handout1-国立清华大学.DOC

實驗單元1 M序列和AWGN頻道模擬器 實驗目的 瞭解M序列的設計原理及應用。 學習如何將M序列硬體實現在FPGA板上。 學習使用VeriComm軟體觀察FPGA波形。 瞭解AWGN產生器的設計原理及應用。 學習如何設計AWGN產生器並實現於積體電路。 應用AWGN產生器於通訊系統並測試其對通訊系統的影響。 測試AWGN與ISI在通訊系統中所扮演之角色。 2. 實驗器材 硬體： Xinlinx FPGA board ----------------------------------*1 開關與線材 --------------------------------------------*若干 脈衝產生器 --------------------------------------------*1 電源供應器 --------------------------------------------*2 示波器 --------------------------------------------------*1 實驗原理 M-序列 在介紹m序列之前，(PN)序列。，為回饋平移暫存器的一般架構。個正反器組成的一般平移暫存器和一個邏輯電路所組成多迴路回饋電路。。，，。，。、、。圖一：回饋平移暫存器 假定定義為在第個時脈下，個正反器的狀態，，，所定義。，， 此處為經過個時脈後，。圖一的架構，的布林函數。，，，個正反器，個。，的序列。加法器組成，。，(例如：)。，將為0，，。，，時，m序列。 【】 圖二為線性平移暫存器，。，的合，。(註：)， 輸出序列為 經過週期為次後，。是任意指定的，，。 圖二：的m序列產生器 Primitive Polynomial 接下來，我們介紹一些在編碼理論上的一些數學基礎。 1 既約的多項式（irreducible polynomial）： 設是次數大於齡的多項式，，，為GF(q)的既約的多項式。 【】，。由此觀之， 2 Primitive Polynomial 設為階的既約多項式，整除的最小正整數為，為Primitive Polynomial。 【】是的Primitive Polynomial。因為使得整除的最小正整數為。 由於Primitive Polynomial特性，序。如圖二所示即是以所設計的m序列。() 設計序之Primitive Polynomial可以查表取得，[2]之附錄。 m序列在通訊系統的應用 m序列在通訊上主要的應用有下列幾點： 1 展頻通訊上的應用： m序列可以拿來當展頻通訊上展頻序列，m序列有良好的相關性。m序列的週期性很長，因此適合拿來當二位元雜訊。 3 白色雜訊： 由於m序列的週期性很長，若從中任意取一段序列將它轉成浮點表示，則所對應的值將呈現均勻分佈的情形，而均勻分佈可以用來產生高斯分佈（白色雜訊）。 4. 測試頻道ISI的訊源： 由於m序列保證所有的ISI bit patterns都會在一週期中正好出現一次，所以m序列非常適合當作測試頻道ISI的訊源，以分析頻道ISI對訊源影響的平均效應。 AWGN模擬實驗原理 所謂雜訊(Noise)指的是任何會干擾信號傳輸接收的額外能量。雜訊除了可由外在產生外，可能由接收系統本身所產生。雜訊，雜訊外部雜訊內部雜訊。產生外部雜訊可能來源：大氣層雜訊：由雷電及大氣層電荷干擾所產生，主要以脈波型式干擾信號傳送，其干擾強度隨傳送信號頻率增加而減少，一般30MHz以上頻率，不易受其干擾。 外大空雜訊：太陽本身為高溫熱體會輻射不同頻率的能量，尤其太陽本身之活動有其週期性，會出現所謂高峰期如太陽黑子運動，其所產生雜訊強度會遽增數倍。其干擾範圍約在20MHz至120MHz之間。 人為雜訊：來源如汽機車點火系統，電動機，交換式設備，高壓電纜線，利用電弧放電的螢光燈等。 內部雜訊可能來源甚多，主要是所謂的熱雜訊(Thermal Noise或White Noise)。此種雜訊的來源來自電阻性元件內部電子移動隨機所生的，其強度與電阻的環境絕對溫度成正比。此種雜訊之存在可由下列實驗得知：將一未連接任何電源的一般電阻置在室溫環境中，一般咸信，此電阻應是量測不到任何電壓值才對，但不用直流電壓表而以一精密電子電壓表則可量測到存在有電壓值，且其為一隨機值。無論外在或內部雜訊，雜訊強度通常都是與信號頻寬成正比。換言之，信號頻寬愈寬，所受干擾強度愈大，在通信系統中，常以所謂的訊號強度對雜訊強度比(Signal-To-Noise Ratio ,S/N)來比較兩個系統之優劣或評估雜訊強度的影響。，，熱雜訊，熱雜訊。 其中 =平均雜訊功率，單位為瓦特(Watt) T=絕對溫度=攝氏溫度+ K=波茲曼常數