武汉理工大学《数字通信系统》课程设计说明书
课程设计任务书
学生姓名： 周成浩 专业班级： 电信1404
指导教师： 苏杨 工作单位： 信息工程学院
题 目：伪随机序列的产生及应用设计
初始条件：
具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、设计伪随机码电路：产生八位伪随机序列（如M序列、Gold序列等）；
2、了解D/A的工作原理及使用方法，将伪随机序列输入D/A中（如DAC0808），观察其模拟信号的特性；
3、分析信号源的特点，使用EWB软件进行仿真；
4、安装和调试整个电路，并测试出结果；
5、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。
时间安排：
一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试
指导教师签名： 年 月
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 武汉理工大学《数字通信系统》课程设计说明书
摘要
伪随机序列具有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。此次课设根据m序列、M序列的产生原理，利用1片74LS164或2片74LSl94级联加少量分立元件，采用手动置数和自启动2种方法设计了3种长度为255位的m序列发生器和256位M序列发生器。
关键词：伪随机码；m序列；M序列；移位寄存器；D/A转换
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目 录
1.设计项目要求与说明........................................................ 2
2.设计相关知识介绍.......................................................... 3
2.1 伪随机序列的定义 .................................................... 3
2.2 设计方法对比 ........................................................ 3
2.3 m序列原理及其产生................................................... 5
2.4 芯片介绍 ............................................................ 8
3.仿真电路设计与调试....................................................... 12
3.1 电路设计 ........................................................... 12
3.2 仿真调试 ........................................................... 13
4.实物安装与调试........................................................... 12
4.1 电路的焊接 ......................................................... 16
4.2 电路的调试 ......................................................... 16
5.总结与体会............................................................... 16
参考文献................................................................... 17
附录一 实物图............................................................ 179
附录二 元件清单........................................................... 20
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1．设计项目要求与说明
本次课设主要是以增进对伪随机序列的认识，加深对通信原理理论方面的理解，使学生了解如何产生伪随机序列以及D/A的工作原理及使用方法，并将伪随机序列输入D/A转换器，观察其模拟信号特性为目的。
任务书中要求设计伪随机码电路：产生八位伪随机序列（如m序列、M序列、Gold序列等）；了解D/A的工作原理及使用方法，将伪随机序列输入D/A中（如DAC0808），观察其模拟信号的特性；分析信号源的特点，使用EWB软件进行仿真；安装和调试整个电路，并测试出结果；进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。 武汉理工大学《数字通信系统》课程设计说明书
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2．设计相关知识介绍
2.1 伪随机序列的定义
伪随机噪声在通信系统中有着十分重要的作用。香农编码定理指出，在某些条件下为了实现最有效的通信。应采用具有高斯统计特性的白噪声信号。另外，为了实现可靠的保密通信，也希望利用白噪声。
然而，利用白噪声最大的困难在于白噪声无法重复产生，而只能用类似于白噪声特性的伪随机序列来逼近白噪声特性。伪随机噪声具有类似于随机噪声的统计特性，同时又便于重复的产生与处理。由于它具有随机噪声的优点，同时又避免了随机噪声的缺点，因此获得日益广泛的应用，如扩频通信、测距、导航、多址、保密编码和抗干扰系统、数字通信中的同步等。
伪随机噪声一般由数字电路产生的周期序列，称为伪随机序列。伪随机序列有时又被称为伪随机信号和伪随机码。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。
一般的，伪随机序列指的是m序列、M序列和GOLD序列。
2.2 设计方法对比
方案一：m序列
最长线性移位寄存器通过移位产生的序列码，即为m序列码，一定级数的移位寄存器产生m序列的数目为
()21rpNrp （公式1）
其中：r，p分别为m序列的级数和周期；(p)为欧拉函数；N为m序列的数目。例如，如果移位寄存器的级数为3或4，那么为m序列码的周期就是7或15。
本次课程设计采用的移位寄存器为8级，则周期为255。它是一个按一定规律周期变化的伪随机序列，具有随机噪声类似的特性，m序列码自相关很好，不同的m序列码{ia}和{ib}互相关性几乎为0。
优点：m序列由于具有很好的为噪声性质，并且产生方法比较简单，受到广武汉理工大学《数字通信系统》课程设计说明书
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泛应用。
缺点：m序列的周期受到限制，只能为(21)r。当r较大时，相邻周期相距较大，有时不能从m序列得到所需周期的伪随机序列。
方案二：M序列
M序列码是在m序列的基础上升级的，在状态上，M序列比m序列多1个，即为全零状态。是一种具有随机特性和预先可确定性，以及可重复实现等优点的伪随机码。由于在一个周期内“1”和“0”出现概率大致相等，因此，具有类似白噪声的统计特性，可以代替白噪声，另外，由于是很长伪随机序列，也广泛应用在CDMA通信。
一定级数的移位寄存器产生M序列的数目为
1222rrrNp （公式2）
式(2)中：r，P分别为m序列的级数和周期；N为m序列的数目。对比式(1)和(2)，可知：相同的寄存器的级数条件下，M序列的周期是m序列周期的2倍，而且，M序列地址码数量比m序列的地址码数量大许多倍。因此，为码分多址选择可用地址码创造了优良的条件，增强了多址能力。
优点：M序列是非线性序列，可用的跳频图案很多，跳频图案的密钥量也大，并有较好的自相关和互相关特性，所以它是较理想的跳频指令码。
缺点：硬件产生时设备较复杂。
方案三：GOLD序列
GOLD序列是在m序列基础上提出并分析的一种特性较好的伪随机序列，它是由两个码长相等、码时钟速率相同的m序列优选对通过模2相加而构成的。
如果两个m序列，他们的互相关函数的绝对值有界，且满足以下条件，
r12r12r为奇数r为偶数，但不能被4整除21，()21，abR （公式3）
满足式(3)，我们称这一对m序列为优选对。每改变两个m序列相对位移就可得到一个新的Gold序列，当相对位移r2-1位时，就可得到一族r2-1个Gold武汉理工大学《数字通信系统》课程设计说明书
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序列。再加上两个m序列，共有r2+1个Gold序列码。
优点：Gold序列具有良好的自、互相关特性，且地址数远远大于m序列地址数。
缺点：当设计8级伪随机码时，无法找到优选对。
综上所述，M序列和GOLD序列都是基于m序列产生的，此处为了提高个人能力，我选择了m序列和M序列的生成电路设计，由于后者是前者基础上产生的，所以M序列的设计比较而言更为复杂。
2.3 m序列原理及其产生
m序列是最长线性反馈的移位寄存器序列的简称。它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的序列。在8级线性反馈移存器中，设其初值状态（87654321,,,,,,,aaaaaaaa）=（1，0，0，0，0，0，0，0），则在移位一次时，由8a、4a、3a、 2a模2相加产生新的输入8a=8a4a3a2a=1，新的状态变为（98765432,,,,,,,aaaaaaaa）=（1，1，0，0，0，0，0，0）。这样移位255次后又回到初始状态（1，0，0，0，0，0，0，0）。不难看出，若初始状态为全“0”,即（0，0，0，0，0，0，0，0），则移位后得到的仍为全“0”状态。这就意味着在这种反馈移存器中应该避免出现全“0”状态，否则移存器的状态将不会改变。因为8级移存器共有2的8次方256种可能的状态，除全“0”状态外，只剩255种状态可用。这就是说由任何8级反馈移存器产生的序列的周期最长为255，8级线性反馈移存器产生m序列如图2.1所示。
81000000001000000................................21255................................000010110000010110000000
图2.1 8级反馈移存器产生m序列原理图
m序列的产生我们常常希望用尽可能少的技术产生尽可能长的序列。一般来