通信设计练习-m序列1

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1、通信系统电路设计练习：M序列编码/解码器的设计作业的背景及训练目的为了给通信专业的同学们提供一个设计实践的机会，在最短的时间段内掌握数字设计的动手能力，提高Verilog语言的使用能力，所以专门设计了这样一个难度适中的数字通信系统设计练习。本练习是根据工程实际问题提出的，但为了便于同学理解，对设计需求指标做了许多简化。希望同学们在设计范例和老师的指导下，一步一步地达到设计目标。期望同学们能在两至三周内，参考设计范例，独立完成自己的设计任务，在这一过程中学习用Verilog编写RTL代码和仿真验证用测试代码技术，以及用综合器进行综合的技术、并熟练掌握较复杂数字系统的多层次的仿真验证的

2、方法，以逐步提高同学在设计工作中的自信心。1．1M序列介绍：M序列是PN（pseudonoise）伪随机噪声中最广为人知的一种，主要用在扩频率通信中，先简要介绍一下扩频通信工程的原理，然后分析M序列的数学特性从而回答即为什么要选择M序列，然后再谈谈M序列在扩频应用中的局限性。有了一定的理论基础后，我们就可以开始讨论怎样用具体的硬件实现应用M序列的扩频通信的发射端和接收端电路。1.2扩频通信的短暂的历史有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员HedyLamarr和钢琴家GeorgeAntheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.38

3、7。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到20世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。扩频通信技术解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN(IEEE802.11a,IEEE802.11b,IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频谱的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。1.3扩频技术理论证明在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用：C=BLog2(1+S/N)式中：C是信道容量、单位为比特每秒(bps)，它是在理论上可接受的误

4、码率(BER)下所允许的最大数据速率；B是要求的信道带宽，单位是Hz；S/N是信噪比。C表示通信信道所允许的信息量，也表示了所希望得到的性能，带宽(B)则是付出的代价，因为频率是一种有限的资源，S/N表示周围的环境或者物理特性(障碍物、干扰发射台、冲突等)。用于恶劣环境(噪声和干扰导致极低的信噪比)时，从上式可以看出：为了提高信息的传输速率C，可以从两种途径实现，既加大带宽W或提高信噪比S/N。换句话说，当信号的传输速率C一定时，信号带宽W和信噪比S/N是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在

5、噪声之下也是可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。1.4扩频技术的优点1、抗干扰性强，误码率低如上所述，扩频通信系统由于在发送端扩展信号频谱，在接收端解扩还原信息，产生了扩频增益，从而大大地提高了抗干扰容限。根据扩频增益不同，甚至在负的信噪比条件下，也可以将信号从噪声的淹没中提取出来，在目前商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作于负信噪比条件下的通信方式。2、易于同频使用，提高了无线频谱利用率无线频谱十分宝贵，虽然从长波到微波都已得到开发利用，仍然满足不了社会的需求。为此，世界各地都设计了频谱管理机构，用户只能使用申请获得的频

6、率，依靠频道划分来防止信道之间发生干扰。由于扩频通信采用了相关接收这一高技术，信号发送功率极低（<1W，一般为1~100mW），且可工作在信道噪声和热噪声背景中，易于在同一地区重复使用同一频率，也可以与现今各种窄带通信共享同一频率资源；.3、抗多径干扰在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性；在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。4、扩频通信是数字通信，特别适合数字话音和数据同时传输，扩频通信自身具有加密功能，保密性强，便于开展各种通信业务。扩频通

7、信容易采用码分多址、语音压缩等多项新技术，更加适用于计算机网络以及数字化的话音、图像信息传输；.5、扩频通信绝大部分是数字电路，设备高度集成，安装简便，易于维护，也十分小巧可靠，便于安装，便于扩展，平均无故障率时间也很长；6、另外，扩频设备一般采用积木式结构，组网方式灵活，方便统一规划，分期实施，利于扩容，有效地保护前期投资。1.5频谱的扩展的实现和直接序列扩频频谱的扩展是用数字化方式实现的。在一个二进制码位的时段内用一组新的多位长的码型予以置换，新码型的码速率远远高