哈工大扩频通信实验报告(共35页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上Harbin Institute of Technology扩频通信实验报告课程名称: 扩频通信 实验题目: Gold码特性研究 院 系: 电子与信息工程学院 班 级: 通信一班 姓 名: 学 号: 指导教师: 迟永钢 时 间: 2012年5月 哈尔滨工业大学目 录第1章 绪 论1.1引 言伪随机信号既有随机信号所具有的优良的相关性,又有随机信号所不具备的规律性。因此,伪随机信号既易于从干扰信号中被识别和分离出来,又可以方便地产生和重复,其相关函数接近白噪声的相关函数。m序列是目前广泛应用的一种伪随机序列,其在通信领域有着广泛的应用,如扩频通信,卫星通信的码分多址,数
2、字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。而Gold序列是m序列的复合码序列,由两个码长相等、码时钟速率相同的m序列优选对的模2和序列构成.每改变两个m序列相对位移就可得到一个新的Gold序列。本实验研究针对r=5级得m序列、Gold序列生成过程以及它们的自相关函数和互相关函数的特性,同时可挑出平衡Gold序列,从而分析以上集中序列的性质和应用。1.2实验内容1. 以r=5 1 45E为基础,抽取出其他的m序列,请详细说明抽取过程;2. 画出r=5的全部m序列移位寄存器结构,并明确哪些序列彼此是互反多项式;3. 在生成的m序列集中,寻找出m序列优选对,请确定优选对的数量,并画出它们的自相关
3、和互相关函数图形;4. 依据所选取的m序列优选对生成所有Gold序列族,确定产生Gold序列族的数量,标出每个Gold序列族中的所有序列,并实例验证族内序列彼此的自相关和互相关特性;5. 在生成的每个Gold序列族内,明确标出平衡序列和非平衡序列,并验证其分布关系。第2章 m序列实验2.1 m序列相关概念2.1.1 m码序列的定义r级非退化的线性移位寄存器的组成如图2-1所示,r级线性移位寄存器的反馈逻辑可用二元域GF(2)上的r次多项式来表示 (2-1)式(2-1)称为线性移位寄存器的特征多项式。对于动态线性寄存器,其反馈逻辑也可以用线性移位寄存器的递归线性关系式来表示 (2-2)图2-1
4、r级线性移位寄存器以式(2-1)为特征多项式的r级线性移位寄存器所产生的序列。假设以GF(2)域上r次多项式(2-1)为特征多项式的r级线性移位寄存器所产生的非零序列的周期为,称序列是最长周期的r级线性移位寄存器序列,简称m序列。并且此r次特征多项式f(x)为r次本原多项式。m序列的最大长度决定于移位寄存器的级数,而码的结构决定于反馈抽头的位置和数量。不同的抽头组合可以产生不同长度和不同结构的码序列。有的抽头组合并不能产生最长周期的序列。2.1.2 m码序列的自相关函数自相关函数定义为,其中f(t)为捕获序列,也常用c(t)表示。互相关函数定义为,其中f(t)、g(t)为两个码序列。对二进制时
5、间离散码序列,自相关函数和互相关函数的计算可简化如下:把两个码序列进行逐对和逐比特比较(模2加),则自相关(或互相关)值为一致比特数减不一致比特数,逐次改变从0-,则可得到自相关(或互相关)函数。如把相关值除以,称为归一化相关函数。显然,自相关函数的最大值为1。根据m序列的性质,得到其自相关函数: (2-3)m序列自相关函数曲线,如图2-2所示:图2-2 m码序列的自相关函数曲线2.2 m序列抽取结果分析本次实验是应用MATLAB语言进行的仿真。2.2.1 m码序列的抽取及反多项式(一)m序列的抽取以r=5 1 45E为基础,N=31,所以Nc=31, gcd(N,q)=1,并且q31。此外,
6、 u(q)=u(2iq),因为m序列相同,只是相位不同,依据此方法,可以抽出所有的m序列。例如:q=1,2,4,8,16 32(mod)=1所产生的序列均和q=1时是同样的。则下一个m序列,从q=3开始计算;直至所有的q31都取遍了,就可得出所有的m序列。按上述原理经编程可得:(1)r =5时:可知每一行都是同一m序列在不同相位的情况。当q=1,3,5,7,11,15时是不同的m序列,则r=5时,可产生6个不同的m序列。(2)同理,r =6时,按上述原理经编程可得:则q=1,5,11,13,23,31时是不同的m序列,则r=6时,可产生6个m序列。(3)同理,r =4时,按上述原理经编程可得:
7、则当q=1,7时是不同的m序列,则r=4时,可产生2个m序列。通过以上实验结果,验证了图2-3中第二列,即:r=4时,有2个m序列优选对;r=5时,有6个m序列优选对;r=6时,有6个m序列优选对。图2-3 m序列优选对及最大连通集个数(二)判断m序列的互反多项式以r=5 1 45E为例,则N=31。令k=(N-1)/2=15,易知u(q)=u(q+31*i),i=1,2,3,因为u(q)也是以N=31为周期的序列。如果q+31*i为k=15的倍数,设为x倍,则q此时的取值与q=x时的本原多项式为互反多项式。例如:q=7,7+31=38,7+62=69;q=14, 14+31=45=15*3,
8、则,q=3和q=7的多项式为互反多项式。以下数字均表示q的值,经实验结果显示:r =5时,有,即1-15,3-7和5-11(q=4与q=1是同一m序列)这三组是分别互为反多项式的;r =6时,有,即1-31,5-23,11-13这三组是分别互为反多项式的;r =4时,有,即1和7互为反多项式。2.2.2 m码序列线性移位寄存器结构及相应序列经查表得出的本原多项式1 45E、3 75G、5 67H。q=1时,45E可表示为,对应的本原多项式是,其移位寄存器结构如下:图2-4 45E对应线性移位寄存器结构其反多项式为,即q=15时,其移位寄存器结构如下:图2-5 45E反多项式线性移位寄存器结构如
9、图2-6图所示,依次是以为起始状态放入移位寄存器中,当q=1和q=15时本原多项式产生的m序列。如果以别的起始状态放入移位寄存器中,产生的m序列其实是一样的,只是可能差了几个序列的位置。图2-6 第1组和第2组m序列q=3时,75G可表示为,对应的本原多项式是,其移位寄存器结构如下:图2-7 75G对应线性移位寄存器结构其反多项式为,即q=7时,其移位寄存器结构如下:图2-8 75G反多项式线性移位寄存器结构如图2-9图所示,依次是以为起始状态放入移位寄存器中,当q=3和q=7 时本原多项式产生的m序列。图2-9 第3组和第4组m序列q=5 时,67H可表示为,对应的本原多项式是,其移位寄存器
10、结构如下:图2-10 67H对应线性移位寄存器结构其反多项式为,即q=11时,其移位寄存器结构如下:图2-11 67H反多项式线性移位寄存器结构如图2-12图所示,依次是以为起始状态放入移位寄存器中,当q=1和q=15时本原多项式产生的m序列。图2-12 第5组和第6组m序列综上所述,以为起始状态放入以上6种位寄存器中,会产生以下的6种m序列:第3章 m序列优选对实验3.1 m序列优选对的查找3.1.1 m序列优选对的定义m序列对的相关值可能是三值的、四值的或者多值的。一些特殊的m序列对的互相关是三值的,此三值为:,其中: ,被成为m序列的优选对。此外,m序列优选对也可以指在m序列集中,其互相
11、关函数绝对值的最大值(称为峰值互相关函数)最接近或达到互相关值下限(最小值)的一对m序列。设和分别是由本原多项式F1(x)和F2(x)产生的m序列,若和的峰值互相关函数(非归一化)满足 则F1(x)和F2(x)所产生的m序列和构成m序列优选对。3.1.2 m序列优选对的查找结果(1)在本实验中,当r=5时,既可以得出=9。将不同多项式产生的m序列依次求互相关函数,然后找到归一化后最大的数值乘以31,则是所需找的互相关值最大的数。结果显示如下:ini=1 0 0 1 0; &45E 1 0 1 0 0; &45E反 1 1 1 1 0; &75G 1 0 1 1 1; &75G反 1 1 0 1
12、 1; &67H 1 1 1 0 1; &67H反 可以看出,r=5时,有12个m序列优选对,因为对角线上方和下方是代表一对优选对,在此就不重复写出:序列1代表45E (q=1),序列2代表45E反(q=15),序列3代表75G (q=3),序列4代表75G反(q=7),序列5代表67H (q=5),序列6代表67H反(q=11)。表3-1 r=5时所有序列互相关函数最大值序列1序列2序列3序列4序列5序列6序列1119999序列29999序列31199序列499序列511序列6那么,当r=5时,上表中数值不大于9时对应的两个m序列为一对优选对,一共有12对。分别为:序列1序列3 序列2序列3
13、 序列3序列5序列1序列4 序列2序列4 序列3序列6序列1序列5 序列2序列5 序列4序列5序列1序列6 序列2序列6 序列4序列6用每个节点表示一个序列,若两个序列是一对优选对,则用线连接起来,r=5时,所有优选对连接图如图所示:图3-1 r=5时优选对连接图由此看出,最多有三个节点能保证,彼此间是一对优选对,如:1-3-5,2-3-6等,故r=5时,最大连通集为3。(2)当r=4时,此时并没有定义值。根据定义,=9,所以未进行归一化时,如果两个m序列互相关是三值的分别为,-1,-9, 7则该两个m序列为一对优选对。r=4时,只有两个m序列,其互相关值结果为:ini=1 0 1 1; 1
14、1 0 1;由此可以看出,除了上述三值外,还有-5,所以此两个m序列不是一对优选对。则不存在最大连通集。(3)当r=6时,可以得出=17。将不同多项式产生的m序列依次求互相关函数,然后找到归一化后最大的数值乘以63,则是所需找的互相关值最大的数。r=6时,其互相关值最大值结果为:ini=1 0 0 0 0 1; 1 1 0 0 0 0; 1 1 0 0 1 1; 1 1 1 0 0 1; 1 1 0 1 1 0; 1 0 1 1 0 1; 可以看出,r=6时,有9个m序列优选对,如表3-2所示,因为对角线上方和下方是代表一对优选对,在此就不重复写出。表3-2 r=6时所有序列互相关最大值序列1
15、序列2序列3序列4序列5序列6序列11517232317序列223171723序列3151723序列42317序列515序列6那么,当r=6时,上表中数值不大于17时对应的两个m序列为一对优选对,一共有9对。分别为:序列1序列2 序列2序列4 序列3序列4序列1序列3 序列2序列5 序列3序列5序列1序列6 序列4序列6 序列5序列6用每个节点表示一个序列,若两个序列是一对优选对,则用线连接起来,r=5时,所有优选对连接图如下图所示,:图3-2 r=6时优选对连接图由此看出,最多有两个节点能保证,彼此间是一对优选对,如:1-3,2-4等,故r=6时,最大连通集为2。通过以上(1)、(2)、(3
16、)的分析,充分验证了图2-3中第三列的值,即:r=4时,没有最大连通集;r=5时,最大连通集为3;r=6时,最大连通集为2。3.2 m序列优选对的自相关及互相关函数m序列的自相关结果图形如下:图3-3 m序列自相关函数图由此可见,m序列有良好的自相关特性。在0点处达到最大,即为1,其他地方几乎为0,这与理论值极为接近。r=5时,可以产生6组m序列,分别产生的自相关函数均是图3-3,验证了教材中的关于m序列的自相关特性的理论分析。按照3.1节的分析,r=5时,有12对m序列优选对,因此应该有12组互相关特性曲线,并且每个曲线是应该有31个值。具体12组m序列优选对的互相关函数图如下:图3-4序列
17、1与序列3互相关函数图图3-5序列1与序列4互相关函数图图3-6序列1与序列5互相关函数图图3-7序列1与序列6互相关函数图图3-8序列2与序列3互相关函数图图3-9序列2与序列4互相关函数图图3-10序列2与序列5互相关函数图图3-11序列2与序列6互相关函数图图3-12序列3与序列5互相关函数图图3-13序列3与序列6互相关函数图图3-14序列4与序列5互相关函数图图3-15序列4与序列6互相关函数图由于优选对较多,只随机抽取三个优选对的互相关函数值,非归一化结果为:第2个优选对互相关函数值为:第7个优选对互相关函数值为:第11个优选对互相关函数值为:由以上可见,再次验证了m序列有选对的互
18、相关值为三值,并且当r=5时,此三值为:-9,-1,7。第4章 Gold序列实验4.1 Gold序列的定义R.Gold指出:给定移位寄存器级数r,总可以找到一对互相关函数值是最小的码序列,采用移位寄存器相加的方法构成新的码组,其互相关旁瓣都很小而且自相关函数和互相关函数均是有界的。这个新的码组被称为Gold码或Gold序列。Gold序列是m序列的复合码序列,由两个码长相等、码时钟速率相同的m序列优选对的模2和序列构成。每改变两个m序列相对位移就可得到一个新的Gold序列。加上两个m序列,共有2r+1个Gold序列。并且产生的Gold码序列的周期都是2r-1。4.2 Gold序列的生成及特性4.
19、2.1 Gold序列生成结果根据4.1节,当r=5时,本实验可以产生33个周期为31的Gold序列。由于数目过多,本次实验只求出序列1和序列3(即 45E和75G生成序列)这对优选对生成的所有Gold序列族。Gold序列具体组成下:ini1=1 0 0 1 0;%45Eini3=1 1 1 1 0;%74G图4-1 第13组gold序列图4-2 第46组gold序列图4-3 第79组gold序列图4-4 第1012组gold序列图4-5 第1315组gold序列图4-6 第1618组gold序列图4-7 第1921组gold序列图4-8 第2224组gold序列图4-9 第2527组gold序
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