M序列的产生和性能分析

IM序列的产生和性能分析摘要在扩频函数中，伪随机信号不但要求具有尖锐的互相关函数，互相关函数应接近于零，而且具有足够长的码周期，以确保抗侦破、抗干扰的要求；由足够多的独立地址数，以实现码分多址的要求。M序列是伪随机序列的一种，可由m序列添加全0状态而得到。m序列与M序列对比得出在同级移位寄存器下M序列的数量远远大于m序列数量，其可供选择序列数多，在作跳频和加密码具有极强的抗侦破能力。本文在matlab中的Simulink下用移位寄存器建立了4级、5级、6级M序列的仿真模型，进行了仿真，画出其时域图、频谱图、互相关性图。通过时域图和频域图可看出，经过扩频后的信号频带明显的被扩展；由M序列互相关性图，得出M序列有较小的互相关性，较强的自相关性，但相关性略差于m序列。最后，本文又将M序列应用于CDMA扩频通信仿真系统中，得到下列结论：当使用与扩频时相同的M序列做解扩操作与用其他序列做解扩的输出有巨大的差别。使用相同的序列进行解扩时系统输出值很大，而使用其他序列解扩时输出值在零附近变化。这就是扩频通信的基础。关键词：伪随机编码,扩频通信自相关函数，互相关函数IIMSEQUENCEGENERATIONANDPERFORMANCEANALYSISABSTRACTInspread-spectrumcommunication,pseudo-randomsequencemusthavehighautocorrelationvalue,lowcrosscorrelation,longcodeperiodandlotsofdependentaddresstosatisfycodedivisionmultipleaccess(CDMA).Msequenceisonekindofthepseudo-randomsequences.Itcanbemayobtainedthroughaddingentire0statestomsequence.ThenumberofMsequenceisgreaterthanthem-sequenceunderthesamelevelshiftregister.Itmaysupplythemorechoice.TheM-sequenceisoftenappliedtothefrequencyhoppingandaddsthepasswordtohavegreatlystrengthenedanti-solvestheability.Atfirst,Msequenceswhichhasn=4、5、7levelsofshiftregistersareproducedunderSimulinkofMatlab.Thetimedomainchart,thespectrograph,themutualcorrelationchartareplotted.Throughthetimedomainchartandthespectrograph,wecouldseehowthebandwidthoftheinformationsignalisexpanded.Thepseudo-randomsymbolspeedratehighernoisesignalfrequencyspectrumisproliferatedwidely,theoutputpowerspectrumscopeislower.Thiscanexplainthespread-spectrumcommunicationsystemprinciplefromthefrequencyrange.ThroughtheMsequence’sautocorrelationchartwecanseethattheautocorrelationofM-sequenceisquitegoodbutisinferiortothemsequence.Finally,theMsequenceisappliedtothecodedivisionmultipleaccess(CDMA)communicationsystem.Thisisthespread-spectrumcommunicationfoundation.KEYWORDS：Pseudo-randomcode,auto-correlation,cross-correlationIII目录前言................................................................................................1第1章扩展频谱通信.......................................................................3§1.1扩展频谱通信.......................................................................3§1.2扩展频谱技术.......................................................................5第2章M序列的产生方法和性质....................................................6§2.1M序列的产生方法................................................................7§2.1.1由m序列构成M序列.....................................................7§2.2搜索法产生M序列..............................................................8§2.3M序列的性质......................................................................12§2.3.1M序列的性质...............................................................12§2.3.2M序列的相关特性.......................................................13第3章MATLAB仿真....................................................................14§3.1反馈移位寄存器产生M序列的仿真...................................14§3.2M序列在扩频通信领域的仿真...........................................25结论..............................................................................................29参考文献..........................................................................................31致谢..............................................................................................331前言扩展频谱通信最早始于军事通信，直到80年代末，美国FCC规划出了ISM频段，并且可以由采用扩频通信机制的商用通信使用。由于扩频通信在提高信号接收质量，抗干扰，保密性，增加系统容量方面都有突出的优点。扩频通信迅速地在民用，商用通信领域普及来。近年来在国内，扩频通信技术如雨后春笋般发展起来，已经广泛应用在室内局域网互连，室外远程城域网互连等领域。众多的国际无线扩频厂商纷纷加入了国内市场的竞争。如今,扩频微波产品已经广泛应用于中国的电信，移动，金融，证卷，税务，电力，公安，水利，交通，油田，卫生，广电等部门，并已安装了上万套的扩频微波设备。伪随机码,也称伪噪声码,是一种可以预先确定并可以重复地产生和复制,又具有随机统计特性的二进制码序列。早在20世纪40年代末,香农（ShannonGE）等人就建立了“噪声通讯”理论,证明了具有白噪声统计特性的信号对充分利用信道的容量与信号的功率、抗多路径干扰和测定距离等问题具有明显的优点。但当时只是限于理论上的探讨。到了20世纪60年代中期,由于发展了一些易于产生、加工、复制,又具有白噪声统计特性的伪随机码,噪声通讯理论才获得了许多实际应用。在深空通信场合,利用伪随机编码信号可以实现低信噪比接收,大大改善了通信的可靠性,且可实现码分多址通信。此外,利用伪随机编码信号可以实现高性能的保密通信。这些特点正符合全球定位系统的技术要求。伪随机码种类有许多,文中讨论了M序列。M序列是由若干级带有某些特定反馈的移位寄存器产生的,也称最长非线性移位寄存器序列。扩频谱编码是一种信道编码体制,始于20世纪80年代初的无线电隐蔽式数字通信。尽管该体制在无线电通信领域得到成功应用,但它却很少应用于通信声呐,甚至被认为不适合于水声通信,因为声波在海洋中传播的衰减与声吸收、散射、反射、几何扩展等因素有关,高频声波在水中传播的衰减系数近似与声波频率平方成正比,信道对高频声波的衰减较大.由于远距离水2声信道的带宽只有十几千赫,发射机和发射换能器的匹配带宽仅为几千赫兹,限制了扩频频谱带宽和通信速率,所以也限制了M序列扩频编码在声呐中的应用。近年来,包括美国、俄罗斯和英国在内的海军强国,均对M序列扩频编码通信声呐进行了研究。在对通信隐蔽性、可靠性和作用距离要求较高,而对速率要求不高的场合（通常为每秒几个比特）,该体制有独特的可用性,特别适合于潜艇间文本通信。本文首先对伪随机码(M序列)的国内外状况进行了简单的介绍,接着又说明了M序列的基本概念，并在此基础上详细的阐述了M序列的产生方法和其性质(1.随机特性；2.条数；3.相关特性)，最后又用MATLAB仿真出M序列及其基本的特性曲线。3第1章扩展频谱通信人类社会进入到了信息社会，通信现代化是人类社会进入信息时代的标志。怎样在恶劣的环境条件下保证通信有效地、准确地、迅速地进行，是当今通信工作者所面临的一大课题。扩展频谱通信是现代通信系统中的一种新兴的通信方式，其较强的抗干扰、抗衰弱和抗多径性能以及频谱利用率高、多址通信等诸多优点越来越为人们所认识，并被广泛地军事通信和民用通信的各个领域，从而推动了通信事业的迅速发展。§1.1扩展频谱通信扩频通信的起源和发展与军事应用有密切关系。从20世纪20年代起人们就已经开始研究许多具有扩频技术特征的电子设备。雷达(Radar)诞生于20世纪20年代，主要用于检测无线电回波信号和测距；30年代诞生了FM无线电高度表。第二次世界大战中脉冲雷达受到关注，主要原因是脉冲雷达比连续波雷达能更好地隔离收、发机。在二战结束前，德国发明了线性调频脉冲压缩雷达和脉冲调频雷达。匹配滤波器理论也是在二战期间由North,VanVlek和Middleton等学者提出来的，这个理论告诉我们在白高斯噪声下最佳信号检测的性能仅决定于信号的能量与噪声功率谱密度。因此人们可以选择波形来满足其他准则要求。从20世纪70年代起，开始把军事通信中的扩频技术用于多址通信，提出了CDMA技术。由于CDMA具有网络容量大，以及用户接入方便、灵活等优点，立刻成了地面公众移动通信的一个主流技术。在第二代数字公众移动通信中，流行于北美和韩国的IS-95就采用CDMA技术。目前第三代数字移动通信系统的几种实现方案，几乎全都采用CDMA技术。在通信中遇到的干扰可分为两类：人为干扰和非人为干扰。人为干扰是一种故意干扰，意在对敌方的通信实施干扰，达到破坏对方