CN103560803B - 基于ovsf码的跳码直扩通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于OVSF码的跳码直扩通信方法及系统，本发明可针对不同的用户数据速率要求，选择不同扩频因子的OVSF码组作为扩频码组，并在该扩频因子下生成跳码图案控制扩频码的跳变，即基于扩频码组对用户数据进行跳码扩频。本发明既利用了OVSF码扩频因子可变以满足不同的用户速率需求，同时在同一扩频因子下采用跳码对数据信号进行扩频，大大提升了跳码直扩通信的抗干扰性与抗截获性。

Description

基于OVSF码的跳码直扩通信方法及系统

技术领域

本发明属于通信领域，特别涉及一种基于OVSF码的跳码直扩通信方法及系统。

背景技术

从扩展频谱通信的概念出现以来，直接序列扩频体制在军民用通信中得到了广泛应用。但是传统的直接序列扩频体制多采用固定的直扩码组，或在一段时间内进行直扩码组替换。虽然随着信码符号的变化，所用码组中的直扩码字在传输中也随之变化，但各直扩码与信码符号之间的对应关系是固定的，因而直扩码字的变化是具有重复性的。这种固定性和重复性使得常规直接序列扩频体制受到侦察、截获和相关干扰的严重威胁。

跳码直扩是指直扩码字以及它与信码符号之间的对应关系随时间跳变的直接序列扩频体制。跳码直扩通信在保持常规直扩通信低功率谱密度、较强抗干扰能力的同时，由于采用了跳变的直扩码，只要跳码图案不被破译，跳速超过直扩码破译时间，截获方将难以获取足够的直扩信号进行直扩码码型分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合OVSF码（正交可变扩频因子码）和跳码直扩的、基于OVSF码的跳码直扩通信方法及系统，本发明在满足不同用户速率需求的同时，还可大大提升跳码直扩通信的抗干扰性与抗截获性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一、基于OVSF码的跳码直扩通信方法，包括：

在信号发射端，基于OVSF码树获取扩频码组，根据扩频因子和跳速指标生成用来控制扩频码跳变的跳码图案，基于扩频码组和跳码图案对数据码进行跳码扩频，将跳码扩频后的数据码经载波调制后发送至信号接收端；

在信号接收端，对接收的数据码进行解调；基于信号发射端的跳码图案获得本地跳码图案，采用本地跳码图案和发射端跳变扩频采用的OVSF码组对解调后的数据码进行解扩；对解扩后数据码进行判决，获得原始用户数据。

上述扩频因子根据用户数据速率要求设定。

上述跳速指标根据用户数据速率和数据码持续时间设定。

上述根据扩频因子和跳速指标生成用来控制扩频码跳变的跳码图案，具体为：

采用基于m序列的L-G模型获得m序列，并对m序列进行抽头产生n个控制字，并生成跳码图案，其中，2^M-1>>n，n和扩频因子数值N具有关系：N＝2ⁿ。

所述的对m序列进行抽头优选为非连续抽头。

二、基于OVSF码的跳码直扩通信系统，在信号发射端，包括：

扩频码组获取模块，用来基于OVSF码树获取扩频码组；

跳码图案生成模块，用来根据扩频因子和跳速指标生成用来控制扩频码跳变的跳码图案；

跳码扩频模块，用来基于扩频码组和跳码图案对数据码进行跳码扩频；

发送模块，用来将跳码扩频后的数据码经载波调制后发送至信号接收端；

在信号接收端，包括：

解调模块，用来对接收的数据码进行解调；

解扩模块，用来基于信号发射端的跳码图案获得本地跳码图案，采用本地跳码图案和发射端跳变扩频采用的OVSF码组对解调后的数据码进行解扩；

原始用户数据获得模块，用来对解扩后数据码进行判决，获得原始用户数据。

上述跳码图案生成模块进一步包括：

m序列生成模块，用来采用基于m序列的L-G模型获得m序列；

抽头模块，用来对m序列进行抽头产生n个控制字，并生成跳码图案，其中，2^M-1>>n，n和扩频因子数值N具有关系：N＝2ⁿ。

上述抽头模块优选为非连续抽头模块。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

（1）采用OVSF码作为跳码直扩的扩频码，相比于常规跳码直扩系统只能在一种扩频增益下进行跳变，本发明可根据不同用户速率要求，选择不同扩频增益的扩频码，大大提高了跳码直扩通信的灵活性。

（2）将传统OVSF码和跳码结合，使得同一扩频增益下的扩频码不是固定不变的，大大提升跳码直扩通信的抗干扰能力与抗截获能力。

附图说明

图1为发射端信号处理流程图；

图2为OVSF码树生成原理示意图；

图3为跳码图案生成原理示意图；

图4为生成的跳码图案示意图；

图5为接收端信号处理流程图。

具体实施方式

针对常规直扩码的固定性和重复性，本发明提出了一种基于OVSF码的跳码直扩通信，将OVSF码与跳码直扩结合，利用OVSF码间完全正交且扩频因子可变的特性、以及跳码直扩的扩频码随时间跳变的特性，既能满足不同的用户数据速率需求，又能在同一扩频因子下进行跳码扩频，使得本发明方法的抗截获能力和抗相干扰能力明显优于常规跳码直扩通信方法。

下面将结合附图对本发明进行进一步说明。

图1为发射端信号处理流程图，具体处理步骤如下：

1.1根据用户数据速率要求选定扩频因子SF，根据跳码速率要求和用户数据速率选定跳速指标v。

用户输入两个参数：用户数据速率要求和跳码速率要求。用户数据速率要求即为扩频因子SF（Spread Factor），记为N，且N＝2ⁿ。例如，用户数据速率为32kbps，要求最终发送的数据速率为256kbps，则扩频因子为8=2³。

用户自行设定跳码速率，跳码速率为直扩码字随时间跳变的速率，跳码速率单位是跳/秒（Hop/s），假设用户数据速率为u，一个数据码持续时间为T_b，即u＝1/T_b，则跳速指标v＝u/跳码速率。

假设用户采用扩频因子为8的OVSF码为扩频码，一个数据码时间周期内数据码与长度为8的扩频码相乘，如果不跳码，那么各数据码均与相同的扩频码相乘。采用跳码直扩技术，那下一个数据码可能与长度为8的码型不同的扩频码相乘。跳速指标v就是用来设定每隔vbit数据码、更换扩频码进行扩频。

1.2根据扩频因子SF生成OVSF码树，并获得扩频码。

根据扩频因子SF数值N在生成的OVSF码树中选择长度为N的OVSF码作为扩频码。本具体实施中利用哈达玛矩阵生成的Walsh函数来获得OVSF码树，图2为OVSF码树示意图。OVSF码树的生成是通信领域的公知技术，根据扩频因子即可生成长度对应的OVSF码，扩频因子为N的OVSF码组里有N个OVSF码，且互为正交。例如，用户需要的扩频因子为N＝2ⁿ，则OVSF码树需要生成n级，根据OVSF码树选择长度为N的OVSF码组作为扩频码，记为W_N(t)，W_N(t)＝[w_N1(t)，w_N2(t)，...，w_NN(t)]^T。

1.3根据扩频因子SF和跳速指标v设定跳码图案。

跳码图案用来控制OVSF码的跳变。由于扩频因子SF数值N＝2ⁿ，因此需要产生位数为n的二进制随机数来控制N个OVSF码的跳变，具体可通过跳码图案来实现扩频码的跳变。跳码图案表示在伪随机码的控制下、扩频码随时间跳变的规律。由于N＝2ⁿ，跳码图案合成器的输出范围为[0,2ⁿ-1]，跳码间隔t_i＝vT_b，T_b为一个用户数据码的持续时间，v为跳速指标。

图3为跳码图案的生成原理图。由于要控制N＝2ⁿ个OVSF码的跳变，因此要生成n位二进制随机数。本具体实施中采用基于m序列的非连续抽头的L-G模型生成跳码图案。m序列的本原多项式如下：

$f\left(x\right)={{c_M}^x}^M+{{c_{m-1}}^x}^{M-1}+...+{{c_2}^x}^2+c_{1}x+1$

其中，c₁、c₂、...、c_M为1或0，即由M位移位寄存器（见图3中D₁、D₂、…、D_M）生成周期为（2^M-1）的m序列，要求2^M-1>>n。对M位移位寄存器进行非连续抽头，产生跳码图案的n个控制字u_n-1、u_n-2、...、u₁、u₀，根据控制字从OVSF码组W_N(t)＝[w_N1(t)w_N2(t)...w_NN(t)]^T中选择当前扩频码。

现有技术中，一般是由伪随机序列直接控制跳码图案，二进制随机数位数是确定的。而本发明则可以根据需要选择不同位数的二进制随机数。首先，获取一长度很长的m序列，然后从m序列中非连续抽取控制字，那么，如果扩频因子改变的话，OVSF码组中OVSF码数量是要改变的，那对用来控制OVSF码跳变的控制字数也要对应改变，因此，可根据实际需要的控制字数来确定非连续抽头数。

1.4根据跳码图案和OVSF码组对数据码进行跳码扩频，然后对数据码进行载波调制后发送至信号接收端。

图4为生成的一种具体跳码图案，横坐标为跳码间隔t_i，由跳率指标和一个用户码持续时间决定，每一跳的跳码间隔相等。纵坐标表示OVSF码组中的OVSF码，采用抽头数产生的随机数决定每一跳选择的OVSF码。例如，扩频因子为16，则产生的OVSF码组中有16个OVSF码，那么，每一跳，跳码图案都要在16个OVSF码中随机选取一个来进行跳码。将该16个OVSF码分别编号为0～15，编号对应于二进制数0000～1111。跳码图案由图3所示的跳码图案合成器产生，本实例中，非连续抽头数为位数为4的二进制随机数，若抽头数为1001，则选择OVSF码组中编号为9的OVSF码进行跳码扩频。抽头数是抽取的m序列中非连续的4位二进制数，因此抽头数是一个随机数，从而使得OVSF码的跳变也是随机的，

本具体实施中，发送端发射的信号模型为：i＝1,2,...,N，其中，A表示跳码扩频且经载波调制后的数据码信号振幅；d(t)表示数据信息；w_Ni(t)表示跳变的OVSF码，i为OVSF码组中OVSF码的编号；ω₀表示信号载波频率；表示信号载波相位；d(t)和w_Ni(t)均为双极性信号。

图5为接收端信号处理流程图，具体处理步骤如下：

2.1对接收的信号进行解调。

信号解调属于本领域内的公知技术，具体解调方式由发射端采用的调制方式决定，接收端采用和发射端采用调制方式相应的解调方式对接收信号进行解调。

2.2进行跳码图案同步获得本地跳码图案，根据本地跳码图案对解调后的信号进行解扩。

根据发射端采用的跳码图案生成本地跳码图案，将本地跳码图案与接收信号进行时钟同步，采用本地跳码图案和发射端跳变扩频采用的OVSF码组对解调后的信号进行解扩，解扩的具体方式为：将OVSF码与信号相乘。具体可采用精密时钟法来实现本步骤。

2.3对解扩后信号进行判决，得到原始用户数据。

将OVSF码与信号相乘值进行积分后与设定门限进行比较，实现解扩后信号的判决，并获得原始用户数据。

本发明可针对不同的用户数据速率要求，选择不同扩频因子的OVSF码组作为扩频码组，并在该扩频因子下生成跳码图案控制扩频码的跳变，即基于扩频码组对用户数据进行跳码扩频。本发明既利用了OVSF码扩频因子可变以满足不同的用户速率需求，同时在同一扩频因子下采用跳码对数据信号进行扩频，大大提升了跳码直扩通信的抗干扰性与抗截获性。

Claims (6)

1.基于OVSF码的跳码直扩通信方法，其特征在于：

在信号发射端，根据用户数据速率要求选定扩频因子，根据跳码速率要求和用户数据速率要求选定跳速指标；根据扩频因子数值N在生成的OVSF码树中选择长度为N的OVSF码作为扩频码组，根据扩频因子和跳速指标生成用来控制扩频码跳变的跳码图案，基于扩频码组和跳码图案对数据码进行跳码扩频，将跳码扩频后的数据码经载波调制后发送至信号接收端；

在信号接收端，对接收的数据码进行解调；基于信号发射端的跳码图案获得本地跳码图案，采用本地跳码图案和发射端跳变扩频采用的OVSF码组对解调后的数据码进行解扩；对解扩后数据码进行判决，获得原始用户数据。

2.如权利要求1所述的基于OVSF码的跳码直扩通信方法，其特征在于：

所述的根据扩频因子和跳速指标生成用来控制扩频码跳变的跳码图案，具体为：

采用基于m序列的L-G模型获得m序列，并对m序列进行抽头产生n个控制字，并生成跳码图案，其中，2^M-1＞＞n，n和扩频因子数值N具有关系：N＝2ⁿ，所述的M为移位寄存器位数。

3.如权利要求2所述的基于OVSF码的跳码直扩通信方法，其特征在于：

所述的对m序列进行抽头为非连续抽头。

4.基于OVSF码的跳码直扩通信系统，其特征在于：

在信号发射端，包括：

扩频因子获取模块，根据用户数据速率要求选定扩频因子；

跳速指标获取模块，用来根据跳码速率要求和用户数据速率要求选定跳速指标；

扩频码组获取模块，用来根据扩频因子数值N在生成的OVSF码树中选择长度为N的OVSF码作为扩频码组；

跳码图案生成模块，用来根据扩频因子和跳速指标生成用来控制扩频码跳变的跳码图案；

跳码扩频模块，用来基于扩频码组和跳码图案对数据码进行跳码扩频；

发送模块，用来将跳码扩频后的数据码经载波调制后发送至信号接收端；

在信号接收端，包括：

解调模块，用来对接收的数据码进行解调；

解扩模块，用来基于信号发射端的跳码图案获得本地跳码图案，采用本地跳码图案和发射端跳变扩频采用的OVSF码组对解调后的数据码进行解扩；

原始用户数据获得模块，用来对解扩后数据码进行判决，获得原始用户数据。

5.如权利要求4所述的基于OVSF码的跳码直扩通信系统，其特征在于：

所述的跳码图案生成模块进一步包括：

m序列生成模块，用来采用基于m序列的L-G模型获得m序列；

抽头模块，用来对m序列进行抽头产生n个控制字，并生成跳码图案，其中，2^M-1＞＞n，n和扩频因子数值N具有关系：N＝2ⁿ，所述的M为移位寄存器位数。

6.如权利要求5所述的基于OVSF码的跳码直扩通信系统，其特征在于：

所述的抽头模块为非连续抽头模块。