CN100435500C - 快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在直序扩频通信系统中快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，该方法通过实时计算找出本地站与基站相位差和其所对应的掩码值的关系表达式，在得到相位差后根据表所述达式去计算出与基站同步所对应的掩码值，然后根据所获得的掩码值进行快速相位滑动，调整PN导频序列，从而实现与基站同步。使用本发明方法可节省大量的硬件资源，是一种经济而又高效的方法。

Description

快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法

本发明涉及扩频通信系统，尤其涉及一种对信号进行直序扩频的产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法。

伪随机码在扩频系统或码分多址系统中起到十分重要的作用。这是因为在通信理论中，信息传输中各种信号之间的差别性越大越好，这样任意两个信号不容易混淆。所以，理想的传输信息的信号形式应是类似于白噪声的随机信号，因为取任何时间上不同的两段噪声来比较都不会完全相似，若用它们代表两种信号，其差别性最大。由于在工程中真正的随机信号是不能重复再现和产生的，所能做到的就是产生一种具有近似随机信号性能的周期性信号，也就是我们这里所说的伪随机码(PN)序列。

伪随机码(PN)发生器常用于在直序扩频通信系统中对数字信号进行宽带扩频，例如在码分多址(CDMA)通信系统中，PN序列通常是用线性移位寄存器(LSSR)来产生。

线性移位寄存器是由N阶移位寄存器和一些生成PN序列所需的异或门组成的。这些异或门的位置由PN序列的生成多项式决定的。对于长度为N的伪随机码发生器来说，总共有2^N-1-1个生成多项式，大约有10％的能生成最大长度的码序列。最大长度的码序列的长度为2^N-1。通常，最长线性移位寄存器序列又被简称为m序列。

由于在很多实际应用中，长度为2^N-1的PN序列只有很少的因子并含有很多的素数，这使得在以比PN码片速率低的处理速率的系统中很难实现同步，从而使得在接收端的解码复杂性大大增加。因此，在PN序列发生器中，常常将N-1个连‘0’增长为N个连‘0’，使得该PN序列的周期加长为2^N。在CDMA通信系统中，我们常采用周期为2¹⁵的m序列作为PN导频序列。

在现有的关于PN序列的发生器中，已有人利用对移位寄存器各级状态进行掩码的方法得到所要求的滑动了相位数的PN序列，如夸尔柯姆股份有限公司申请的名称为“具有快速位移调整、长度为2的幂的伪噪声序列发生器”、专利号为CN93103556的中国发明专利，该专利只是给出了一个得到PN序列的装置，没有具体给出如何利用掩码和相位差之间的关系去快速滑动相位以得到我们所需相位差的掩码。。

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种利用掩码和相位差之间的关系通过实时计算而实现快速相位滑动的伪随机码序列的方法。

本发明的目的可以通过采取如下的技术措施来实现：设计一种快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，该方法包括如下步骤：

a.分别构造利用递归算法获取伪随机码序列的发生器一和利用掩码方式获取伪随机码序列的发生器二；

b.利用发生器一和发生器二产生某一基站的伪随机码序列P N_基以及P N_基序列每一个相位差与掩码值的对应关系；

c.利用发生器一产生某一本地站的伪随机码序列P N_本地；

d.比较P N_本地和P N_基系列，得到所述本地站与所述基站伪随机码序列的相位差Δ；

e.根据d步所求得的相位差Δ以及b步所得到的相位差与掩码值的对应关系实时计算出如果要获得所述本地站与所述基站同步的伪随机码系列，其对应的掩码值Y M_本地；

f.利用e步求得的掩码Y M_本地和发生器二进行快速相位滑动，即快速调整所述本地站的伪随机码序列P N_本地的相位，最后获得与所述基站同步的伪随机码序列P N_本地。

附图的图面说明如下：

图1是利用递归算法产生伪随机序列的发生器一的结构示意图；

图2是利用掩码的方式产生伪随机序列发生器二的结构示意图；

图3是本发明快速产生与基站同相位的伪随机序列的方法流程图；

图4根据已知相位差求所对应的掩码值的流程图。

下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。

二进制的m序列是一种伪随机序列，有着优良的自相关特性，所以在CDMA通信系统中，为了保证I(同相系列)、Q(正交系列)信道的正交性，都使用了周期为2^N的m序列作为地址码，对用户数据进行四相(I，I；Q，Q)扩展，同时我们又称这样的m序列为引导伪随机码序列，它的作用是给不同的基站发出的信号赋予不同的特征，便于移动台识别所需的基站。引导伪随机码序列有两个：I支路伪随机码序列和Q支路伪随机码序列。它们都是由15级移位寄存器构成的m序列，在序列出现14个‘0’的游程变成15个‘0’的游程，从而使m序列的周期长度为2¹⁵(32768)。

级数为N，长度为2^N-1的m序列发生器的反馈系数的关系是由特征多项式来表示的。由于对于一定移位寄存器级数，可产生同样周期的多个m序列，但是作为地址码应用，希望互相关函数值越小越好，所以在CDMA通信系统中分别对I路和Q路数据扩频时所采用的两种m序列的特征多项式为：

对I路数据扩频所采用的m序列的特征多项式为：

P_I(x)＝x¹⁵+x¹³+x⁹+x⁸+x⁷+x⁵+1

对Q路数据扩频所采用的m序列的特征多项式为：

P_Q(x)＝x¹⁵+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁶+x⁵++x⁴+x³+1

根据它们的特征多项式，可以有两种生成m序列的方法，这里，我们以I路数据扩频采用的m序列多项式作为实施例进行说明。一种没有采用掩码的方式，而是根据特征多项式生成一个递归表达式，用递归的方法生成m序列。对应于P₁(x)的递归表示式如下所示：

$i\left(n\right)=i(n-15)\⊕i(n-10)\⊕i(n-8)\⊕i(n-7)\⊕i(n-6)\⊕i(n-2)$

所对应的结构如图1所示。该PN序列形成电路10由一组移位寄存器12₁-12₁₅和一个异或门11构成，其中12_K的输出端连到12_K+1的输入端(K＜15)，并且从寄存器12₂、12₆、12₇、12₈、12₁₀、12₁₅抽头出来进行模二加，然后将模二加的结果作为反馈输入到寄存器12₁中去。而从寄存器12₁₅中输出的码序列就是m序列。

由图1可以看出，用这种方法产生的m序列的相位是直接由15个寄存器中的初始值决定的。例如相位为‘1’时，就先将15个寄存器全部置‘0’，并设异或输出为‘1’，进行一次反馈移位寄存操作所得到的15个寄存器的值作为初始值。同样的，相位为‘k’的m序列，就进行‘k’次反馈移位寄存操作，并将所得的值作为寄存器的初始值就可以了。

另外一种生成m序列的方法采用了有掩码方式，电路结构如图2所示。由图2可以看出，该m序列形成电路20由一组移位寄存器22₁-22₁₅、异或门21₁-21₅、一组与门23₁-23₁₅以及一个异或门24联结而成，异或门21₁-21₅的位置由m序列的生成多项式P_I(x)来决定。并且用每个移位寄存器的输出和15-bit掩码28在与门23₁-23₁₅按位相与，15-bit掩码28是由总线提供的，最后再将相与后的结果进行模二加运算24，从而得到m序列26，这里，掩码28就是用来调整m序列的相位，不同掩码对应着不同相位，总共有2¹⁵-1个相位。

上述两种生成m序列的电路结构(图1和图2)均为现有技术.

由上述第二种生成m序列的方法可知，可以通过设置图2中的掩码值来达到快速进行相位滑动的目的。因此，在CDMA通信系统中进行小区搜索和多径搜索的时候，如果已经得到在一定掩码时的导频序列的相位与基站的相位差时，就能够根据该相位差快速的调整PN导频序列的相位，以获得和基站发出的导频序列相位相同的PN导频序列。本发明也正是利用这两种求m序列的方法，在它们的寄存器的初始值都相等的条件下，找到不同掩码时两个m序列的相位差之间的关系，并用实时计算的方法从当前所得到的相位差推算出与基站同步的m序列的掩码，从而快速的进行相位滑动，获得与基站的同步。

由相位差得到相应的掩码差值的方法有两种：查表法和推算法。

查表法：先将所有32767个相位对应的掩码值存储在一个表中，在进行快速PN导频序列滑动时就可以根据所得到的相位从表中查找到相对应的掩码值，并由该掩码产生和基站同步的PN导频序列，完成快速相位滑动，在很短的时间内实现和基站的同步。但这种方法所占用的硬件资源巨大。

推算法是由相位差和其所对应的掩码值的关系找出一个对应的表达式，在得到相位差后根据表达式去计算出对应的掩码值，从而实现快速调整PN导频序列的相位，这即是我们在本发明中所采用的方法。但是直接从相位和其所对应的掩码值找出这样一个表达式是非常困难的.

通过快速滑动相位获得与基站同步的伪随机码序列的流程如图3所示。首先由小区搜索得到基站的相位(如步骤31)，然后计算如果要得到与基站同步的伪随机码序列所需要的掩码(如步骤32)，并根据计算得到的掩码值去快速调整本地m序列相位(如步骤33)，最后获得与基站同步的PN导频序列(如步骤34)。

步骤32是本发明的关键，本发明采取了一种分段的方法来计算所需的掩码值。根据已知相位差和相位求所对应的掩码值的流程如图4所示。首先，先根据递归方式(如运行发生器一10)和掩码方式(运行发生器二20)求出每个不同掩码所对应的相位(如步骤41)，找出相位差为一定值时所对应的掩码的关系(如步骤42)，它们的关系如下所示：

设相位为Δ时所对应的掩码值为δ，则有如下的关系：

1、如果δ和特征多项式系数相与后的‘1’的个数为偶数的时候，则相位为Δ+n时的所对应的掩码值就为2nδ。

2、如果δ和特征多项式系数相与后的‘1’的个数为奇数的时候，则相位为Δ+n时所对应的掩码值就为2nδ±1。

在得到上面的关系后，就可以将32767个相位分成M段(M的取值范围较宽，可在5～3000之间)，存储M个掩码值和所对应的相位间的关系，也即是将每段起始点的掩码值所和对应的相位存储起来(如步骤43)，判断已经得到的相位在哪一段范围内(如步骤44)，并将对应于该段而存储的掩码值读出(如步骤45)，并根据步骤42所找到的相位差为一定值时和所对应掩码间的关系式依次计算出下一个所求相位对应的掩码，直至相位为我们所要求的相位为止(如步骤46)，最后就根据所得的掩码值去调整本地m序列的相位(如步骤33)。

对上述过程归纳如下：一种快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，该方法包括如下步骤；

a.分别构造利用递归算法获取伪随机码序列的发生器一10和利用掩码方式获取伪随机码序列的发生器二20；

b.利用发生器一10产生基站的伪随机码序列P N_基；

c.利用发生器一10产生本地站的伪随机码序列P N_本地；

d.比较P N_本地和P N_基系列，得到本地站与基站伪随机码序列的相位差Δ；

e.根据d步所求得的相位差Δ实时计算出如果要获得与基站同步的伪随机码系列，其对应的掩码值Y M_本地；

f.利用e步求得的掩码Y M_本地和发生器二20进行快速相位滑动，即快速调整本地站的伪随机码序列P N_本地的相位，最后获得与基站同步的伪随机码序列P N_本地‘。

其中，e步所述的实时计算出如果要获得与基站同步的伪随机码系列，其对应的掩码值YM_本地包括如下步骤：

a.利用发生器二20求出对应于每一个相位差的掩码值

b.找出相邻相位差与对应掩码值的关系；

c.将所有相位差分成M段，并把每段的起始掩码值存储起来；

d.找出已知相位差Δ应归于M段中的哪一段；

e.读出相位差Δ所在段起始点对应的掩码值；

f.根据相邻相位差和掩码对应关系递推算出已知相位差Δ所对应的掩码值YM_本地。

而b步所述找出相邻相位差与对应掩码值的关系包括如下步骤：

设相位差为Δ时所对应的掩码值为δ，则有如下关系：如果δ和构造伪随机码序列发生器时所使用的特征多项式的系数相与后‘1’的个数为偶数时，则相位为Δ+n时所对应的掩码值为2nδ；如果δ和构造伪随机码序列发生器时所使用的特征多项式的系数相与后‘1’的个数为奇数时，则相位为Δ+n时所对应的掩码值就为2nδ±1。这里n的取值可以是1、2或3.

同现有技术相比较，本发明快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法具有如下优点：在节省了大量的硬件资源的前提下，能够在扩频通信系统中根据小区搜索所获得的相位差，对伪随机码序列进行快速的相位滑动，从而产生一个与基站相位同步的伪随机码序列。

Claims (7)

1.一种快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

a.分别构造利用递归算法获取伪随机码序列的发生器一(10)和利用掩码方式获取伪随机码序列的发生器二(20)；

b.利用发生器一(10)产生某一基站的伪随机码序列PN_基；

c.利用发生器一(10)产生某一本地站的伪随机码序列PN_本地；

d.比较PN_本地和PN_基序列，得到所述本地站与所述基站伪随机码序列的相位差；

e.根据d步所求得的相位差实时计算出如果要获得所述本地站与所述基站同步的伪随机码序列，其对应的掩码值YM_本地；

f.利用e步求得的所述掩码值YM_本地和所述发生器二(20)进行快速相位滑动，即快速调整所述本地站的伪随机码序列PN_本地的相位，最后获得与所述基站同步的伪随机码序列PN_本地。

2.根据权利要求1所述的快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，其特征在于：所述发生器一(10)包括一组十五个移位寄存器12₁-12₁₅和一个异或门(11)，第K个移位寄存器12_K的输出端连接到第K+1个移位寄存器12_K+1的输入端，K为小于15的正整数，并且从第二、第六、第七、第八、第十、第十五个移位寄存器12₂、12₆、12₇、12₈、12₁₀、12₁₅抽头出来使用所述一个异或门进行模二加，然后将模二加的结果作为反馈输入到第一个移位寄存器12₁中去，而从第十五个移位寄存器12₁₅中输出的码序列就是伪随机码序列。

3、根据权利要求1所述的快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，其特征在于：所述发生器二(20)用于调整伪随机码序列的相位，它包括：一组移位寄存器(22₁-22₁₅)、成组异或门(21₁-21₅)、一组与门(23₁-23₁₅)以及一个异或门(24)，成组异或门(21₁-21₅)的位置由伪随机码序列的生成多项式来决定；并且用每个移位寄存器的输出和掩码(28)在与门(23₁-23₁₅)按位相与，掩码(28)由总线提供，最后再将相与后的结果使用所述一个异或门(24)进行模二加，从而得到伪随机码序列(26)。

4.根据权利要求1所述的快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，其特征在于：e步所述的实时计算出如果要获得与基站同步的伪随机码序列，其对应的掩码值YM_本地包括如下步骤：

g.利用发生器二(20)求出对应于每一个相位差的掩码值；

h.找出相邻相位差与对应掩码值的关系；

i.将所有相位差分成M段，并把每段的起始掩码值存储起来；

j.找出已知相位差应归于M段中的哪一段；

k.读出相位差所在段起始点对应的掩码值；

1.根据相邻相位差和掩码值对应关系递推算出已知相位差所对应的掩码值YM_本地。

5.根据权利要求4所述的快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，其特征在于：h步骤所述的找出相邻相位差与对应掩码值的关系包括如下步骤：

设相位差为Δ时所对应的掩码值为δ，则有如下关系：如果δ和构造伪随机码序列发生器时所使用的特征多项式的系数相与后‘1’的个数为偶数时，则该相位差为Δ+m之和时所对应的掩码值为2mδ；

如果δ和构造伪随机码序列发生器时所使用的特征多项式的系数相与后‘1’的个数为奇数时，则相位差为Δ+m时所对应的掩码值就为2mδ±1；这里m的取值是1、2或3。

6.根据权利要求4所述的快速产生与基站相位同步的伪随机码序列的方法，其特征在于：i步骤所述M的取值范围为：M＝5～3000。

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