CN112688756B - 二型偶长度qpskz互补序列对信号生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信系统技术领域，特别涉及一种二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成方法及装置包括控制电路、四个移位寄存器、三个加法器、三个减法器、四个乘法器、两个开关以及控制电路，控制电路控制移位寄存器的输入、输出以及开关的连接，并根据移位寄存器中的种子对生成一对互相共轭的信号以及一对互为相反数的信号；本发明通过任意选取长度为N的二元戈莱互补序列对作为本发明的种子对，所获得的二型QPSK Z互补序列对的序列长度为2N、零相关区宽度达到最大N‑1；本发明可应用于通信系统、信号处理以及大规模集成电路测试等。
Description
技术领域
本发明属于通信系统技术领域，特别涉及一种二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成方法及装置。
背景技术
QPSK信号是指信号{±1,±j}，其中，j2=-1。二型QPSK Z互补序列对由两条相等长度N的序列构成，并且这两条序列的非周期自相关函数的和在时移为N-1附近有一零相关区（zero correlation zone, 简称ZCZ）。例如，长度N=4的QPSK序列对：
c=(1,j,j,-1)
d=(1,j,-j,1)
的非周期自相关函数的和为：
(8,-4j, 0, 0) (0≤时移τ≤3)。
明显地，在最大时移点N-1=3附近有2个零，这两条序列有零相关区宽度为Z=3。因此，(c,d)是偶长度N=4、零相关区宽度Z=3的二型QPSK Z互补序列对。
二型QPSK Z互补序列对在远郊通信中抑制异步干扰信号有显著作用。这种通信环境的主要特点是通信收发间的视距距离远远小于到附近的高山等的距离，见示意图2。因此，发端发送的通信信号经高山等反射至收端的干扰信号与直视信号相比存在非常大的最小时延。当合理设计二型QPSK Z互补序列对时，能保证所有的干扰信号的延迟都位于ZCZ区内，采用相关检测技术检测信号时，由于相关区内的所有相关函数和为零，因此，干扰信号不会对相关检测产生干扰，干扰信号得到有效抑制。因此，设计大的零相关区有利于干扰信号抑制。计算机模以表明，对长度为N的二型QPSK Z互补序列对的ZCZ区宽度最大是N-1。除此之外，二型QPSK Z互补序列对也可作为雷达信号、声纳信号，等等。
二型Z互补序列对的概念出现在2014年，并且定义于二元信号之上（ Z. L. Liu,U. Parampalli, and Y. L. Guan, “Optimal odd-length binary Z-complementarypairs”，IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 60, no.9, pp.5768-5781, Sep. 2014.），随后，二型二元Z互补序列对得到广泛研究（F. X. Zeng, X. P. He, Z. Y. Zhang, G. X.Xuan, Y. N. Peng, and L. Yan, “Optimal and Z-optimal Type-II odd-lengthbinary Z-complementary pairs,” IEEE Commun. Lett., vol.24, no.6, pp.1163-1167, Jun. 2020. [3] Z. Gu, Z. C. Zhou, Q. Wang, and P. Z. Fan, “Newconstruction of optimal type-II binary Z-complementary pairs,” IEEE Trans.Inf. Theory (Early Access), 2020. DOI: 10.1109/TIT.20203007670.）。
二型QPSK Z互补序列对比二型二元Z互补对有更强的优势，例如，二型奇长度NQPSK Z互补序列对有最大的ZCZ区宽度，二型偶长度QPSK Z互补序列对的ZCZ区外最小可能旁瓣更小，同时，QPSK信号也是通信、雷达常用的信号。但是，现有技术中对于二型QPSK Z互补序列对的构造方法非常少，且不能产生全部所需长度，构造过程较为复杂，实现过程较为困难等缺点。
发明内容
为了能够得到一种结构简单、实现容易的二型QPSK Z互补序列对，本发明提出一种二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成方法及装置，所述方法包括：
S1、任意选定偶长度为N的二元戈莱互补序列对c=(c(0),...,c(k),...,c(N-1))和d=(d(0),...,d(k),...,d(N-1))作为种子对，分别贮存于两个长度为N的第一输入移位寄存器和第二输入移位寄存器，控制电路将产生过程分成N个时隙；
S2、第k个时隙，在控制电路控制下，第一输入移位寄存器输出码元c(k-1)，第二输入移位寄存器输出码元d(k-1)，经第一加法器，其和信号形成第1-1路信号，经第一减法器，其差信号形成第1-2路信号；
S3、第1-1路信号通过第一乘法器乘上系数，并将第一乘法器的输出信号分成两路，一路记为第2-1路信号，另一路通过第三乘法器乘上系数记为第2-2路信号；第1-2路信号通过第二乘法器乘上系数，将第二乘法器输出信号分成两路，一路通过第四乘法器乘上系数记为第2-3路信号，另一路记为第2-4路信号；
S4、第2-1路信号与第2-3路信号在第二减法器完成相减运算，其差信号形成第3-1路信号，第2-2路信号与第2-4路信号在第二加法器中完成相加运算，其和信号形成第3-2路信号，第2-1路信号与第2-3路信号在第三加法器中完成相加运算，其和信号形成第3-3路信号，第2-2路信号与第2-4路信号在第三减法器完成相减运算，其差信号形成第3-4路信号；
S5、通过同时控制电路控制开关，将第二减法器得到的第3-1路信号送入第一输出移位寄存器、第三加法器得到的第3-3路信号送入输出第二输出移位寄存器；再通过同时控制电路控制开关，将第二加法器得到的第3-2路信号送入第一输出移位寄存器、第三减法器得到的第3-4路信号送入第二输出移位寄存器；最后将开关置空；
S6、控制电路控制继续进行下一个时隙的码元产生工作，至到N个时隙工作完毕，输出第一移位寄存器和第二移位寄存器分别产生长度为2N的QPSK序列对e和f信号，e和f构成二型偶长度QPSK Z互补序列对。
进一步的，第二减法器的输出信号与第三加法器的输出信号共轭；第二加法器的输出信号是第三减法器的输出信号的相反数。
进一步的，第一乘法器和第二乘法器的乘法系数值相同并且其和为1；第三乘法器和第四乘法器的乘法系数值相同，并且其和为2j。
进一步的，第一输入移位寄存器和第二输入移位寄存器的长度为N，第一输出移位寄存器和第二输出移位寄存器的长度为2N。
本发明提出一种二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成装置，该装置包括四个移位寄存器、三个加法器、三个减法器、四个乘法器、两个开关以及控制电路，其中两个输入移位寄存器的输出均分为两路，其中一路输入第一加法器，第一加法器将两路信号之和输入第一乘法器；另一路输入第一减法器，第一减法器将两路信号之差输入第二乘法器；
将第一乘法器的输出分为两路，其中一路作为第二减法器和第三加法器的输入；另一路输入第三乘法器后将第三乘法器的输出作为第二加法器和第三减法器的输入；
将第二乘法器的输出分为两路，其中一路作为第二加法器和第三减法器的输入；另一路输入第四乘法器后将第四乘法器的输出作为第二减法器和第三加法器的输入；
第二减法器和第二加法器作为第一开关的输入，第一开关的输出与第一移位寄存器连接；第三减法器和第三加法器作为第二开关的输入，第二开关的输出与第二移位寄存器连接。
本发明通过任意选取长度为N的二元戈莱互补序列对作为本发明的种子对，所获得的二型QPSK Z互补序列对的序列长度为2N、零相关区宽度达到最大N-1；本发明可应用于通信系统、信号处理以及大规模集成电路测试等。
说明书附图
图1是本发明二型QPSK Z互补序列对信号与装置的原理框图；
图2是本发明二型QPSK Z互补序列对信号与装置的应用场景之一的示意框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种二型偶长度QPSK Z互补序列对信号生成装置，该装置包括四个移位寄存器、三个加法器、三个减法器、四个乘法器、两个开关以及控制电路，如图1，输入移位寄存器1和输入移位寄存器2的输出均分为两路，其中一路输入加法器1，加法器1将两路信号之和输入乘法器1；另一路输入减法器1，减法器1将两路信号之差输入乘法器2；
将乘法器1的输出分为两路，其中一路作为减法器2和加法器3的输入；另一路输入乘法器3后将乘法器3的输出作为加法器2和减法器3的输入；
将乘法器2的输出分为两路，其中一路作为加法器2和减法器3的输入；另一路输入乘法器4后将乘法器4的输出作为减法器2和加法器的输入；
减法器2和加法器2作为开关K1的输入，开关K1的输出与输出移位寄存器1的输入端连接；减法器3和加法器3作为开关K2的输入，开关K2的输出与输出移位寄存器2输入端连接。
进一步的，本实施例中该装置还包括控制电路，该电路用于控制输入移位寄存器1、输入移位寄存器2、输出移位寄存器1、输出移位寄存器2的移位操作以及控制开关的闭合和断开。
本发明提出一种二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成方法，具体包括以下步骤：
S1、任意选定偶长度为N的二元戈莱互补序列对c=(c(0),...,c(k),...,c(N-1))和d=(d(0),...,d(k),...,d(N-1))作为种子对，分别贮存于两个长度为N的输入移位寄存器1和输入移位寄存器2，控制电路将产生过程分成N个时隙；
S2、在第k个时隙，其中，k=1,2,...,N，在控制电路控制下，输入移位寄存器1输出码元c(k-1)，输入移位寄存器2输出码元d(k-1)，经加法器1，其和信号c(k-1)+d(k-1)形成第1-1路信号，经减法器1，其差信号d(k-1)-c(k-1)形成第1-2路信号；
S3、第1-1路信号乘上系数1/2，其积信号[c(k-1)+d(k-1)]/2分成两路，一路记为第2-1路信号，这路信号应是[c(k-1)+d(k-1)]/2，另一路乘上虚单位j，其积信号j[c(k-1)+d(k-1)]/2形成第2-2路信号，第1-2路信号乘上系数1/2，其积信号[d(k-1)-c(k-1)]/2也分成两路，一路乘上虚单位j，其积信号j[d(k-1)-c(k-1)]/2形成第2-3路信号，另一路记为第2-4路信号，这路信号就是[d(k-1)-c(k-1)]/2；
S4、第2-1路信号与第2-3路信号在减法器2完成相减运算，其差信号[c(k-1)+d(k-1)]/2-j[d(k-1)-c(k-1)]/2形成第3-1路信号，第2-2路信号与第2-4路信号在加法器2中完成相加运算，其和信号j[c(k-1)+d(k-1)]/2+[d(k-1)-c(k-1)]/2形成第3-2路信号，第2-1路信号与第2-3路信号在加法器3中完成相加运算，其和信号[c(k-1)+d(k-1)]/2+j[d(k-1)-c(k-1)]/2形成第3-3路信号，第2-2路信号与第2-4路信号在减法器3完成相减运算，其差信号j[c(k-1)+d(k-1)]/2-[d(k-1)-c(k-1)]/2形成第3-4路信号；
S5、控制电路控制同时将开关K1从C置于A，K2从G置于D，控制电路控制将第3-1路信号[c(k-1)+d(k-1)]/2-j[d(k-1)-c(k-1)]/2送入输出移位存器1，这个信号在N个时隙结束后是输出移位寄存器1的码元e(2(k-1))，将第3-3路信号[c(k-1)+d(k-1)]/2+j[d(k-1)-c(k-1)]/2送入输出移位存器2，这个信号在N个时隙结束后是输出移位寄存器2的码元f(2(k-1))，然后，控制电路控制同时将开关K1从A置于B，K2从D置于F，控制电路控制将第3-2路信号j[c(k-1)+d(k-1)]/2+[d(k-1)-c(k-1)]/2送入输出移位存器1，这个信号在N个时隙结束后是输出移位寄存器1的码元e(2(k-1)+1)，将第3-4路信号j[c(k-1)+d(k-1)]/2-[d(k-1)-c(k-1)]/2送入输出移位存器2，这个信号在N个时隙结束后是输出移位寄存器2的码元f(2(k-1)+1)，完成后，控制电路控制同时将开关K1从B置于C，K2从F置于G；
S6、控制电路控制继续进行下一个时隙的码元产生工作，至到N个时隙工作完毕，输出移位寄存器1和输出移位寄存器2分别产生长度为2N的QPSK序列对e=(e(0),...,e(2N-1))和f=(f(0),...,f(2N-1))信号，e和f构成二型偶长度QPSK Z互补序列对。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、任意选定偶长度为N的二元戈莱互补序列对c=(c(0),...,c(k),...,c(N-1))和d=(d(0),...,d(k),...,d(N-1))作为种子对，分别贮存于两个长度为N的第一输入移位寄存器和第二输入移位寄存器，控制电路将产生过程分成N个时隙；
S2、第k个时隙，在控制电路控制下，第一输入移位寄存器输出码元c(k-1)，第二输入移位寄存器输出码元d(k-1)，经第一加法器，其和信号形成第1-1路信号，经第一减法器，其差信号形成第1-2路信号；
S3、第1-1路信号通过第一乘法器乘上系数，并将第一乘法器的输出信号分成两路，一路记为第2-1路信号，另一路通过第三乘法器乘上系数记为第2-2路信号；第1-2路信号通过第二乘法器乘上系数，将第二乘法器输出信号分成两路，一路通过第四乘法器乘上系数记为第2-3路信号，另一路记为第2-4路信号；
S4、第2-1路信号与第2-3路信号在第二减法器完成相减运算，其差信号形成第3-1路信号，第2-2路信号与第2-4路信号在第二加法器中完成相加运算，其和信号形成第3-2路信号，第2-1路信号与第2-3路信号在第三加法器中完成相加运算，其和信号形成第3-3路信号，第2-2路信号与第2-4路信号在第三减法器完成相减运算，其差信号形成第3-4路信号；
S5、通过同时控制电路控制开关，将第二减法器得到的第3-1路信号送入第一输出移位寄存器、第三加法器得到的第3-3路信号送入输出第二输出移位寄存器；再通过同时控制电路控制开关，将第二加法器得到的第3-2路信号送入第一输出移位寄存器、第三减法器得到的第3-4路信号送入第二输出移位寄存器；最后将开关置空；
S6、控制电路控制继续进行下一个时隙的码元产生工作，至到N个时隙工作完毕，输出第一移位寄存器和第二移位寄存器分别产生长度为2N的QPSK序列对e和f信号，e和f构成二型偶长度QPSK Z互补序列对。
2.根据权利要求1所述的二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成方法，其特征在于，第二减法器的输出信号与第三加法器的输出信号共轭；第二加法器的输出信号是第三减法器的输出信号的相反数。
3.根据权利要求2所述的二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成方法，其特征在于，第一乘法器和第二乘法器的乘法系数值相同并且其和为1；第三乘法器和第四乘法器的乘法系数值相同，并且其和为2j。
4.根据权利要求2所述的二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成方法，其特征在于，第一输入移位寄存器和第二输入移位寄存器的长度为N，第一输出移位寄存器和第二输出移位寄存器的长度为2N。
5.二型偶长度QPSK Z互补序列对信号生成装置，其特征在于，该装置包括四个移位寄存器、三个加法器、三个减法器、四个乘法器、两个开关以及控制电路，其中两个输入移位寄存器的输出均分为两路，其中一路输入第一加法器，第一加法器将两路信号之和输入第一乘法器；另一路输入第一减法器，第一减法器将两路信号之差输入第二乘法器；
将第一乘法器的输出分为两路，其中一路作为第二减法器和第三加法器的输入；另一路输入第三乘法器后将第三乘法器的输出作为第二加法器和第三减法器的输入；
将第二乘法器的输出分为两路，其中一路作为第二加法器和第三减法器的输入；另一路输入第四乘法器后将第四乘法器的输出作为第二减法器和第三加法器的输入；
第二减法器和第二加法器作为第一开关的输入，第一开关的输出与第一输入移位寄存器连接；第三减法器和第三加法器作为第二开关的输入，第二开关的输出与第二输出移位寄存器连接。
6.根据权利要求5所述的二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成装置，其特征在于，第二减法器的输出信号与第三加法器的输出信号共轭；第二加法器的输出信号是第三减法器的输出信号的相反数。
7.根据权利要求6所述的二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成装置，其特征在于，第一乘法器和第二乘法器的乘法系数值相同并且其和为1；第三乘法器和第四乘法器的乘法系数值相同，并且其和为2j。
8.根据权利要求5所述的二型偶长度QPSKZ互补序列对信号生成装置，其特征在于，第一输入移位寄存器和第二输入移位寄存器的长度为N，第一输出移位寄存器和第二输出移位寄存器的长度为2N。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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