[通信设计练习-M序列1.doc

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方法，以逐步提高同学在设计工作中的自信心。 1．1 M序列介绍： M序列是PN（pseudo noise）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Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil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#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直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。 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 = B Log2 (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。扩频技术抗干扰性强，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，必威体育官网网址性强，便于开展各种通信业务。扩频通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。 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