基于虛擬儀器的任意m序列設(shè)計(jì)

摘要 論述了偽隨機(jī)m序列的產(chǎn)生原理、特性以及構(gòu)成方法，利用LabWindows／CVI為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一種2～22級(jí)m序列發(fā)生器。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程通信、界面友好、易于集成和擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)無線激光通信系統(tǒng)誤碼率的自動(dòng)化測試。
關(guān)鍵詞 m序列；LabWindow／CVI；激光通信

無線激光通信是以光信號(hào)為載波，大氣為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)信息傳輸?shù)募夹g(shù)。該技術(shù)具有成本低、組網(wǎng)靈活、安裝方便、無需頻率許可等優(yōu)點(diǎn)。在測試數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率時(shí)，其測試結(jié)果與信號(hào)源送出信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性有關(guān)，所以隨機(jī)信號(hào)是理想的信號(hào)源。但在測量單程數(shù)字通信的誤碼率時(shí)不能利用隨機(jī)信號(hào)，只能利用性能相近的偽隨機(jī)序列代替，通常使用m序列。偽隨機(jī)序列是由數(shù)字電路產(chǎn)生的周期數(shù)列，具有良好的隨機(jī)性且接近于白噪聲的相關(guān)函數(shù)，并且有預(yù)先可確定性和可重復(fù)性。這些特性使得偽隨機(jī)序列廣泛應(yīng)用于誤碼率測量、時(shí)延測量、噪聲產(chǎn)生器、和通信加密等方面。m序列是由線性反饋移存器產(chǎn)生的周期性的最長二進(jìn)制數(shù)字序列。作為一種偽隨機(jī)序列，具有擴(kuò)展頻譜和區(qū)分通過多址接入方式使用同一傳輸頻帶不同用戶信號(hào)的功能，廣泛應(yīng)用在擴(kuò)頻譜水聲通信、激光測距雷達(dá)、激光通信等領(lǐng)域。
LabWindows／CVI是National Instrument(NI)公司推出以交互式C語言為開發(fā)平臺(tái)的虛擬儀器開發(fā)軟件，將功能強(qiáng)大的C語言與測控技術(shù)結(jié)合，具有靈活的交互式編程方式、豐富的庫函數(shù)、自動(dòng)檢測環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件。
利用Labwindows／CVI開發(fā)軟件，設(shè)計(jì)了用于激光通信系統(tǒng)誤碼率自動(dòng)測試的2～22級(jí)任意m序列產(chǎn)生系統(tǒng)，利用系統(tǒng)模擬了8級(jí)m序列，并驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。

1 理論基礎(chǔ)
m序列的產(chǎn)生原理
通常產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的電路為反饋移位寄存器，包括線性反饋移位寄存器和非線性反饋移位寄存器。由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的周期最長的二進(jìn)制數(shù)字序列，稱為最大長度線性反饋移位寄存器序列，又稱m序列。
圖1給出了n級(jí)線性反饋移位寄存器序列產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)原理圖，圖中的CnCn-1…C1C0是反饋系數(shù)，也是特征多項(xiàng)式系數(shù)，由本原多項(xiàng)式系數(shù)確定。反饋系數(shù)的值只能取“0”或“1”，取“0”表示連接反饋，取“0”表示沒有連接反饋，反饋系數(shù)直接決定了m序列的輸出結(jié)果。

圖1中，設(shè)n級(jí)移位寄存器的初始狀態(tài)為an-1an-2…a1a0，經(jīng)過一次移位時(shí)，移位寄存器左端新得到的輸入為an，則有

式中，Ci表示第i級(jí)反饋系數(shù)；an-i表示第n-i位輸入。Ci是一個(gè)重要的參量，它的取值決定了移位寄存器的反饋連接和序列的結(jié)構(gòu)。用特征方程可表示為