CN105262557A - Lte系统中一种伪随机序列的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了LTE系统中一种伪随机序列的生成方法，包括：得到第一伪随机序列的初始序列；得到第二伪随机序列的初始序列；对第一伪随机序列进行相位掩码序列操作得到自加扰序列；对第二伪随机序列进行相位掩码序列操作得到自加扰序列；对两组自加扰序列进行异或操作，最终得到用于加扰或解扰的扰码序列。与现有技术相比，本发明在不增加计算复杂度的同时，能有效地改善扰码的生成时间，提高通信系统的整体性能。

Description

LTE系统中一种伪随机序列的生成方法

技术领域

本发明属于宽带移动通信技术领域，特别涉及LTE系统中的对数据进行加扰或解扰时使用的扰码序列的生成方法。

背景技术

随着现代技术的发展，宽带移动通信系统得到了广泛的应用，人们可以随时随地进行通信。但是，如果通信系统中不对数据进行加密操作，用户数据很容易被第三方窃取，因此加密操作至关重要。目前比较成熟的一种加密操作就是在发送端通过扰码序列对数据进行加扰，在接收端使用相同的扰码序列对数据进行解扰。这样就能有效防止数据被第三方获取。

LTE中使用伪随机序列作为扰码序列，该伪随机序列由两个m序列对应位相加模2构成。按照常规算法，每次生成伪随机序列之前，两个m序列都要先迭代1600次。此外，3GPPLTE系统中，Gold序列作为伪随机序列运用的多种场合，有些应用场合系统所需伪随机序列非常短，这样大量迭代只生成很短的序列不仅时间较长也浪费了大量系统资源。为此，本发明提出了一种新的伪随机序列生成方法，能在不增加计算复杂度的同时，大幅度缩短扰码序列的生成时间。

发明内容

技术问题：本发明提出了一种的伪随机序列生成的方法，解决了在通信系统中扰码的生成耗时过长的问题。

技术方案：本发明提出的在LTE系统中伪随机序列生成的方法，主要包括：

第一步，获取第一伪随机序列的初始序列，获取第二伪随机序列的初始序列。

第二步，生成掩码序列，掩码序列用于与初始序列计算得到自加扰序列的第N_c位及其以后的数值。第一伪随机序列的掩码序列是一个与相位相关的固定的序列，第二伪随机序列的掩码序列与相位和序列初值有关。

第三步，两个伪随机序列分别与掩码序列进行按位异或操作，得到自加扰序列。

第四步，第一伪随机序列的自加扰序列与第二伪随机序列的自加扰序列进行异或操作，得到用于加扰或解扰的扰码序列。

有益效果：本发明提出的在LTE系统中一种伪随机序列生成的方法，在不增加计算复杂度的同时，能有效地改善扰码的生成时间，提高通信系统的整体性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为本发明实施例所采用的加扰或解扰系统结构框图。

图2为本发明实施例所采用的扰码序列中第一伪随机序列的自加扰序列生成过程示意图。

图3为本发明实施例所采用的扰码序列中第二伪随机序列的自加扰序列生成过程示意图。

图4为本发明实施例所采用的第二伪随机序列中掩码序列M₃的获取示意图。

图5为本发明实施例所采用的第二伪随机序列中相位掩码矩阵M₂的获取示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施的技术方案做进一步的详细描述。

加扰是将传输序列与扰码序列进行异或操作，得到的传输序列与原有传输内容不相关，起到了保护数据的作用。在接收端，使用相同的扰码序列可以正确解扰出数据，否则解扰出错误的数据。如图1所示，用于加扰或解扰的扰码序列由第一伪随机序列的自加扰序列与第二伪随机序列的自加扰序列进行异或操作得到。扰码序列的公式为：

c(n)＝(x₁(n+N_c)+x₂(n+N_c))mod2(公式1)

其中x₁为第一伪随机序列，x₂为第二伪随机序列，这两个序列均为Gold序列，初始值为31位，也就是n从0到30。因此，c(n)也是一个Gold序列。对于第一伪随机序列，它的初始值为x₁(0)＝1,x₁(n)＝0；n＝1...30。这样，可以通过掩码序列产生第一伪随机序列的自加扰序列，具体实施过程如下。

第一伪随机序列的自加扰序列生成多项式为：

x₁(n+31)＝(x₁(n)+x₁(n+3))mod2(公式2)

式中，n＝1,2,…,30，由公式2可以知道，自加扰序列从第31位开始，每一位均与前面序列有关。又根据公式1知道扰码序列是由第N_c位产生的。N_c为m序列的状态偏移量，在LTE系统中N_c取值为1600。因此，自加扰序列从第1600位开始，才是有效序列，用于产生扰码序列c(n)。显然，1600次的计算既浪费了时间也浪费了资源。为了加快运算，可以找到一个掩码序列，这个掩码序列的作用是使伪随机序列的初始序列通过掩码后，获得自加扰序列的第1600位。然后，初始序列通过公式2产生自加扰序列值，31位的数据窗口向前偏移，得到新的序列，该序列通过掩码后产生的是第1600位的数据，但是对于整个的自加扰序列，该数据为自加扰序列的第1601位，也就是自加扰序列随着数据窗口的偏移而偏移。因为相位差不变，从而使掩码序列保持不变。最终，可以得出1600位及其以后的所有自加扰序列数据。通过计算得到，该掩码序列为：

M₁＝[0101111001001000010110000100000](公式3)可以得出：

$x_1(1600+n)=\left(\mathrm{sum}\left(\right[x_1(0+n)x_1(1+n)x_1(2+n)......x_1(30+n)]*M_1^T)\right)\mathrm{mod}2$ (公式4)这样，首先通过公式2进行向前偏移，再通过掩码序列算出1600位及其以后的自加扰序列。

第二伪随机序列与第一伪随机序列的最大不同之处在于第二伪随机序列的初始序列与C_init值(加扰初始值，LTE协议中，根据不同的应用场合有不同的定义)有关，第二伪随机序列的自加扰序列生成多项式为：

x₂(n+31)＝(x₂(n)+x₂(n+1)+x₂(n+2)+x₂(n+3))mod2(公式5)

同样，第二伪随机序列的自加扰序列在第1600位及其以后才能用于扰码序列的生成。与处理第一伪随机序列的方法类似，不同的地方在于计算出的掩码序列M₃与C_init值有关，然后通过生成多项式使数据窗口向前偏移，不断产生新的自加扰序列值。

如图4所示，为了求出掩码序列M₃，首先需要得到C_init的初值以及相位掩码矩阵M₂。图5介绍了相位掩码矩阵M₂的生成过程，首先定义31个相位序列，分别为：

α₀(0)＝1,α₀(n)＝0；n＝1...30

α₁(1)＝1,α₁(n)＝0；n＝0,2...30

α₂(2)＝1,α₂(n)＝0；n＝0...1,3...30

……

α₃₀(30)＝1,α₃₀(n)＝0；n＝0...29

上面31个相位序列构成一组基，可以表示任何一个31位的序列。找出每一个相位序列的掩码序列，来得出相位掩码矩阵M₂，如下所示：

第一个相位序列为α₀(0)＝1,α₀(n)＝0；n＝1...30，计算出生成多项式为：

x₂(n+1600)

＝sum[x₂(n+1)x₂(n+2)x₂(n+3)x₂(n+8)x₂(n+12)x₂(n+16)x₂(n+19)x₂(n+20)x₂(n+23)]mod2

(公式6)

也就是相位序列α₀的掩码序列为

M_α0＝[011100001000100010011001000000]

以此类推，计算出所有的相位序列的掩码序列后，得到掩码矩阵M₂。

掩码矩阵M₂公式为：

M₂＝[M_α0；M_α1；M_α2；...；M_α30](公式7)

计算得到矩阵M₂的值为：

M₂＝

[0111000010001000100110010000000；0100100011001100110101011000000；1010100111011101111001111000000；1111011111111111000001110000011；0000111111111110000011100000111；0001111111111100000111000001110；0011111111111000001110000011100；0111111111110000011100000111000；1111111111100000111000001110000；0001111111000001110000011100001；0011111110000011100000111000010；0111111100000111000001110000100；1111111000001110000011100001000；0001110000011100000111000010001；0011100000111000001110000100010；0111000001110000011100001000100；1110000011100000111000010001000；0010000111000001110000100010001；0100001110000011100001000100010；1000011100000111000010001000100；1110111000001110000100010001001；0011110000011100001000100010011；0111100000111000010001000100110；1111000001110000100010001001100；0000000011100001000100010011001；0000000111000010001000100110010；0000001110000100010001001100100；0000011100001000100010011001000；0000111000010001000100110010000；0001110000100010001001100100000；0011100001000100010011001000000；

]

然后，C_init值与矩阵M₂作矩阵乘法，得到掩码序列：

M₃＝M₂*Cinit^T(公式8)

M₃每一行的值表示C_init代入到该相位的生成多项式后计算出的值。

初始序列x₂(0)＝1,x₂(n)＝1；n＝1...30与掩码序列M₃进行相乘，得到第1600位的自加扰序列的数值，然后初始序列31位宽的数据窗口通过公式5向前偏移来计算得到新的数据窗口序列。

在获得第一伪随机序列和第二伪随机序列的第1600位及其以后的自加扰序列的数值后，就可以根据公式1计算得到扰码序列。最后，需要说明的是以上掩码序列仅适用于N_c＝1600的情况，当N_c取值不同时，掩码序列也会不同，但是方法是不变的。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.LTE系统中一种伪随机序列的生成方法，其特征在于，该方法包括：

第一步，获取第一伪随机序列的初始序列，获取第二伪随机序列的初始序列；

第二步，分别生成第一伪随机序列的掩码序列和第二伪随机序列的掩码序列，所述掩码序列用于与初始序列计算得到自加扰序列的第N_c位及其以后的数值，N_c为序列的状态偏移量；

第三步，将两个伪随机序列的初始序列分别与各自的掩码序列进行按位异或操作，得到各自的自加扰序列；

第四步，将第一伪随机序列的自加扰序列与第二伪随机序列的自加扰序列进行异或操作，得到用于加扰或解扰的扰码序列。

2.根据权利要求1所述的LTE系统中一种伪随机序列的生成方法，其特征在于，所述第一伪随机序列的初始序列为x₁(0)＝1,x₁(n)＝0；n＝1...30，所述第一伪随机序列的掩码序列为

M₁＝[0101111001001000010110000100000]。

3.根据权利要求1所述的LTE系统中一种伪随机序列的生成方法，其特征在于，第三步中，第一伪随机序列的1600位及其以后的自加扰序列的生成多项式为： $x_1(1600+n)=\left(sum\right(\[x_1(0+n)x_1(1+n)x_1(2+n)......x_1(30+n)\]*M_1^T\left)\right)\mathrm{mod}2.$

4.根据权利要求1所述的LTE系统中一种伪随机序列的生成方法，其特征在于，第二步中，第二伪随机序列的掩码序列的生成方法包括：

获取加扰初始值C_init值；定义31个相位序列构成一组基，生成每一个相位序列的掩码序列，按行排列得到相位掩码矩阵M₂；将C_init值与矩阵M₂作矩阵乘法，得到第二伪随机序列掩码序列M₃。

5.根据权利要求4所述的LTE系统中一种伪随机序列的生成方法，其特征在于，所述相位掩码矩阵为：

M₂＝

[

0111000010001000100110010000000；

0100100011001100110101011000000；

1010100111011101111001111000000；

1111011111111111000001110000011；

0000111111111110000011100000111；

0001111111111100000111000001110；

0011111111111000001110000011100；

0111111111110000011100000111000；

1111111111100000111000001110000；

0001111111000001110000011100001；

0011111110000011100000111000010；

0111111100000111000001110000100；

1111111000001110000011100001000；

0001110000011100000111000010001；

0011100000111000001110000100010；

0111000001110000011100001000100；

1110000011100000111000010001000；

0010000111000001110000100010001；

0100001110000011100001000100010；

1000011100000111000010001000100；

1110111000001110000100010001001；

0011110000011100001000100010011；

0111100000111000010001000100110；

1111000001110000100010001001100；

0000000011100001000100010011001；

0000000111000010001000100110010；

0000001110000100010001001100100；

0000011100001000100010011001000；

0000111000010001000100110010000；

0001110000100010001001100100000；

0011100001000100010011001000000；

]。

6.根据权利要求1所述的LTE系统中一种伪随机序列的生成方法，其特征在于，所述第一伪随机序列和第二伪随机序列均为Gold序列。