周期序列。,只要移位寄存器的初始状态不是全0，就能得到周期长度为15的序列。其实，从任何一级寄存器所得到的序列都是周期长度为15的序列，只不过节拍不同而已，这些序列都是最长线性反馈移位寄存器序列。 将图1中的线性反馈逻辑改为,如图2所示。 图2 修改反馈逻辑后的4级移位寄存器,如果4级移位寄存器的

8、初始状态为0001，可得末 级输出序列为 ： 其周期为6。,如果将图2的初始状态改为1011，输出序列是周期为3的循环序列，即 当初始状态为1111时，输出序列是周期为6的循环序列，其中一个周期为,以上4种不同的输出序列说明，n级线性反馈移位寄存器的输出序列是一个周期序列，其周期长短由移位寄存器的级数、线性反馈逻辑和初始状态决定。但在产生最长线性反馈移位寄存器序列时，只要初始状态非全0即可，关键要有合适的线性反馈逻辑。,作业：,自己推出上图初始状态为：1011和1111时，输出序列的循环周期，并用真值表来表达。,n级线性反馈移位寄存器如图3所示。图中Ci表示反馈线的两种可能连接状态，Ci1表示

9、连接线连通，第ni级输出加入反馈中；Ci0表示连接线断开，第ni级输出未参加反馈。因此，一般形式的线性反馈逻辑表达式： 注意：上式为模2和。,图3 n级线性反馈移位寄存器,将等式左边的 移至右边，并将 （C01）带入上式，则上式可改写为 定义一个与上式相对应的多项式,其中的幂次表示元素相应的位置。称为线性反馈移位寄存器的特征多项式，特征多项式与输出序列的周期有密切的关系。可以证明，当满足下列3个条件时，就一定能产生m序列： （1） 是不可约的，即不能再分解因式；（2） 可整除 ，这里 ；,（3） 不能整除 ，这里 。 满足上述条件的多项式称为本原多项式。 产生m序列的充要条件就变成如何找本 原

10、多项式。,以4级移位寄存器为例。4级移位寄存器所能产生 的m序列，其周期为p24115， 其特征多项式 应能整除 。 将 进行因式分解 ，有：,以上共得到5个不可约因式，其中有3个4阶多项 式，而 可整除 故不是本原多项式。,其余2个是本原多项式，而且是互逆多项式，只要找到其中的一个，另一个就可以写出。例如 就是图1对应的本原多项式。 另一个是,图1 4级移位寄存器,所以每一本原多项式可以组成两种m序 列发生器。 寻求本原多项式是一件繁琐的工作。 表2给出其中部分结果，每个n只给出一个本原多项式。为了使m序列发生器尽量简单，常用的是只有3项的本原多项式，此时发生器只需要一个模2加法器。,表2

11、本原多项式系数表,但对于某些n值，不存在3项的本原多项式。表中列出的本原多项式都是项数最少的，为简便起见，用八进制数字记载本原多项式的系数。由系数写出本原多项式非常方便。 例如n4时，本原多项式系数的八进制表示为23，将23写成二进制码010与011，从左向右第一个1对应于C0，按系数可写出 ；,从右向左的第一个1对应于C0，按系数可写出， ，其过程如下： 2 3 0 1 0 0 1 1 C0 C1 C2 C3 C4 C4 C3 C2 C1 C0,作业： 用上述方法，推出上表中n=6的 两个代数式。,和 为互逆多项式， 即10011与11001互为逆码。所以在表2中每一本原多项式可以组成两种m

12、序列发生器。 m序列有如下性质 （1）由n级移位寄存器产生的m序列，其周期为2n -1。 （2）除全0状态外，n级移位寄存器可能出现的各种不同状态都在m序列的一个周期内出现，而,且只出现一次。因此，m序列中1和0的出现概率大致相同，1码只比0码多一个。 （3）在一个序列（周期）中连续出现的相同码称为一个游程，连码的个数称为游程的长度。m序列中共有2n1个游程。,例如： 在其一个周期（m个元素）中，共有8个游程，,其中长度为4的游程有一个，即“1111”；长度为 3的游程有一个，即“000”；长度为2的游程有两个，即“11”与“00”；长度为1的游程有四个， 即两个“1”和两个“0”。m 序列中

13、共有2n-1个游程，其中长度为1的游程占1/2， 长度为2的游程占1/4，长度为3的游程占1/8，以此类推，长度为k的游程占2k。,其中最长的游程是n个连1码，次长的游程是n1个连0码。 一个周期为p的m序列与其任意次移位后的序 列模2相加，其结果仍是周期为p的m序列，只是原序列某次移位后的序列。所对应元素相同和不相同的数目就是移位相加后m序列中0，1的数目。,例如：一个m序列Mp与其经任意次迟延移位产生的另一不同序列Mr模2相加，得到的仍是Mp的某次迟延位移序列Ms，即： 分析一个m7的m序列Mp作为例子。 设Mp的一个周期为1110010，另一个,序列Mr是Mp向右移位一次的结果，即Mr的一个 相应周期为0111001。这个两个序列的模2和为： 上式得出的为Ms的一个相应的周期，它与Mp向 右移位5次的结果相同。,由以上特性可知，m序列是一个周期性确 定序列，又具有类似于随机二元序列的特性，故常把m序列称为伪随机序列或伪噪声序列，记作PN序列。由于m序列有很强的规律性及其伪随机性，因此得到了广泛的应用。,