PN碼產(chǎn)生與特性分析實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一PN碼特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握PN碼的編解碼原理。2、掌握PN碼的軟件仿真方法。3、掌握PN碼的硬件仿真方法。4、掌握PN碼的硬件設(shè)計(jì)方法。二、預(yù)習(xí)要求1、掌握PN碼的編解碼原理和方法。2、熟悉matlab的應(yīng)用和仿真方法。3、熟悉Quatus的應(yīng)用和FPGA的開發(fā)方法。三、實(shí)驗(yàn)原理1、m序列簡(jiǎn)介m序列主要功能為：擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)的帶寬到更大的傳輸帶寬，即擴(kuò)展頻譜，提高系統(tǒng)抗干擾能力；區(qū)分通過多址接入方式使用同一傳輸頻帶的不同用戶的信號(hào)，在移動(dòng)通信CDMA系統(tǒng)中作為用戶地址碼和基站地址碼；除此外還可以作為擾碼，平衡通信中”0”和”1”的數(shù)目。m序列是有n級(jí)線性移位寄存器產(chǎn)生的周期為2n-

2、1的碼序列，是最大長(zhǎng)度線性回饋移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。碼分多址系統(tǒng)主要采用兩種長(zhǎng)度的m序列：一種是周期為215-1的m序列，又稱短PN碼。另一種是周期為242-1的m序列，又稱長(zhǎng)PN序列。2、產(chǎn)生原理m序列產(chǎn)生的一般結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。其中a(i=1,2,3,n)是各移位寄存器的狀態(tài),k-ic(i=1,2,n)對(duì)應(yīng)各各移位寄存器的回饋系數(shù)，c=1表示該級(jí)移位寄存器參與回饋，c=0表示該級(jí)iii移位寄存器不參與回饋。C和c不能為0,這是因?yàn)閏=0意味著移位寄存器無(wú)回饋，而c=0則意味著0n0n回饋移位寄存器蛻化為n-1級(jí)或更少的級(jí)數(shù)的回饋。圖1回饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)模型回饋函數(shù)為：a=ca,ca,.

3、,ca(mod2)(1-1)k1k-12k-2nk-n上述的回饋函數(shù)是一個(gè)線性遞歸函數(shù)。當(dāng)級(jí)數(shù)(n)和回饋系數(shù)確定后，輸出就確定了。回饋的移位寄存器級(jí)數(shù)不同，則m序列的回饋系數(shù)也不同，表1列出了部分的m序列發(fā)生器的回饋系數(shù)，供讀者使用時(shí)參考。表中給出的是八進(jìn)制值，經(jīng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)值后，可求出相應(yīng)的回饋系數(shù)。m序列的一個(gè)重要性質(zhì)是：任一m序列的循環(huán)移位仍是一個(gè)m序列，序列的長(zhǎng)度為m=2”-1。表1部分m序列發(fā)生器的回饋系數(shù)級(jí)數(shù)(n)序列長(zhǎng)度回饋系數(shù)37134152353145，67，75663103，147，1557127203，211，217，235，277，313，325，345，36782

4、55435，453，537，543，545，551，703，74795111021，1055，1131，1157，1167，11751010232011，2033，2157，2443，2745，34711120474005，4445，5023，5263，6211，736312409510123，11417，12515，13505，14124，1505313819120033，23261，24633，30741，32535，37505141638342103，51761，55753，60153，71147，674011532767100003，110013，120265，133663，14230

5、5，1647051665535210013，233303，307572，311405，347433，375213171311071400011，411335，444257，527427，646775，714303182621431000201，1002241，1025711，1703601195243872000047,2020471，2227023,2331067,2570103,36103532010485754000011，4001151,4004515,60000313、m序列發(fā)生器的建模與設(shè)計(jì)舉例從表中選m序列的級(jí)數(shù)n為7,序列長(zhǎng)度為m=127,若選回饋系數(shù)的八進(jìn)制數(shù)值為255,轉(zhuǎn)換

6、成二進(jìn)制數(shù)值為10011101，即C7C6C5C4C3C2C1C010011101圖2n=7的回饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)模型4、m序列的性質(zhì)均衡性：在一個(gè)周期中“1”的個(gè)數(shù)比“0”的個(gè)數(shù)多1；游程特征：一個(gè)周期中長(zhǎng)度為1的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/2；長(zhǎng)度為2的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/4；長(zhǎng)度為k的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/2k。移位相加特性：m序列與其移位序列模2相加的序列仍是原序列的移位序列。相關(guān)特性：m序列自相關(guān)函數(shù)輸出為2-1，m序列與其移位序列的相關(guān)函數(shù)輸出為一1。計(jì)數(shù)：同長(zhǎng)度不同反饋邏輯的m序列的數(shù)目等于同幕次的本原多項(xiàng)式的數(shù)目?？梢宰C明：n幕次本原N，(2”-1)(x)多項(xiàng)式的數(shù)目為：N，n。其

7、中(x)為歐拉函數(shù)，它等于小于X且與X互質(zhì)的數(shù)的個(gè)數(shù)(包含1)。四、PN碼產(chǎn)生和特性分析仿真1、建立仿真文件(pn.mdl)Tori-cfp日口*1PN13的SampleTime設(shè)置為SampleTime；PN13的Generatorpolynomial設(shè)置為1011；PN13的Initialstates設(shè)置為001；PN15的SampleTime設(shè)置為SampleTime；PN15的Generatorpolynomial設(shè)置為1101；PN15的Initialstates設(shè)置為001；2、編程完成PN碼特性分析SampleTime=1/8;sim(pnsim);len=length(pn13

8、);N=7;N_sample=64;%每碼元對(duì)應(yīng)的載波信號(hào)%輸出pn碼%碼元擴(kuò)展%碼元成形%輸出pn碼%碼元擴(kuò)展%碼元成形gt=ones(1,N_sample);pn1=pn13pntemp1=sigexpand(pn1,N_sample);pnx1=conv(pntemp1,gt);pn2=pn15pntemp2=sigexpand(pn2,N_sample);pnx2=conv(pntemp2,gt);spn二conv(1-2*pn1,1-2*pn1(N:T:1)/N%自相關(guān)函數(shù)dpn二conv(1-2*pn1,1-2*pn2(N:T:1)/N%互相關(guān)函數(shù)t=0:1/N_sample:le

9、nT/N_sample;figure(1)subplot(4,1,1);plot(t,pnx1(1:length(t);axis(061-0.51.5);title(PN13波形);subplot(4,1,2);plot(t,pnx2(1:length(t);axis(061-0.51.5);title(PN15波形);subplot(4,1,3);stem(1:61,spn(15:75);axis(061-0.51.5);title(PN13自相關(guān)波形);subplot(4,1,4);stem(1:61,dpn(15:75);axis(061-1.51.5);title(PN(N=3)互相關(guān)

10、波形);3、仿真結(jié)果3dJOPNI3S相辰繚羽-qiioo111D203dJO50ffl1f笛fff1Iff1fTffff1rn11frf-J嚴(yán)6j嚴(yán)J嚴(yán).jj1D1D203d4033ffl五、PN碼產(chǎn)生的硬件設(shè)計(jì)1、產(chǎn)生PN13偽隨機(jī)序列process(g_clk,en13)beginifg_clkeventandg_clk=1thenif(en13=1)thenreg=101;elseforIin1to2loopreg(i)=reg(i-1);endloop;reg(0)=reg(2)xorreg(1);pn13=reg(2);endif;endif;endprocess;2、產(chǎn)生PN15

11、偽隨機(jī)序列process(g_clk,en15)variablei:integerrange0to6;beginifg_clkeventandg_clk=1thenif(en15=1)thenreg=010;elseforIin1to2loopreg(i)=reg(i-1);endloop;reg(0)=reg(0)xorreg(2);pn15=reg(2);endif;endif;endprocess;3、產(chǎn)生自相關(guān)特性和互相關(guān)特性QHR刃衛(wèi)典.上.I”4中上丿J205的輸出波形PN13PN15GOLD1GOLD2設(shè)置7對(duì)應(yīng)0電平，則14對(duì)應(yīng)為1電平，6對(duì)應(yīng)為-1/7。六、實(shí)驗(yàn)操作說明開關(guān)置

12、ON表明輸入0，OFF表明輸入1；LED亮表明輸出1,暗表明輸出0。1、編碼方式選擇SW201-5,SW201-4,SW201-3,SW201-2,SW201-10000001000000100101010010GOLD311010GOLD400011GOLD501011GOLD610011GOLD700100WALSH001100WALSH110100WALSH211100WALSH300101WALSH401101WALSH510101WALSH611101WALSH72、SW201-7為使能信號(hào)，需要先置”1”對(duì)擴(kuò)頻和多址碼的產(chǎn)生初始化，然后置”0”輸出pn序列。七、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用mat

13、alab中的simulink對(duì)生成多項(xiàng)式為13和15的PN碼進(jìn)行軟件仿真，繪制它們的波形圖、自相關(guān)特性圖和互相關(guān)特性圖；2、分別對(duì)CDMA的下行信道的I通道和Q通道的PN碼進(jìn)行軟件仿真，繪制它們的波形圖、自相關(guān)特性圖和互相關(guān)特性圖；3、在Quatus中分別對(duì)生成多項(xiàng)式為13和15的PN碼進(jìn)行仿真，分析PN碼的特性；4、SW201-7為使能信號(hào)，需要先置”1”對(duì)擴(kuò)頻和多址碼的產(chǎn)生初始化，然后置”0”輸出PN序列；5、設(shè)置SW201-5,SW201-4,SW201-3,SW201-2,SW201-1為“00000”，在TP205測(cè)量生成多項(xiàng)式為13的PN碼波形，分析PN碼特性；6、設(shè)置SW201-5,SW201-4,SW201-3,SW201-2,SW201-1為“01000”，在TP205測(cè)量生成多項(xiàng)式為15的PN碼波形，分析PN碼特性。7、觀察、記錄輸出PN序列的波形，觀察并記