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。另一种是周期为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a(i=1,2,3,n)是各移位寄存器的状态,k-ic(i=1,2,n)对应各各移位寄存器的回馈系数，c=1表示该级移位寄存器参与回馈，c=0表示该级iii移位寄存器不参与回馈。C和c不能为0,这是因为c=0意味着移位寄存器无回馈，而c=0则意味着0n0n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=ca,ca,.

3、,ca(mod2)(1-1)k1k-12k-2nk-n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。m序列的一个重要性质是：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37134152353145，67，75663103，147，1557127203，211，217，235，277，313，325，345，36782

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序列发生器的建模与设计举例从表中选m序列的级数n为7,序列长度为m=127,若选回馈系数的八进制数值为255,转换

6、成二进制数值为10011101，即C7C6C5C4C3C2C1C010011101图2n=7的回馈移位寄存器的结构模型4、m序列的性质均衡性：在一个周期中“1”的个数比“0”的个数多1；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。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。相关特性：m序列自相关函数输出为2-1，m序列与其移位序列的相关函数输出为一1。计数：同长度不同反馈逻辑的m序列的数目等于同幕次的本原多项式的数目。可以证明：n幕次本原N，(2”-1)(x)多项式的数目为：N，n。其

7、中(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)Tori-cfp日口*1PN13的SampleTime设置为SampleTime；PN13的Generatorpolynomial设置为1011；PN13的Initialstates设置为001；PN15的SampleTime设置为SampleTime；PN15的Generatorpolynomial设置为1101；PN15的Initialstates设置为001；2、编程完成PN码特性分析SampleTime=1/8;sim(pnsim);len=length(pn13

8、);N=7;N_sample=64;%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%自相关函数dpn二conv(1-2*pn1,1-2*pn2(N:T:1)/N%互相关函数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自相关波形);subplot(4,1,4);stem(1:61,dpn(15:75);axis(061-1.51.5);title(PN(N=3)互相关

10、波形);3、仿真结果3dJOPNI3S相辰繚羽-qiioo111D203dJO50ffl1f笛fff1Iff1fTffff1rn11frf-J严6j严J严.jj1D1D203d4033ffl五、PN码产生的硬件设计1、产生PN13伪随机序列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、产生PN15

11、伪随机序列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、产生自相关特性和互相关特性QHR刃卫典.上.I”4中上丿J205的输出波形PN13PN15GOLD1GOLD2设置7对应0电平，则14对应为1电平，6对应为-1/7。六、实验操作说明开关置

12、ON表明输入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,SW201-10000001000000100101010010GOLD311010GOLD400011GOLD501011GOLD610011GOLD700100WALSH001100WALSH110100WALSH211100WALSH300101WALSH401101WALSH510101WALSH611101WALSH72、SW201-7为使能信号，需要先置”1”对扩频和多址码的产生初始化，然后置”0”输出pn序列。七、实验内容1、用mat

13、alab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”1”对扩频和多址码的产生初始化，然后置”0”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PN序列的波形，观察并记