伪随机序列发生器
4-32Gbps 伪随机码序列发生器
4-32Gbps伪随机码序列发生器
PRBS32A发生器
●数据码率4Gbps-32Gbps;
●行标PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS17、PRBS20、PRBS23、
PRBS29、PRBS31;
●可调差分数据输出幅值1V-1.2V(32Gbps);
●11ps上升或16ps下降时间PBRS数据输出;
●同步输出17ps上升/下降时间；
●用户可选择的时钟除以1-256同步触发输出范围;
●用户界面自带USB接口。
描述：
4Gbps-32Gbps的伪随机码序列发生器，单端半速率时钟确保了仪器的操作，输入一个16GHz的频率相对应输出一个32Gbps伪随机序列码，输出0V-1.2V 差分可调的数据，触发器输出的是一个由用户定义的1–256划分比例，输入/
输出SMA母头连接器与内部交流耦合，所有操作和调整控制是由一个用户界面访问控制接口通过USB端口连接，电源供应是包含交直流电源。
电学参数：
参数最小值典型值最大值单位注释说明
时钟输入
单端振幅6001000mV pp
频率216GHz
输出数据
差分振幅01200mV pp可调试
数据码率432Gbps
上升/下降时间11/16ps20%-80%工作周期455055%
触发输出
频率0.000116GHz
单端振幅600mV pp
工作周期475053%
上升/下降时间151719ps20%-80%
输入/输出为交流耦合
机械尺寸：
参数典型值单位注释说明
长124mm
宽107mm
高58mm无橡胶脚。
参数化伪随机序列发生器
WENKU DESIGN
2023-2026
END
THANKS
感谢观看
KEEP VIEW
WENKU DESIGN
WENKU DESIGN
WENKU
REPORTING
https://
WENKU DESIGN
WENKU DESIGN
2023-2026
ONE
KEEP VIEW
参数化伪随机序列发 生器
WENKU DESIGN
WENKU DESIGN
WENKU
REPORTING
https://
CATALOGUE
目 录
• 引言 • 参数化伪随机序列发生器的原理 • 参数化伪随机序列发生器的实现 • 参数化伪随机序列发生器的性能分析 • 参数化伪随机序列发生器的应用实例 • 结论与展望
PART 06
结论与展望
结论
1
参数化伪随机序列发生器是一种高效、灵活的随 机数生成方法，适用于各种应用场景，如密码学、 统计学、计算机模拟等。
2
通过调整参数，可以控制随机数的分布、周期、 质量等特性，以满足不同需求。
3
与传统伪随机数生成器相比，参数化伪随机序列 发生器具有更好的随机性和更快的生成速度。
实际线性复杂度
实际应用中，伪随机序列发生器的线性复杂度受到多种因 素的影响，如算法设计、初始状态等。
PART 05
参数化伪随机序列发生器 的应用实例
加密通信
01
02
03
加密算法
数据完整性
网络通信安全
伪随机序列发生器用于生成加密 算法所需的密钥，确保通信安全。
通过使用伪随机数生成器，可以 创建消息的数字签名，验证数据 的完整性和真实性。
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。
第六章伪随机序列生成器
n
l (n)
l ( n)
; n 1
l (n)
6.2 伪随机序列生成器的定义和性质
定义 6.5 一个伪随机序列生成器是一个确定性多项式 时间算法G满足下列两个条件： 1)延伸性，存在一个正整数函数 l (n) n(n 1,2,) 使得对一 切 x 0,1*有 G( x) l ( x ) ； 2)伪随机性，随机变量序列 G(U n ); n 1是伪随机的，即 U l ( n) ; n 1 是多项式时间不 它与均匀分布随机变量序列 可区分的。 生成器G的输入x称为它的种子，要求将长n比特的种 子延伸为长l(n)比特的序列，且该序列与长l(n)的随机 比特序列是多项式时间不可区分的。l(n)>n称为的延 伸因子。
i i i 1
(3)不可预测性。 定义 6.6 随机变量序列X n ; n 1称为多项式时间 不可预测的若对每个多项式时间概率算法M’， 每个正多项式p(n)和一切充分大的n有 1 1 PrM (1 , X ) next ( X ) （6.4） 2 p ( n) 定理 6.3 一个随机变量序列X ; n 1是伪随机的 （参看定义6.4）当且仅当它是多项式时间不 可预测的。 (4)单向函数性。 定理 6.4 设G为一延伸因子l(n)的伪随机序列生 成器，若对每对 x, y 0,1满足 x y ，定义函数 f ( x, y) G( x) ，则f为一强单向函数。
第六章 伪随机序列生成器
6．1 计算不可区分性
* 0 , 1 定义 6.1 一个概率分布族是由 的一个无穷 子集I，称为指标集，和每个指标 i I 对应一个 概率分布p ( x) : D [0,1], p ( x) 0, p ( x) 1 构成，其中 * 0 , 1 Di为 的一个有穷子集。 定义 6.2 两个随机变量族 X | x D , i I 和Y | y E , i I 称为多项式时间不可区分，若对每个多项 式时间概率算法M’，每个正多项式p(n)和一切 充分大的n有 PrM ' ( X i , i) 1 PrM ' (Yi , i) 1 1 （6.1） p( i )
伪随机序列PLD
伪随机序列的发生器一、背景说明互联网的飞速发展，在方便信息交互的同时也给人们的隐私带来了极大的威胁，信息安全与保密变得日益重要[1],随着计算机、单片机技术的发展和广泛应用，软件加密成为知识产权保护的重要手段。
目前微机软件加密的方法可分为两大类：软加密和硬加密。
软加密主要有密码方式、软件自校验方式、钥匙盘方式等多种,但随着解密软件的大量出现,软加密的安全隐患逐渐暴露了出来，硬加密由于具有加密强度大、可靠性高等特点，已广泛用于微机软件保护，利用PLD器件本身的加密保护特性，由其产生的伪随机序列实现单片机／DSP系统和计算机应用程序的加密，具有简单方便，解密难度大的特点，同样可用PLD器件实现更复杂的加密方法如 EDS[2],随着FPGA在电子领域越来越广泛地应用，在很多高速测试和高安全性能要求的环境中，我们希望并且能够用FPGA实现伪随机序列发生器，基于这样的想法，根据参考的资料学习了伪随机序列产生的原理，并用verilog进行了编程实践。
二、理论说明一．伪随机序列伪随机序列或称伪随机码，它是模仿随机序列的随机特性而产生的一种码字，也称为伪噪声序列或伪噪声码。
在数字通信中，伪随机序列有许多种，m序列就是其中一种并得到了广泛的应用。
伪随机序列有如下几个特点：1. 具有良好的伪随机性，即应具有和随机序列类似的随机性。
2. 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。
这是为了接收端的准确检测，以减小差错。
3. 随机序列的数目足够多，以保证在码分多址的通信系统中，有足够多的地址提供给不同的用户。
4.设备简单，易实现，成本低。
在通信工程应用中，常采用二进制伪随机序列，因此在序列中只有“0”和“1”两种状态。
二进制伪随机序列一般是通过移位寄存器加反馈电路共同来产生的。
这种反馈移位寄存器可分为线性反馈和非线性的反馈移位寄存器两种。
其中由线性反馈移位寄存器产生的周期最长的二进制数字序列叫做最大长度线性反馈移位寄存器序列，也称m序列。
伪随机数列发生器-TsouShih
8位伪随机数列发生器天津工业大学理学院XXXXXXXXXX2011年12月09日背景如果一个序列，一方面它是可以预先确定的，并且是可以重复地生产和复制的；一方面它又具有某种随机序列的随机特性（即统计特性），我们便称这种序列为伪随机序列。
因此可以说，伪随机序列是具有某种随机特性的确定的序列。
它们是由移位寄存器产生确定序列，然而他们却具有某种随机序列的随机特性。
因为同样具有随机特性，无法从一个已经产生的序列的特性中判断是真随机序列还是伪随机序列，只能根据序列的产生办法来判断。
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。
这些特性使得伪随机序列得到了广泛的应用，特别是在CDMA系统中作为扩频码已成为CDMA技术中的关键问题。
伪随机序列的特性对系统的性能有重要的影响，因此有必要了解和掌握伪随机序列的的概念和特性。
原理伪随机数列的概念与特性伪随机数列也称作PN码。
它具有近似随机数列（噪声）的性质，它的相关函数接近白噪声的相关函数 (Δ函数 ),即有窄的高峰或宽的功率谱密度 ,使它易于从其他信号或干扰中分离出来。
而又能按一定的规律（周期）产生和复制的序列。
因为随机数列是只能产生而不能复制的，所以称其为“伪”随机数列。
广泛应用于通信、雷达、导航等重要的技术领域。
近年来 ,在自动控制、计算机、声学、光学测量、数字式跟踪和测距系统 ,以及数字网络系统的故障分析检测也得到广泛的应用。
伪随机数列具有这样的特点：（1）每个周期中，“1”码出现2n-1次，“0”码出现2n-1次，即0、1出现概率几乎相等。
（2）序列中连1的数目是n，连0的数目是n-1。
（3）分布无规律，具有与白噪声相似的伪随机特性。
M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M＝2n-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，因此利用查表的方式就设计出m序列码。
基于FPGA的伪随机序列发生器设计方案
基于FPGA的伪随机序列发生器设计方案1基本概念与应用1)1FSR：线性反馈移位寄存器(1inear feedbackshiftregister,1FSR)是指给定前一状态的输出，将该输出的线性的薮再用作输入的移位寄存器。
异或运算是最常见的单比特线性函数：对寄存器的某些位进行异或操作后作为输入，再对寄存器中的各比特进行整体移位。
1FSR产生的两种形式为伽罗瓦(Ga1ois)和斐波那契(FibonaCCi)两种形式。
也有成为外部(Ex隹rna1)执行方式和内部(Interna1)执行方式。
(1)伽罗瓦方式(Interna1)X0X4X17! ! TepCount ,-Θ□□EF-Γ>4300000000Θ{3B0-*~*DaiaFtowW>)∙ι.x4.χ“(Ga1oisImp1ementation)Ga1ois方式特征数据的方向从左至右，反馈线路是从右至左。
其中XCo项(本原多项式里面的T'这一项)作为起始项。
按照本原多项式的指示确定异或门(XOR)在移位寄存器电路上的位置。
如上图所示XM。
因此Ga1ois方式也有人称作线内或模类型(M-型)1FSRo(2)斐波那契方式(Externa1)TapCountB*0;E3t3-⅛QEHIH30GHZHHDGIFSHpcivncrTMrig(M)-X14.X,>♦X n»1(Fibonacciimp1ementation)从图中我们可以看到Fibonacci方式的数学流向和反馈形式是恰好跟Ga1ois方式相反的，按照本原多项式，其中XCO这一项作为最后一项，这里需要一个XOR∏,将本原多项式中所给的taps来设定它的异或方式。
因此Fibonacci方式也被叫做线外或者简型(S-型)1FSR。
2)本原多项式本原多项式是近世代数中的一个概念，是唯一分解整环上满足所有系数的最大公因数为1的多项式。
本原多项式不等于零，与本原多项式相伴的多项式仍为本原多项式。
伪随机码发生器研究与设计
伪随机码发生器研究与设计伪随机码发生器是一种通过其中一种算法生成伪随机序列的电子设备或程序。
与真随机数发生器不同，伪随机码发生器是基于确定性算法生成的序列，其看似是随机的，但实际上可以通过逆向计算或算法分析来预测出后续的码值。
1.算法选择：伪随机码发生器的性能很大程度上取决于所选择的算法。
常用的算法包括线性反馈移位寄存器(LFSR)、离散余弦变换(DCT)、线性同余发生器(LCG)等。
研究者可以根据特定需求选择合适的算法，并通过数学分析、理论推导和模拟实验来评估其性能。
2.随机性测试：伪随机码发生器生成的序列是否具备足够的随机性是一个关键问题。
为了评估伪随机码发生器的性能，需要设计合适的随机性测试方法。
常用的测试方法包括统计分析、频谱分析、序列均匀性检测、序列独立性检验等。
3.秘密性与安全性：在密码学应用中，伪随机码发生器的秘密性和安全性是非常重要的。
秘密性指发生器的设计和参数应保密，只有掌握这些信息的人才能伪装成合法用户。
安全性指发生器生成的序列在密码攻击下能够抵抗各种攻击手段。
确保秘密性和安全性需要对伪随机码发生器进行全面的安全性分析和风险评估，以便发现可能存在的漏洞和弱点，并采取相应的安全措施和改进措施。
4.性能优化：伪随机码发生器的性能包括生成速度、存储空间和计算复杂度等方面。
研究者需要在保证安全性的前提下，尽可能提高伪随机码发生器的性能。
这包括改进算法、优化参数选择、使用硬件加速等。
总结起来，伪随机码发生器的研究与设计需要深入理解随机性、密码学和计算机科学等领域的知识，并结合具体应用需求来选择合适的算法和进行性能优化。
通过合理的算法设计、随机性测试和安全性分析评估，以及针对性的安全措施和改进措施，可以设计出安全可靠的伪随机码发生器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
伪随机序列发生器
一、实验目的：
理解伪随机序列发生器的工作原理以及实现方法，掌握MATLAB\DSP BUILDER设计的基本步骤和方法。
二、实验条件：
1. 安装WindowsXP系统的PC机；
2. 安装QuartusII6.0 EDA软件；
的序列发生器，并通
⒈ ⒉ ⒊⒋⒌⒍⒎⒏
⒐ ⒑ ⒒⒓⒔⒕⒖⒗
四、实验原理：
对于数字信号传输系统，传送的数字基带信号(一般是一个数字序列)，由于载有信息，在时间上往往是不平均的(比如数字化的语音信号)，对应的数字序列编码的特性，不利于数字信号的传输。
对此，可以通过对数字基带信号预先进行“随机化”(加扰)处理，使得信号频谱在通带内平均化，改善数字信号的传输；然后在接受端进行解扰操作，恢复到原来的信号。
伪随机序列广泛应用与这类加扰与解扰操作中。
我们下面用DSP BUILDER来构建一中伪随机序列发生器——m序列发生器，这是一种很常见的伪随机序列发生器，可以由线性反馈器件来产生，如下图：
其特征多项式为：
()∑==n
i i i x C x F 0
注：其中的乘法和加法运算都是模二运算，即逻辑与和逻辑或。
可以证明，对于一个n 次多项式，与其对应的随机序列的周期为。
12−n 接下来我们以为例，利用DSP BUILDER 构建这样一个伪随机序列发生器。
125++x x
开Simulink 浏览器。
Simulink
我们可以看到在Simulink 工作库中所安装的Altera DSP Builder 库。
2. 点击Simulink 的菜单File\New\Model 菜单项，新建一个空的模型文件。
3. 按照下图在Model编辑器的工作区中放置如下的模型：
其中Logical Bit Operator模块在Gate & Control库中，把它拖到工作区中后双击打开参数设置对话框，设置成2输入异或门。
为了能够在Matlab中获得仿真结果，可以给输出再添加一个示波器Scope，这个模型在Simulink标准库的Sources库中。
Signal Compiler工具在AltLab库中，把它拖动到工作区即可。
4. 点击工具条上的黑三角图标，运行simulation完成之后，双击Scope会发现输
出数据衡为零，原因是DSP Builder默认的延时单元在开始工作时，所存储的内容为0，所以对于m序列来说，起始序列全为0，所以输出始终为0，为此我们要对其进行一些改动，如下图：
simulation就会看到
5. 此时把以上文件保存到一个目录中，接下来我们要通过Signal Compiler工具产生Quarus工程。
双击Signal Compiler图标，点击Analyze按钮，之后弹出以下窗口：
分别指定目标器件的系列、综合工具以及优化方式，在此我们选择CycloneII系
列、QuartusII软件、Balanced(平衡速度和面积)。
在下面的选项卡中我们可以设置Reset接口，以及它的使能方式。
通过点击“Execute steps 1、2 and 3”按钮，即完成编译。
到此，DSP Builder的工作已经完成，接下来我们要通过Quartus来对工程进行配置、下载。
6.打开Quartus软件，点击菜单File\Open Project，在弹出的对话框中找到前面所保存模型的目录，可以看到一个.qpf文件，这个文件就是DSP Builder所生成的Quartus工程文件，我们选择它打开，可以看到一个完整的伪随机序列发生器的工程被建立了，接下来我们需要做的只是对管脚进行配置或是进行仿真等操作，最后就可以下载实现了。
：
图标进行编译。
9. 点击菜单Assignments\Assignment Editor设置引脚，如下图所示：
注：此设置只做参考，同学们可以任意指定一种方便的配置，此配置采用了硬件平台的模式0输入方式，用按键3作为Reset控制，LED1(IO60)作为随机码输出指示，用CLOCK0作为时钟输入。
11. 再次点击工具条上的图标进行编译。
编译成功后就可以下载。
通过USB-blaster下载电缆连接PC机和开发平台，如果首次使用下载电缆，此时操作系统会提示安装驱动程序，此USB设备的驱动处于QuartusII安装目录中的\drivers\usb-blaster中。
通过对话框中的Hardware Setup按钮，选择下载设备：USB-Blaster。
参照上图所示的选项，点击Start完成下载。
六、实验结果：
可以但到LED1随着时间的变化而无规律(伪随机)的闪光，并可以通过按键3来控制输出的清零。