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摘 要:本文提出了一种具有可调特性的伪随机序列发生器,并使用硬件描述语言Verilog HDL和QuartusⅡ8.0进行描述和仿真电路.结果表明,该设计在线性反馈移位寄存器基础上,产生的随机序列具有3~16任意级数可调和反馈系数可控的特点.该设计与其他常见设计相比,具有灵活性好优点,可以广泛用于通信、信息安全等领域.
【关 键 词 】FPGA 伪随机序列 线性反馈移位寄存器 可调
1.引言
伪随机序列是一种可以预先确定并可以重复产生和复制,且具有随机统计特性的二进制码序列.伪随机序列的伪随机性表现在预先的可确定性、可重复产生与处理,虽然不是真正的随机序列,但是当伪随机序列周期足够长时,它便具有随机序列的良好统计特性.在现代工程实践中,在信息安全、数字网络、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.
本文设计利用Verilog HDL语言描述电路中各模块.所设计的伪随机序列发生器具有3~16级的级数可调,且反馈函数中的反馈系数也可控.相较于其他伪随机序列发生器[4-8],本设计具有级数可调的特性,还具有反馈系数可调的特性.
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2.m序列的产生
m序列是最别广泛采用的伪随机序列之一,除此之外,还有其他的伪随机序列,如Gold序列、M序列等,本文设计的伪随机序列发生器是采用m序列设计的.反馈函数可以写为:(模2加).反馈线的连接状态用ci表示,ci等于1表示反馈线连通,即有反馈参加;ci等于0,则表示此反馈线断开.反馈线的连接状态的不同,就可能改变此移位寄存器输出序列的周期.因此, ci的取值决定了移位寄存器的反馈连接和序列的结构.级数(n)和反馈系数一旦确定,反馈移位寄存器的输出序列就确定了.反馈移位寄存器的级数不同,m序列的反馈系数也不同.本文将级数(n)和反馈系数设计成灵活可调的输入,使伪随机序列发生器输出序列可调,增加电路的灵活性.
3.电路设计
3.1 电路的总体设计
本文所设计的可调伪随机序列发生器主要有:移位寄存器组模块、复位电路模块、译码器模块、多路选择器模块、数据选择器模块、反馈控制模块等.在FPGA上实现时,封装成一个电路,使用统一的输入输出管脚,统一的输入时钟信号.输入信号有:4位的级数(n)控制输入、使能控制、输入时钟、反馈系数控制(c);输出信号有:伪随机序列输出.电路结构如图1所示.
3.2 各模块设计
级数(n)可调的是本设计的核心之一,实现移位寄存器的多级移位可调.伪随机序列发生器可由m序列的特征向量,根据控制级数的输入信号(n),产生3~16级的任意一级的随机序列,产生的最长的序列长度为 ,基本上可以满足一般应用需求.级数控制输入信号是一个四位的二进制数,利用四位二进制来表示所输入的3~16级任意一个十进制数.如图2所示,级数控制输入信号到译码器中进行译码,将译码的结果传到多路选择器.通过多路选择器进行选择,得到不同的移位控制信息,输出的移位控制信息控制移位寄存器组.
反馈系数(C)可调的是本设计的另外一个核心,实现线性反馈线性移位寄存器的反馈系数可调.本设计的伪随机序列发生器可根据控制反馈系数信号输入(C),产生不同的反馈移位寄存器的结构,从而输出不同的伪随机序列.反馈控制输入信号为16位的二进制数来表示 ,其中“1”表所示反馈线连通,“0”表示反馈线断开.参考文献[1]中出了部分m序列发生器的反馈系数,在本设计中可以实现.
4.结语
本文利用Verilog HDL设计实现了一个m序列级数从3~16级任意级数可调,且反馈系数可控制的伪随机序列发生器.所设计的电路具有很强的