CN116980067A - 扩频代码生成方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了扩频代码生成方法，涉及通信技术领域，能够在CIR采集期间减少符号间干扰。该方法包括：确定每组的符号数量；确定发送机处的重复代码的数量和零代码的数量；对于第G_i组，将前Ntr个CTS扩频码分配为安全代码C_i，将最后Ntz个CTS扩频码分配为0，其中i是组索引；确定接收机处的零码的数量；对于G_i组，在处理前将发送机CTS扩频码的前Nrz个码设置为0。

Description

扩频代码生成方法

技术领域

本申请实施例涉及通信技术领域，尤其涉及扩频代码生成方法。

背景技术

近年来，超宽带(Ultra-Wideband，UWB)技术已成为低功耗和高精度定位的流行商业选择。信道脉冲响应(Channel impulse response，CIR)可用于确定目标的范围，因此它的捕获是UWB通信和测距中的关键部分。为了获取CIR，通常会先传输一系列先验前导符号，该符号由精心构造的{-1,0,1}三元码组成。然后，使用接收信号与已知传输序列的相关性在接收器处获取CIR，以通过获得相关峰值来确定测距时间戳。

在UWB通信系统中，例如窄带辅助UWB(NBA-UWB)通信系统中，可以通过向前导符号添加另一层扩频码序列来实现附加的安全特征。HRP UWB标准(如IEEE 802.15.4)中的原始实现可以被视为此添加层的特殊情况，即：在SYNC部分中使用全一代码，在802.15.4a SFD中使用给定的三元代码和在802.15.4z HRP-ERDEV SFD中使用给定的二进制的代码。全一码可以保留原始前导符号的良好相关性，但随机三元或二进制码将由于符号间干扰而破坏前导符号的相关性。这导致CIR估计准确度差，从而恶化测距结果。因此，必须仔细设计此添加层的码字，以保留原始前导码的相关属性。

在现有的IEEE UWB标准中，即IEEE 802.15.4a/z，在SYNC部分使用全一代码，在SFD部分使用给定的三元/二进制代码。在IEEE 802.15.4z中，名为STS序列的安全序列使用确定性随机比特序列，并附加在SHR之后。

虽然全一码保留了前导码的良好相关性，但由于其周期性和可预测性，它很容易受到攻击。给定码本中的三元/二进制代码提供了有限的随机性，因此也容易受到攻击。像STS这样的确定性随机二进制序列提供了很好的安全措施，但由于符号间干扰，相关性较差。

发明内容

本申请实施例提供了扩频代码生成方法，能够在CIR采集期间减少符号间干扰。为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：

本申请实施例提供了一种扩频代码生成方法，该方法包括：确定每组的符号数量；确定发送机处的重复代码的数量和零代码的数量；对于第G_i组，将前Ntr个CTS扩频码分配为安全代码C_i，将最后Ntz个CTS扩频码分配为0，其中i是组索引；确定接收机处的零码的数量；对于G_i组，在处理前将发送机CTS扩频码的前Nrz个码设置为0。

在本申请中，提出了一种特殊的UWB通信系统扩频码设计。在初始通信链路建立后，UWB CIR训练序列(CIR training sequence，CTS)通过使用确定性随机扩频码扩展的三元前导符号序列进行传输。然而，全随机扩频码破坏了三元前导码的相关特性，并在测距中导致更大的不确定性。通过分组使用低复杂度重复码(可选保护符号)应用于随机扩频码，可以在CIR采集期间大大减少符号间干扰。因此，特别设计的扩频代码使我们能够以高安全性和低实现成本实现高测距精度。

本申请是一种发射序列上的低复杂度编码方案，可以很容易地与现有硬件集成。

本申请包括在分组基础上将重复码应用于给定的随机扩频序列。此外，保护符号可以在发送机或接收机上基于分组使用。

在一种可能的实现方式中，所述发送机处的重复代码的数量小于或等于所述每组的符号数量的数量。

在一种可能的实现方式中，所述接收机处的零码的数量小于或等于所述每组的符号数量的数量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本申请实施例的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例提供的一种扩频代码生成方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种CTS扩频码获取的CIR；

图3为本申请实施例提供的另一种CTS扩频码获取的CIR；

图4为本申请实施例提供的又一种CTS扩频码获取的CIR；

图5为本申请实施例提供的又一种CTS扩频码获取的CIR。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请实施例保护的范围。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本申请实施例的说明书以及附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，或者用于区别对同一对象的不同处理，而不是用于描述对象的特定顺序。

此外，本申请实施例的描述中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选的还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选的还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

需要说明的是，本申请实施例的描述中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。

请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种扩频代码生成方法。该扩频代码生成方法可应用于广泛的IR-UWB通信训练序列设计。如图1所示，该扩频代码生成方法可以包括：

S101、确定每组的符号数量。

其中，每组的符号数量可以用Ngroup表示，即确定Ngroup。

S102、确定发送机处的重复代码的数量和零代码的数量。

其中，发送机处的重复代码的数量Ntr<＝Ngroup，零代码Ntz的数量＝Ngroup-Ntr。

S103、对于第G_i组，将前Ntr个CTS扩频码分配为安全代码，将最后Ntz个CTS扩频码分配为0。

其中，i是组索引。安全代码可以用C_i表示。

S104、确定接收机处的零码的数量。

其中，接收机处的零码可以用Nrz表示。零代码Nrz<＝Ngroup的数量

S105、对于G_i组，在处理前将发送机CTS扩频码的前Nrz个码设置为0。

具体的，扩频代码生成流程包括：

1.确定Ngroup，即每组的符号数量。

2.确定发送机处的重复代码Ntr<＝Ngroup和零代码Ntz＝Ngroup-Ntr的数量。

3.对于第G_i组，将前Ntr个CTS扩频码分配为安全代码C_i，将最后Ntz个CTS扩频码分配为0，其中i是组索引。

4.确定接收机处的零码Nrz<＝Ngroup的数量。

5.对于G_i组，在处理前将发送机CTS扩频码的前Nrz个码设置为0。

在UWB通信中，在分组基础上使用重复代码来保留相关属性，并抑制训练序列中的符号间干扰(Inter-symbol interference，ISI)。组内使用的前导码必须相同，但组之间可能有所不同。

在UWB通信中，在重复码之前或之后使用保护符号来抑制训练序列中连续组之间的ISI。

表1为不同扩频码设计表，显示了所提出的扩频码设计的两个示例和IEEE802.15.4标准中使用的现有扩频码设计。

全随机码用于STS代码，而全一码用于SYNC部分。所提出的设计是两者的结合体，其中扩频码以Ngroup为单位被分成若干组，每组都由相同的安全码(例如AES码)重复组成。

在示例方案1中，每组重复代码后跟代码0。0代码用作组之间的保护符号。

在示例方案2中，0仅应用在接收器的第一个符号上，而在发射器上没有插入保护符号，这与组级的循环前缀类似。

因此，所提出的代码通过采用AES生成的确定性随机码来保留安全特性，同时通过在每一小组内采用全一码并将组与保护符号分离，保留了精心设计的三元前导码的良好相关性特性。

表1

图2、图3、图4和图5，仿真并展示了使用4种不同扩频码获取的CIR。其中，

图2为全随机CTS扩频码CIR(CIR plot of all-random CTS spreading code)，即使用全随机CTS扩频码获取的CIR。

图3为全一CTS扩频码CIR(CIR plot of all-one CTS spreading code)，即使用全一CTS扩频码获取的CIR。

图4为提案方案1的CIR(CIR plot of the proposed code scheme v1(Ngroup＝4))，即使用提案方案1的扩频码获取的CIR。

图5为提案方案2的CIR(CIR plot of the proposed code scheme v2(Ngroup＝4))，即使用提案方案2的扩频码获取的CIR。

通过图2、图3、图4和图5可以看出，在Ngroup＝4下仿真所提出的代码，并在整个过程中使用相同的前导码。信号通过AWGN信道传输。索引256处的峰值是所需的信号峰值位置。理想情况下，真信号峰值和噪声峰值之间的功率差越大越好，以避免测距期间的误检。通过仿真结果可以观察到，在全随机扩频码的情况下，峰值功率差仅在20.3dB左右。使用所提出的特殊扩频码方案1，峰值功率差增强到31.5dB左右，这也接近理想的全一码36.3dB。随着N组的增加，峰值功率差将增加，接近理想的全一码，但也会带来安全方面的妥协。通过调整Ngroup，可以根据需求在测距性能和安全性之间实现权衡和平衡。通过使用所提出的特殊扩频码方案2，峰值功率差进一步增强到43.5dB左右。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，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。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

上述功能如果以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，本申请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)执行本申请各个实施例上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(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种扩频代码生成方法，其特征在于，包括：

确定每组的符号数量；

确定发送机处的重复代码的数量和零代码的数量；

对于第G_i组，将前Ntr个信道脉冲响应训练序列CTS扩频码分配为安全代码，将最后Ntz个CTS扩频码分配为0，其中i是组索引；

确定接收机处的零码的数量；

对于G_i组，在处理前将发送机CTS扩频码的前Nrz个码设置为0。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送机处的重复代码的数量小于或等于所述每组的符号数量的数量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述接收机处的零码的数量小于或等于所述每组的符号数量的数量。