M序列討論課題.gai

M序列及其產(chǎn)生方法

1、M序列的產(chǎn)生

2、M序列的性質(zhì)

3、M序列的應(yīng)用

4、M序列的構(gòu)造M序列偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PseudoRandomBinarySequence，PRBS）是廣泛應(yīng)用的一種偽隨機(jī)序列，所謂“二進(jìn)制”是指序列中每個(gè)隨機(jī)變量只有0和1兩種邏輯狀態(tài)。偽隨機(jī)二進(jìn)制序列可由多級線性反饋移位寄存器組成的隨機(jī)信號發(fā)生器產(chǎn)生，其中具有最長循環(huán)周期的線性移位寄存器序列是偽隨機(jī)二進(jìn)制序列最常見的一種形式，簡稱M序列（MaximalLengthSequence）。M序列由于具有近似白噪聲的性質(zhì)，而且工程上易于實(shí)現(xiàn)，能夠保證較好的系統(tǒng)辨識精度，是普遍采用的一種辨識用輸入信號線性反饋移位寄存器線性反饋移位寄存器由于帶有反饋，因此在移位脈沖作用下，移位寄存器各級的狀態(tài)將不斷變化，通常移位寄存器的最后一級做輸出，輸出序列為

輸出序列是一個(gè)周期序列。其特性由移位寄存器的級數(shù)、初始狀態(tài)、反饋邏輯以及時(shí)鐘速率(決定著輸出碼元的寬度)所決定。當(dāng)移位寄存器的級數(shù)及時(shí)鐘一定時(shí)，輸出序列就由移位寄存器的初始狀態(tài)及反饋邏輯完全確定。當(dāng)初始狀態(tài)為全零狀態(tài)時(shí)，移位寄存器輸出全0序列。為了避免這種情況，需設(shè)置全0排除電路。⊕

現(xiàn)以r=4為例來說明m序列產(chǎn)生器的構(gòu)成。用4級線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的m序列，其周期為p=24-1=15，其特征多項(xiàng)式f(x)是4次本原多項(xiàng)式，能整除(x15+1)。先將(x15+1)分解因式，使各因式為既約多項(xiàng)式，再尋找f(x)。4級m序列的碼序列發(fā)生器如圖所示假設(shè)初始狀態(tài)為0001，在時(shí)鐘作用下，產(chǎn)生的m序列的狀態(tài)表。X1X2X3X4⊕信號輸入時(shí)鐘信號輸出C1C2C3C4C0時(shí)鐘X1X2

X3

X4X3⊕X4輸出0

000

1

1

1110000020100003001010410011151100006011010710110180101119101010101101111111101012111101130111011400110115000111M序列的性質(zhì)1、均衡特性2、游程特性3、位移相加特性4、自相關(guān)函數(shù)特性1、均衡特性

m序列每一周期中1的個(gè)數(shù)比0的個(gè)數(shù)多1個(gè)。由于p=2r-1為奇數(shù)，因而在每一周期中1的個(gè)數(shù)為(p+1)/2=2r-1為偶數(shù)，而0的個(gè)數(shù)為(p-1)/2=2r-1-1為奇數(shù)。上例中p=15,1的個(gè)數(shù)為8，0的個(gè)數(shù)為7。當(dāng)p足夠大時(shí)，在一個(gè)周期中1與0出現(xiàn)的次數(shù)基本相等。例如，級數(shù)r=3，碼序列周期P=23-1=7時(shí)，起始狀態(tài)為“111”，Ci=(13)8=(1011)2,即C0=1、C1=0、C2=1、C3=1。產(chǎn)生的m序列為1110010，其中碼元為“1”的有4個(gè)，碼元為“0”的有3個(gè)，即在一個(gè)周期中“1”的個(gè)數(shù)比“0”多一個(gè)。2、游程特性

m序列的一個(gè)周期(p=2r-1)中，游程總數(shù)為2r-1。其中長度為1的游程個(gè)數(shù)占游程總數(shù)的1/2；長度為2的游程個(gè)數(shù)占游程總數(shù)的1/22=1/4；長度為3的游程個(gè)數(shù)占游程總數(shù)的1/23=1/8；……一般地，長度為k的游程個(gè)數(shù)占游程總數(shù)的1/2k=2-k，其中1≤k≤(r-2)。而且，在長度為k

游程中，連1游程與連0游程各占一半，長為(r-1)的游程是連0游程，長為r

的游程是連1游程。我們把一個(gè)序列中取值(1或0)相同連在一起的元素合稱為一個(gè)游程。在一個(gè)游程中元素的個(gè)數(shù)稱為游程長度。例如下面這個(gè)m序列

{an}=000111101011001…

在其一個(gè)周期的15個(gè)元素中，共有8個(gè)游程，其中長度為4的游程一個(gè)，即1111;長度為3的游程1個(gè)，即000；長度為2的游程2個(gè)，即11與00；長度為1的游程4個(gè)，即2個(gè)1與2個(gè)0。游程長度/比特

游程數(shù)目所包含的比特?cái)?shù)“1”“0”1224211430134104

游程總數(shù)為83、移位相加特性

——線性疊加特性移位相加特性：m序列{an}和它位移τ后的序列{an-τ}進(jìn)行模2相加后，所得序列仍是該m序列（的某個(gè)位移序列）。設(shè)mr是周期為p的m序列mp

r次延遲移位后的序列，那么其中ms為mp某次延遲移位后的序列。

例如，mp=000111101011001,…

mp延遲兩位后得mr,再模二相加

mr=010001111010110,…ms=mp+mr=010110010001111,…可見，ms=mp+mr為mp延遲8位后的序列。

4、自相關(guān)函數(shù)特性

M序列的參數(shù)選擇

例：設(shè)辨識一個(gè)熱交換器溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)輸入x(t)為蒸汽進(jìn)氣閥的控制電流，輸出為被蒸汽加熱后的水溫。通過時(shí)域和頻域響應(yīng)實(shí)驗(yàn)分析，已知調(diào)節(jié)時(shí)間約為ts=15s，

截止頻率ωc=2HZ，根據(jù)系統(tǒng)線性范圍和信噪比要求，選擇M序列參數(shù)為：a=0.5mA,Δ=0.6s,N=31,可通過4級移位寄存器實(shí)現(xiàn)該M序列。設(shè)初始時(shí)刻4級移位寄存器初值為1110，MATLAB仿真：clearallclosealln=4;N=2^n-1;a=0.5;delta=0.6;A1=1;A2=1;A3=1;A4=0;fori=1:3*N;X1=xor(A3,A4);X2=A1;X3=A2;X4=A3;OUT(i)=A4;t(i)=delta*i;ifOUT(i)>0.5u(i)=-a;elseu(i)=a;endA1=X1;A2=X2;A3=X3;A4=X4;endfigure(1);stairs(t,u,'-')axis([120-0.60.6]);結(jié)果：M序列的應(yīng)用碼分多址系統(tǒng)主要采用兩種長度的m序列：一種是周期為P=215-1的m序列，又稱為短PN序列；另一種是周期為P=242-1的m序列，又稱為長PN序列.誤碼率測量中的隨機(jī)信號源,仿真技術(shù)中的偽隨機(jī)序列發(fā)生器.數(shù)據(jù)加擾,保密通信領(lǐng)域.M序列的構(gòu)造clearallcloseallclcL=15;y1=1;y2=1;y3=1;y4=0;fori=1:L;x1=xor(y3,y4);x2=y1;x3=y2;x4=y3;例：用MATLAB產(chǎn)生一個(gè)4階M序列，c1=c2=0,c3=c4=1.反饋邏輯為an=an-3⊕an-4初始值為0111y(i)=y4;ify(i)>0.5,u(i)=-1;elseu(i)=1;endy1=x1;y2=x2;y3=x3;y4=x4;endfigurestem(u),gridontitle('M序列')結(jié)果：例2，仍以四級移位寄存器產(chǎn)生M序列，a=1,初值為0101，a3⊕a4作為反饋輸入

x1=1;x2=0;x3=1;x4=0;m=60;fori=1:my4=x4;y3=x3;y2=x2;y1=x