CN114257269B - 一种收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法 - Google Patents
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Abstract
一种收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，属于无线通信领域，其特征在于包括：发射端和接收端同步时间码生成一组地址序列作为扩频索引；发射端和接收端使用包含有n个互相关性为1/M的扩频码对基带数据扩频后生成基础扩频序列；发送端扩频索引对基础扩频序列进行数据洗牌后，生成数据传输扩频序列发送给接收端；接收端通过同步时间码生成的发送端使用的扩频索引，对收到的数据传输扩频序列进行逆向数据洗牌，得到基础扩频序列后进行解扩。本发明所述方法的抗干扰和抗截获能力可以进一步加强。同时，不同发送/接收端通过对时间码生成的扩频索引的调度策略的改变，不同的设备即可同频同时进行工作，不占用额外的带宽资源，且互相不会干扰。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法。
背景技术
在很多敏感用途的通信场景下，如军用导航、通信信号，常常使用直接扩频(DSSS)通信系统作为关键通信的手段。因为直接扩频通信中的信号的功率谱密度低，占据带宽分散，不易被发现，具有较好的抗截获性和抗干扰能力，所以直接扩频通信系统近年来，在关键领域通信中使用的越来越频繁。但目前扩频通信技术中，常用的扩频/解扩设备双方必须使用预先约定好的扩频序列进行设计，这使得干扰机如果也取得了扩频码的情况下，可以通过发送使用此扩频码进行扩频后的随机序列(同频)对正常的扩频通信进行破坏。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种收发双端同步生成扩频/解扩索引的直接扩频方法。
本发明所述收发双端同步生成扩频/解扩索引的直接扩频方法，发射端和接收端双方时间同步，同步时间码生成一组地址序列作为扩频索引；
发射端和接收端使用一组包含有n个互相关性为1/M的扩频码对基带数据扩频后生成基础扩频序列；
发送端通过扩频索引对基础扩频序列进行数据洗牌后，生成数据传输扩频序列发送给接收端；
接收端收到数据传输扩频序列后，通过同步时间码生成的发送端使用的扩频索引，对收到的数据传输扩频序列进行逆向数据洗牌，得到基础扩频序列后进行解扩。
进一步，本发明所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，所述发射端和接收端双方时间同步，发送端使用收发双端已知的单独扩频码CP(与前述扩频码不相关)，对发送端的时间扩频后生成时间扩频序列，附于数据传输扩频序列之前一起发送；接收端收到后对时间扩频序列解扩后得到时间码，从而达到接收端和发送端时间同步；
所述发射端和接收端以时间码作为伪随机码生成器的输入，生成一组随机数据作为扩频索引；
时间码作为输入生成的扩频索引为一组随机数：l＝{i1,i2,i3,…,in}，其中任一元素in为1到L内的整数；其中L为基带数据帧的长度。
进一步，本发明所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，所述接收端和发送端时间同步后生成扩频索引，对数据传输扩频序列处理后的数据和基础扩频序列的自相关为1，但接收端和发送端时间异步生成扩频索引对数据传输扩频序列处理后的数据和基础扩频序列自相关为1/Mn，其中M为扩频码长度,n为一组可选用的扩频码的数量。
进一步，本发明所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，所述数据传输扩频序列的生成过程如下：发送端在进行扩频前，将原始基带数据复制一次，将复制后的数据称为复制数据；
发送端在进行扩频时，首先对原始基带数据随机选择不同的扩频码进行扩频；然后对复制数据进行扩频，所述复制数据的扩频过程如下：
若原始基带数据和复制数据都为1，则复制数据选用和原始基带数据一样的扩频码进行扩频；
若原始基带数据和复制数据都为0，则复制数据选用和原始基带数据不一样的扩频码进行扩频；
原始基带数据的扩频序列和复制数据的扩频序列组成的扩频序列为原扩频序列D0；
将复制数据的扩频序列按时间码生成的地址索引值i1插入原始基带数据的扩频码的第1到第L扩频码中，生成扩频序列D1；位置信息记为POS1；
将位置信息POS1进行复制，扩频，按索引i2将后一个序列插入前一个序列，生成扩频序列D2；位置信息记为POS2；
将位置信息POS2进行复制，扩频，按索引i3将后一个序列插入前一个序列，生成扩频序列D3；
如此迭代以上过程，原扩频序列D0被数据洗牌，最终的扩频序列Dn的扩频码间的相关性为1/Mn；
最后，将时间码的扩频序列T和数据扩频序列D1～Dn组合，时间码的扩频序列T在数据扩频序列D1～Dn前；
所以发送端发送的数据传输扩频序列是先发T，再发D1～Dn，发送以上序列后，再发送若干随机扩频序列，尾部序列作为之前Dn的掩护序列。
进一步，本发明所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，所述接收端接收到数据传输扩频序列后，先将所有数据储存起来；
首先取得T时间扩频序列，使用单独扩频码CP进行自相关后得到同步时间码；以此同步时间码作为输入，使用和发射端相同的本源多项式得到插入索引l＝{i1,i2,i3，…,in}；与前述插入过程相反，通过in对数据扩频序列Dn进行解析后得到数据扩频序列Dn-1，再使用插入索引in-1对数据扩频序列Dn-1进行解析得到数据扩频序列Dn-2，迭代解析，直到通过插入索引i1得到数据扩频序列D0，求得原始基带数据的扩频序列和复制数据的扩频序列，再通过原始基带数据的扩频序列和复制数据的扩频序列之间的相关性求得原始基带码。
进一步，本发明所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，所述扩频索引以时间码的秒数0-59为序号，在下表中选择对应序号的本原多项式作为扩频索引的生成多项式：
本发明所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，通信双方时间同步，同步时间码生成一组地址序列作为扩频索引；发射端和接收端使用一组包含有n个互相关性为1/M的扩频码对基带数据扩频后生成基础扩频序列；发送端通过扩频索引对基础扩频序列进行数据洗牌后，生成数据传输扩频序列发送给接收端；接收端收到数据传输扩频序列后，通过同步时间码生成的发送端使用的扩频索引，对收到的数据传输扩频序列进行逆向数据洗牌，得到基础扩频序列后进行解扩；通过这种方式，设备的抗干扰和抗截获能力可以进一步加强。同时，不同发送/接收端通过对时间码生成的扩频索引的调度策略的改变，不同的设备即可同频同时进行工作，不占用额外的带宽资源，且互相不会干扰。
附图说明
图1为本发明实施例所述扩频发送流程示意图；
图2为本发明实施例所述解扩接收流程示意图；
图3为本发明实施例所述时间码截获率示意图；
图4为本发明实施例所述抗干扰能力仿真结果示意图；
图5为本发明实施例所述本源多项式的对应工程实现方式示意图。
具体实施方式
下面通过附图及实施例对本发明所述收发双端同步生成扩频/解扩索引的直接扩频方法进行详细说明。
在本公开实施例中，发射端和接收端双方时间同步，同步时间码生成一组地址序列作为扩频索引；发射端和接收端使用一组包含有n个互相关性为1/M的扩频码对基带数据扩频后生成基础扩频序列；发送端通过扩频索引对基础扩频序列进行数据洗牌后，生成数据传输扩频序列发送给接收端；接收端收到数据传输扩频序列后，通过同步时间码生成的发送端使用的扩频索引，对收到的数据传输扩频序列进行逆向数据洗牌，得到基础扩频序列后进行解扩。
在本公开实施例中，接收端和发送端时间同步后生成扩频索引，对数据传输扩频序列处理后的数据和基础扩频序列的自相关为1，但接收端和发送端时间异步生成扩频索引对数据传输扩频序列处理后的数据和基础扩频序列自相关为1/Mn，其中M为扩频码长度,n为一组可选用的扩频码的数量，如Mn为1024.则自相关为1/1024。
时间码作为输入，生成的插入/解析索引为一组随机数：l＝{i1,i2,i3…,in}，随机数的规则为：i为1到L内的整数，其中L为基带数据的个数，如发送8个基带数据，则插入索引的值为1到8内随机数，例如：生成POS＝b011＝3；
以时间码的秒数(0-59)为序号，在下表中选择对应序号的本原多项式作为扩频索引生成的多项式：
在本公开实施例中，如图5所示本源多项式的对应工程实现方式为线性反馈移位寄存器法，其中:D10对应本源多项式中D^10,D9对应本源多项式中D^9,…,D1对应本源多项式中D^1；C0对应本源多项式中常数1，C1对应本源多项式中D^1的参数，…，C10对应本源多项式中D^10的参数。
以上本源多项式可以生成周期为1023长度的随机序列PN＝[pn1,pn2,pn2,…,pn1023]，其中元素pn为二进制码0/1。根据基带码数量L，截取随机序列PN最前面的log2n长度的码(pn1到pnlog2n)作为扩频索引l中第一个元素i1，再截取随机序列PN剩余的log2n长度的码(pn log2n到pn 2log2n)作为扩频索引l中第二个元素i2，…,最终截取随机序列PN剩余的log2n长度的码(pn(n-1)log2n到pnnlog2n)作为扩频索引l中第n个元素in。对生成的PN序列截取后结构如下表1所示：
表1
| i1 | i2 | …… | in |
以上为扩频索引。
发送端和接收端共享一组伪随机序列，如：ρ1，ρ2，ρ3，ρ4，ρ5，ρ6，ρ7，ρ8；根据伪随机序列特性，两组伪随机序列之间的互相关性弱，互相关结果较低，而自相关特性强，自相关结果较高；发送端和接收端约定了基带数据帧的长度L，例如：4个bit为一帧。
在本公开实施例中，如图1所示，发送端在进行扩频前，将基带数据复制一次，例如：原始数据(数据O)为“0110”，复制后数据也为“0110”，将复制后的数据称为复制数据(数据R)。
发送端在进行扩频时，首先对原始数据随机选择不同的伪随机序列进行扩频，如：原始数据为“0110”，随机使用伪随机序列扩频后的结果为A1＝[ρ1,ρ2,ρ4,ρ8]。
然后对复制数据进行扩频，原则如下：若原始数据和复制数据都为“1”(O&R＝＝1)，则索引扩频码的伪随机序列和原始数据的扩频码一样，若原始数据和复制数据都为“0”(O|R＝＝0)，则索引扩频码的伪随机序列和原始数据的扩频码不一样(随机从伪随机序列码组中选择)，例如：索引扩频码C1＝[ρ3,ρ2,ρ4,ρ5]。
再将此索引扩频码按时间码生成的索引值，插入原始序列扩频码的第1到第2n个扩频码中，如：将C1插入A1中的第3个扩频码后面，扩频序列为D1＝[ρ1,ρ2,ρ4,ρ3,ρ2,ρ4,ρ5,ρ8]，位置信息POS1＝”011”(注意，位置信息从最小值1到最大值4)。
将POS位置信息进行复制,扩频,按索引插入，如上条件，如：A2＝[ρ3,ρ2,ρ4],C2＝[ρ7,ρ2,ρ4]；D2＝[ρ3,ρ7,ρ2,ρ4,ρ2,ρ4],POS2＝”01”；
如此迭代复制，扩频，按时间码生成的索引插入后，生成多个序列,最终的序列Di只有一个扩频码ρi，这个扩频码必然属于发送端和接收端共享的扩频序列组中的一个。
最后，将时间码的扩频序列T和数据扩频序列D组合，时间扩频序列T在数据扩频序列D前，如T,D1,D2，…,Di。所以发送端发送的最终的扩频序列是先发T，D1，D2，D3，…，Di，发送以上序列后，再发送N个随机扩频序列，这尾部序列作为之前Di的掩护序列存在。
在本公开实施例中，如图2所示，接收端接收到扩频序列后，先将所有数据储存起来，如：T，D1，D2，D3，…，Di，i+1个扩频序列。
首先取得T时间扩频码，使用时间扩频码进行自相关后得到，时间序列信息，使用和发射端相同的伪随机序列生成器得到插入索引POS，如：POSi＝3。
取得Di后，对ρi和扩频码组中的扩频码做相关,如：cor(ρi,ρ1),cor(ρi,ρ2),…,cor(ρi,ρ8),必然有一组可以的自相关门限会超过自相关阈值t,确认为Di的基带码值为1，此为Di-1中的Ci-1插入地址POSi-1。
通过POSi-1可知Di-1中插入复制扩频码Ci-1的位置，得到Ai-1,再通过Ai-1和Ci-1求得Di-1的基带码值，此值为Di-2的C-2插入地址POSi-2。
迭代求得D1中C1和A1的内容，通过C1和A1的相关性运算，最终求得原始基带码。如上例所述：D1＝[ρ1,ρ2,ρ4,ρ3,ρ2,ρ4,ρ5,ρ8]，C1＝[ρ3,ρ2,ρ4,ρ5]，POS1＝”011”，A1＝[ρ1,ρ2,ρ4,ρ8]。
本公开实施例所述收发双端同步生成扩频/解扩索引的直接扩频方法，使得设备的抗干扰和抗截获能力可以进一步加强，如图3所示为时间码截获率(对应时间码长度的增长关系)示意图；抗干扰能力随着数据用扩频码组的加大(时间码生成的随机地址范围变大)变小，其仿真结果如图4所示。
本公开实施例通过发送端和接收端时间同步，按照同步时间码生成一组地址序列作为扩频/解扩地址索引；使用同样的多个算法公式生成多组伪随机码序列组Mi＝{m1,m2,m3,…,mi}，发送端随机挑选码序列mi对数据进行扩频，再将使用的码序列mi的特点按地址索引插入发送的扩频序列中，接收端通过本地随机码种子公式的地址可以找到发送的扩频索引，再通过扩频索引从本地的伪随机码序列Mi＝{m1,m2,m3,…,mi}中挑选相应的码进行解扩。通过这种方式，使得设备的抗干扰和抗截获能力可以进一步加强。
Claims (5)
1.一种收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，其特征在于包括：
发射端和接收端双方时间同步，同步时间码生成一组地址序列作为扩频索引，具体为，所述发射端和接收端以同步的时间码作为伪随机码生成器的输入，生成一组随机数据作为扩频索引；
发射端和接收端使用一组包含有n个互相关性为1/M的扩频码对基带数据扩频后生成基础扩频序列；
发送端通过扩频索引对基础扩频序列进行数据洗牌后，生成数据传输扩频序列发送给接收端；
所述数据传输扩频序列的生成过程如下：发送端在进行扩频前，将原始基带数据复制一次，将复制后的数据称为复制数据；
发送端在进行扩频时，首先对原始基带数据随机选择不同的扩频码进行扩频；
然后对复制数据进行扩频，复制数据的扩频过程如下：
若原始基带数据和复制数据都为1，则复制数据选用和原始基带数据一样的扩频码进行扩频；
若原始基带数据和复制数据都为0，则复制数据选用和原始基带数据不一样的扩频码进行扩频；
原始基带数据的扩频序列和复制数据的扩频序列组成的扩频序列为原扩频序列D0；
将复制数据的扩频序列按时间码生成的地址索引值i1插入原始基带数据的扩频码的第1到第L扩频码中，生成扩频序列D1；位置信息记为POS1；
将位置信息POS1进行复制，扩频，按索引i2将后一个序列插入前一个序列，生成扩频序列D2；位置信息记为POS2；
将位置信息POS2进行复制，扩频，按索引i3将后一个序列插入前一个序列，生成扩频序列D3；
如此迭代以上过程，原扩频序列D0被洗牌，最终的扩频序列Dn的扩频码间的相关性为1/Mn；
最后，将时间码的扩频序列T和数据扩频序列D1～Dn组合，时间码的扩频序列T在数据扩频序列D1～Dn前；
所以发送端发送的数据传输扩频序列是先发T，再发D1～Dn，发送以上序列后，再发送若干随机扩频序列，尾部序列作为之前Dn的掩护序列；
接收端收到数据传输扩频序列后，通过同步时间码生成的发送端使用的扩频索引，对收到的数据传输扩频序列进行逆向数据洗牌，得到基础扩频序列后进行解扩。
2.根据权利要求1所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，其特征在于：所述发射端和接收端双方时间同步，发送端使用收发双端已知的单独扩频码CP，对发送端的时间扩频后生成时间扩频序列，附于数据传输扩频序列之前一起发送；接收端收到后对时间扩频序列解扩后得到时间码，达到接收端和发送端时间同步；
时间码作为输入生成的扩频索引l为一组随机数：l＝{i1,i2,i3，…,in}，其中任一元素in为1到L内的整数，其中L为基带数据帧的长度。
3.根据权利要求2所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，其特征在于：所述接收端和发送端时间同步后生成扩频索引，对数据传输扩频序列处理后的数据和基础扩频序列的自相关为1，但接收端和发送端时间异步生成扩频索引对数据传输扩频序列处理后的数据和基础扩频序列自相关为1/Mn，其中M为扩频码长度,n为一组可选用的扩频码的数量。
4.根据权利要求3所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，其特征在于，所述接收端接收到数据传输扩频序列后，先将所有数据储存起来；首先提取T时间码扩频序列，使用单独扩频码CP进行自相关后得到同步时间码；以此同步时间码作为输入，使用和发射端相同的本源多项式得到插入索引l＝{i1,i2,i3，…,in}；通过in对数据扩频序列Dn进行解析后得到数据扩频序列Dn-1，再使用插入索引in-1对数据扩频序列Dn-1进行解析得到数据扩频序列Dn-2，迭代解析，直到通过插入索引i1得到数据扩频序列D0，求得原始基带数据的扩频序列和复制数据的扩频序列，再通过原始基带数据的扩频序列和复制数据的扩频序列之间的相关性求得原始基带码。
5.根据权利要求4所述收发双端同步生成扩频索引的直接扩频方法，其特征在于：所述扩频索引以时间码的秒数0-59为序号，在下表中选择对应序号的本原多项式作为扩频索引的生成多项式：
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