《数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列》 第 1 页 共 20 页数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列学生姓名： 指导老师： 摘要 本课程设计主要为了进一步数据序列加扰系统的原理和数据序列解扰系统的原理抗噪声性能的分析本课程设计仿真平台为 MATLAB/Simulink主要是仿真通信加密系统对输入随机数据信号与 17 级 m 序列异或运算以实现信号加密，送入含噪信道，在接收端与相同序列再进行异或运算以解密，改变信道误码率大小，分析该种加密方法的抗噪声性能关键词：Matlab/Sumulink；m 序列加扰与解扰；抗噪声性能1 引 言随着时代的发展，通信在人们的生活中越来越重要，尤其是现在进入信息社会，信息的价值更为突出通信可以分为模拟通信与数字通信，并且数字通信在未来的生活中占据着越来越重要的作用数字通信比模拟通信有明显的优点首先,由于采用二进制数字信号,可在强干扰的情况下传输,从而抗干扰能力大大加强数字信号可以再生，能消除传输过程中的引入干扰的积累，可使通信质量不受通信距离的影响其次，由于大量使用数字电路而易于采用大规模集成电路实现数字多路复用、数字振铃和其他数字信号处理技术，并且更有利于实现数字交换，使数字系统能兼容、电报、电视、数据和其他通信业务。
最后，作为数字通信特有的优点，就是便于实现高度保密的通信数字通信的缺点是，一般需要较大的带宽另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备复杂但是，《数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列》 第 2 页 共 20 页随着微电子技术、计算机技术的广泛应用以及超大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度大大降低在通信系统的设计研发环节中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真已成为必不可少的一部分本课程设计根据当今现代通信技术的发展，对信号的加扰与解扰等原理进行了研究和实验，加深了我们对数字通信的理解1.1 课程设计的目的通信原理课程设计是重要的实践性教学环节在进行了专业基础课和《通信原理》课程教学的基础上，设计或分析一个简单的通信系统，有助于加深对通信系统原理及组成的理解通过课程设计，可以进一步理解通信系统的基本组成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发射端信号的形成及接收端信号解调的原理、通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识并可综合运用这些知识解决一定的实际问题，使我们在所学知识的综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到一定的提高同时通过课程设计培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。
而在同时也能加深对 MATLAB 开发环境的另一作用的了解， Simulink 功能强大，界面友好，是一款很不错的仿真工具 [1]，在这次设计中，我们用到了此环境的 Simulink平台，这个平台是我们以前较少接触过的因此在这次课设中，我们了解了 MATLAB 的 Simulink 这个系统的功能为我们以后做数字通信系统方面提供了更多的基础知识和经验1.2 课程设计的步骤（1）构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化2）再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化3）在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：用高斯白噪声模拟有线信道，噪声源的方差适当设置4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果1.3 设计平台《数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列》 第 3 页 共 20 页此设计平台是 MATLAB 集成环境下的 Simulink 平台Simulink 是基于 Matlab 的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能用数学来描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通信系统、船舶及汽车等，其中包括了连续、离散，条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等。
Simulink 提供了利用鼠标拖放地方法来建立系统框图模型的图形界面，而且还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块机集合，利用Simulink 几乎可以做到不书写一行代码即完成整个动态系统的建模工作除此之外，Simulink 还支持 Stateflow,用来仿真事件驱动过程Simulink 是从底层开发的一个完整的仿真环境和图形界面，是模块化了的编程工具，它把 Matlab 的许多功能都设计成一个个直观的功能模块，把需要的功能模块用连线连起来就可以实现需要的仿真功能了1.4 Simulink 仿真平台简介Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具， 是一种基于 MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真综合分析的集成环境它不仅支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统SIMULINK 包含有 SINKS（输入方式） 、SOURCE（输入源） 、LINEAR（线性环节） 、NONLINEAR（非线性环节） 、CONNECTIONS（连接与接口）和 EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块为实现信号仿真提供了一个很便捷的软件平台Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了 Simulink 多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具Simulink 紧密集成，可以直接访《数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列》 第 4 页 共 20 页问 MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义设计仿真模型时，从模型库中选中模块，单击鼠标右键，选择"Add to untitled"，或直接把模块拖到仿真模型中，即可加入模块。
Simulink 模型库窗口还提供了查找功能，单击 按钮，在弹出的模块查找对话框中输入模块名称关键字，单击"Find Next"即可自动搜索整个模型库在过去几年中，Simulink 已经成为院校和工程领域中广大师生和研究人员用来建模和方针动态系统的软件包Simulink 鼓励人们去尝试，可以用它轻松的搭建一个系统模型，并设置模型参数和方针参数，并且立即观察到改变后的仿真结果2 设计原理首先在 MATLAB/Simulink 模块下学会对数据序列进行与 m 序列的加扰、解扰以及抗噪声性能分析方法通过本次课程设计加深对加扰和解扰系统的理解，使出现具体问题时能够合理，迅速而简单的选择系统，提高我们分析问题解决问题的能力；同时也能够培养我们独立思维的习惯，为我们今后更好的学习工作打下基础MATLAB/Simulink 仿真平台 ,设计一个信道传输加扰与解扰系统. 对输入随机数据信号与 17 级 m 序列异或运算以实现信号加密，送入含噪信道，在接收端与相同序列再进行异或运算以解密，改变信道误码率大小，分析该种加密方法的抗噪声性能2.1 加扰和解扰系统概述一般来说，数字通信系统的设计及其性能都与所传输的数字信号的统计特性有关。
例如在分析计算系统的误码率时，常假定信源送出的“0”和“1”码元是等概率的在有些数字通信设备中，从“0”和“1”码元的交变点提取位定时信息，若经常出现长“0”或“1”游程，则将影响位同步信息的建立和保持如果数字信号具有周期性，则信号频谱中将存在离散谱线电路中存在的不同程度的非线性，有可能使其在多路通信系统其他路中造成串扰为了限制这种串扰，尽量减小串扰就要求数字信号的最小周期足够长《数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列》 第 5 页 共 20 页如果能够先将信源产生的数字信号变换成具有近似于白噪声统计特性的数字序列，在进行传输；在接收端收到这个序列后先变换成原始数字信号，再传给用户，通过这种变换，这样就可以给数字通信系统的设计和性能估计带来很大方便，同时也可以大大提升系统性能所谓加扰技术，就是不用增加多余度二扰乱信号，改变数字信号的统计特性，使其近似于白噪声统计特性的一种技术这种技术的基础是建立在反馈移存器序列（或伪随机序列）理论之上的采用加扰技术的通信系统组成的原理如图 2-1 所示在发送端用加扰器来改变原始数字信号统计特性，而接收端用解扰器恢复出原始数字信号。
在图 2-2 给出一个由5 级移存器组成的自同步加扰器和解扰器的原理方框图由此图可以看出，加扰器是一个反馈电路，解扰器是一个前馈电路，它们分别都是由 5 级移存器和两个模 2 加法电路共同组成如下图 2-1 所示图 2-1 采用加扰技术的系统《数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列》 第 6 页 共 20 页图 2-2 自同步加扰器和解扰器设加扰器的输入数字序列为{a k}，输出为{b k}；解扰器输入为{ bk }，输出为{c k}在这里，符号{ ak }表示二进制数字序列；符号 { bk }，{ck}均与此相仿这样，由图 2-2 不难看出加扰器的输出bk = ak（xor ）b k -3（xor）b k -5 （2-1）而解扰器的输出ck = bk（xor ）b k -3（xor）b k -5 （2-2）以上两式表明，解扰后的序列与加扰前的序列相同这种解扰器是自同步的，因为如果信道干扰造成错码，它的影响至多持续错码位于移存器内的一段时间按，即至多影响连续五个输出码元。
如果断开输入端，加扰器就变成一个反馈移存器序列产生器，其输出为一周期性序列一般都适当设计反馈抽头的位置，使其构成为 m 序列产生器因为它能最有效的将输入序列搅乱，是输出数字码元之间相关性最小《数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列》 第 7 页 共 20 页加扰器的作用可以看做是使输出码元成为输入序列许多码元的模 2 和因此可以把它当作是一种线性序列滤波器；同理，解扰器也可以看作是一个线性序列滤波器3 系统设计3.1 simulink 的工作环境建立一个很小随机序列加扰的系统，用示波器观察生成的 m 序列的波形，系统中所需的模块：随机数据产生器模块，示波器模块，延时器，抑或模块，则最后的组成随机序列与 m 序列加扰电路图如图 3－1，参数设置如图 3－2、3-3 、3-4、3-5，系统内示波器显示的波形如图 3－6 如下所示：图 3-1 加扰器仿真电路图图 3-2 延时器参数设置《数据序列的扰乱与解扰的 MATLAB 实现及性能分析—利用 17 级 m 序列》 第 8 页 共 20 页图 3-3 逻辑异或模块参数设置图 3-4 随机序列参数设置《数据序列的扰乱。