(完整版)伪随机序列的毕业设计
通信原理精品课-第七章m序列(伪随机序列)
04
m序列在扩频通信中的应用
扩频通信的基本原理和特点
扩频通信的基本原理
扩频通信是一种利用信息信号对一个很宽频带的载波进行调制，以扩展信号频谱 的技术。通过扩频，信号的频谱被扩展，从而提高了信号的抗干扰能力和隐蔽性 。
扩频通信的特点
扩频通信具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可实现码分多 址等优点。同时，扩频通信也存在一些缺点，如信号的隐蔽性和保密性可能受到 影响，信号的带宽较宽，对信道的要求较高。
在无线通信中，由于信号传播路径的不同，接收端可能接收到多个不同路径的信号，形成多径干 扰。
抗多径干扰
m序列具有良好的自相关和互相关特性，可以用于抗多径干扰。通过在发射端加入m序列，可以 在接收端利用相关器检测出原始信号，抑制多径干扰的影响。
扩频通信
m序列可以用于扩频通信中，将信息信号扩展到更宽的频带中，提高信号的抗干扰能力和隐蔽性 。
离散性
m序列是一种周期性信号，其 功率谱具有离散性，即只在某 些特定的频率分量上有能量分 布。
带宽有限
m序列的功率谱具有有限的带 宽，其带宽与序列的长度和多 项式的系数有关。
旁瓣抑制
m序列的功率谱具有较好的旁 瓣抑制特性，即除了主瓣外的 其他频率分量的能量较小。
m序列在多径干扰抑制中的应用
多径干扰
抗截获能力
m序列扩频通信系统具有较强 的抗截获能力。由于信号的频 谱被扩展，敌方难以检测和识 别信号，从而提高了通信的保 密性。
码分多址能力
m序列扩频通信系统具有较强 的码分多址能力。不同的用户 可以使用不同的扩频码进行通 信，从而实现多用户共享同一 通信信道。
05
m序列的未来发展与研究方向
m序列与其他通信技术的融合应用
通信工程毕业设计
课 题 任 务 论文 23.015 (千字)； 设计、计算说明书
完 成 情 况 其它(含附件)：
指
(千字)； 图纸
(张)；
导
教
师
意
分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；
见 论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译
分
指导教师审阅成绩：
指导教师(签字)：
2012 年 月 日
西安邮电大学
毕 业 设 计（论 文）
题 目： 基于 Matlab 的扩频码设计仿真
院 （系）：
通信与信息工程学院
专 业：
通信工程
班 级：
通工 0805 班
学生姓名：
刘小平
导师姓名： 吉利萍 职称：
讲师
起止时间： 2012 年 1 月 2 日至 2012 年 6 月 15 日
毕业设计（论文）诚信声明书
2000．1．
主要仪器设备及材料 1.计算机一台
2. Matlab/Simulink 仿真平台
论文(设计)过程中教师的指导安排
每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记和仿真程序。
对计划的说明 本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整，最终一定按毕业设计规定 结束日期完成。
（签字） 时间：2012 年 6 月 15 日 （签字） 时间：2012 年 6 月 15 日
学生姓名
西安邮电大学
毕业设计(论文)任务
刘小平 指导教师 吉利萍 职称 讲师
院(系)
通信与信息工程学院 专业 通信工程
题目
基于 Matlab 的扩频码设计仿真
任务与要求
1.学习熟练应用 Matlab 软件； 2.掌握有关扩频码如 m 序列、Gold 序列的相关知识； 3.利用 Matlab 软件完成伪随机码的生成和性能评估； 4.完成伪随机码的相关特性、平衡性等指标的评估分析，
伪随机序列生成原理详解
随机序列是一种重要的数据分析和加密技术，它能够在很多领域发挥重要作用。
然而，在计算机科学中，由于计算机系统是以确定性方式工作的，因此无法真正地产生真正的随机序列。
相反，计算机系统能够生成的是伪随机序列。
本文将详细介绍伪随机序列生成的原理。
在计算机系统中，伪随机序列是通过伪随机数发生器（Pseudo Random Number Generator，简称PRNG）产生的。
PRNG是基于特定的确定性算法设计的，它以一个称为种子（seed）的起始值作为输入，然后通过一系列的数学运算生成伪随机数序列。
种子是PRNG生成随机数的起始点，同样的种子将会生成同样的伪随机数序列。
PRNG的设计基于一个重要的原则，即一个好的PRNG在产生伪随机数时应具有良好的统计特性。
简而言之，这意味着生成的伪随机数序列应该在统计上符合一些随机性质。
例如，均匀分布是一个重要的统计特性，即生成的伪随机数应该均匀地分布在一个给定范围内。
其他常用的统计特性包括独立性（每个生成的数与前面的数无关）和周期性（序列重复的间隔）等。
常见的PRNG算法包括线性同余发生器（Linear Congruential Generator，简称LCG）和梅森旋转算法（Mersenne Twister）等。
LCG是最早出现的PRNG算法之一，它通过以下公式来递归生成伪随机数：Xn+1 = (a*Xn + c) mod m其中，Xn表示当前的伪随机数，Xn+1表示下一个伪随机数，a、c和m是事先确定的常数。
LCG算法的特点是简单、高效，但由于其线性特性，容易产生周期较短的伪随机数序列。
梅森旋转算法则是一种更复杂的PRNG算法，它具有更长的周期和更好的随机性质。
梅森旋转算法的原理基于一个巨大的素数，在该算法中，一个大的状态空间被旋转和变换，从而生成伪随机数。
梅森旋转算法由于其良好的统计特性和随机性质，广泛应用于计算机图形学、模拟和密码学等领域。
尽管PRNG能够生成伪随机序列，但由于其基于确定性算法，因此不适用于要求真正随机性的应用，例如密码学中的密钥生成和加密等。
通信工程毕业设计论文
通信工程毕业设计论文1 引言超宽带（UWB,Ultra Wide Band）无线技术在无线电通信、雷达、跟踪、精确定位、成像、武器控制等众多领域具有广阔的应用前景，因此被认为是未来几年电信热门技术之一。
1990年，美国国防部首先定义了“超宽带”概念，超宽带无线通信开始得到美国军方和政府部门的重视。
2002年4月，美国FCC通过了超宽带技术的商用许可，超宽带无线通信在民用领域开始受到普遍关注。
目前“超宽带”的定义只是针对信号频谱的相对带宽（或绝对带宽）而言，没有界定的时域波形特征。
因此，有多种方式产生超宽带信号。
其中，最典型的方法是利用纳秒级的窄脉冲（又称为冲激脉冲）的频谱特性来实现[1]。
超宽带无线电是对基于正弦载波的常规无线电的一次突破。
几十年来，无线通信都是以正弦载波为信息载体，而超宽带无线通信则以纳秒级的窄脉冲作为信息载体。
其信号产生、调制解调、信号隐蔽性、系统处理增益等方面，具有独特的优势，尤其是能够在密集的多径环境下实现高速传输。
由于脉冲持续时间很短，多径分量在时域上不易重叠，多径分辨能力高，通过先进的多径分离技术或瑞克接收机，可以充分利用多径分量。
目前，典型的超宽带无线通信调制方式以TH-PPM、TH-PAM为主，本论文中，介绍超宽带无线通信中的调制技术，主要讨论TH-PPM、TH-PAM的基本原理，并且对比调制技术的优缺点，性能的好坏，并进行动态的仿真，从仿真图中较清楚的研究调制方式，从而得出正确的结论，细致的研究超宽带无线通信中的调制技术。
关键字：超宽带调制方式 PPM调制 PAM调制 OFDM调制2 概述2.1 总述近几年来,超宽带短距离无线通信引起了全球通信技术领域极大的重视。
超宽带通信技术以其传输速率高、抗多径干扰能力强等优点成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。
FCC(美国通信委员会) 对超宽带系统的最新定义是:相对带宽(在- 10dB 点处) (fH - fL)/fc 20 %(fH ,fL ,fc分别为带宽的高端频率、低端频率和中心频率) 或者总带宽BW 500MHz。
伪随机序列的设计与分析
伪随机序列的设计与分析随着通信和信息技术的发展,二元伪随机序列在通信学,密码学,雷达测距等方面都得到了广泛的应用.故而也带动了对伪随机序列的研究兴趣.本文的研究内容主要包含以下三个方面：伪随机序列集的设计,伪随机序列的2-adic复杂度和线性复杂度,以及环上序列的压缩映射.本文得到的结果可概括如下(一)在序列集的设计方面,本文构造了一类低相关区域序列集和一类低相关值序列集.(1)设计低相关区域序列集的方法主要是通过修改理想两值自相关序列的部分比特来获得新的序列.而且新构造的低相关区域序列集能达到Tang-Fan-Matsufuji 界.和以前的构造相比,该设计第一次给出了具有两个自由参数的低相关区域序列集.(2)设计低相关值序列集的思想主要是源自于对Bent序列集的推广.首先推广了Bent函数的概念,提出了类-Bent函数.然后基于正交的类-Bent函数,构造了一类低相关值序列集.该构造给出的序列集具有较高的线性复杂度.(二)在序列的安全性指标方面,本文主要研究了最优自相关序列的2-adic复杂度以及两类交织序列的线性复杂度和2-adic复杂度.(1)首先,提出了一个计算二元序列2-adic复杂度的新方法.利用这个新方法,证明了所有已知的理想两值自相关序列的2-adic复杂度都等于它们的周期.该方法还证明了周期为N(三1 mod 4)的Legendre序列和Ding-Helleseth-Lam序列的2-adic复杂度也达到了最大.最后,还利用该方法确定了理想两值自相关序列在几乎所有奇素数域上的线性复杂度.(2)其次,研究了两类交织序列的极小多项式和线性复杂度.一类是Zhou等人[88]构造的低相关区域序列,而另一类是Tang等人[72]构造的最优自相关序列.利用这些序列的交织结构,完全确定了几类低相关区域序列的线性复杂度.但是本文仅在一些特定条件下确定了Tang等人构造的最优自相关序列的线性复杂度.这些结论部分回答了Li和Tang提出来的开问题.(3)最后,研究了前述两类交织序列的2-adic复杂度.也是利用这些序列的交织结构,完全确定了它们的2-adic复杂度和极小生成数.(三)在环上序列方面,本文研究了一类压缩映射的保熵性.令φ(x0,x1,…,xe-1) =g(xe-1)+μ(x0,x1,…,xe-2)表示Fpe到Fp的一个多变元多项式函数.那么φ可以诱导出一个G’(f(x),pe)到Fp∞的压缩映射.已有文献证明,当f(x)是强本原多项式时,该压缩映射是保熵的.本文证明了,当deg(g)为奇数或者g(x)=xk+∑i-0k-2cixi时,只需f(x)是本原多项式,就能保证该压缩映射是保熵的.。
伪随机序列发生器设计
实验七伪随机序列发生器设计一、实验目的1．掌握伪随机序列（m序列）发生器的基本原理和设计方法；2．深入理解VHDL中signal和variable的不同及其应用；二、设计描述及方法1．伪随机序列概述在扩展频谱通信系统中，伪随机序列起着十分关键的作用。
在直接序列扩频系统得发射端，伪随机序列将信息序列的频谱扩展，在接收端，伪随机序列将扩频信号恢复为窄带信号，进而完成信息的接收。
m序列又称为最长线形反馈移位寄存器序列，该序列具有很好的相关性能。
m序列发生器的基本结构为：其中（C r，C r-1，…，C0）为反馈系数，也是特征多项式系数。
这些系数的取值为“1”或“0”，“1”表示该反馈支路连通，“0”表示该反馈支路断开。
下图为实际m序列发生器的电路图：图中利用D触发器级联的方式完成移位寄存器的功能。
在系统清零后，D触发器输出状态均为低电平，为了避免m序列发生器输出全“0”信号，图中在“模二加”运算后添加了一个“非门”。
从图中A、B、C、D四个节点均可得到同一m序列，只是序列的初始相位不同。
特征多项式系数决定了一个m序列的特征多项式，同时也决定了一个m序列。
下表给出了部分m 序列的反馈系数（表中的反馈系数采用八进制表示）2．电路设计基本方法本实验要设计一个寄存器级数为5的m序列发生器，从m序列发生器反馈系数表可知，有三个反馈系数可选，即可以产生三种不同的m序列；在以下设计的接口描述中choice（1 downto0）为m序列选择输入信号，clk为时钟输入信号，reset为复位信号，psout为m序列输出信号。
三、程序代码library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity mps isport (clk,reset : in std_logic;choice : in std_logic_vector(1 downto 0);psout: out std_logic );end mps;architecture behave of mps issignal a :std_logic_vector(4 downto 0);signal k:std_logic;beginprocess(clk,reset,choice,a)begincase choice iswhen "00"=> k<=not(a(3) xor a(2));when "01"=> k<=not(a(4) xor a(3)xor a(2)xor a(0));when "10"=> k<=not(a(4) xor a(2)xor a(1)xor a(0));when others =>k<='X';end case;if clk'event and clk='1' thena(0)<=k;for i in 1 to 4 loopa(i)<=a(i-1);end loop;end if;if(reset='1') thena<="00000";end if;end process;psout<=a(4);end behave;四、功能仿真五、RTL级电路。
数字通信原理与技术(第四版)第10章伪随机序列及应用
扩频技术
通过将信号扩展到更宽的频带，降 低信号的功率谱密度，从而减小信 号被截获或干扰的风险。
编码技术
采用差分编码、卷积编码等编码技 术，提高信号的纠错能力和抗干扰 能力。
保密性能优化
加密技术
利用伪随机序列对明文进行加密，使非法用户无 法获取通信内容，保证通信的安全性。
跳频技术
通过快速跳变频率，使得敌方难以跟踪和截获信 号，提高通信的保密性。
扩频通信
在扩频通信中，伪随机序列用于扩频和解扩频过程，实现 信号的频谱扩展和还原，从而提高信号的抗干扰能力和隐 蔽性。
02 伪随机序列的生成方法
线性反馈移位寄存器
线性反馈移位寄存器是一种常用的伪随机序列 生成器，其基本原理是利用线性反馈函数对寄 存器的状态进行运算，产生新的状态序列。
线性反馈移位寄存器有多种类型，如扭结型、 斐波那契型等，它们生成的伪随机序列具有不 同的特性和应用场景。
相关性
相关性定义
伪随机序列的相关性是指序列中不同位置的元素之间的相互关系。
自相关和互相关
自相关表示序列与其自身相关的情况，互相关表示两个不同序列 之间的相关情况。
相关函数
相关函数用于描述伪随机序列的相关性，其值越接近于0表示相 关性越弱，越接近于1表示相关性越强。
均匀分布性
均匀分布性定义
伪随机序列的每个元素出 现的机会应该是相等的， 即具有均匀分布性。
特性
伪随机序列具有良好的随机性、 周期性、可重复性和可预测性， 通常用于模拟噪声环境、加密通 信、扩频通信等领域。
伪随机序列的应用领域
模拟噪声环境
在无线通信、雷达和声呐等系统中，伪随机序列常被用作 噪声源，模拟自然界的噪声环境，以提高系统的抗干扰性 能。
伪随机序列的设计及其密码学应用
伪随机序列的设计及其密码学应用伪随机序列的设计及其密码学应用什么是伪随机序列？伪随机序列是指在表面上具有随机性质，但实际上是通过某种算法生成的序列。
它们被广泛应用于密码学领域，用于生成密钥、令牌验证等。
密码学应用1. 加密通信伪随机序列在加密通信中起到重要作用，通过使用伪随机序列作为密钥，可以保证通信数据的机密性。
只有拥有正确的伪随机序列才能解密通信内容，从而保护通信的安全性。
2. 数据完整性验证伪随机序列可以用于生成消息认证码（MAC），用于验证数据的完整性。
发送方使用伪随机序列计算MAC，并将其与原始数据一起发送。
接收方使用相同的伪随机序列计算MAC，并将结果与接收到的MAC进行比较。
如果二者一致，则说明数据没有被修改过。
3. 数字签名伪随机序列在数字签名中扮演重要角色。
发送方使用私钥对数据进行签名，并生成数字签名。
接收方使用相同的伪随机序列对签名进行验证，来确认该签名是由发送方生成的。
4. 令牌验证在身份验证中，伪随机序列可以用于生成一次性密码（OTP）令牌。
这些令牌根据伪随机序列算法生成，在每次使用后会自动过期，提供了高度的安全性。
5. 随机数生成伪随机序列也可以用来生成随机数。
在密码学中，伪随机数生成器（PRNG）使用特定的算法和种子值生成一系列的伪随机数。
这些伪随机数可以用于密码学中的各种场景，如生成随机密钥、随机初始向量等。
总结伪随机序列在密码学中应用广泛，通过使用特定算法和种子值生成具有伪随机特性的序列，可以保证数据的机密性、完整性以及身份验证的安全性。
在实际应用中，需要选择合适的伪随机序列算法，并保证密钥的安全性，以提供更高的密码学安全性。
1. 加密通信在加密通信中，伪随机序列可以用作对称加密算法中的密钥。
对称加密算法使用同一个密钥进行加密和解密，因此密钥的安全性非常重要。
通过使用伪随机序列生成密钥，可以增加密钥的随机性和复杂性，提高加密算法的安全性。
2. 数据完整性验证在数据传输过程中，可能会面临数据篡改的风险，例如中间人攻击。
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摘要本毕业设计主要介绍了两种常用的反馈移位寄存器序列（m序列和Gold序列）的特性，并对其进行仿真研究。
伪随机序列良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，使其易于从信号或干扰中分离出来。
伪随机序列的可确定性和可重复性，使其易于实现相关接收或匹配接收，因此有良好的抗干扰性能。
伪随机序列的这些特性使得它在伪码测距、导航、遥控遥测、扩频通信、多址通信、分离多径、数据加扰、信号同步、误码测试、线性系统、各种噪声源等方面得到了广泛的应用，特别是作为扩频码在CDMA系统中的应用已成为其中的关键问题。
在本论文中首先简要阐述了伪随机序列的研究现状及其相关意义，接着介绍了伪随机序列的发展历史，研究方法和研究工具。
然后分别对m序列和Gold序列这两种常用的伪随机序列的生成过程、随机特性以及相关特性进行了详细的研究，并分析它们的优点以及存在的问题。
最后在理论证明的基础上应用MATLAB仿真验证它们的随机特性，并用仿真做出m 序列和Gold序列相关特性图形并加以比较。
关键词:伪随机序列；m序列；Gold序列；相关；ABSTRACTMatlab software used extensively in many engineering fields due to its strong operation fanction. To expanding or compressing the signal spectrum in spread spectrum system,the signal is generally multipled by a spread Spectrum sequence. The character of spread spectrum sequence significantly affects the communication quality. In all PN sequences,m-sequence and Gold-sequence are often used asspread spectrum sequence. In this paper, the brief introduction of the theory, property and constructing means of the two sequences are given first, and the generation and analysis of them by programming with M language in MATLAB are given later. The simulation results show the correctness and feasibility of this method.The simple and intuitive method is convenient for the engineering personnel.KEYWORDS:PN sequence; Sequence; Spread spectrum sequence 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期： -指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日目录摘要............................................................................................................................................ ABSTRACT..............................................................................................................................第一章前言..............................................................................................................................1.1 研究课题的提出 ........................................................................................................1.2 伪随机序列的应用及其意义 ....................................................................................1.3 伪随机序列研究现状 ................................................................................................1.4 研究内容.....................................................................................................................第二章伪随机序列与仿真工具的简介 .................................................................................2.1 伪随机序列理论的发展历史 ....................................................................................2.2 伪随机序列的构造方法 ............................................................................................2.3 MATLAB简介 ...............................................................................................................第三章 m序列...........................................................................................................................3.1 m序列的定义 .............................................................................................................3.2 m序列的产生 .............................................................................................................3.3 m序列的性质 .............................................................................................................3.4 m序列的计数 .............................................................................................................第四章 Gold序列 ....................................................................................................................4.1 Gold序列的定义 .......................................................................................................4.2 m序列优选对 .............................................................................................................4.3 Gold序列的产生结构 ...............................................................................................4.4 Gold码的性质 ...........................................................................................................4.5 平衡Gold码 ..............................................................................................................第五章序列的仿真及其仿真比较 .........................................................................................5.1 m序列的仿真 .............................................................................................................5.2 Gold序列的仿真 .......................................................................................................5.3 MATLAB环境中伪随机序列相关函数的实现及特性 ...............................................5.4 两种相关函数间的相关特性比较 .........................................................................................................................................................................................................参考文献：................................................................................................................................致谢 .............................................................................................................. 错误！未定义书附录 MATLAB 程序 ...............................................................................................................第一章前言1.1 研究课题的提出伪随机序列系列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，并且有预先的可确定性和可重复性。