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1、本科毕业设计第39页共39页1绪论近年来,以FPGA为代表的可编程ASIC器件发展极快,从最初的数百个门发展到现今的数百万个门，系列品种增多,功能更强,速度更快,功耗更小,价格更低。因此,愈来愈受到电子界的青睐,开发基于FPGA的数字集成系统设计的新技术方法将逐渐成为主流。FPGA技术发展出现几个新动向：一是在FPGA中嵌人处理器（包括CPU、微处理器、微控制器）；二是高速并行I/O口；三是实现数字信号处理功能。针对以上动态,本课题通过对FPGA技术的研究,对在FPGA中实现伪随机序列发生器做了有益的研究与实践,设计中充分运用了自上而下、结构化、模块化设计思想。伪随机序列具有良好的
2、随机性,它的相关函数接近白噪声的相关函数(函数),即有窄的高峰或宽的功率谱密度,使它易于从其他信号或干扰中分离出来。伪随机序列的伪随机性表现在:预先的可确定性、可重复性,使它易于实现相关接收和匹配接收,故有良好的抗干扰性能。伪随机序列(又称伪噪声序列)广泛应用于通信、雷达、导航等重要的技术领域。近年来,在自动控制、计算机、声学、光学测量、数字式跟踪和测距系统,以及数字网络系统的故障分析检测也得到广泛的应用。1.1课题背景在现代工程实践中,伪随机信号在移动通信、导航、雷达和保密通信、通信系统性能的测量等领域中有着广泛的应用。例如,在连续波雷达中可用作测距信号,在遥控系统中可用作遥控信
3、号,在多址通信中可用作地址信号,在扩频通信系统中,抗干扰、抗噪声、抗截获、信息数据隐蔽和保密、抗衰落、多址通信、实现同步与捕获等都与扩频码的设计密切相关。在数字通信中可用作群同步信号,还可用作噪声源以及在保密通信中的加密作用等。伪随机发生器在测距、通信等领域的应用日益受到人们重视。EDA(电子设计自动化)技术就是以计算机为工具,在EDA软件平台上,对以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件,自动的完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真,直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映像和编程下载等工作(本文选用的开发工具为Altera公司的QuartusⅡ)。EDA的仿
4、真测试技术只需要通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能特点完成一系列准确的测试与仿真操作,大大提高了大规模系统电子设计的自动化程度。设计者的工作仅限于利用软本科毕业设计第39页共39页件方式,即利用硬件描述语言(如VHDL)来完成对系统硬件功能的描述,在EDA工具的帮助下就可以得到最后的设计结果,这使得对整个硬件系统的设计和修改过程如同完成软件设计一样方便、高效。基于EDA技术的设计方法为“自顶向下”设计,其步骤是采用可完全独立于目标器件芯片物理结构的硬件描述语言,在系统的基本功能或行为级上对设计的产品进行行为描述和定义,结合多层次的仿真技术,在确保设计的可行性与
5、正确性的前提下成功确认。然后利用EDA工具的逻辑综合功能,把功能描述转换为某一具体目标芯片的网表文件,经编程器下载到可编程目标芯片FPGA芯片中,使该芯片能够实现设计要求的功能。这样,一块芯片就是一个数字电路系统。随着可编程逻辑器件（FPGA）在电子领域越来越广泛的应用，在很多高速设计和高速测试的场合下，我们希望能够在FPGA中直接实现伪随机序列发生器。传统的大数乘法产生伪随机数的方法不但时钟频率不能太高，并且需要消耗FPGA内大量的逻辑资源。本文将给出在FPGA内利用线性反馈移位寄存器（LinearFeedbackShiftRegisters）结构实现伪随机序列发生器的方法；这种
6、方法不仅结构简单，易于实现，而且所产生的伪随机序列具有周期长，随机特性好的特点。本科毕业设计第39页共39页2伪随机序列简述2.1 伪随机序列伪随机码，又称伪随机序列,是一种可以预先确定并可以重复地产生和复制,又具有随机统计特性的二进制码序列。伪随机序列的特性，一般情况下为：⑴信号必须具有尖锐的自相关函数,且互相关函数应接近于零。⑵有足够长的码周期和尽可能大的复杂度,以确保抗侦破、抗干扰的要求。⑶有足够多的独立地址数,以满足码分多址的要求。⑷具有近似噪声的频谱,即近似连续谱且均匀分布。⑸工程上易于产生、加工、复制和控制。通常采用的二电平(0,1)伪随机序列的结构已预先确定,但它们都
7、具有类似白噪声的相关特性,只是幅度概率分布不再服从高斯分布。伪随机序列通常具有类似于随机序列的性质,归纳起来有下列三点:⑴平衡特性:每一周期内0和1出现的次数近似相等。⑵游程特性:把随机序列中连续出现0或1的子序列称为游程。连续的0或1的个数称为游程长度。随机序列中长度为1的游程约占游程总数的1/2,长度为2的游程约占游程总数的1/4,长度为3的游程约占游程总数的1/8,即每周期内,长度为n比特的游程出现的次数比长度为n+l比特游程出现的次数多一倍。⑶相关特性:随机序
