基于51單片機(jī)的數(shù)字鐘及基于matlab產(chǎn)生gold序列課程設(shè)計(jì)報(bào)告

PAGE1化工配料與控制論文論文題目：基于51單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)專業(yè)：自動(dòng)化姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：1.論文主要概述本文介紹的設(shè)計(jì)是針對(duì)多功能定時(shí)器。該定時(shí)器操作簡(jiǎn)單，功能齊全，是單片機(jī)智能化的一種應(yīng)用。電路可以執(zhí)行兩個(gè)時(shí)間表，即正常作息時(shí)間表和考試時(shí)間表。本文主要采用了51系列的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來(lái)很不方便。根據(jù)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)多功能定時(shí)系統(tǒng)，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個(gè)控制器對(duì)多路電器進(jìn)行控制，同時(shí)又可以進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)和定點(diǎn)打鈴。它可以執(zhí)行不同的時(shí)間表（考試時(shí)間和日常作息時(shí)間）的打鈴，可以任意設(shè)置時(shí)間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動(dòng)，擴(kuò)大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可我閱讀后，主要是三個(gè)方面，片外硬件電路的設(shè)計(jì)，即按鍵電路的設(shè)計(jì)，控制打鈴電路，時(shí)間顯示，電源的設(shè)計(jì)，最后就是軟件的設(shè)計(jì)。2.論文優(yōu)點(diǎn)按鍵電路：按鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過(guò)程在相應(yīng)的I/O端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過(guò)程都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過(guò)程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的常長(zhǎng)短與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生互相影響。P1.0口表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位或分個(gè)位。P1.1口表示數(shù)字“+“鍵，按一下則對(duì)應(yīng)的數(shù)字加1。P1.2口表示數(shù)字“-”鍵，按一下則對(duì)應(yīng)的數(shù)字減1。P1.3口表示時(shí)間表的切換，程序默認(rèn)為日常時(shí)間表，當(dāng)按下該開(kāi)關(guān)，使輸入為低電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是考試時(shí)間表，并有綠發(fā)光二極管顯示。再按鍵，使鍵抬起，輸入維高電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是日常作息時(shí)間表，用紅發(fā)光二級(jí)管顯示?？刂拼蜮忞娐罚篜1.5口控制繼電器進(jìn)而控制電鈴工作。當(dāng)時(shí)鐘當(dāng)前的時(shí)間和當(dāng)前所執(zhí)行的時(shí)間表的時(shí)間一致時(shí)，相應(yīng)得標(biāo)志位為1，P1.5口輸出高電平，控制繼電器閉合，從而合上開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)電鈴進(jìn)行打鈴。打鈴一定時(shí)間，標(biāo)志位置0，P1.5輸出低電平，繼電器打開(kāi)，電鈴?fù)Ｖ构ぷ鳌r(shí)間表顯示電路：數(shù)碼管顯示器成本低，配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。在電路中加上了紅、綠兩個(gè)不同的發(fā)光二極管，當(dāng)紅發(fā)光二極管接通時(shí)，表示當(dāng)前正在執(zhí)行日常作息時(shí)間表；當(dāng)綠發(fā)光二極管接通時(shí)則表示當(dāng)前正在執(zhí)行的是考試時(shí)間表。有了紅綠兩發(fā)光二極管表示，就可以明顯看出當(dāng)前執(zhí)行的是何種時(shí)間表，不會(huì)混淆。電源電路設(shè)計(jì)電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。通過(guò)變壓器變壓，使得220V電壓變?yōu)?V，在通過(guò)橋式整流，電容的濾波作用，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作用，可輸出5V的穩(wěn)定電壓。本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、中斷子程序、打鈴子程序、時(shí)鐘顯示子程序、查詢時(shí)間表切換程序和延時(shí)子程序等等。另外由于電路中有四個(gè)按鍵，還另外設(shè)計(jì)了防抖動(dòng)程序來(lái)防止干擾。單片機(jī)的定時(shí)功能也是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過(guò)1個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器加1。如果MCS-51采用的12MHz晶體，則計(jì)數(shù)頻率為1MHz，即每過(guò)1us的時(shí)間計(jì)數(shù)器加1。這樣可以根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以根據(jù)定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初值。MCS-51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有4種工作方式，其控制字均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器的編程，可以方便的選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式0時(shí)，為13位的計(jì)數(shù)器，由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所構(gòu)成。TLX低5位溢出則向THX進(jìn)位，THX計(jì)數(shù)溢出則置位TCON中的溢出標(biāo)志位TFX.當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，為16位的計(jì)數(shù)器。本設(shè)計(jì)師單片機(jī)多功能定時(shí)器，所以MCS-51內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被選定為定時(shí)器工作模式，計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器增1。時(shí)鐘的最小計(jì)時(shí)單位是秒，但使用定時(shí)器的方式1，最大的定時(shí)時(shí)間也只能達(dá)到131ms。我們可把定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間定為50ms。這樣，計(jì)數(shù)溢出20次即可得到時(shí)鐘的最小計(jì)時(shí)單位：秒。而計(jì)數(shù)20次可以用軟件實(shí)現(xiàn)。秒計(jì)時(shí)是采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)的累積，計(jì)滿20次，即得到秒計(jì)時(shí)。從秒到分，從分到時(shí)是通過(guò)軟件累加并進(jìn)行比較的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元中的內(nèi)容加1；“分”單元滿60，則“時(shí)”單元中的內(nèi)容加1；“時(shí)”單元滿24，則將時(shí)、分、秒的內(nèi)容全部清零。3.論文缺點(diǎn)近年來(lái)智能技術(shù)發(fā)展十分迅猛。產(chǎn)品功能越來(lái)越強(qiáng)大，出現(xiàn)功能捆綁及集成化的趨勢(shì)。新興的精簡(jiǎn)指令集ARM系列處理器，相比于傳統(tǒng)的復(fù)雜指令集處理器，功耗更低計(jì)算能力更強(qiáng)大，近年來(lái)在嵌入式領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的性能更好的芯片的出現(xiàn)，這些芯片將會(huì)逐步取代51系列的單片機(jī)，例如ARM7，ARM9,DSP，F(xiàn)PGA等等.DSP主要運(yùn)是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。液晶顯示器的運(yùn)用也十分廣泛，采用LCD12864和LCD1602，它是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)、字符等點(diǎn)陣式LCD。其有顯示質(zhì)量高、數(shù)字接口、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。4.自身觀點(diǎn)自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過(guò)了幾十年的發(fā)展路程。縱觀幾十年來(lái)單片機(jī)發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器（MPU）技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，拉動(dòng)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，表現(xiàn)出比微處理器更具個(gè)性的發(fā)展趨勢(shì)：1.采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高性能在過(guò)去的一段時(shí)間內(nèi)，單片機(jī)的指令運(yùn)行速度一直在10MIPS以下，這對(duì)于應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的單片機(jī)來(lái)說(shuō)是足夠了，但當(dāng)單片機(jī)被應(yīng)用在通訊及DSP領(lǐng)域作為高速運(yùn)算、編碼或解碼時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)因指令運(yùn)行速度不夠而限制單片機(jī)應(yīng)用的情形，因此提高單片機(jī)指令運(yùn)行速度已經(jīng)成為迫切需要解決的問(wèn)題。2.進(jìn)一步降低功耗、基于80C51的飛利浦低功率、低系統(tǒng)成本微控制器51LPC系列是業(yè)界推動(dòng)單片機(jī)向低功耗方向發(fā)展的主導(dǎo)單片機(jī)系列之一。51LPC系列單片機(jī)采用以下三種方法降低功耗：（1）使系統(tǒng)進(jìn)入空閑模式，在空閑模式下，只有外圍器件在工作，任意的復(fù)位及中斷均可結(jié)束空閑模式；（2）使系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，在低功耗模式下，振蕩器停止工作，是功耗降到最?。?）使系統(tǒng)進(jìn)入低電壓EPROM操作；EPROM包含了模擬電路，當(dāng)Vcc高于4V時(shí)，可通過(guò)軟件使這些模擬電路掉電以降低功耗，在上電情況下可使系統(tǒng)退出該模式。3.采用FlashMemory隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，MPU的Flash版本逐漸替代了原有的OTP版本。FlashMPU具有以下優(yōu)點(diǎn)：與多次可編程的窗口式EPROM相比，F(xiàn)lashMPU的成本要低得多；在系統(tǒng)編程能力以及產(chǎn)品生產(chǎn)方面提供了靈活性，因?yàn)镕lashMPU可在編程后面再次以新代碼重新編程；可減少已編程器件的報(bào)廢和庫(kù)存；有助于生產(chǎn)廠商縮短設(shè)計(jì)周期，使終端用戶產(chǎn)品和、更具有競(jìng)爭(zhēng)力。4.集成更多功能及兼容性目前單片機(jī)的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是在芯片上集成更多的功能。如模擬功能，包括模擬比較器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等。具體表現(xiàn)在：兼容性作為設(shè)計(jì)的第一考慮；額外的新的特點(diǎn)是透明的；使用同一種編程器；OTP使器件快速提升及標(biāo)準(zhǔn)化成為可能。5.強(qiáng)抗干擾能力不斷加強(qiáng)抗干擾能力是單片機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的必然趨勢(shì)。STMicroelectronics公司推出的ST62系列單片機(jī)在這方面是佼佼者，其優(yōu)良的抗干擾能力使得許多大公司將其應(yīng)用在系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件上。許多單片機(jī)開(kāi)發(fā)商也正朝著這個(gè)方向努力。6.朝系列化、全面化方向發(fā)展各大單片機(jī)開(kāi)發(fā)商在增加產(chǎn)品功能的同時(shí)效力于形成產(chǎn)品的系列化=全面化，以滿足各種控制領(lǐng)域的要求，這也是單片機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)之一。日本TOSHBA公司開(kāi)發(fā)了從4位到64位的多系列單片機(jī)，日立公司也有從4.位到32位的單片機(jī)，目前還沒(méi)有哪個(gè)廠家生產(chǎn)的單片機(jī)比東芝公司的種類多。隨著單片機(jī)性能的不斷提高，不斷的克服和彌補(bǔ)自身的不足。在各種控制領(lǐng)域，單片機(jī)將擁有更加廣闊的使用天地。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，它將一直是工程設(shè)計(jì)人員的首選控制芯片在整個(gè)系統(tǒng)中，在單片機(jī)的30H、31H和32H中存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的小時(shí)、分鐘和秒。由于要用數(shù)碼管顯示當(dāng)前的時(shí)間，必須用到分字和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位、分個(gè)位、秒十位和秒個(gè)位，方便顯示。本設(shè)計(jì)有由四個(gè)輕觸按鍵組成的小鍵盤，這些按鍵可以任意改變當(dāng)前的狀態(tài)。按功能移位鍵一次，表示當(dāng)前要校對(duì)小時(shí)的十位；按第二次，表示當(dāng)前校對(duì)的是小時(shí)的個(gè)位；按第三次，則表示校對(duì)的是分鐘的十位；第四次，表示的校對(duì)的是分鐘的個(gè)位。按下數(shù)字“+”鍵和數(shù)字“-”鍵可在當(dāng)前校對(duì)的數(shù)字上相應(yīng)加上1或者減去1。本設(shè)計(jì)采用查表方式，在程序里預(yù)先存儲(chǔ)兩個(gè)表格，即日常作息時(shí)間表和考試時(shí)間表，可以通過(guò)手動(dòng)按鍵來(lái)選擇所要執(zhí)行的時(shí)間表。并且用紅、綠發(fā)光二極管來(lái)區(qū)別當(dāng)前所執(zhí)行的時(shí)間表。系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，按功能移位鍵就可以調(diào)整當(dāng)前的時(shí)間，整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，功能明確。顯示數(shù)據(jù)時(shí)，先把要顯示的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SBUF中，再?gòu)腟BUF中顯示。串行口緩沖寄存器SBUF器是可直接尋址的專用寄存器。在物理上，它對(duì)應(yīng)著兩個(gè)寄存器，一個(gè)發(fā)送寄存器，一個(gè)接收寄存器。CPU寫SBUF，就是修改發(fā)送寄存器；讀SBUF，就是讀接收寄存器。接收器是雙緩沖的，以避免在接收下一幀數(shù)據(jù)之前，CPU未能及時(shí)響應(yīng)接收器的中斷，沒(méi)有把上一幀數(shù)據(jù)讀走，而產(chǎn)生兩幀數(shù)據(jù)重疊的問(wèn)題。對(duì)于發(fā)送器，為了保持最大的傳輸速率，一般不需要雙緩沖，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生寫重疊的問(wèn)題。專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于matlab產(chǎn)生gold序列姓名：專業(yè)：通信工程班級(jí)學(xué)號(hào)：同組人：指導(dǎo)教師：南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目基于Matlab產(chǎn)生Gold序列內(nèi)容及要求前提：掌握PN序列的相關(guān)知識(shí)，掌握Gold序列的產(chǎn)生原理設(shè)計(jì)要求：（1）使用Matlab的m文件，通過(guò)編程生成任意長(zhǎng)度的Gold序列（提示：Gold序列由兩個(gè)不同m序列模二加得到）；（2）對(duì)以上特定的Gold序列，設(shè)計(jì)m文件，分析該序列的相關(guān)性。。進(jìn)度安排17周：查找資料，進(jìn)行系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)；18周：軟件的分模塊調(diào)試；19周：系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；20周：設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收，報(bào)告初稿的撰寫。學(xué)生姓名：指導(dǎo)時(shí)間指導(dǎo)地點(diǎn)：E樓610室任務(wù)下達(dá)任務(wù)完成考核方式1.評(píng)閱□2.答辯□3.實(shí)際操作□4.其它□指導(dǎo)教師夏思滿系（部）主任摘要Gold序列是R·Gold提出的一種基于m序列的碼序列，這種序列有較優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的序列數(shù)多，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。本文首先介紹了擴(kuò)頻通信中偽隨機(jī)序列性質(zhì)，在介紹偽隨機(jī)中常用的m序列和Gold序列碼產(chǎn)生的方法原理和性質(zhì)，先用matlab編程產(chǎn)生m序列，在用模二加產(chǎn)生gold序列，再運(yùn)用Matlab對(duì)Gold自相關(guān)和互相關(guān)進(jìn)行了仿真分析。且Matlab在編程效率、可讀性、可移植性與可擴(kuò)充性上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他高級(jí)編程語(yǔ)言，是公認(rèn)的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件。Gold序列可以用軟件也可以用硬件二種方法實(shí)現(xiàn)，但是通過(guò)本次設(shè)計(jì)可以看見(jiàn)軟件設(shè)計(jì)的許多優(yōu)點(diǎn)關(guān)鍵詞：偽隨機(jī)序列；Gold序列；m序列；Matlab仿真目錄TOC\o"1-3"\h\u22858第一章設(shè)計(jì)要求和引言 3327651.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 3113451.1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 395181.1.2系統(tǒng)框圖 3276291.2研究的背景及意義 4326791.3CDMA通信技術(shù)簡(jiǎn)介 561311.3.1擴(kuò)頻的理論基礎(chǔ) 5302271.2.2擴(kuò)頻通信的分類 6169851.2.3CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的構(gòu)成 6221471.2.4偽隨機(jī)序列在CDMA通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 726687第二章偽隨機(jī)序列 8237572.1偽隨機(jī)序列相關(guān)概念 811692.1.1偽隨機(jī)序列的數(shù)學(xué)定義 8135482.1.2隨機(jī)序列的相關(guān)特性 917682第三章m序列的產(chǎn)生 11103493.1m序列產(chǎn)生原理 1173403.2m序列的基本性質(zhì)如下 1361273.3序列產(chǎn)生流程圖 145646第四章Gold序列 1586204.1Gold序列的產(chǎn)生原理 15301354.2Gold序列的基本性質(zhì) 158792第五章基于matlab產(chǎn)生gold序列 17148145.1gold產(chǎn)生流程圖 1751185.2.gold序列的產(chǎn)生和相關(guān)系分析 18309005.2.1程序調(diào)試產(chǎn)生gold序列及結(jié)果分析 18127375.2.2Gold序列自相關(guān)性其自相關(guān)性 19204115.2.3gold序列互相關(guān)性 2024158第六章實(shí)驗(yàn)總結(jié) 2127894參考文獻(xiàn) 2229974附錄一程序代碼 2322186產(chǎn)生gold序列的程序： 2317156Gold序列自相關(guān)的分析程序： 233553Gold序列互相關(guān)的程序： 25第一章設(shè)計(jì)要求和引言1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容前提：掌握PN序列的相關(guān)知識(shí)，掌握Gold序列的產(chǎn)生原理設(shè)計(jì)要求：使用Matlab的m文件，通過(guò)編程生成任意長(zhǎng)度的Gold序列（提示：Gold序列由兩個(gè)不同m序列模二加得到）；（2）對(duì)以上特定的Gold序列，設(shè)計(jì)m文件，分析該序列的相關(guān)性。1.1.2設(shè)計(jì)流程框圖圖1-1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流1.2研究的背景及意義移動(dòng)通信由于具有時(shí)實(shí)性、機(jī)動(dòng)性、具有不受時(shí)空限制等特點(diǎn)，己經(jīng)成為一種深受人們歡迎的通信方式，并融入了現(xiàn)代生活當(dāng)中。自美國(guó)Qualcomm公司提出在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，簡(jiǎn)稱CDMA)技術(shù)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案至今，CDMA通信系統(tǒng)相對(duì)于其它無(wú)線通信系統(tǒng)在客戶容量和高質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越顯現(xiàn)出來(lái)。在短短的二、三十年中，移動(dòng)通信系統(tǒng)已從第一代的模擬蜂窩系統(tǒng)發(fā)展到第二代全球數(shù)字移動(dòng)電話蜂窩系統(tǒng)(2G)，目前己經(jīng)開(kāi)始向第三代寬帶多媒體蜂窩系統(tǒng)(3G)發(fā)展，并且處于第二代和第三代之間的2.5G已經(jīng)趨于成熟。雖然第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，GSM系統(tǒng)仍占有很大的市場(chǎng)份額。但是，因?yàn)榫哂袀坞S機(jī)編碼調(diào)制和信號(hào)相關(guān)處理兩大特點(diǎn)而使CDMA通信方式具有抗干擾、抗噪音、抗多徑衰落、能在低功率譜密度下工作、有保密性、可多址復(fù)用和任意選址、可高精度測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，使CDMA技術(shù)成為第三代移動(dòng)通信和個(gè)人通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，以擴(kuò)頻理論為基礎(chǔ)的CDMA技術(shù)已成為當(dāng)前移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在CDMA系統(tǒng)的眾多用戶都工作在同一時(shí)間同一頻段內(nèi)，系統(tǒng)給各個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的擴(kuò)頻碼來(lái)進(jìn)行頻譜的擴(kuò)展，在發(fā)送和接收時(shí)，系統(tǒng)更是利用各地址碼之間的互相關(guān)特性值來(lái)區(qū)分不同的用戶。因此，擴(kuò)頻碼的特性直接影響到CDMA系統(tǒng)的捕獲同步性能、抗干擾性能和多址能力。從理論上說(shuō)，獨(dú)立、均勻分布的隨機(jī)序列是擴(kuò)頻碼的理想模型，然而它由于不易產(chǎn)生、無(wú)法時(shí)實(shí)分發(fā)等缺陷而被認(rèn)為難以在實(shí)際的CDMA系統(tǒng)中應(yīng)用。CDMA自其理論提出到投入商業(yè)營(yíng)運(yùn)、直至稱為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，一直是通信領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)。作為CDMA的基礎(chǔ)技術(shù)之一的PN碼的選擇和產(chǎn)生也是倍受業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的，如何找到易生成且相關(guān)特性好的PN碼成為研究人員追求的目標(biāo)之一。為此，人們?cè)O(shè)計(jì)了各種確定性的偽隨機(jī)序列來(lái)代替隨機(jī)序列作為擴(kuò)頻碼。迄今為止，世界各國(guó)的學(xué)者在偽隨機(jī)序列的設(shè)計(jì)與選擇方面己做了大量的工作，例如，由m序列優(yōu)選對(duì)生成的Gold序列己被用作第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中WCDMA的擴(kuò)頻碼；以及通過(guò)對(duì)m序列添加一個(gè)全“0”狀態(tài)得到的M序列和m序列也已被用作第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中CDMA2000的擴(kuò)頻碼。m序列、Gold序列等線性序列多由線性移位寄存器所產(chǎn)生，有易于實(shí)現(xiàn)、具備較好的相關(guān)特性等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用的CDMA通信系統(tǒng)采用復(fù)合擴(kuò)頻技術(shù)，即用正交碼(Walsh函數(shù)序列，OVSF碼族)作為信道化碼來(lái)區(qū)分小區(qū)、用Gold序列或M序列作為擾碼來(lái)區(qū)分用戶。因此，本文所研究的Gold序列，在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，通過(guò)Matlab仿真，對(duì)其自相關(guān)性能進(jìn)行分析，能夠更好的理解CDMA系統(tǒng)的通信原理。1.3CDMA通信技術(shù)簡(jiǎn)介1.3.1擴(kuò)頻的理論基礎(chǔ)在信息論中，對(duì)于連續(xù)信道，如果信道帶寬為B，且受到加性高斯白噪聲干擾，則其信道容量的理論公式(香農(nóng)公式)為：(1-2)其中C—信道容量，單位bit/s;B一信道帶寬，單位Hz；S一信號(hào)平均功率，單位w；N一噪聲平均功率，單位w。從香農(nóng)公式可知：(1)要增大信息傳輸速率，就必須增大信道帶寬B或信噪比S。由于公式中對(duì)數(shù)部分變化得比較緩慢，因此增加B比增加S加更有效，也就是說(shuō)如果傳輸信號(hào)的帶寬變窄，將導(dǎo)致信號(hào)功率的大幅提高。而如果通過(guò)增加帶寬去換取信號(hào)功率的減小，就能節(jié)省較大的信號(hào)功率能源。即B增加時(shí)，信道容量增加較快。(2)當(dāng)信道容量為常量時(shí)，信道帶寬與信噪比存在互換關(guān)系。在C恒定的情況下，可以通過(guò)減少發(fā)送功率，增加信道帶寬的方法保持信道容量不變的目標(biāo)。也可以通過(guò)減小帶寬，增強(qiáng)信號(hào)功率的方法。信道容量可以通過(guò)帶寬與信噪比的互換而保持不變。(3)當(dāng)帶寬增加到一定程度時(shí)，信道容量也不能無(wú)限增加。這是因?yàn)樵肼暪β蔔=n0B，當(dāng)信道帶寬B增加時(shí)，N也隨著增加，所以C有一個(gè)極限值。擴(kuò)頻通信是指系統(tǒng)所傳輸?shù)男盘?hào)(帶寬為Bm)被擴(kuò)展至一個(gè)很寬的頻帶Bc。用來(lái)傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式。它利用高速率的擴(kuò)頻碼來(lái)達(dá)到擴(kuò)展傳輸信號(hào)的帶寬，從而減小了發(fā)送功率。對(duì)擴(kuò)頻通信來(lái)說(shuō)Bc/Bm的值一般為100～1000。1.2.2擴(kuò)頻通信的分類(1)直接序列(DS)擴(kuò)頻系統(tǒng)：用一組高速數(shù)字編碼序列直接擴(kuò)展頻譜，由于編碼序列的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原始信號(hào)的帶寬，從而擴(kuò)展了發(fā)射信號(hào)的頻譜。(2)跳頻(FH)擴(kuò)頻系統(tǒng)：使發(fā)射機(jī)頻率在一組預(yù)先制定的頻率上按照編碼序列所規(guī)定的順序離散的跳變，從而擴(kuò)展發(fā)射波的頻譜。一般來(lái)說(shuō)，跳頻圖案由偽隨機(jī)碼控制，從而使載頻的跳變具有均勻分布的性質(zhì)。(3)線性調(diào)頻(Chirp)系統(tǒng)：在這種系統(tǒng)中，載頻在一給定的脈沖時(shí)間間隔內(nèi)線性的掃過(guò)一個(gè)寬的頻帶，從而擴(kuò)展發(fā)射波的頻譜。(4)跳時(shí)(TH)擴(kuò)頻系統(tǒng)：這種系統(tǒng)與跳頻系統(tǒng)類似，區(qū)別在于一個(gè)是控制頻率，而另一個(gè)是控制時(shí)間，即TH系統(tǒng)是用偽隨機(jī)碼控制發(fā)射時(shí)間和時(shí)間的長(zhǎng)短。(5)混合系統(tǒng)：前述幾種方法的某種形式的組合，如DS/FH系統(tǒng)、DS/TH系統(tǒng)、FH/TH系統(tǒng)、DS/TH/FH系統(tǒng)等。目前實(shí)用的擴(kuò)頻通信中，以直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)應(yīng)用的比較多。而CDMA通信系統(tǒng)就是基于擴(kuò)頻技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)。1.2.3CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的構(gòu)成CDMA通信系統(tǒng)是最具代表性的擴(kuò)頻通信技術(shù)應(yīng)用，它的基本工作方式有直接序列擴(kuò)頻(DirectSequenceSpreadSpectrum，簡(jiǎn)稱DS)方式、跳變頻率(FrequencyHopping，簡(jiǎn)稱FH)方式以及跳變時(shí)間(TimeHopping，簡(jiǎn)稱TH)方式三種。其中，直擴(kuò)(DS)方式同另外兩種方式比較，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展方便，無(wú)論對(duì)通信、測(cè)距應(yīng)用還是其它應(yīng)用都很合適，因此在目前使用的最多，也是最典型的一種擴(kuò)頻通信方式。CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)包含兩個(gè)基本技術(shù)：一個(gè)是碼分技術(shù)，其基礎(chǔ)是擴(kuò)頻技術(shù)；另一個(gè)是多址技術(shù)。目前的CDMA系統(tǒng)就是采用m序列及由其產(chǎn)生的其它PN序列作為地址碼，利用它們的不同相位來(lái)區(qū)分不同用戶。在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中分別采用了m序列、Gold序列及M序列作為地址編碼，用Walsh序列作為信道編碼。因而，PN碼的選擇直接影響到CDMA系統(tǒng)的容量、抗干擾能力、接入和切換速度等性能。CDMA信道的區(qū)分也是靠PN序列來(lái)進(jìn)行的，PN序列較好的相關(guān)特性—自相關(guān)特性尖銳，互相關(guān)特性較弱，加上實(shí)現(xiàn)和編碼方案簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使其在未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中處于至關(guān)重要的位置。1.2.4偽隨機(jī)序列在CDMA通信系統(tǒng)中的應(yīng)用CDMA通信系統(tǒng)中的擴(kuò)頻碼采用三層結(jié)構(gòu)。底層是信道碼，通常采用正交碼，CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)給出的是碼長(zhǎng)為64的Walsh正交碼，3GPP標(biāo)準(zhǔn)給出的是正交可變擴(kuò)頻因子碼序列(OrthogonalVariableSpreadingFactorCode，簡(jiǎn)稱OVSF碼)，用來(lái)區(qū)分不同的CDMA信道。第二層是基站碼，是由偽隨機(jī)序列充當(dāng)?shù)?，不同的基站使用不同的擴(kuò)頻碼。在CDMA2000系統(tǒng)中在WCDMA系統(tǒng)中采用的是碼長(zhǎng)為218-1的Gold碼。第三層是移動(dòng)用戶碼，在CDMA2000系統(tǒng)中，使用的是碼長(zhǎng)為242-1的m序列，在WCDMA系統(tǒng)中采用的是碼長(zhǎng)為225-1的Gold碼。一個(gè)用戶一個(gè)，各不相同，它是由相當(dāng)長(zhǎng)的偽隨機(jī)序列加上移動(dòng)用戶自身代碼復(fù)合而成的。第二、三層的碼統(tǒng)稱擾碼。在這三層擴(kuò)頻碼中，除第一層的信道編碼外另兩層擴(kuò)頻碼都由偽隨機(jī)序列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通信的碼分系統(tǒng)和超短波戰(zhàn)術(shù)通信的碼分系統(tǒng)。民用通信方面，也相繼出現(xiàn)一些具體的方案。第二章偽隨機(jī)序列2.1偽隨機(jī)序列相關(guān)概念偽隨機(jī)序列作為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的一部分是十分關(guān)鍵的，它關(guān)系到擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能。四十年代末，信息論的奠基人香農(nóng)(C.E.Shannon)提出的編碼定理指出：只要信息速率Rb小于信道容量C，則總可以找到某種編碼方法，在碼周期相當(dāng)長(zhǎng)的條件下，能夠幾乎無(wú)差錯(cuò)的從收到高斯噪聲干擾的信號(hào)中復(fù)制出原發(fā)信息。這里有兩個(gè)條件，一是Rb<=C，二是編碼的碼周期足夠長(zhǎng)。同時(shí)香農(nóng)在證明編碼定理的時(shí)候，提出用具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)來(lái)編碼。白噪聲是一種隨機(jī)過(guò)程，它的瞬時(shí)值服從正態(tài)分布，功率譜在很寬頻帶內(nèi)都是均勻的。但是至今無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)白噪聲放大、調(diào)制、檢測(cè)、同步及控制等，而只能用具有類似于限帶白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的偽隨機(jī)序列信號(hào)來(lái)逼近它，并作為擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼。六十年代末，一些易于產(chǎn)生、加工和復(fù)制且具有白噪聲性質(zhì)的“偽噪聲編碼技術(shù)”日趨成熟，因此高效抗干擾編碼通信變得蓬勃發(fā)展起來(lái)。同時(shí)用各種不同波形的正交碼來(lái)實(shí)現(xiàn)波形分割的碼分多址通信也相繼出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線用戶的隨意呼叫通信。這種技術(shù)在地面多址2.1.1偽隨機(jī)序列的數(shù)學(xué)定義偽隨機(jī)序列(偽隨機(jī)碼)的一般定義是：如果一個(gè)序列，一方面它的結(jié)構(gòu)(或形式)是可以預(yù)先確定的，并且是可以重復(fù)地產(chǎn)生和復(fù)制的；另一方面它又有某種隨機(jī)序列的隨機(jī)特性(即統(tǒng)計(jì)特性)，我們稱這種序列為偽隨機(jī)序列(偽隨機(jī)碼)。偽隨機(jī)序列雖然只有兩個(gè)電平，但卻具有類似白噪聲的相關(guān)特性，只是幅度概率分布不再服從高斯分布。它應(yīng)具有如下特性：(l)每一周期內(nèi)0和1出現(xiàn)的次數(shù)近似相等。(2)每一周期內(nèi)，長(zhǎng)度為n比特的游程出現(xiàn)的次數(shù)比長(zhǎng)度為n+1比特游程次數(shù)多一倍(游程是指相同碼元的碼元串)。(3)對(duì)于狹義偽隨機(jī)序列，將給定隨機(jī)序列位移任何一個(gè)非零數(shù)目個(gè)元素，所得的序列將和原序列有一半的元素相同，一半的元素不同。白噪聲是一種隨機(jī)過(guò)程，瞬時(shí)值服從正態(tài)分布，自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度有極好的相關(guān)性，偽隨機(jī)序列是針對(duì)白噪聲演化而來(lái)的，只有“0”和“1”兩種電平，因此偽隨機(jī)編碼概率分布不具備正態(tài)分布形式。但當(dāng)序列足夠長(zhǎng)時(shí)，由中心極限定理可知，它趨近于正態(tài)分布，由此，偽隨機(jī)序列定義如下：(1)凡自相關(guān)函數(shù)具有（2-1）式的序列稱為狹義偽隨機(jī)序列。(2)凡自相關(guān)函數(shù)具有（2-2）形式的序列，成為第一類廣義偽隨機(jī)序列。(3)凡互相關(guān)系數(shù)具有或（2-3）形式的序列，稱為第二類廣義偽隨機(jī)序列。(4)凡相關(guān)函數(shù)滿足(1)、(2)、(3)三者之一的序列，統(tǒng)稱為偽隨機(jī)序列。由上面的四種定義可以看出，狹義偽隨機(jī)序列是第一類廣義偽隨機(jī)序列的一種特例。2.1.2隨機(jī)序列的相關(guān)特性擴(kuò)頻系統(tǒng)中，對(duì)偽隨機(jī)序列而言，最關(guān)心的問(wèn)題就是其相關(guān)特性，包括自相關(guān)性、互相關(guān)性及部分相關(guān)性。下面分別給出這些相關(guān)函數(shù)的定義。設(shè)有兩條長(zhǎng)為N的序列{a}和，序列中的元素分別為ai，bi，(i=1,2,3,…,N)。則序列的自相關(guān)函數(shù)定義為：（2-4）由于{a}是周期為P的序列，故有ai+p=ai,其歸一化自相關(guān)函數(shù)ρa(bǔ)(τ)定義為：（2-5）序列{a}和的互相關(guān)函數(shù)定義為：（2-6）歸一化互相關(guān)函數(shù)定義為：（2-7）對(duì)于二進(jìn)制序列，可以表示為：（2-8）其中，A為序列{a}和對(duì)應(yīng)碼元相同的數(shù)目，D為不相同的數(shù)目。若ρa(bǔ)b(τ)=0，則序列{a}和序列正交，定義{a}的部分相關(guān)函數(shù)和歸一化部分相關(guān)函數(shù)為(式中t為某一整數(shù))：（2-9）定義序列{a}和序列的部分互相關(guān)函數(shù)和歸一化部分互相關(guān)函數(shù)分別為：（2-10）第三章m序列的產(chǎn)生3.1m序列產(chǎn)生原理偽隨機(jī)信號(hào)具有類似于隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性,同時(shí)又便于重復(fù)產(chǎn)生和處理。目前廣泛使用的偽隨機(jī)信號(hào)都是由數(shù)字電路產(chǎn)生的周期序列得到的。產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的電路包括線性反饋的移位寄存器：m序列和非線性反饋移存器。m序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。它是由多級(jí)移位寄存器或其他延遲元件通過(guò)線性反饋產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列。由于m序列容易產(chǎn)生、規(guī)律性強(qiáng)、有許多優(yōu)良的性能，在擴(kuò)頻通信中最早獲得廣泛的應(yīng)用。如圖2.1所示，m序列可由二進(jìn)制線性反饋移位寄存器產(chǎn)生。它主要由n個(gè)串聯(lián)的寄存器、移位脈沖產(chǎn)生器和模2加法器組成。圖中第i級(jí)移存器的狀態(tài)ai表示，ai=0或ai=1，i=整數(shù)。反饋線的連接狀態(tài)用ci表示，ci=1表示此線接通（參加反饋），ci=0表示此線斷開(kāi)。由于反饋的存在，移存器的輸入端受控地輸入信號(hào)。不難看出，若初始狀態(tài)為全“0”,則移位后得到的仍為全“0”，因此應(yīng)避免出現(xiàn)全“0”狀態(tài)，又因?yàn)閚級(jí)移存器共有2n-1種可能的不同狀態(tài)，除全“0”狀態(tài)外，剩下2n-1種狀態(tài)可用。每移位一次，就出現(xiàn)一種狀態(tài)，在移位若干次后，一定能重復(fù)出現(xiàn)前某一狀態(tài)，其后的過(guò)程便周而復(fù)始了。反饋線位置不同將出現(xiàn)不同周期的不同序列，我們希望找到線性反饋的位置，能使移存器產(chǎn)生的序列最長(zhǎng)，即達(dá)到周期P=2n-1。按圖中線路連接關(guān)系，可以寫為：（模2）（3-1）該式稱為遞推方程。圖3-2線性反饋移位寄存器上面曾經(jīng)指出，ci的取值決定了移位寄存器的反饋連接和序列的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將它用下列方程表示：（3-3）這一方程稱為特征多項(xiàng)式。式中xi僅指明其系數(shù)ci的值（1或0），x本身的取值并無(wú)實(shí)際意義，也不需要去計(jì)算x的值。例如，若特征方程為f(x)=1+x+x4則它僅表示x0,x1和x4的系數(shù)c0=c1=c4=1,其余為零。經(jīng)嚴(yán)格證明：若反饋移位寄存器的特征多項(xiàng)式為本原多項(xiàng)式，則移位寄存器能產(chǎn)生m序列。只要找到本原多項(xiàng)式，就可構(gòu)成m系列發(fā)生器。特征多項(xiàng)式與輸出序列的周期有密切關(guān)系.當(dāng)F(x)滿足下列三個(gè)條件時(shí)，就一定能產(chǎn)生m序列：(1)F(x)是不可約的，即不能再分解多項(xiàng)式；(2)F(x)可整除,這里;(3)F(x)不能整除，這里q<p.滿足上述條件的多項(xiàng)式稱為本原多項(xiàng)式.這樣產(chǎn)生m序列的充要條件就變成了如何尋找本原多項(xiàng)式。尋找本原多項(xiàng)式是一件繁瑣的工作，計(jì)算的到的結(jié)果已列表。n本原多項(xiàng)式的八進(jìn)制系數(shù)表達(dá)式代數(shù)式27313423545610372118435910211020111140051210123表3-4本原多項(xiàng)式系數(shù)表3-2給出其中部分結(jié)果，每個(gè)n只給出一個(gè)本原多項(xiàng)式為了使序列發(fā)生器盡量簡(jiǎn)單，常用的只有3項(xiàng)的本原多項(xiàng)式表中列出的本原多項(xiàng)式都是項(xiàng)數(shù)最少的，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，用八進(jìn)制數(shù)字記載本原多項(xiàng)式的系數(shù)。由系數(shù)寫出本原多項(xiàng)式非常方便。本文探討n=5時(shí)，本多項(xiàng)式系數(shù)的八進(jìn)制表示為45，將45寫為二進(jìn)制碼100101，從右向左第一個(gè)1對(duì)應(yīng)于C0，按系數(shù)可寫出F（x）=X5+x2+1從左向右的第一個(gè)1對(duì)應(yīng)于C0，按系數(shù)可寫出對(duì)應(yīng)的寄存器函數(shù)[]=[00101]。3.2m序列的基本性質(zhì)如下：(1)周期性：m序列的周期p取決于它的移位寄存器的級(jí)數(shù),p=2n-1(2)平衡特性：m序列中0和1的個(gè)數(shù)接近相等；m序列中一個(gè)周期內(nèi)“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目多1個(gè)。(3)游程特性：m序列中長(zhǎng)度為1的游程約占游程總數(shù)的1/2，長(zhǎng)度為2的游程約占游程總數(shù)的1/22,長(zhǎng)度為3的游程約占游程總數(shù)的1/23…(4)線性疊加性：m序列和其移位后的序列逐位模2相加，所得的序列還是m序列，只是相移不同而已。例如1110100與向右移3位后的序列1001110逐位模2相加后的序列為0111010，相當(dāng)于原序列向右移1位后的序列,仍是m序列。用公式表示為:U（i）（模2加）Up（i）=Up（i）（3-5）其中:u(i)、up(i)、uq(i)分別為原序列、平移p個(gè)元素后的序列及平移相加后得到的序列中的第i個(gè)元素。(5)二值自相關(guān)特性：碼位數(shù)越長(zhǎng)越接近于隨機(jī)噪聲的自相關(guān)特性。m序列的自相關(guān)函數(shù)計(jì)算式為(3-6)其中:,為碼序列的最大長(zhǎng)度,亦即m序列的周期；Tc為m序列碼的碼元寬度?？梢?jiàn),相關(guān)函數(shù)是個(gè)周期函數(shù)。m序列發(fā)生器中，并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生m序列。理論分析指出，產(chǎn)生的m序列數(shù)由下式?jīng)Q定：(3-4)（3-7）其中Φ(x)為歐拉數(shù)(即包括1在內(nèi)的小于x并與它互質(zhì)的正整數(shù)的個(gè)數(shù))。例如5級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的31位m序列只有6個(gè)。3.3序列產(chǎn)生流程圖圖3-7產(chǎn)生m序列流程圖第四章Gold序列m序列雖然性能優(yōu)良，但同樣長(zhǎng)度的m序列個(gè)數(shù)不多，且序列之間的互相關(guān)值并不都好。R·Gold提出了一種基于m序列的碼序列，稱為Gold碼序列。隨著級(jí)數(shù)n的增加，Gold碼序列的數(shù)量遠(yuǎn)超過(guò)同級(jí)數(shù)的m序列的數(shù)量，且Gold碼序列具有良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，得到了廣泛的應(yīng)用。4.1Gold序列的產(chǎn)生原理Gold序列就是為了解決m序列個(gè)數(shù)不多且m序列之間的互相關(guān)函數(shù)值不理想而提出的，它是用一對(duì)周期和速率均相同的m序列優(yōu)選對(duì)模2加后得到的。其發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示：圖4-1Gold序列發(fā)生器Gold序列具有良好的自、互相關(guān)特性，且地址數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m序列地址數(shù)。如有兩個(gè)m序列,它們的互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值有界，且滿足以下條件：（4-2）我們稱這一對(duì)m序列為優(yōu)選對(duì)。每改變兩個(gè)m序列相對(duì)位移就可得到一個(gè)新的Gold序列，當(dāng)相對(duì)位移2n-1位時(shí)，就可得到一族2n-1個(gè)Gold序列。再加上兩個(gè)m序列，共有2n+1個(gè)Gold序列碼。4.2Gold序列的基本性質(zhì)(1)平衡性:Gold碼序列分為平衡碼和非平衡碼。Gold序列的平衡特性有3種,也就是Gold序列有3種“0”和“1”情況:①“1”碼元數(shù)目?jī)H比“0”碼元數(shù)目多一個(gè),這就是平衡Gold序列。②“1”碼元過(guò)多。③“1”碼元過(guò)少。后兩種序列是不平衡Gold序列。當(dāng)n為奇數(shù)時(shí),在周期N的N+2個(gè)Gold序列中，有2n-1個(gè)序列是平衡的。即平衡碼數(shù)量占50%,非平衡碼數(shù)量占50%。當(dāng)n為偶數(shù)，但不能被4整除時(shí),在周期N=2n-1的N+2個(gè)Gold序列中,平衡碼占75%,非平衡碼占25%。相比較而言,m序列是平衡的,“1”碼和“0”碼的個(gè)數(shù)基本相等。(2)自相關(guān)特性：Gold證明了Gold碼序列的自相關(guān)函數(shù)的所有非最高峰的取值是三值。其自相關(guān)函數(shù)值所有非最高峰取值R如下式。其中p=2n-1,p為Gold碼序列的周期。（4-3）在位移k=0，R取得最高峰，即R=1,此時(shí)同m序列一樣，具有尖銳的自相關(guān)峰值。因此Gold碼序列應(yīng)具有四個(gè)值的自相關(guān)函數(shù)值。（3.2）式中t的取值是，當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，。當(dāng)n為偶數(shù),且不是4的整倍數(shù)時(shí)，。(3)互相關(guān)特性：Gold碼序列具有較好的互相關(guān)特性，Gold碼序列的互相關(guān)函數(shù)值的最大值不超過(guò)其m序列優(yōu)選對(duì)的互相關(guān)值。Gold碼也具有三值互相關(guān)函數(shù)值，其取值同（3.2）式。當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，序列族中約50%的碼序列的互相關(guān)函數(shù)值為-1/p；而n為偶數(shù)時(shí)，有75%的碼序列的互相關(guān)函數(shù)值為-1/p。第五章基于matlab產(chǎn)生gold序列5.1gold產(chǎn)生流程圖圖5-1產(chǎn)生gold序列流程圖5.2.gold序列的產(chǎn)生和相關(guān)系分析Gold序列是有兩個(gè)m序列模2加得到的，因此第一步就是要產(chǎn)生二個(gè)m序列，且m序列的產(chǎn)生要用到原本多項(xiàng)式，先確定移位寄存器的位數(shù)，在查表得到原本多項(xiàng)式，在編寫程序產(chǎn)生m序列，檢查是否正確，，在編程進(jìn)行摸2加得到gold序列，對(duì)于matlab的函數(shù)用stem不用flot，stem能很好顯示0,1。5.2.1程序調(diào)試產(chǎn)生gold序列及結(jié)果分析Matlab語(yǔ)言是當(dāng)今國(guó)際上科學(xué)界最具影響力，也是最有活力的軟件。它起源于矩陣運(yùn)算,并已經(jīng)發(fā)展成一種高度集成的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。Matlab具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，方便實(shí)用的繪圖功能及語(yǔ)言的高度集成。Matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）之意。Matlab除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。得到gold序列值為：000001100001011110001011101101010110000100011000001111101010101通過(guò)運(yùn)行結(jié)果可以看出是由0、1組成的階梯形圖形，stem函數(shù)使結(jié)果明顯，其中r=6時(shí)，l=2^r-1=63位。通過(guò)計(jì)算兩個(gè)m序列摩爾加得到的gold序列與理論計(jì)算值一致，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求。5.2.2Gold序列自相關(guān)性其自相關(guān)性自相關(guān)函數(shù)反應(yīng)一個(gè)信號(hào)在不同時(shí)間上去相關(guān)聯(lián)程度，且峰值越平穩(wěn)相關(guān)性越好。對(duì)已產(chǎn)生的gold序列進(jìn)行自相關(guān)分析，先要變成雙極性，在編程進(jìn)行相關(guān)性分析。運(yùn)行結(jié)果分析：上圖可知gold序列應(yīng)具有四個(gè)值的自相關(guān)函數(shù)值，在位移k=0，R取得最高峰，即R=1,此時(shí)同m序列一樣，具有尖銳的自相關(guān)峰值，gold序列自相關(guān)性良好。自相關(guān)的運(yùn)行結(jié)果與理論分析相符，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的要求。5.2.3gold序列互相關(guān)性互相關(guān)是指兩個(gè)函數(shù)的相關(guān)程度，且值越小越好。要進(jìn)行互相關(guān)性能分析就要兩個(gè)函數(shù)，因此要生成兩個(gè)不同的gold序列，且也要變成雙極性，才能進(jìn)行相關(guān)性分析。運(yùn)行結(jié)果分析：上圖可知gold序列應(yīng)具有三個(gè)值的互相關(guān)函數(shù)值，且值很小，互相關(guān)函數(shù)的特性是值越小互相關(guān)性越好，所以gold序列互相關(guān)性良好。自相關(guān)的運(yùn)行結(jié)果與理論分析相符。第六章實(shí)驗(yàn)總結(jié)Gold序列是R·Gold提出的一種基于m序列的碼序列，這種序列有較優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的序列數(shù)多，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)性試驗(yàn)通過(guò)自己查表，用matlab的m文件生成需要的Gold序列，然后又就所設(shè)計(jì)的序列進(jìn)行自相關(guān)和互相關(guān)性分析。本文在簡(jiǎn)要介紹擴(kuò)頻通信技術(shù)和CDMA通信系統(tǒng)相關(guān)原理的基礎(chǔ)上，較為深入的研究了偽隨機(jī)序列中的m序列與Gold序列的產(chǎn)生方法及各自的性質(zhì)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的Matlab程序，并利用Matlab、Gold序列的相關(guān)性進(jìn)行了分析。本實(shí)驗(yàn)熟知m序列雖然性能優(yōu)良，但同樣長(zhǎng)度的m序列個(gè)數(shù)不多，且序列之間的互相關(guān)值并不都好。Gold碼序列自相關(guān)特性雖然略遜于m序列，但其互相關(guān)特性比m序列要好，這與理論分析高度吻合。Gold序列可以軟件實(shí)現(xiàn)，也可以硬件實(shí)現(xiàn)，但是通過(guò)本次設(shè)計(jì)可以看到軟件設(shè)計(jì)的許多優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)，自主編程，對(duì)不熟知的擴(kuò)頻技術(shù)自學(xué)過(guò)程掌握了偽隨機(jī)序列的各種特性，增強(qiáng)自學(xué)能力，擴(kuò)張了視野。參考文獻(xiàn)[1]查光明．熊賢祚．?dāng)U頻通信lM]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社．1990[2]田日才．?dāng)U頻通信[M]．北京：清華大學(xué)出版社．2007．[3]孫屹，李妍.MATLAB通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)工業(yè)出版社，2006,5.[4]王哲.偽隨機(jī)序列的Matlab實(shí)現(xiàn)與分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2008.23[5]樊昌信，張甫翊，吳成柯.現(xiàn)代通信[M].北京:高等教育出版社，2001.[6]DavidE.Borth,擴(kuò)頻通信導(dǎo)論，電子工業(yè)出本社，2006附錄一程序代碼產(chǎn)生gold序列的程序：r=6;N=2^r-1;%移位寄存器的長(zhǎng)度和序列的長(zhǎng)度s1(1:6)=[100001];%initialvalue1s2(1:6)=[100000];%initialvalue1f1=[1000011];%特征多項(xiàng)式f＝x^6+x+1;f2=[1100111];%特征多項(xiàng)式f＝x^6+x^5+x^2+x+1;forn=r+1:N;%進(jìn)行循環(huán)s1(n)=mod(sum(s1(n-r:n-1).*s1(1:r)),2);%產(chǎn)生m序列end;forn=r+1:N;%進(jìn)行循環(huán)s2(n)=mod(sum(s2(n-r:n-1).*s2(1:r)),2);%產(chǎn)生m序列end;forn=r+1:N;%進(jìn)行循環(huán)s=mod(s1+s2,2);%進(jìn)行摩爾加gold_sequence_1=s;figure(1);%產(chǎn)生gold序列stem(gold_sequence_1);end;Gold序列自相關(guān)的分析程序：clearall%先要清除clcr=6;N=2^r-1;s1(1:6)=[100000];%initialvalue1s2(1:6)=[100000];%initialvalue1f1=[1000011];%特征多項(xiàng)式f＝x^6+x+1;f2=[1100111];%特征多項(xiàng)式f＝x^6+x^5+x^2+x+1;forn=r