CN105406897A - 一种高数据率直接序列扩频编解码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高数据率直接序列扩频编解码方法，所述的编码方法包括：首先用需要传输的信息值作为产生伪码的n级线性反馈移位寄存器的初始值；通过n级线性反馈移位寄存器产生至少两个m序列码作为伪随机编码序列；采用同步码+信息码的数据帧结构进行编码；解码时采用滑动相关法搜索同步序列的相关峰，得到同步序列相关峰值绝对值最大的地址后，从信息序列的起始地址开始，取1个完整的信息序列进行相关运算，则从得到的信息序列相关峰值绝对值最大的地址即可算出其携带的信息值，至此解码完毕，本发明实现一个m序列携带n位信息的目的，在同样传输带宽的情况下使信息传输速率增加了约0.9n倍。

Description

一种高数据率直接序列扩频编解码方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种高数据率直接序列扩频编解码方法。
背景技术
目前直接序列扩频编码技术已广泛应用于通信领域，主要用于提高信号的抗干扰能力。其原理是用一组码长为2n-1的伪随机序列码（通常是m序列码或GOLD码，n是产生该序列需要的线性反馈移位寄存器的位数或称伪码次幂）对原始数字信息进行逐位扩展，每1位对应一个2n-1位的伪随机序列码。具体操作是将每1位信息位与伪随机序列码异或，完成信息位的扩展。
扩展后的扩频编码速率是原信息码速率的2n-1倍,在调制到射频载波上后所占频率带宽得到扩展。伪码越长，信号的抗干扰能力越强。但是，增加抗干扰能力的代价是信息传输速率的降低，伪码越长，信息传输速率降低的越多。例如，对于一个带宽为2MHz的通信设备来说，如果不采用扩频技术，则信息传输速率为1Mbps；如果用1000位的伪码进行扩频，则信息传输速率将降到1Kbps。
发明内容
本发明的目的是提供一种高数据率直接序列扩频编解码方法，不需要对现有设备进行改造，在接收端使用传统的解扩算法，使信息传输速率增加约0.9n倍。
本发明采用的技术方案为：
一种高数据率直接序列扩频编解码方法，其特征在于：所述的编码方法包括：
首先用需要传输的信息值作为产生伪码的n级线性反馈移位寄存器的初始值；
通过n级线性反馈移位寄存器产生至少两个m序列码，m序列码作为伪随机编码序列；
采用同步码+信息码的数据帧结构，一个同步码，后面紧跟着十个信息码，进行编码；
接收端对接收到的数字扩频信号进行解码时，首先需要找到同步序列：采用滑动相关法搜索同步序列的相关峰，一旦相关峰值大于设定的阈值，就可以确定对同步序列的捕获，获得相关峰的地址Addmax；
由于同步序列相关峰的位置是固定的，因此得到同步序列相关峰值绝对值最大的地址后，就可以推算出紧接着的信息序列的起始地址Addinf，公式为：Addinf=Addmax+n+2n；
从信息序列的起始地址开始，取1个完整的信息序列进行相关运算，则从得到的信息序列相关峰值绝对值最大的地址即可算出其携带的信息值Inf，公式为：Inf=Addmax-Addinf+1，至此解码完毕，实现一个m序列携带n位信息的目的。
由于m序列码的长度越长，则通信系统的扩频增益越大，所述m序列码的长度根据通信实际需要的扩频增益选取，其中n级m序列码的长度为N=2n-1；如n=5，N=2n-1=31。
当线性反馈移位寄存器的初始值都为0时，得到的全0数据序列用00H来表示，从而实现1个经编码后的序列1次可携带n位信息。
本发明利用了m序列码本身的特性，配合同步码的使用，采用数据帧结构即一个同步码后面紧跟着十个信息码进行编码。使信息传输速率在传统直接序列扩频编码基础上大大提高。现有技术中1个伪码序列只能携带1位信息，本发明可使1个伪码序列携带n位信息，结合数据帧的使用，在同样传输带宽的情况下使信息传输速率增加了约0.9n倍。
附图说明
图1为本发明的数据帧结构示意图；
图2为本发明的解码流程图；
图3为本发明的相关峰与地址偏移示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明包括一种高数据率直接序列扩频编解码方法，所述的编码方法包括：
首先用需要传输的信息值作为产生伪码的n级线性反馈移位寄存器的初始值；通过n级线性反馈移位寄存器产生至少两个m序列码，m序列码作为伪随机编码序列；本发明所n级m序列码的长度为N=2n-1。比如31位的m序列码可用5级线性反馈移位寄存器产生，此时n=5，N=2n-1=31。
线性反馈移位寄存器的初始值不同，产生的m序列码也不同，因此，可将需要发送的信息作为线性反馈移位寄存器的初始值，这样产生的1个m序列就可以代表填入的n位信息，从而实现1个m序列1次携带n位信息的目的。考虑系统性能和解码运算的需要，用于编码的伪随机序列需要考虑码的自相关性和互相关性。本发明的编码需要至少2个m序列码，m序列码的长度根据通信实际需要的扩频增益选取，更长的码有更高的扩频增益。如D1D2D3D4D5编码代表的为1个31序列携带的5bit信息。
其中，当线性反馈移位寄存器的初始值不为0时，可得到对应的m序列；当线性反馈移位寄存器的初始值都为0时，得到的不是伪随机序列，为全0序列，全0序列用00H来表示。这样，1个经编码后的序列1次可携带n位信息。
本发明采用同步码+信息码的数据帧结构，一个同步码，后面紧跟着十个信息码，进行编码；同步序列和信息序列采用不同的m序列码，这里设同步序列的伪随机序列码为m1，信息序列的伪随机序列码为m2。
每个数据帧包括1个同步序列和10个信息序列，结构如图1所示。
采用不同的m序列码是为了在解码时区分同步序列和信息序列。其中，同步序列的作用是在解码时用于捕获，同时作为地址基准；信息序列的作用是携带需要传输的数字信息，每个信息序列可以携带nbit数据。
同步序列和信息序列的码长相等（也可以不相等），其中同步序列的线性反馈移位寄存器初始值为全“1”。信息序列线性反馈移位寄存器初始值由需要传输的数据决定。
接收端对接收到的数字扩频信号进行解码时，首先需要找到同步序列。可采用滑动相关法搜索同步序列的相关峰，一旦相关峰值大于设定的阈值，就可以确定对同步序列的捕获，获得相关峰的地址Addmax。
由于同步序列相关峰的位置是固定的，因此得到同步序列相关峰值绝对值最大的地址后，就可以推算出紧接着的信息序列的起始地址Addinf，公式为：Addinf=Addmax+n+2n。
从信息序列的起始地址开始，取1个完整的信息序列进行相关运算，则从得到的信息序列相关峰值绝对值最大的地址即可算出其携带的信息值Inf，公式为：Inf=Addmax-Addinf+1。具体解码流程如图2所示。
现有技术中1个伪码序列只能携带1位信息，本发明可使1个伪码序列携带n位信息，结合数据帧的使用，在同样传输带宽的情况下使信息传输速率增加了约0.9n倍。
表1信息传输速率对比表
由表1可见，码长越长，本发明相对现有技术的优势越大，信息传输速率提高越多。
一种采用长度为31的m码序列编解码的实例如下：
（1）基本设定
编码使用的2个m序列的本原多项式为25H和2FH，其中同步序列使用25H，信息序列使用2FH。
需要发送的信息共一帧50bit。分解到10个信息序列后分别为：01H、02H、03H、04H、05H、06H、07H、08H、09H、0AH。
接收端数据缓存器地址从1000H开始，其中采样得到的扩频伪码序列是从100FH开始。
（2）信息编码
采用5位线性反馈移位寄存器产生伪码序列。同步序列的线性反馈移位寄存器抽头根据本原多项式25H设定，信息序列的线性反馈移位寄存器抽头根据本原多项式2FH设定。
同步序列寄存器初始值为全1，即1FH。
信息序列寄存器初始值为需要发送的信息，10个信息序列需要按照初始值不同分别生成。
（3）数据帧
将1个同步序列和10个信息序列组成数据帧：
（3）信息解码
接收端将解调后的采样数据放在1000H开始的缓存中。解码时，采用滑动相关法，每次取31个数据进行运算，滑动步进是16。
参与相关运算的本地m序列必须用初始值为全1的线性反馈移位寄存器生成。所用本原多项式与编码时的相同。
首先需要对同步序列进行捕获。设定相关峰值检测阈值为15。第一次运算，取1000H~101EH共31个数据，其中100FH~101EH共15个数据是扩频伪码。将本地产生的同步m序列数据与这31个数据进行相关运算，可得到相关峰值绝对值最大为15，达到阈值要求，也意味着找到了同步序列，计算得到的相关峰地址偏移值为0BH，因此同步序列相关峰地址为1000H+0BH=100BH。
根据相关峰绝对值最大值的地址可以计算得到紧随其后的信息序列的起始地址为Addinf=Addmax+n+2n=100BH+5+25=1030H。
从1030H开始取31个数据，这是第一个信息序列，将本地产生的信息m序列数据与这31个数据进行相关运算，可得到相关峰值绝对值最大为31，相关峰地址为1030H，因此该信息序列携带的信息为：Inf=Addmax-Addinf+1=1030H-1030H+1=01H。
可知：104FH、106EH、108DH、10ACH、10CBH、10EAH、1109H、1128H、1147H分别为后9个信息序列的起始地址。分别取这9个序列进行相关运算和计算，即可得到其携带的信息。
如果某个信息序列携带的信息为全0，则实际上这个序列长度上只是噪声数据，经相关运算后不会出现相关峰值。

Claims (3)

1.一种高数据率直接序列扩频编解码方法，其特征在于：所述的编码方法包括：
首先用需要传输的信息值作为产生伪码的n级线性反馈移位寄存器的初始值；
通过n级线性反馈移位寄存器产生至少两个m序列码，m序列码作为伪随机编码序列；
采用同步码+信息码的数据帧结构，一个同步码，后面紧跟着十个信息码，进行编码；
接收端对接收到的数字扩频信号进行解码时，首先需要找到同步序列：采用滑动相关法搜索同步序列的相关峰，一旦相关峰值大于设定的阈值，就可以确定对同步序列的捕获，获得相关峰的地址Addmax；
由于同步序列相关峰的位置是固定的，因此得到同步序列相关峰值绝对值最大的地址后，就可以推算出紧接着的信息序列的起始地址Addinf，公式为：Addinf=Addmax+n+2n；
从信息序列的起始地址开始，取1个完整的信息序列进行相关运算，则从得到的信息序列相关峰值绝对值最大的地址即可算出其携带的信息值Inf，公式为：Inf=Addmax-Addinf+1，至此解码完毕，实现一个m序列携带n位信息的目的。
2.根据权利1所述的高数据率直接序列扩频编解码方法，其特征是：由于m序列码的长度越长，则通信系统的扩频增益越大，所述m序列码的长度根据通信实际需要的扩频增益选取，其中n级m序列码的长度为N=2n-1；如n=5，N=2n-1=31。
3.根据权利2所述的高数据率直接序列扩频编解码方法，其特征是：当线性反馈移位寄存器的初始值都为0时，得到的全0数据序列用00H来表示，从而实现1个经编码后的序列1次可携带n位信息。
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