基于虛擬儀器的任意m序列設計

摘要 論述了偽隨機m序列的產生原理、特性以及構成方法，利用LabWindows／CVI為開發(fā)平臺，設計了一種2～22級m序列發(fā)生器。仿真結果表明，該系統(tǒng)具有遠程通信、界面友好、易于集成和擴展等優(yōu)點，可實現(xiàn)無線激光通信系統(tǒng)誤碼率的自動化測試。
關鍵詞 m序列；LabWindow／CVI；激光通信

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

1 理論基礎
m序列的產生原理
通常產生偽隨機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生的周期最長的二進制數(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級線性反饋移位寄存器序列產生的結構原理圖，圖中的CnCn-1…C1C0是反饋系數(shù)，也是特征多項式系數(shù)，由本原多項式系數(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序列的輸出結果。

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

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