PRBS(伪随机码)是什么?

PRBS是什么?

        PRBS是“伪随机二进制序列”的缩写,即Pseudo-Random Binary Sequence。它是一种由数字序列组成的信号,看起来在统计特性上类似于随机信号,但实际上是由特定的算法生成的确定性序列。在通信、测试和数字信号处理等领域中,PRBS经常被用作测试模式或者用于伪装数据,以评估系统的性能、检测错误或者进行其他分析。 PRBS序列在信号处理和通信领域中有着广泛的应用。

什么是伪随机:

        日常我们所讲的随机数据流一般则是没有限制的bit数据流(0和1),而这里的数据流在一个周期内是随机的(实质上是有限制的,如tap和seed的约束),但整个数据流却又是循环出现的,因此称之为伪随机。

PRBS的分类:

        PRBS常用的阶数有7、9、11、15、20、23、31,也就是我们常说的PRBS7、PRBS9、PRBS11、PRBS15、PRBS20、PRBS23、PRBS31,不同的阶数会有不同的码型。

        PRBS码的常规格式是PRBSn, n表示寄存器的长度,如PRBS7就表示PRBS码对应的寄存器是7位,一个周期所能产生的数据是 2^{7}-1 个,即127bit个数据。同理可得,PRBS3则表示寄存器长度是3,一个周期的数据流是 2^{3}-1 个。

PRBS码中LFSR, Tap, Seed3个核心名词

        在PRBS码中有3个核心名词,分别是LFSR, Tap, Seed,现分别解释如下:

        LFSR: linear feedback shift register, 线性反馈移位寄存器,用来在生成PRBS数据流是进行移位操作的,所谓的移位指的是上一个数据发送后将后一个数据推向前边去。

        Tap:中文常翻译为抽头,在PRBS码中通常有自定义的Taps位,一般指定进行逻辑运算的寄存器数据位;

        Seed:中文常翻译随机码种子,指的是在进行生成PRBS码时的初始值;一个简单的示例如下所示:

        PRBS3的Taps值为:101, Seed为010,并且进行逻辑异或运算,则这个PRBS3的框图如下所示:

        所以最终输出的数据流是0100111_0100111_·············(循环下去)

03-08
### PRBS 伪随机二进制序列在IT应用中的作用 #### 定义与特性 PRBS代表伪随机二进制序列(Pseudo-Random Binary Sequence),是一种特殊的二进制数列,其中“0”和“1”的分布看似无规律可循,但实际上是由特定算法生成的固定模式[^2]。 #### 应用场景 在信息技术领域内,PRBS被广泛应用于多个方面: - **通信系统测试**:通过发送已知特性的PRBS信号来评估传输链路的质量。由于这些序列具备良好的自相关性和互相关性,因此非常适合用来检测误码率(BER)[^3]。 - **硬件验证**:利用PRBS作为输入激励源对集成电路或其他电子组件的功能进行检验。这种方法不仅能够有效覆盖各种工作状态下的性能表现,而且有助于发现潜在的设计缺陷或制造瑕疵[^4]。 - **加密技术**:某些安全协议会采用基于PRBS原理构建的密钥分发机制或是数据混淆手段,从而增强信息安全防护能力。例如,在无线网络标准IEEE 802.11i中就引入了类似的方案以保障用户隐私不受侵犯[^5]。 ```python import numpy as np def generate_prbs(n, seed=1): state = [seed & (1 << i) and 1 for i in range(n)] taps = [n-1, n//2] def next_bit(): xor = sum([state[i] for i in taps]) % 2 output = state[-1] state.pop() state.insert(0, xor) return output prbs_sequence = [] for _ in range(2**n - 1): # Full period of an LFSR is 2^n - 1 bits long. prbs_sequence.append(next_bit()) return np.array(prbs_sequence) print(generate_prbs(7)) ``` 此Python脚本展示了如何创建长度为\(2^n-1\)的一段七阶线性反馈移位寄存器(LFSR)产生的PRBS序列。LFSR是实现PRBS的一种常见方法,因其结构简单而效率高。
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