CN114342499A - 方法、计算机程序和无线通信设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于无线通信设备的方法和计算机程序，并且本公开涉及一种无线通信设备。所述方法包括：确定伪随机值。所述伪随机值使用具有至少一个非线性分量的非递归函数来确定。所述方法包括：基于所述伪随机值来选择无线资源。所述方法包括：使用所述无线资源来与另一个无线通信设备进行无线通信。

Description

方法、计算机程序和无线通信设备
技术领域
本公开涉及一种用于无线通信设备的方法和计算机程序，并且本公开涉及一种无线通信设备。
背景技术
无线通信是一个研究和开发的领域。在各种无线通信系统中，一个共享的通信信道由大量不同的无线通信设备使用。在一些情况下，基站没有对通信信道进行调度，但无线通信设备能以由程序确定的方式使用无线通信设备。基于伪随机的接入方法通常用于避免来自多个无线通信设备的无线电传输在这样的共享的无线信道上的连续干扰。例如，可以使用随机信道选择(或随机时隙选择)来避免如下情况：在两个不相互通信的无线通信设备的无线传输之间无限频繁地发生冲突(即破坏性叠加)。例如，众所周知的基于伪随机的信道接入方法是“ALOHA”方式。另一种众所周知的方法是在蓝牙标准中使用的“自适应跳频”方式。
在实际实施基于真随机的接入过程时，接收器可以预计并读取发送器能够使用的所有信道接入，这消耗大量的能量。如果这不能被保证的话，即使没有发生冲突也可能发生数据包丢失。
对于实际实施基于伪随机的接入过程而言，接收器可以遵循基于真随机的接入过程。一种备选的方式可以通过公开发送器所使用的伪随机数发生器的计算规则和相关参数来实现。在这种情况下，可以计算发射器的信道接入，因此接收器可以仅在由计算规则指定的频率或时间资源上进行监听。以“ALOHA”方式，接收器能够获得在能量消耗方面的优势。以蓝牙“自适应跳频”能够显著地简化接收器的结构。
实际上易于实现的随机数发生器(例如“线性同余发生器”类)经常表现出对于上述应用目的而言在统计学上非期望的特性。更高质量的随机数发生器(例如马特赛特旋转演算法，Mersennetwisters)经常需要较高的实现工作量和较高的内存需求，并且如果在两个无线通信设备之间的同步丢失，则可能需要更高的工作量。
发明内容
可以期望一种克服上述缺点的用于确定用于信道接入的伪随机值的改进的设计方案。
所述期望由各独立权利要求的主题来实现。
本公开的至少一些实施例基于以下发现：对于确定用于信道接入的伪随机值的特别不利的特性是马特赛特旋转演算法所使用的计算规则的递归性。如果在发送器与接收器之间的同步暂时丢失，则这可能变得重要。如果丢失同步，则接收器可以恢复到扫描对于发送器可行的所有信道的方法(如基于真随机的接入方法那样，需要上面描述的更高的工作量)。在接收器收到来自发送器的数据包之后，可以实施以下选项之一：
在成功恢复与发射器的通信后，接收器可以针对过去的每个单独的信道接入执行递归规则，以便恢复在发射器与接收器之间的伪随机发生器的同步状态。这可能导致接收器的方面的可观的计算工作量。
备选地，在每次信道接入中，发射器可以将通向相应的信道接入的伪随机数发生器的内部状态信息完全地发送。在接收到状态信息时，接收器可以将伪随机发生器的本地的状态信息替换为由发射器提供的状态信息。所产生的缺点是通信工作量增加。对于上面提及的伪随机发生器“马特赛特旋转演算法”而言，可能需要约为2500字节的内部状态信息以重新同步32位宽的伪随机数。在许多情况下，传输这样长的状态信息与应用目的相悖并且在个别情况下可能是不可行的。例如，上面提及的蓝牙标准将传输限制为每个通道接入最多265字节，因此使用这种方法可能是不适合的。
因此，各实施例能够提供一种适用于信道接入的用于确定伪随机值的改进的设计方案。
本公开的实施例提供一种用于无线通信设备的方法。所述方法包括：确定伪随机值。所述伪随机值使用具有至少一个非线性分量的非递归函数来确定。所述方法包括：基于所述伪随机值来选择无线资源。所述方法包括：使用所述无线资源来与另一个无线通信设备进行无线通信。通过使用具有至少一个非线性分量的函数来确定伪随机值，可以避免同余发生器的在统计学上非期望的特性。通过使用非递归函数，可以减少用于恢复丢失的同步的工作量。
例如，可以使用种子值和索引值来确定伪随机值。种子值可以在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间已知。索引值可以对于在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间的每次无线传输都改变。例如，种子值可以在这两个无线通信设备之间交换并且可以在整个通信会话内有效。索引值可以是对于每次传输都要改变的值。这两个无线通信设备可以使用计算规则来确定索引值、例如基于在这两个无线通信设备之间传输的数据包的编号来确定索引值。例如，如果在这两个无线通信设备之间丢失同步，则可以使用多个不同的可行的索引值来确定可以用于相应的另一个无线通信设备的无线传输的多个无线资源，以便同步伪随机数/伪随机值发生器的状态。
在一些实施例中，除了所述种子值和所述索引值之外，用于确定伪随机值的公式是基于常数值的。在这种情况下，在这两个无线通信设备处同步索引值就可以足够。
例如，所述方法可以包括：从所述另一个无线通信设备接收关于种子值的信息和/或关于索引值的信息。备选地或附加地，所述方法可以包括：将关于种子值的信息和/或关于索引值的信息发送给所述另一个无线通信设备。一旦索引值在这两个无线通信设备之间同步，这两个无线通信设备就可以确定相应的另一个无线通信设备所正在使用的无线资源。
在一些实施例中，基于对种子值和索引值的组合的非线性变换来确定伪随机值。例如，所述非线性变换包括取幂(例如，求种子值和索引值的组合的幂)。所得到的伪随机值可以避免基本同余发生器的在统计学上非期望的特性。
所述种子值和索引值的组合的上限可以基于无线通信设备的架构的位宽。例如，种子值和索引值的组合的上限可以通过模运算来限制。所得到的范围可以是无线通信设备的架构所支持的范围。例如，如果无线通信设备具有32位架构，则种子值和索引值的组合可被限制为32位整数、例如通过执行模运算“mod 232”来限制。如果种子值和索引值的组合现在增强(potentiate)、例如((seed+index)mod232)2，则结果适合于64位整数(架构的位宽的两倍)，这通常是架构所支持的最大整数值。
例如，可以使用以下公式之一来计算伪随机值：
(index+seed)kmod n
或
((index+seed)mod m)kmod n
其中，index为索引值，seed为种子值，而k、m和n是自然数。这些公式代表具有至少一个非线性分量的非递归函数。例如，上述公式可以是具有至少一个非线性分量(即增强)的同余发生器。
在一些实施例中，m＝2width_bits并且n是小于m的质数。width_bits可以是无线通信设备的架构的位宽。这能够提供种子值和索引值的组合的与无线通信设备的架构相匹配的上限。
下面提供用于16位架构和32位架构的上述公式。例如，伪随机值可以使用如下公式来计算：
((index+seed)mod 65536)2mod 65521
或
((index+seed)mod 4294967296)2mod 4294967291。
16位或32位架构在无线通信设备中是常见的。
在一些实施例中，使用模运算来将伪随机值限制到一个值范围。可以使用质数来实施所述模运算。所述质数可以基于无线通信设备的架构的位宽。模运算可以用于为伪随机值的范围提供上限。基于质数的模运算可能导致所得到的伪随机值的长周期性。通过使用基于无线通信设备的架构的位宽的质数，所述范围的上限能够与无线通信设备的架构相匹配。
一般而言，所选择的无线资源可以被无线通信设备中的一个无线通信设备用于发送无线传输并且被另一个无线通信设备用于接收无线传输。因此，可以使用所选择的无线资源来监听所述另一个无线通信设备的无线传输。备选地，可以使用所选择的无线资源来向所述另一个无线通信设备发送无线传输。
例如，所述无线资源可以是频率资源、时间资源或频率-时间资源。在多个频带上和/或在多个时隙中监听无线资源可能增加在进行接收的无线通信设备处的能量消耗，如果两个无线通信设备都使用(相同的)伪随机值来选择无线资源，则能够避免这种情况。
本公开的实施例还提供一种具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于在计算机、处理器或可编程硬件组件上执行所述计算机程序时实施所述方法。
本公开的实施例还提供一种无线通信设备，所述无线通信设备包括：收发器模块，所述收发器模块用于与另一个无线通信设备进行通信；以及处理模块。所述处理模块设置为用于，确定伪随机值。所述伪随机值使用具有至少一个非线性分量的非递归函数来确定。所述处理模块设置为用于，基于所述伪随机值来选择无线资源。所述处理模块设置为用于，使用所述无线资源来与所述另一个无线通信设备进行无线通信。
本公开的实施例还提供一种系统，所述系统包括无线通信设备和另一个线通信设备。所述无线通信设备的处理模块设置为用于，使用所选择的无线资源来监听所述另一个无线通信设备的无线传输。所述另一个无线通信设备的处理模块设置为用于，使用所选择的无线资源来向所述无线通信设备发送无线传输。
附图说明
下面仅以示例的方式并且参考附图来描述设备和/或方法的一些示例，图中：
图1a和图1b示出用于无线通信设备的方法的实施例的流程图；
图1c示出无线通信设备的实施例的框图；以及
图2示出包括两个无线通信设备的系统的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述多种示例，在附图中示出一些示例。在附图中，为了清楚起见，线、层和/或区域的厚度可以被夸大。
因此，虽然其他的示例能够有各种改型方案和备选形式，但在附图中示出并且随后将详细地描述一些特定的示例。然而，这种详细的描述并不将其他的示例限制为所描述的特定形式。其它的示例可以涵盖落入本公开的范围内的所有改型方案、等同方案和备选方案。相同或相似的数字在整个对附图的描述中指代相似的或相似的元件，当彼此相比时，它们可以在提供相同的或相似的功能的情况下相同地或以改型的形式实现。
除非另有定义，否则所有的术语(包括技术术语和科学术语)在这里以示例所属领域的通常含义使用。
图1a和图1b示出用于无线通信设备的方法的实施例的流程图。所述方法包括：确定120伪随机值。所述伪随机值使用具有至少一个非线性分量的非递归函数来确定。所述方法包括：基于所述伪随机值来选择130无线资源。所述方法包括：使用140所述无线资源来与另一个无线通信设备进行无线通信。例如，所述方法可以由所述无线通信设备执行。
图1c示出对应的无线通信设备10的实施例的框图。所述无线通信设备包括用于与另一个无线通信设备进行通信的收发器模块12。所述无线通信设备包括与收发器模块12耦联的处理模块14。通常，处理模块14可以设置为用于执行图1a和/或图1b的方法。例如，处理模块14设置为用于，确定伪随机值。所述伪随机值使用具有至少一个非线性分量的非递归函数来确定。处理模块14设置为用于，基于所述伪随机值来选择无线资源。处理模块14设置为用于，使用所述无线资源来与另一个无线通信设备进行无线通信。图1c还示出包括无线通信设备10的设备、例如车辆或移动设备。
以下的描述涉及图1a和/或图1b的方法以及图1c的无线通信设备。
本公开的实施例涉及一种用于无线通信设备的方法和计算机程序，以及涉及一种相应的无线通信设备。所述无线通信设备可以是实施(或设置为用于实施)与所述另一个无线通信设备的无线通信的无线通信设备。为了无线通信，这两个无线通信设备使用由至少两个无线通信设备(例如所述无线通信设备、所述另一个无线通信设备和/或其他的无线通信设备)共享的信道。换言之，所述无线通信设备和所述另一个无线通信设备可以经由共享的无线信道进行通信。在实施例中，所述共享的信道可以不受基站控制，即，无线资源可以不被基站调度。而是，无线通信设备可以自行决定，它们使用在共享的无线信道上的哪些无线资源。这可能导致在共享的无线信道上的冲突——如果有两个无线传输在共享的无线信道上在同一频带上同时实施的话，这两个无线传输可能(破坏性地)叠加，使得解码这两个无线传输中的任一者是困难或不可能的。在本公开的上下文中，(基于伪随机值所选择的)无线资源可以是频率资源、时间资源或频率-时间资源。
一旦两个无线通信设备检测到无线传输已经导致冲突，这两个无线通信设备就可以尝试重新发送无线传输。为了避免进一步的冲突，无线通信设备通常依靠伪随机值(例如所述伪随机值)来随机地选择另一个无线资源，假设已经发送了另一个冲突数据包的另外的无线通信设备将使用不同的伪随机值，所述不同的伪随机值可以引起选择不同的无线资源。这种方式存在于许多不同的方式中，例如之前介绍的“ALOHA”方式或蓝牙的自适应跳频。
本公开的实施例涉及伪随机值的生成，由无线通信设备使用所述伪随机值来选择足够随机的无线资源以进行通信。一般而言，所选择的无线资源可以被进行发送的无线通信设备用于发送无线传输。此外，所选择的无线资源也可以在进行接收的无线通信设备处使用，例如以便预测进行发送的无线通信设备的传输的时间资源、频率资源或频率-时间资源。这样的信息在实现进行接收的无线通信设备的节能能力方面可以是有价值的，因为无线通信设备可以仅需要在“正确的”时间资源、频率资源或频率-时间资源上监听无线传输，而不必在所有的时间或者在多个频率资源上进行监听。
一般而言，这可以通过在相互通信的两个无线通信设备之间共享用于计算伪随机值的函数的细节来完成。在同余发生器中，这通常需要有关先前的伪随机值的知识、有关增量的信息、有关因子的信息以及有关用于限制伪随机值的模运算数的信息。这种可以表示伪随机数发生器的“状态”的信息在同余发生器的情况下通常需要几个字节，并且所述信息能够容易地在无线通信设备之间共享。不幸的是，同余发生器可能表现出非期望的统计学特性，这可能导致在相同的两个无线通信设备之间的更大量的冲突。其他更复杂的伪随机发生器(例如马特赛特旋转演算法)可能需要远远更大的“状态”，这些“状态”可能不容易在无线通信设备之间共享。如果参数已知的话，则可以重构这些状态，这减轻在无线通信设备之间传输状态的需求，但是计算通常依赖于递归，从而状态的重构需要(相对)大量的计算资源。
当在两个无线通信设备之间的同步丢失时，相应的方式的这些特性就开始起作用，例如，在来自另一个无线通信设备的多个传输不能被无线通信设备成功地接收，并且所述无线通信设备因此不知道哪个无线资源将用于下一次无线传输的情况下。在这种情况下，所述无线通信设备可以恢复到如下模式：在所述模式中持续地扫描所有(合适的)频率资源以寻找所述另一个无线通信设备的一直的传输。一旦所述无线通信设备已经接收到所述另一个无线通信设备的另一个传输，则在如下情况下可以重构伪随机值发生器的状态：所述无线传输包括足够的信息以用于重构状态(优选地不必实施递归计算，这可能压垮所述无线通信设备)，或者用于计算伪随机值的函数足够简单，使得所述无线通信设备能够计算多个可能的状态和相应的无线资源，并且所述无线通信设备能够选择指明由所述另一个无线通信设备所使用的资源的状态。因此，本公开的实施例旨在提供一种用于基于伪随机值来选择无线资源的设计方案，所述设计方案能实现或便于在丢失同步的情况下在两个无线通信设备之间重新同步伪随机数发生器的状态。各实施例可以提供具有明确的、非递归的计算规则(即函数)的确定性的伪随机数发生器，以用于在多信道无线通信系统中选择信道接入(即无线资源)。
一般而言，所述无线通信设备和/或所述另一个无线通信设备可以是由其他设备使用的无线通信设备(例如由移动设备、车辆钥匙或车辆使用的通信芯片组)，以用于经由无线通信协议、例如超宽带(UWB)通信协议、例如IEEE802.15.4z(电气和电子工程师协会指定的通信协议)进行通信。因此，第一无线通信设备和第二无线通信设备可以使用超宽带通信进行通信。例如，第一和第二无线通信设备可以是UWB芯片组、例如无线通信芯片组的一部分、例如组合的WiFi/UWB芯片组。一般而言，无线通信设备可以由任何设备、例如移动设备、固定设备、信标、电信设备等使用。更具体地，实施例可以在汽车领域中使用、例如用于在车辆钥匙与车辆之间的通信。因此，所述无线通信设备和所述另一个无线通信设备中的一者可以是车辆钥匙的无线通信设备。所述无线通信设备和所述另一个无线通信设备中的另一者可以是车辆的无线通信设备。实施例还提供一种包括所述无线通信设备的车辆。实施例还提供一种包括所述无线通信设备的车辆钥匙。在一些实施例中，车辆钥匙可以是(单一用途的)手持发射器。备选地，车辆钥匙可以由移动设备、例如智能手机或可穿戴设备实现。
所述方法包括：确定(即计算或计算机计算)120伪随机值。一般而言，所述伪随机值可以是伪随机数。因此，所述方法、计算机程序和无线通信设备可以实现伪随机值/伪随机数发生器。一般而言，伪随机值是“看起来”随机的值，但所述伪随机值使用函数计算得出。在本公开的上下文中，伪随机值可以是自然数、例如大于或等于零的整数。备选地，伪随机值可以是(任意的)位向量。一般而言，伪随机值可以被用于表示伪随机值的位数所限制。例如，如果伪随机值由(至多)width_bits位表示，则至多可以支持2width_bits个不同的伪随机值(在二进制系统中)，因此伪随机值的(无符号的)整数值可以至多为2width_bits-1。
在实施例中，所述伪随机值使用具有至少一个非线性分量的非递归函数来确定。例如，可以将非线性元素插入到伪随机数发生器的线性同余发生器的结构中。一般而言，如果计算第n个(伪随机)值不需要计算第(n-1)个(伪随机)值，即，如果为了计算第n个(伪随机)值不需要计算(所有的)伪随机值1...(n-1)，则函数可以认为是非递归的。例如，如果除了种子值和索引值之外，用于确定伪随机值的公式是基于常数值的，则可以认为该函数是非递归的。例如，可以使用种子值和索引值来确定120伪随机值。
在计算中，种子(即随机的种子)值是用于初始化伪随机数发生器的数字。种子决定伪随机数发生器的运算——如果伪随机数发生器以相同的种子初始化两次，则该伪随机数发生器将产生相同的数字序列(例如，因此，进行接收的无线通信设备可以确定由进行发送的无线通信设备所生成的伪随机值)。种子值可以在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间已知。例如，种子值可以是可以用作伪随机值发生器的初始化值的自然数。种子值可以在发射器与接收器之间、例如在两个无线通信设备之间静态地定义。例如，可以在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间交换(或独立地确定)种子值，例如当在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间建立通信会话时。因此，所述方法可以包括：从所述另一个无线通信设备接收110关于种子值的信息。备选地，所述方法可以包括：将关于种子值的信息发送115给所述另一个无线通信设备。在一些实施例中，所述方法可以包括：生成种子值、例如基于另外的伪随机数发生器来生成或从在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间共享的加密机密(secret)来获得。
虽然种子值可以在无线传输之间保持静态，但是索引值可以对于在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间的每次无线传输都改变。例如，索引值可以是描述伪随机值发生器的动态状态的计数器。例如，索引值可以是函数的为了产生不同的伪随机值而改变的成分。在一些实施例中，索引值简单地(以1)递增。在这种情况下，索引值表示在由函数生成的伪随机值序列中的当前位置。在实施例中，索引值可以与在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间的无线传输(即，发送的数据包)的数量相关联。例如，对于所述另一个无线通信设备向所述无线通信设备的第n次无线传输而言可以使用索引值n。因此，在无线通信设备丢失同步的情况下，无线传输的编号(例如数据包编号)可以用于恢复索引值。更一般地，所述方法可以包括：从所述另一个无线通信设备接收110关于索引值的信息(例如，作为无线传输编号/数据包编号)，或者将关于索引值的信息(例如，作为无线传输编号/数据包编号)发送115给所述另一个无线通信设备。在下文中，索引值可以假设为自然数
Figure BDA0003529150300000111
在至少一些实施例中，基于对种子值和索引值的组合的非线性变换来确定120伪随机值。例如，种子值和索引值的组合可以包括种子值与索引值之和。其他的数学运算也是可行的。所述组合可以在大小上受到限制，例如以便避免用于表示种子值和索引值的组合的变量类型(例如无符号整数)的溢出。换言之，种子值和索引值的组合的上限可以基于无线通信设备的架构的位宽。为此，种子值和索引值可以要么选择为足够小，要么可以采用其他的运算来避免组合超过上限。例如，可以对种子值和索引值的组合实施模运算。例如，种子值和索引值的组合可以定义为(seed+index)mod m，其中，seed为种子值，index为索引值，m＝2width_bits。其中，width_bits是无线通信设备的架构的位宽(所述位宽可以在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间是已知的)，并且运算mod m用于将组合限制为至多2width_bits-1。此外，可以对种子值和索引值的组合实施非线性变换。例如，所述非线性变换可以包括取幂(例如对索引值和种子值的组合取幂)。例如，可以将索引值和种子值的组合提高到k次方，其中，k为正整数、例如大于1的正整数(例如2、3、4、5、8、10等)。索引值和种子值的组合的增强可以产生函数的非线性分量。
因此，可以使用以下公式之一来计算120伪随机值：
(index+seed)kmod n
或
((index+seed)mod m)kmod n
其中，index为索引值，seed为种子值，k、m、n为自然数。再次，除了种子值和索引值之外，用于确定伪随机值的公式可以基于是常数值的。在这种情况下，m、k和n可以是常数、自然数。
例如，运算数n可以用于将伪随机值限制到一个值范围。换言之，可以使用(以运算数n的)模运算来将伪随机值限制到一个值范围。一般而言，为了获得伪随机值/伪随机数发生器的高周期性，n可以是质数。换言之，可以使用质数来实施模运算。此外，为了覆盖用于存储伪随机值的数据结构的类型(例如整数，integer)所允许的整个范围，n可以选择为接近用于存储伪随机值的数据结构的类型所允许的最大值。例如，所述质数可以基于无线通信设备的架构的位宽。例如，所述质数可以是由无线通信设备的架构所使用的数据结构的类型能表示的最大(或第二大、第三大等)的质数。换言之，n可以是小于2width_bits的质数。其中，width_bits是无线通信设备的架构的位宽。因此，m可以是2width_bits。例如，如果无线通信设备使用16位架构，或者如果伪随机值作为16位(无符号)整数存储，则n可以是65521。如果无线通信设备使用32位架构，或者如果伪随机值作为32位(无符号)整数存储，则n可以是4294967291。
例如，所述函数可以采用以下计算规则：
S(index，seed，width_bits，prime)＝((index+sedd)mod 2width_bits)kmodprime
伪随机数发生器的输出值、即伪随机值，可以设置为状态S(index，seed，width_bits，prime)。width_bits可以是prime的二进制表示所需要的位数，这可以在发射器与接收器之间静态地定义。prime可以是质数、例如小于2width_bits的最大质数。S可以是随机数发生器的输出值、即伪随机值，并且S可以限定到[0，(prime-1)]的范围。k可以是大于0的自然数。
因此，如果width_bits为16(例如，在16位架构中，或者伪随机值存储在16位无符号整数中)，则可以使用((index+seed)mod 65536)2mod 65521计算伪随机值。这个公式可用于在16位架构上设计基于伪随机的信道接入(可表示的乘法结果＝32位)。
如果width_bits为32(例如，在32位架构中，或者伪随机值存储在32位无符号整数中)，则可以使用((index+seed)mod 4294967296)2mod 4294967291计算伪随机值。这个公式可用于在32位架构上设计基于伪随机的信道接入(可表示的乘法结果＝64位)。
所述方法包括：基于所述伪随机值选择130无线资源。一般而言，所述无线资源可以从多个无线资源、例如适用于手头任务的多个无线资源中选择。例如，可以列举多个无线资源，并且伪随机值可以用于基于对所述多个无线资源的列举来选择所述多个无线资源中的一个无线资源。例如，所述多个无线资源的数量可以是Nslots。伪随机值的范围可以转换为所述多个无线资源的范围。在一些实施例中，这可以通过选择这样小的质数使得其位于对所述多个无线资源的列举之内来完成。备选地，函数的输出、例如伪随机值可以缩放到所述列举的范围。出于设计目的，将伪随机数发生器的输出值范围缩放和平移到在无线电系统中可用的无线资源(例如信道)的数量可以使用以下公式来实施：
Figure BDA0003529150300000131
其中，
Figure BDA0003529150300000132
是经缩放的伪随机值，而S是伪随机值。上述值可以整数化，例如通过使用以下公式之一来整数化：
Figure BDA0003529150300000141
或
Figure BDA0003529150300000142
所述方法包括：使用140所述无线资源来与另一个无线通信设备进行无线通信。例如，可以使用140所选择的无线资源来监听(即扫描)142所述另一个无线通信设备的无线传输。例如，如果使用所选择的无线资源来监听无线传输，则所述无线通信设备可以不在所述多个无线资源中的其他的无线资源上监听，即，所述无线通信设备可以省去在所述多个无线资源中的其他的无线资源上监听无线传输。备选地(或附加地)，可以使用所选择的无线资源来向所述另一个无线通信设备发送144无线传输。
与马特赛特旋转演算法随机数发生器相比，状态信息index的动态部分可以仅需要width_bits来表示。这能够便利于信道接入的实现，其中，用于再同步的状态信息要与发射器的信道接入同时地分发。特别地，索引值可以用作进行发送的无线通信设备的信道接入操作的计数器。与马特赛特旋转演算法相比，当伪随机数发生器的状态要为再生器时，从状态信息index非递归地计算值S能够引起较低的计算工作量。如果index用作数据包计数器，则接收器的重新同步的复杂性因此与在暂时连接终止的状态下由发送器发送的数据包的数量无关。
与线性同余发生器相比，实施例可以引起初始值的更好的统计学分布。特别是，所提出的随机数发生器的输出值能够对于两个相继的输入值(index，index+1)具有更好的相关特性。因此可以期望使用这种伪随机值的无线通信系统以减少相继的数据包冲突的数量。
收发器模块12可以实现为用于收发(即，接收和/或发送等)的器件、一个或多个收发器单元、一个或多个收发器设备，并且所述收发器模块可以包括典型的接收器和/或发射器组件、例如如下组中的一个或多个元件：一个或多个一个或多个低噪声放大器(LNA)、一个或多个功率放大器(PA)、一个或多个滤波器或滤波器电路、一个或多个共用器(diplexer)、一个或多个双工器(duplexer)、一个或多个模-数转换器(A/D)、一个或多个数-模转换器(D/A)、一个或多个调制器或解调器、一个或多个混频器、一个或多个天线等。例如，收发器模块可以设置为用于经由超宽带通信进行通信。
在实施例中，处理模块14能以一个或多个处理单元、一个或多个处理设备、任何用于处理的器件、例如处理器、计算机或能以相应地适配的软件运行的可编程硬件组件来实现。换言之，处理模块14的所描述的功能也可以在软件中实现，然后所述软件在一个或多个可编程硬件组件上执行。这样的硬件组件可以包括通用处理器、数字信号处理器(DSP)、微控制器等。
图2示出包括两个无线通信设备的系统的示意图。所述系统包括无线通信设备210和另一个无线通信设备220。这两个无线设备可以与图1a至图1c的无线通信设备10类似地实现。所述无线通信设备210的处理模块设置为用于，使用所选择的无线资源来监听所述另一个无线通信设备220的无线传输。所述另一个无线通信设备220的处理模块设置为用于，使用所选择的无线资源来向所述无线通信设备210发送无线传输。
在附图标记230处，无线通信设备210、220可以可选地交换种子值、例如通过将关于种子值的信息从无线通信设备210发送到另一个无线通信设备220来交换，或者通过将关于种子值的信息从无线通信设备220发送到另一个无线通信设备210来交换。备选地，种子值可以从先前的通信已知或可以从共享的加密机密中导出。
附加地，索引值可以在这两个无线通信设备之间同步，通过共同地从0开始、通过使用数据包/无线传输计数器、或者通过将关于索引值的信息从无线通信设备210发送给另一个无线通信设备220(或反向发送)来同步。
在附图标记240处，这两个无线通信设备可以确定伪随机值，所述伪随机值在这两个无线通信设备处可以是相同的。在附图标记250处，这两个无线通信设备可以选择无线资源、例如相同的无线资源。在附图标记260处，所述无线通信设备210可以使用所选择的无线资源来监听来自所述另一个无线通信设备的无线资源。所述另一个无线通信设备220可以使用无线通信设备210用来监听无线传输的无线资源来发送无线资源。
与前面详述的示例和附图中的一个或多个一起提及和描述的方面和特征也可以与其他示例中的一个或多个组合，以便替换其他示例的相似特征，或者以便另外还将特征引入到其他示例。
示例可以进一步是或者涉及一种具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于在计算机或处理器上执行所述计算机程序时实施以上方法中的一个或多个。各种上述方法的步骤、操作或处理可以由编程的计算机或处理器执行。示例还可以涵盖程序存储装置、例如数字数据存储介质，所述程序存储装置是机器、处理器或计算机可读的，并且对机器可执行的、处理器可执行的或计算机可执行的指令程序进行编码。所述指令执行或者使得执行上述方法的动作中的一些动作或全部动作。所述程序存储装置可以包括或者可以是例如数字存储器、磁性存储介质(例如磁盘和磁带)、硬盘驱动器或可光学读取的数字数据存储介质。进一步的示例还可以涵盖被编程为执行上述方法的动作的计算机、处理器或控制单元、或被编程执行上述方法的动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F)PGA)。

Claims (15)

1.一种用于无线通信设备的方法，所述方法包括：
确定(120)伪随机值，所述伪随机值使用具有至少一个非线性分量的非递归函数来确定；
基于所述伪随机值来选择(130)无线资源；和
使用(140)所述无线资源来与另一个无线通信设备进行无线通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用种子值和索引值来确定(120)伪随机值，种子值在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间已知，并且索引值对于在所述无线通信设备与所述另一个无线通信设备之间的每次无线传输都改变。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，除了所述种子值和所述索引值之外，用于确定伪随机值的公式是基于常数值的。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：从所述另一个无线通信设备接收(110)关于种子值的信息和/或关于索引值的信息，
或所述方法包括：将关于种子值的信息和/或关于索引值的信息发送(110)给所述另一个无线通信设备。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，基于对种子值和索引值的组合的非线性变换来确定(120)伪随机值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述非线性变换包括取幂。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的方法，其中，所述种子值和索引值的组合的上限基于无线通信设备的架构的位宽。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中，使用以下公式之一来计算(120)伪随机值：
(index+seed)kmod n
或
((index+seed)mod m)kmod n
其中，index为索引值，seed为种子值，而k、m和n为自然数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，m＝2width_bits并且n是小于m的质数，width_bits是无线通信设备的架构的位宽。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的方法，其中，使用以下公式来计算伪随机值：
((index+seed)mod 65536)2mod 65521
或
((index+seed)mod 4294967296)2mod 4294967291。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，使用模运算来将伪随机值限制到一个值范围，使用质数来实施所述模运算，所述质数基于无线通信设备架构的位宽。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，使用(140)所选择的无线资源来监听(142)所述另一个无线通信设备的无线传输，或者，使用所选择的无线资源来向所述另一个无线通信设备发送(144)无线传输；
和/或所述无线资源是频率资源、时间资源或频率-时间资源。
13.一种计算机程序，所述计算机程序具有程序代码，所述程序代码用于在计算机、处理器或可编程硬件组件上执行所述计算机程序时实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
14.一种无线通信设备(10)，所述无线通信设备包括：
收发器模块(12)，所述收发器模块用于与另一个无线通信设备进行通信；和
处理模块(14)，所述处理模块设置为用于：
确定伪随机值，所述伪随机值使用具有至少一个非线性分量的非递归函数来确定；
基于所述伪随机值来选择无线资源；和
使用所述无线资源来与所述另一个无线通信设备进行无线通信。
15.一种系统(200)，所述系统包括根据权利要求14所述的无线通信设备(210)和另一个根据权利要求14所述的无线通信设备(220)，其中，所述无线通信设备(210)的处理模块(14)设置为用于，使用所选择的无线资源来监听所述另一个无线通信设备(220)的无线传输，并且所述另一个无线通信设备(220)的处理模块(14)设置为用于，使用所选择的无线资源来向所述无线通信设备(210)发送无线传输。
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US10057076B2 (en) * 2014-05-19 2018-08-21 Futurewei Technologies, Inc. System and method for device-to-device communication
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