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1、(完整word版)PN码的设计设计报告课程名称： 通信系统课程设计 课题名称： PN码的设计 系 部: 电气与信息工程学院 专业班级： 通信13101 学 号： 201316020115 学生姓名： 朱恩邦 指导教师： 侯清莲 完成时间： 201612-28 报告成绩： 评阅意见: 评阅教师 日期 目录摘要2ABSTRACT3第一章 前言41.1设计的提出41。2 伪随机序列的应用及其意义51。3 伪随机序列研究现状51.4设计内容6第二章 伪随机序列与仿真工具的简介62.1 伪随机序列理论的发展历史72。2 伪随机序列的构造方法82.3 MATLAB简介8第三章 m序列103。1 m序列的定
2、义103.2 m序列的产生103.3 m序列的性质143。4 m序列的计数18第四章 Gold序列184。1 Gold序列的定义184.2 m序列优选对194.3 Gold序列的产生结构224.4 Gold码的性质234。5 平衡Gold码25第五章 序列的仿真及其仿真比较275.1 m序列的仿真275。2 Gold序列的仿真295。3 MATLAB环境中伪随机序列相关函数的实现及特性325.4 两种相关函数间的相关特性比较33第六章 心得体会34参考文献:35PN码的设计摘要本次设计主要介绍了PN序列中两种常用的反馈移位寄存器序列（m序列和Gold序列）的特性,并对其进行仿真研究.伪随机序列
3、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,特别是作为扩频码在CDMA系统中的应用已成为其中的关键问题。在本论文中首先简要阐述了伪随机序列的研究现状及其相关意义，接着介绍了伪随机序列的发展历史，研究方法和研究工具。然后分别对m序列和Gold序列这两种常用的伪随机序列的生成过程、随机特性以及相关特性进行了详细的研究,并分析它们的
4、优点以及存在的问题。最后在理论证明的基础上应用MATLAB仿真验证它们的随机特性，并用仿真做出m序列和Gold序列相关特性图形并加以比较.【关键词】:PN序列(伪随机序列)；m序列；Gold序列；相关；ABSTRACTMatlab software has been used extensively in many engineering fields due to its strong operation fanction. To expanding or compressing the signal spectrum in spread spectrum system，the signal
5、 is generally multipled by a spread Spectrum sequence. The character of spread spectrum sequence significantly affects the communication quality. In all PN sequences， msequence and Gold-sequence are often used asspread spectrum sequence。 In this paper， the brief introduction of the theory， property
6、and constructing means of the two sequences are given first, and the generation and analysis of them by programming with M language in MATLAB are given later. The simulation results show the correctness and feasibility of this method.The simple and intuitive method is convenient for the engineering
7、personnel。KEYWORDS:PN sequence； Sequence; Spread spectrum sequence第一章 前言1。1设计的提出PN序列（Pseudo-noise Sequence）伪噪声序列 这类序列具有类似随机噪声的一些统计特性，但和真正的随机信号不同,它可以重复产生和处理，故称作伪随机噪声序列。PN序列有多种，其中最基本常用的一种是最长线形反馈移位寄存器序列，也称作m序列，通常由反馈移位寄存器产生.PN序列一般用于扩展信号频谱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。这些特性使得伪随机序列得到了广泛的应用。1。
8、2 伪随机序列的应用及其意义(1） 在通信加密中的应用 m序列自相关性较好,容易产生和复制，而且具有伪随机性，利用m序列加密数字信号使加密后的信号在携带原始信息的同时具有伪噪声的特点，以达到在信号传输的过程中隐藏信息的目的；在信号接收端,再次利用m序列加以解密，恢复出原始信号。(2） 在雷达信号设计中的应用 近年兴起的扩展频谱雷达所采用的信号是已调制的具有类似噪声性质的伪随机序列,它具有很高的距离分辨力和速度分辨力。这种雷达的接收机采用相关解调的方式工作，能够在低信噪比的条件下工作，同时具有很强的抗干扰能力。该型雷达实质上是一种连续波雷达，具有低截获概率性，是一种体制新、性能高、适应现代高技术
9、战争需要的雷达。采用伪随机序列作为发射信号的雷达系统具有许多突出的优点。首先,它是一种连续波雷达，可以较好地利用发射机的功率.其次，它在一定的信噪比时,能够达到很好的测量精度,保证测量的单值性,比单脉冲雷达具有更高的距离分辨力和速度分辨力。最后，它具有较强的抗干扰能力，敌方要干扰这种宽带雷达信号,将比干扰普通的雷达信号困难得多。（3) 在通信系统中的应用 伪随机序列是一种貌似随机，实际上是有规律的周期性二进制序列,具有类似噪声序列的性质，在CDMA中,地址码都是从伪随机序列中选取的，在CDMA中使用一种最易实现的伪随机序列：m序列，利用m序列不同相位来区分不同用户；为了数据安全，在CDMA的寻
10、呼信道和正向业务信道中使用了数据掩码(即数据扰乱）技术,其方法是用长度为2的42次方减1的m序列用于对业务信道进行扰码(注意不是扩频），它在分组交织器输出的调制字符上进行,通过交织器输出字符与长码PN码片的二进制模工相加而完成。1.3 伪随机序列研究现状迄今为止，人们获得的伪随机序列仍主要是PC（相控）序列，移位寄存器序列（m和M序列），Gold序列，GMW序列，级联GMW序列，Kasami序列，Bent序列,No序列。其中m序列是最有名和最简单的,也是研究的最透彻的序列。m序列还是研究其它序列的基础。它序列平衡，有最好的自相关特性，但互相关满足一定条件的族序列数很少（对于本原多项式的阶数小于
11、等于13的m序列，互为优选对的序列数不多于6）,且线性复杂度很小。M序列族序列数极其巨大（当寄存器级数等于6时，有226个序列）。但其生成困难，且其互相关特性目前知之甚少，一般很少用。Gold序列互相关函数为3值,序列部分平衡,有良好的相关特性，族序列数相对较大，但它有致命的弱点,线性复杂度很低，仅是相同长度的m序列的两倍，这制约了Gold序列的广泛应用，特别在抗干扰及密码学中的应用。GMW序列具有序列平衡，线性复杂度大，自相关性能好（同m序列）等优点。它是非线性序列，且数量比m序列多。作为单个序列GMW序列有优势，但一族GMW序列满足一定互相关条件的序列数很少。一般不用于多址通信作地址码。级
12、联GMW序列平衡性和相关性同于GMW序列,族数比GMW序列多,一般情况下，线性复杂度比GMW序列大。Kasami序列分小集Kasami序列和大集Kasami序列。小集Kasami序列族序列数大,且互相关值达welch下界，大集Kasami序列族序列数非常大，互相关较小集Kasami序列为劣.它们都有共同的弱点,序列是不平衡的，线性复杂度不大（但比m， Gold序列稍大).Bent序列是80年代初构造出来的，具有序列平衡,相关值达welch下界，族序列数多,线性复杂度大等优点。它在整个80年代，90年代大放光芒，也是目前综合性能最好的伪随机序列。但Bent序列构造较难，未有满足一定要求的快速算法
13、。No序列是80年代末构造出来的一种新型伪随机序列，它的突出优点是线性复杂度很大,且相关值可达welch下界,族序列数多，但有序列不平衡的弱点.1.4设计内容首先研究生成序列的反馈移位寄存器、反馈逻辑函数。主要研究它们的生成、随机特性以及相关特性,并分析它们的优缺点以及存在的问题.最后在理论证明的基础上应用MATLAB仿真验证随机特性,并用仿真作出m序列和Gold序列相关特性图形并加以比较。第二章 伪随机序列与仿真工具的简介通过抛硬币的方法可以得到一个随机序列，它具有两个方面的特点：一是预先不可确定、不可重复实现。即在实验前无法预知序列是怎样的,而且在所有的序列中不可能有两个是完全一致的。另一
14、方面所有序列都具有某些共同的随机特性,对二元序列Golomb总结了三条随机性假设:R1 若序列的周期L为偶数,则0的个数与1的个数相等；若L为奇数，则0的个数比1的个数多1或少1。R2 长为1的游程占1/2，且0游程和1游程的个数相等或至多差一个。R3 序列的异相自相关函数为一个常数，即序列为二值自相关序列。能否产生真正的随机序列一直都处在激烈的争论中，但可以肯定的是随机序列的产生、复制和控制在实际中都是难以实现的。如果一个序列，一方面它的结构是可以预先确定的，并且可以重复的产生和复制；另一方面又具有某种随机特性（R1-R3)，便称这种序列为伪随机序列.简单的讲,伪随机序列就是具有某种随机特性
15、的确定序列。2。1 伪随机序列理论的发展历史伪随机序列的理论与应用研究大体上可以分成三个阶段:(1）纯粹理论研究阶段 （1948年以前)；(2)m序列研究的黄金阶段(1948-1969）； (3）非线性生成器的研究阶段 (1969）。1948年以前，学者们研究伪随机序列的理论仅仅是因为其优美的数学结构。最早的研究可以追溯到1894年，作为一个组合问题来研究所谓的De Bruijn序列；上世纪30年代,环上的线性递归序列则成为人们的研究重点。 1948年Shannon信息论诞生后，这种情况得到了改变。伪随机序列己经被广泛的应用在通信以及密码学等重要的技术领域.Shannon证明了“一次一密”是无条件安全的，无条
