基于CPLD的通信系统中伪随机码的产生器电路设计开题报告.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。湖 南 工 业 大 学本科毕业设计（论文）开题报告（2012届） 学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 李 波 班 级： 电信082 学号 08401200235 指导教师姓名： 杨韬仪 职称 讲师 2011年 12 月 19 日题目：基于CPLD的通信系统中伪随机码的产生器电路设计1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述随着科学技术的进步，现代战争样式向信息战形式发展。现代战争胜负对于信息获取的依赖程度前所未有的提高。在现代战争中，若己方的通讯交流方式早敌军破获，则地方将获取己方部队动向或实施信息干扰。将会使部队陷入极其危险地境地中。因此，信息战对通讯加密手段的要求极高。 随着通信技术的发展，在某些情况下，为了实现最有效的通信应采用具有白噪声统计特性的信号；为了实现高可靠的保密通信，也希望利用随机噪声；另外在测试领域，大量的需要使用随机噪声来作为检测系统性能的测试信号。然而，利用随机噪声的最大困难是它难以重复再生和处理。伪随机序列的出现为人们解决了这一难题。伪随机序列具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和处理，有预先的可确定性和可重复性。由于它的这些优点，在通信、雷达、导航以及密码学等重要的技术领域中伪随机序列获得了广泛的用。而在近年来的发展中，它的应用范围远远超出了上述的领域，如计算机系统模拟、数字系统中的误码测试、声学和光学测量、数值式跟踪和测距系统等也都有着广阔的使用。伪随机序列通常由反馈移位寄存器产生，又可分为线性反馈移位寄存器和非线性反馈移位寄存器两类。由线性反馈移位寄存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移位寄存器，即为通常说的m序列，因其理论成熟，实现简单，应用较为广泛。伪随机序列(Pseudonoise Sequence)又称伪噪声或伪随机码,具有类似随机信号的一些统计特性,但又是有规律的,容易产生和复制的。最大长度线性移位寄存器序列(m序列)是保密通信中非常重要的一种伪随机序列,它具有随机性、规律性及较好的自相关和互相关性,而且密钥量很大。利用m序列加密数字信号,使加密后的信号在携带原始信息的同时具有伪噪声的特点,以达到在信号传输的过程中隐藏信息的目的;在信号接收端,再次利用m序列加以解密,恢复出原始信号。这样，通过对m序列的应用，将大大的提高通讯的保密程度和防窃取能力。这样的通讯手段被称为扩展频谱通信 扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）是将待传送的信息数据被伪随机编码也就是扩频序列调制，实现频谱扩展以后再在信道中传输，接收端则采用与发送端完全相同的编码进行解调和相关处理，从而恢复出原始的信息数据。在这其中，伪随机码发生器是十分重要的一环，是对信息加密的核心器件。m序列伪随机码发生器即使通过m序列的方式对信息数据编码。 随着通信理论的发展，早在20世纪40年代，香农就曾指出，在某些情况下，为了实现最有效的通信，应采用具有白噪声的统计特性的信号。另外，为了实现高可靠的保密通信，也希望利用随机噪声。然而，利用随机噪声最大困难是它难以重复产生和处理。直到60年代，伪随机噪声的出现才使这一难题得到解决。随机噪声具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和处理。由于它具有随机噪声的优点，又避免了它的缺点，因此获得了日益广泛的应用。目前广泛应用的伪随机序列都是由数字电路产生的周期序列得到的，我们称这种周期序列为伪随机序列。随机码具有良好的周期性（周期函数，确定信号，可重复），其相关函数和功率谱接近白噪声，伪随机码理论和研究大致分为3个阶段:纯粹理论阶段（1948年以前）,m序列研究的黄金阶段（19481969）,非线性序列的研究阶段（1969至今）。对与伪随机序列有如下几点要求:应具有良好的伪随机性，即应具有和随机序列类似的随机性；应具有良好的自相关、互相关和部分相关特性，即要求自相关峰值尖锐，而互相关和部分相关值接近于零。这是为了接收端准确检测，以减少差错；要求随机序列的数目以保证在码分多址的通信系统中，有足够的地址提供给不同的用户；要求设备简单，易实现，成本低。通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。它又分为线形反馈移存器和非线形反馈移存器两类。由线形反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线形反馈移存器，通常称为m序列。由于它的理论比较成熟，实现比较简便，实际应用也比较广泛，故在这里以m序列发生器为例，设计伪随机序列发生器。伪随机序列有很多种，其中二元m序列是一种基本的伪随机序列，有优良的自相关函数，易于产生和复制，在扩频技术中得到了广泛的应用。2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案1.选题依据 扩展频谱通信（简称扩频通信）与常规通信系统相比，具有较强的抗人为干扰、窄带干扰和多径干扰能力，和信息隐蔽、低空间无线电波“通量密度”以及多址保密通信等优点。因此，其在军事通信领域得到了广泛的应用，也成为通信教学中一个重要的概念。 而无论对于何种扩频调制方式，高速的伪随机序列都是扩频通信系统中的主要组成部分。实际中，相当一部分通信实验仪器，要么没有伪随机码产生电路，要么仪器价格昂贵。 伪随机码m序列发生器，不仅电路简单、可靠、实用，而且还可以与其它通信实验设备连接，具有很高的性价比和较强的灵活性 2.内容及任务： 伪随机信号既有随机信号所具有优良的相关性，又有随机信号所不具备的规律性。这两个特点，使得它既易于从干扰信号中被识别和分离出来，又可以方便的产生和重复。因此伪随机序列在相关辨识，扩频通信，多址通信，误码测试，信号同步，噪声源等方面均有广泛的应用。在目前的CDMA (码分多址) 等通信系统中, 就是采用基本的PN 序列m序列作为地址码, 利用它的不同相位来区分不同用户。 CPLD(Complex Programmable Logic Device)是Complex PLD的简称,一种较PLD为复杂的逻辑元件，以可编程逻辑技术设计伪随机码发生器。该系统体积小、稳定性好、精度高,适用于尖端的通信系统和精密的高精度仪器以及高频无线传输系统等。 本课题主要包括以下几个方面任务： 1）m序列伪随机码的生成原理；2) 伪随机码产生器的电路硬件设计；3）伪随机码产生器的电路软件设计；拟达到的要求或技术指标： 1) 2.3 研究对伪随机码产生器的整体设计掌握。2）伪随机码产生器的电路硬件和软件设计合理，调试通过。3.研究思路及方案：m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，m序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的.由n级串联的移位寄存器和和反馈逻辑线路可组成动态移位寄存器，如果反馈逻辑线路只由模2和构成，则称为线性反馈移位寄存器。带线性反馈逻辑的移位寄存器设定初始状态后，在时钟触发下，每次移位后各级寄存器会发生变化。其中任何一级寄存器的输出，随着时钟节拍的推移都会产生一个序列，该序列称为移位寄存器序列。m序列码发生器是一种反馈移位型结构的电路，它由n位移位寄存器加异或反馈网络组成，其序列长度M2n-1，只有一个多余状态即全0状态，所以称为最大线性序列码发生器。由于其结构已定型，且反馈函数和连接形式都有一定的规律。局部设计： 总体设计： PC机单片机CPLD启动信号，阶数选择信号片选、时钟、阶数选择等控制信号m伪随机序列所产生的序列信号所产生的序列信号 3.工作进度及具体安排 时间：11.12.20-12.1.15 查阅有关文献,根据任务书完成,制定毕业设计(论文)初步工作方案,拟定毕业设计论文写作 提纲,查阅课题相关文献 12.2.16-12.3.16 毕业实习 12.3.16-12.4.16 根据课题的要求,查阅文献,画出硬件电路原理图 PCB板,制作硬件电路板. 12.4.16-12.4.30 编写与所做硬件部分相关的软件,进行软件调试 和硬件验证. 12.4.30-12.5.30 撰写论文 12.5.30-12.6.20 修改论文,答辩.主要参考资料：1赵伟强 .Protel 99 SE教程M. 北京：人民邮电出版社,2004.2池之恒. Protel DXP电路原理图与电路板设计教程M.北京：海洋出版社,2004.3康华光.电子技术基础（数字部分）M.北京：高等教育出版社,2000.4 王会华,李宝平. m序列发生器的设计与实现M.北京电子科技学院学报,2007(6).58-61.5 浦海，陈自力.基于CPLD的