通信设计练习-M序列1.pdf

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Veriｌo

ｇ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。

1.1M序列介绍：

Ｍ序列是PN（ｐseudonoise)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GeorgeAntheil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，直到20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(G

ＰS)、３Ｇ移动通信系统、WLＡN(ＩEEＥ8０２．11a,IＥ

EE8０2.1１ｂ，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谱的利用率(无线电频谱是有限

的因此也是一种昂贵的资源）提供帮助。

1.3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=BLｏg（1+S/N)

2

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。1.4扩频技术的优点

1、抗干扰性强,误码率低ﻫﻫ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。

ﻫ２、易于同频使用,提高了无线频谱利用率ﻫ

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。ﻫﻫ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；ﻫﻫ．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。