CN112799721B - 含误码m序列与Gold序列的高效重构方法、电子设备、系统 - Google Patents

含误码m序列与Gold序列的高效重构方法、电子设备、系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含误码m序列与Gold序列的高效重构方法、电子设备、系统，该方法包括确定线性反馈移位寄存器级数，选取一个m序列生成多项式产生本地m序列，将本地m序列进行映射和循环移位后进行点乘求和，将点乘求和结果最大值与门限值进行比较判定m序列；选取一个Gold序列生成多项式估计初态并产生本地Gold序列，将本地Gold序列进行映射后点乘求和，将点乘求和结果绝对值与门限值进行比较判定Gold序列。本发明针对含误码时的m序列与Gold序列进行高效重构，通过在生成多项式库进行选择，相比传统的遍历所有可能的抽头系数的方法计算量大大减小；同时，相比现有方法具有更高的容错性，能够在更高误码率下重构出正确的序列。

Description

含误码m序列与Gold序列的高效重构方法、电子设备、系统
技术领域
本发明涉及卫星遥测直接序列扩频信号的盲估计技术领域，具体涉及一种含误码m序列与Gold序列的高效重构方法、电子设备、系统。
背景技术
直接序列扩频通信是最常用的扩频技术，其凭借强抗干扰性、低截获性、高保密性和易于实现码分多址等诸多优点，已广泛应用于军事领域和民用领域。在非合作通信的场景下，需要通过各种扩频码序列盲估计算法估计出发射端使用的扩频码序列，但在低信噪比下估计出的序列往往含有部分误码，使得后续盲解扩性能下降。因此，对含有误码的序列进行分析与纠错，从而恢复出完全无误码的序列，具有实际的研究意义。
m序列与Gold序列均由线性反馈移位寄存器(LFSR)产生，是扩频通信中经常使用的两种扩频码序列。任一LFSR序列均可由其生成多项式和初态唯一确定，所以对生成多项式和初态的估计是该领域研究的热点。
目前对LFSR序列参数估计的方法中，梅西(BM)算法、欧几里得算法和格基约化算法效率很高，但不能对含误码情况下的序列进行生成多项式的估计；基于高阶累积量的方法和组合枚举求优势的方法通过遍历所有可能的抽头位置进行生成多项式的估计，计算量相当庞大。
综上所述，目前对于含误码时m序列与Gold序列的重构方法存在使用范围受限、计算量庞大和对误码适应能力不强等问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种含误码情况下m序列与Gold序列的高效重构方法、电子设备、系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，本发明提出了一种含误码m序列与Gold序列的高效重构方法，包括以下步骤：
S1、设定初始状态，并根据待测含误码扩频码序列的长度确定线性反馈移位寄存器的级数；
S2、获取线性反馈移位寄存器的级数下所有m序列生成多项式，选取一个m序列生成多项式与任意初态产生本地m序列；
S3、将本地m序列进行映射得到第一映射序列，并将第一映射序列进行循环移位处理；
S4、将待测含误码扩频码序列与步骤S3的循环移位序列进行点乘求和处理；
S5、设定门限值，将步骤S4的点乘求和结果中的最大值与门限值进行比较；若最大值大于或等于门限值，则判定待测含误码扩频码序列为m序列，并对第一映射序列移位得到无误码m序列，流程结束；否则执行步骤S6；
S6、判断是否选取完所有m序列生成多项式；若是，则执行步骤S7；否则返回步骤S2；
S7、获取线性反馈移位寄存器的级数下所有Gold序列生成多项式；
S8、选取一个Gold序列生成多项式，结合待测含误码扩频码序列，采用Walsh变换方法估计初态；
S9、根据Gold序列生成多项式和初态产生本地Gold序列，并进行映射得到第二映射序列；
S10、将待测含误码扩频码序列与第二映射序列进行点乘求和处理；
S11、将步骤S10的点乘求和结果的绝对值与门限值进行比较；若绝对值大于或等于门限值，则判定待测含误码扩频码序列为Gold序列，并将第二映射序列作为无误码Gold序列，流程结束；否则执行步骤S12；
S12、判断是否选取完所有Gold序列生成多项式；若是，则流程结束；否则返回步骤S8。
进一步地，所述步骤S3具体包括：
将本地m序列中的0映射为1，1映射为-1，得到第一映射序列pn2＝[a1,a2,...,aN]；
再将第一映射序列循环移动k位得到循环移位序列pn3(k)，表示为
其中，N为待测含误码扩频码序列的长度。
进一步地，所述步骤S5中当最大值大于或等于门限值时，判定选取的该m序列生成多项式为待测含误码扩频码序列的生成多项式，通过最大值位置将第一映射序列进行循环移位得到无误码的m序列。
进一步地，所述步骤S5还包括：
当最大值小于门限值时，将待测含误码扩频码序列进行反号处理，返回步骤S4。
进一步地，所述步骤S8具体包括：
S81、设定L＝2n，构造矩阵A：
其中
cL+i-j表示Gold序列生成多项式C＝[c0,c1,...,c2n]的元素，sL+1表示待测含误码扩频码序列pn1＝[s1,s2,...,sN]的元素；
S82、选取矩阵A的第i行向量yi，表示为
yi＝[xi,1 xi,2 ... xi,L sL+i]
S83、将向量yi转换为十进制数vi，表示为
S84、根据十进制数vi构建长度为2L+1的向量Vi，表示为
S85、将N-L个向量Vi累加求和得到向量V，表示为
S86、将向量V进行Walsh-Hamdard变换得到Hamdard矩阵H(V)，表示为
其中，表示(2L+1,2L+1)的Hamdard矩阵；
S87、将Hamdard矩阵H(V)中除位置零处外的最大值的位置坐标表示为二进制向量取该向量的后L个值作为初态的估计结果
进一步地，所述步骤S9具体包括：
根据Gold序列生成多项式和初态产生长度为的本地Gold序列，再将产生的本地Gold序列中的0映射为1，1映射为-1，并取其中前N位得到第二映射序列；其中n为线性反馈移位寄存器的级数。
第二方面，本发明还提出了一种电子设备，所述设备包括：
存储器，存储有可执行指令；以及
处理器，被配置为执行所述存储器中可执行指令以实现上述的方法。
第三方面，本发明还提出了一种重构系统，所述系统包括：
重构设备；以及上述的电子设备。
第四方面，本发明还提出了一种可读存储介质，其上存储有可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时实现上述的方法。
本发明具有以下有益效果：
本发明针对含误码时的m序列与Gold序列进行高效重构，通过在生成多项式库进行选择，相比传统的遍历所有可能的抽头系数的方法计算量大大减小；同时，相比现有方法具有更高的容错性，能够在更高误码率下重构出正确的序列。
附图说明
图1为本发明含误码m序列与Gold序列的高效重构方法流程示意图；
图2为本发明实施例中不同点数移位后点乘求和结果示意图；
图3为本发明实施例中不同误码率下重构正确率曲线示意图；
图4为本发明实施例的实体结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本发明实施例提供了一种含误码m序列与Gold序列的高效重构方法，包括以下步骤S1至S12：
S1、设定初始状态，并根据待测含误码扩频码序列的长度确定线性反馈移位寄存器的级数；
在本实施例中，待测扩频码序列长度为N＝511，本发明设定初始状态i＝1，j＝1，并根据待测含误码扩频码序列pn1＝[s1,s2,...,sN]的长度N确定线性反馈移位寄存器的级数n，计算公式为：
n＝log2(N+1)＝9
S2、获取线性反馈移位寄存器的级数下所有m序列生成多项式，选取一个m序列生成多项式与任意初态产生本地m序列；
在本实施例中，本发明获取线性反馈移位寄存器的级数下所有的M个m序列生成多项式，选取其中第i个m序列生成多项式与不全为0且不全为1的任意初态产生本地m序列。
具体而言，当确定线性反馈移位寄存器的级数n＝9时，获取该级数下M＝48个m序列生成多项式，选取其中第i个m序列生成多项式与任意初态，例如将初态设置为[1 1 0 00 0 0 1 1]，生成本地m序列。
S3、将本地m序列进行映射得到第一映射序列，并将第一映射序列进行循环移位处理；
在本实施例中，本发明将本地m序列中的0映射为1，1映射为-1，得到第一映射序列pn2＝[a1,a2,...,aN]；
再将第一映射序列pn2循环移动k位得到循环移位序列pn3(k)，表示为
其中，N为待测含误码扩频码序列的长度。
S4、将待测含误码扩频码序列与步骤S3的循环移位序列进行点乘求和处理；
在本实施例中，本发明将待测含误码扩频码序列pn1与步骤S3的循环移位序列pn3(k)进行点乘求和得到N个点的计算结果f(k)，表示为
f(k)＝sum(pn1*pn3(k)),k＝0,1,...N
S5、设定门限值，将步骤S4的点乘求和结果中的最大值与门限值进行比较；若最大值大于或等于门限值，则判定待测含误码扩频码序列为m序列，并对第一映射序列移位得到无误码m序列，流程结束；否则执行步骤S6；
在本实施例中，本发明设定门限值T＝0.4*N，将步骤S4的点乘求和结果f(k)中的最大值Mf与门限值T进行比较；
若最大值Mf大于或等于门限值T，如图2所示，则判定选取的该m序列的生成多项式为待测含误码扩频码序列的生成多项式，通过最大值位置将第一映射序列进行循环移位得到无误码的m序列；同时，判定待测含误码扩频码序列为m序列，流程结束；
否则将待测含误码扩频码序列进行反号处理，返回步骤S4，进行再次判定后，若最大值Mf小于门限值T，执行步骤S6。
S6、判断是否选取完所有m序列生成多项式；若是，则执行步骤S7；否则返回步骤S2；
在本实施例中，本发明判断初始状态i是否大于m序列生成多项式个数M，若是，则执行步骤S7；否则返回步骤S2。
S7、获取线性反馈移位寄存器的级数下所有Gold序列生成多项式；
在本实施例中，本发明获取线性反馈移位寄存器的级数下所有的G个Gold序列生成多项式。
具体而言，当确定线性反馈移位寄存器的级数n＝9时，获取该级数下G＝288个Gold序列生成多项式。
S8、选取一个Gold序列生成多项式，结合待测含误码扩频码序列，采用Walsh变换方法估计初态；
在本实施例中，本发明选取第j个Gold序列生成多项式C＝[c0,c1,...,c2n]，结合待测含误码扩频码序列pn1，采用Walsh变换方法估计初态，具体包括：
S81、设定L＝2n，构造矩阵A：
其中
cL+i-j表示Gold序列生成多项式C＝[c0,c1,...,c2n]的元素，sL+1表示待测含误码扩频码序列pn1＝[s1,s2,...,sN]的元素；
S82、选取矩阵A的第i行向量yi，表示为
yi＝[xi,1 xi,2 ... xi,L sL+i]
S83、将向量yi转换为十进制数vi，表示为
S84、根据十进制数vi构建长度为2L+1的向量Vi，表示为
S85、将N-L个向量Vi累加求和得到向量V，表示为
S86、将向量V进行Walsh-Hamdard变换得到Hamdard矩阵H(V)，表示为
其中，表示(2L+1,2L+1)的Hamdard矩阵；
S87、将Hamdard矩阵H(V)中除位置零处外的最大值的位置坐标表示为二进制向量取该向量的后L个值作为初态的估计结果
S9、根据Gold序列生成多项式和初态产生本地Gold序列，并进行映射得到第二映射序列；
在本实施例中，本发明根据Gold序列生成多项式C和初态S产生长度为的本地Gold序列，再将产生的本地Gold序列中的0映射为1，1映射为-1，并取其中前N位得到第二映射序列pn4。
S10、将待测含误码扩频码序列pn1与第二映射序列pn4进行点乘求和处理，并计算其绝对值，表示为
Y＝abs(sum(pn1*pn4))；
S11、将步骤S10的点乘求和结果的绝对值Y与门限值T进行比较；若绝对值Y大于或等于门限值T，则判定待测含误码扩频码序列为Gold序列，并将第二映射序列作为无误码Gold序列，流程结束；否则执行步骤S12；
S12、判断是否选取完所有Gold序列生成多项式；若是，则流程结束；否则返回步骤S8。
在本实施例中，本发明判断初始状态j是否大于Gold序列生成多项式个数G，若是，则重构失败，流程结束；否则返回步骤S8。
下面以具体实例对本发明的重构方法效果进行说明。
本发明随机选择待测含误码扩频码序列为m序列或Gold序列，序列长度为N＝511，进行100次蒙特卡罗实验，统计误码率范围5％-30％下的序列重构正确率，如图3所示。
基于相同的构思，本发明实施例还提供了一种实体结构示意图，如图2所示，该服务器可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行如上述实施例所述重构方法的步骤。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
基于相同的构思，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包含至少一段代码，该至少一段代码可由主控设备执行，以控制主控设备用以实现如上述实施例所述重构方法的步骤。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种计算机程序，当该计算机程序被主控设备执行时，用以实现上述方法实施例。
所述程序可以全部或者部分存储在与处理器封装在一起的存储介质上，也可以部分或者全部存储在不与处理器封装在一起的存储器上。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种处理器，该处理器用以实现上述方法实施例。上述处理器可以为芯片。
本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidStateDisk)等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种含误码m序列与Gold序列的高效重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设定初始状态，并根据待测含误码扩频码序列的长度确定线性反馈移位寄存器的级数；
S2、获取线性反馈移位寄存器的级数下所有m序列生成多项式，选取一个m序列生成多项式与任意初态产生本地m序列；
S3、将本地m序列进行映射得到第一映射序列，并将第一映射序列进行循环移位处理；
S4、将待测含误码扩频码序列与步骤S3的循环移位序列进行点乘求和处理；
S5、设定门限值，将步骤S4的点乘求和结果中的最大值与门限值进行比较；若最大值大于或等于门限值，则判定待测含误码扩频码序列为m序列，并对第一映射序列移位得到无误码m序列，流程结束；否则执行步骤S6；
S6、判断是否选取完所有m序列生成多项式；若是，则执行步骤S7；否则返回步骤S2；
S7、获取线性反馈移位寄存器的级数下所有Gold序列生成多项式；
S8、选取一个Gold序列生成多项式，结合待测含误码扩频码序列，采用Walsh变换方法估计初态；所述步骤S8具体包括：
S81、设定L＝2n，构造矩阵A：
其中
cL+i-j表示Gold序列生成多项式C＝[c0,c1,...,c2n]的元素，sL+1表示待测含误码扩频码序列pn1＝[s1,s2,...,sN]的元素；
S82、选取矩阵A的第i行向量yi，表示为
yi＝[xi,1 xi,2 ... xi,L sL+i]
S83、将向量yi转换为十进制数vi，表示为
S84、根据十进制数vi构建长度为2L+1的向量Vi，表示为
S85、将N-L个向量Vi累加求和得到向量V，表示为
S86、将向量V进行Walsh-Hamdard变换得到Hamdard矩阵H(V)，表示为
其中，表示(2L+1,2L+1)的Hamdard矩阵；
S87、将Hamdard矩阵H(V)中除位置零处外的最大值的位置坐标表示为二进制向量取该向量的后L个值作为初态的估计结果
S9、根据Gold序列生成多项式和初态产生本地Gold序列，并进行映射得到第二映射序列；
S10、将待测含误码扩频码序列与第二映射序列进行点乘求和处理；
S11、将步骤S10的点乘求和结果的绝对值与门限值进行比较；若绝对值大于或等于门限值，则判定待测含误码扩频码序列为Gold序列，并将第二映射序列作为无误码Gold序列，流程结束；否则执行步骤S12；
S12、判断是否选取完所有Gold序列生成多项式；若是，则流程结束；否则返回步骤S8。
2.根据权利要求1所述的含误码m序列与Gold序列的高效重构方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
将本地m序列中的0映射为1，1映射为-1，得到第一映射序列pn2＝[a1,a2,...,aN]；
再将第一映射序列循环移动k位得到循环移位序列pn3(k)，表示为
其中，N为待测扩频码序列的长度。
3.根据权利要求2所述的含误码m序列与Gold序列的高效重构方法，其特征在于，所述步骤S5中当最大值大于或等于门限值时，判定选取的该m序列生成多项式为待测含误码扩频码序列的生成多项式，通过最大值位置将第一映射序列进行循环移位得到无误码的m序列。
4.根据权利要求3所述的含误码m序列与Gold序列的高效重构方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：
当最大值小于门限值时，将待测含误码扩频码序列进行反号处理，返回步骤S4。
5.根据权利要求1所述的含误码m序列与Gold序列的高效重构方法，其特征在于，所述步骤S9具体包括：
根据Gold序列生成多项式和初态产生长度为22n-1的本地Gold序列，再将产生的本地Gold序列中的0映射为1，1映射为-1，并取其中前N位得到第二映射序列；其中n为线性反馈移位寄存器的级数。
6.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：
存储器，存储有可执行指令；以及
处理器，被配置为执行所述存储器中可执行指令以实现权利要求1至5任一项所述的方法。
7.一种重构系统，其特征在于，所述系统包括：
重构设备；以及
如权利要求6所述的电子设备。
8.一种可读存储介质，其上存储有可执行指令，其特征在于，所述可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法。
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