PN码产生与特性分析实验

1、实验一 PN码特性实验一、实验目的1掌握PN码的编解码原理。2、掌握PN码的软件仿真方法。3、掌握PN码的硬件仿真方法。4、掌握PN码的硬件设计方法。二、预习要求1掌握PN码的编解码原理和方法。2、熟悉matlab的应用和仿真方法。3、熟悉Quatus的应用和FPGA的开发方法。三、实验原理1 m序列简介m序列主要功能为：扩展调制信号的带宽到更大的传输带宽，即扩展频谱，提高系统抗干扰能力；区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号，在移动通信CDMA系统中作为用户地址码和基站地址码；除此外还可以作为扰码，平衡通信中”0”和” 1”的数目。m 序列是有n级线性移位寄存器产生的周期为2n

2、 -1的码序列，是最大长度线性回馈移位寄存器序列的简称。码分多址系统主要采用两种长度的m序列：一种是周期为 215 -1的m序列，又称短PN码。另种是周期为242 -1的m序列，又称长PN序列。2、产生原理m序列产生的一般结构模型如图1所示。其中 ak(i =1,2,3,n)是各移位寄存器的状态，Ci(i -1,2,n)对应各各移位寄存器的回馈系数，G =1表示该级移位寄存器参与回馈，c =0表示该级移位寄存器不参与回馈。 C0和Cn不能为0,这是因为C0 =0意味着移位寄存器无回馈，而 Cn=0则意味着回馈移位寄存器蜕化为n-1级或更少的级数的回馈。图1回馈移位寄存器的结构模型回馈函数为：a

3、k =。卫2 gaz . Cna“(mod 2)( 1-1 )上述的回馈函数是一个线性递归函数。当级数(n)和回馈系数确定后，输出就确定了。回馈的移位寄存器级数不同，则 m序列的回馈系数也不同，表 1列出了部分的m序列发生器的回馈系数，供读者使用m序列的一个重要性时参考。表中给出的是八进制值，经转换成二进制数值后，可求出相应的回馈系数。 质是：任一 m序列的循环移位仍是一个 m序列，序列的长度为 m=2_1。 表1部分m序列发生器的回馈系数级数(n)序列长度回馈系数37134152353145, 67, 75663103, 147, 1557127203, 211, 217, 235, 277

4、, 313, 325, 345, 3678255435, 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, 557

5、53, 60153, 71147 , 674011532767100003, 110013, 120265, 133663, 142305, 1647051665535210013, 233303, 307572, 311405, 347433, 375213171311071400011, 411335, 444257, 527427, 646775, 714303182621431000201, 1002241, 1025711, 1703601195243872000047, 2020471, 2227023, 2331067, 2570103, 36103532010485754000

6、011, 4001151, 4004515 , 60000313、m序列发生器的建模与设计举例从表中选m序列的级数n为乙序列长度为m=127,若选回馈系数的八进制数值为255,转换成二进制数值为10011101，即C7C6C5C4C3C2C1C010011101图2 n=7的回馈移位寄存器的结构模型4、m序列的性质(1) 均衡性：在一个周期中“1 ”的个数比“ 0”的个数多1；(2) 游程特征：一个周期中长度为1的游程数占游程总数的1/2 ;长度为2的游程数占游程总数的1/4 ;长度为k的游程数占游程总数的1/2k 。(3)移位相加特性：m序列与其移位序列模 2相加的序列仍是原序列的移位序列。

7、(4)相关特性：m序列自相关函数输出为 2n -1，m序列与其移位序列的相关函数输出为一1。N g _J）多项式的数目为：二。其中匚：（X）为欧拉函数，它等于小于x且与x互质的数的个数（包含1）。四、PN码产生和特性分析仿真1、建立仿真文件（pn.mdl）IT o Wo rhup q qu Y每码元对应的载波信号输出pn码码元扩展码元成形输出pn码码元扩展码元成形自相关函数互相关函数PN13 的 Sample Time 设置为 SampleTime ；PN13 的 Generator polynomial设置为1 0 1 1；PN13的 Initial states设置为0 0 1；PN15

8、的 Sample Time 设置为 SampleTime ；PN15 的 Generator polynomial设置为1 1 0 1；PN15的 Initial states设置为0 0 1；2、编程完成PN码特性分析SampleTime=1/8;sim(p nsim);len=le ngth(p n13);N=7;N_sample=64;gt=on es(1,N_sample);%pn仁pn 13%pn temp1=sigexpa nd(p n1,N_sample); %pn x1=c onv(pn temp1,gt);%pn 2=p n15%pn temp2=sigexpa nd(p n

9、2,N_sample); %pn x2=c onv(pn temp2,gt);%spn=con v(1-2*p n1,1-2*p n1(N:-1:1)/N % dpn=conv(1-2*pn1,1-2*pn2(N:-1:1)/N % t=0:1/N_sample:le n-1/N_sample;figure(1) subplot(4,1,1);plot(t,p nx1(1:le ngth(t);axis(O 61-0.5 1.5);title(PN13 波形);subplot(4,1,2);plot(t,p nx2(1:le ngth(t);axis(0 61 -0.5 1.5);title(

10、PN15 波形);subplot(4,1,3);stem(1:61,sp n(15:75);axis(0 61 -0.5 1.5);title(PN13自相关波形);subplot(4,1,4);stem(1:61,dp n(15:75);axis(0 61 -1.5 1.5);title(PN(N=3)互相关波形);3、仿真结果FNM3波惡亏I 5 -0I10203014011 eoPU15波專.50-l: | :i: :1: :1p-di o cj o di1d t 6 A 6 66 A 6 6 6 6占 6 6 6 6 614 6 6 d6 d 6 6 A di30PN归自帕关浹靈宴PN

11、|N=3)E+B 关被飛n tff fff ft f ffr rrr nf ff0.5*i01 :卜 0 O0 0 彷iAi : 杏 05:0 0 &*A1D五、PN码产生的硬件设计1产生PN13伪随机序列process(g_clk,en13)beginif g_clkevent and g_clk=1 then if (en13=1) then reg=101;elsefor I in 1 to 2 loop reg(i)=reg(i-1); end loop; reg(0)=reg(2) xor reg(1); pn13=reg(2);end if;end if;end process;2

12、、产生PN15伪随机序列 process(g_clk,en15) variable i : integer range 0 to 6;beginif g_clkevent and g_clk=1 then if (en15=1) then reg=010;elsefor I in 1 to 2 loop reg(i)=reg(i-1); end loop; reg(0)=reg(0) xor reg(2); pn155ih1F&EiFai! :v:- ljE u* “ .TFi 一 iEgst i unJIbjTTJ-*E&MfaWni国囚 冬二二！ _电世亞六、实验操作说明开关置ON表明输入

13、0, OFF表明输入1; LED亮表明输出1,暗表明输出0。1、编码方式选择SW201-5,SW201-4,SW201-3,SW201-2,SW201-1J205的输出波形00000PN1301000PN1500010GOLD101010GOLD210010GOLD311010GOLD400011GOLD501011GOLD610011GOLD700100WALSH001100WALSH110100WALSH211100WALSH300101WALSH401101WALSH510101WALSH611101WALSH72、SW201-7为使能信号，需要先置” ”对扩频和多址码的产生初始化，然后

14、置”输出pn序列。七、实验内容1、用matalab中的simulink对生成多项式为13和15的PN码进行软件仿真，绘制它们的波形图、自相关 特性图和互相关特性图；2、分别对CDMA的下行信道的I通道和Q通道的PN码进行软件仿真，绘制它们的波形图、自相关特性 图和互相关特性图；3、 在Quatus中分别对生成多项式为13和15的PN码进行仿真，分析 PN码的特性；4、 SW201-7为使能信号，需要先置 ” ”对扩频和多址码的产生初始化，然后置”输出PN序列；5、 设置 SW201-5,SW201-4, SW201-3,SW201-2,SW201-1 为 “ 00000”，在 TP205 测量生成多项式为 13 的 PN 码波形，分析PN码特性；6、 设置 SW201-5,SW201-4, SW201-3,SW201-2,SW201-1 为 “ 01000”，在 TP205 测量生成多项式为 15 的 PN码波形，分析PN码特性。7、 观察、记录输出