TWI508469B - Method and module for generating frequency hopping sequence for communication frequency hopping - Google Patents

Description

用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法與模組

本發明是有關於一種通訊領域的跳頻技術，特別是指一種跳頻序列產生方法與模組。

所謂的跳頻(Frequency-Hopping)技術，就是在發送端傳輸無線信號至接收端時，該無線信號的載波頻率(頻道)會在一頻帶範圍內不斷地跳變。

在無線區域網路中，若多個通訊裝置所使用的跳頻規則皆相同，同頻信號相撞的機率勢必會相當高。有一種避免同頻信號相撞的方式為預先設定通訊裝置所能使用的頻帶範圍，但這會使原有可使用的頻道數量減少，且較易受外界環境的干擾而降低通訊品質。

另一種方式為使各通訊裝置使用不同的跳頻序列。各通訊裝置所使用的跳頻順序的差異愈大，則同頻信號相撞的機率愈低，通訊品質愈佳。所以，如何為通訊裝置產生較佳的跳頻序列實為跳頻技術領域中一項重要的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法。

於是本發明用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法，適用於一通訊頻帶的N個通訊頻道，N≧2，並包含以下步驟：(a)藉由一亂數產生單元，根據一種子值，產生一包括M個數值的第一數值序列，其中M≧N；(b)藉由一交錯放置處理單元，根據一相關於該種子值的第一交錯限制長度，將該第一數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第二數值序列；及(c)藉由該交錯放置處理單元，根據一相關於該種子值的第二交錯限制長度，將該第二數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第三數值序列，並將該第三數值序列輸出作為一跳頻序列。

此外，本發明之另一目的，即在提供一種用於通訊跳頻的跳頻序列產生模組。

於是本發明用於通訊跳頻的跳頻序列產生模組，適用於一通訊頻帶的N個通訊頻道，N≧2，並包含一亂數產生單元及一交錯放置處理單元。

該亂數產生單元根據一種子值，產生一包括M個數值的第一數值序列，其中M≧N。

該交錯放置處理單元根據一相關於該種子值的第一交錯限制長度，將該第一數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第二數值序列，且根據一相關於該種子值的第二交錯限制長度，將該第二數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第三數值序列，並將該第三數值序列輸出作為一跳頻序列。

本發明之功效在於：根據種子值產生亂數的第一數值序列，接著，對第一數值序列進行交錯放置處理而產生第二數值序列，接著，再對第二數值序列進行交錯放置處理而產生第三數值序列，並輸出第三數值序列作為跳頻序列。

1‧‧‧跳頻序列產生模組

11‧‧‧亂數產生單元

111‧‧‧輸入子單元

112‧‧‧輸出子單元

113‧‧‧數值調整子單元

1131‧‧‧獨立位元

1132‧‧‧互斥或閘

1133‧‧‧路經切換閘

12‧‧‧交錯放置處理單元

13‧‧‧取樣單元

21~25‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明執行本發明用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法的模組；圖2是一電路圖，說明該模組的一亂數產生單元；圖3是一電路圖，說明該亂數產生單元的輸入子單元的數值為10101000，且輸出子單元的初始數值為00000101的情況；圖4是一電路圖，承圖3說明該亂數產生單元執行第一運算回合的情況；圖5是一電路圖，承圖3、圖4說明該亂數產生單元執行第六運算回合的情況；圖6是一流程圖，說明該用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法的步驟；及圖7是一示意圖，例示根據一長度為5的交錯限制長度對一數值序列進行交錯放置。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法是在圖1所示的跳頻序列產生模組1中執行。該跳頻序列產生模組1適用於一通訊頻帶的N個通訊頻道，N≧2，並包含一亂數產生單元11、一交錯放置處理單元12，及一取樣單元13。

該亂數產生單元11用於產生一包含多個數值的數值序列；該交錯放置處理單元12用於對該數值序列中的該等數值進行交錯放置(interleaving)。

在本實施例中，該亂數產生單元11是一八位元的虛擬亂數產生器(pseudo random number generator)，並根據一種子值(seed value)，利用一按位元互斥或(bitwise xor)運算及一按位元位移(bitwise shift)運算產生該數值序列。

參閱圖2，圖2說明該亂數產生單元11的一種硬體實現方式。該亂數產生單元11包括一八位元(位元零~七)的輸入子單元111、一八位元(位元零~七)的輸出子單元112，及一數值調整子單元113。

該數值調整子單元113具有一數值固定為1的獨立位元1131、八個互斥或閘(xor gate)1132，及八個路經切換閘1133。該數值調整子單元113根據該輸出子單元112的第七位元的數值，控制該等路經切換閘1133在一導通位置及一非導通位置之間切換，使得該等互斥或閘1132處於一對應該導通位置的導通狀態，或一對應該非導通位置的 非導通狀態。

其中，當該輸出子單元112的第七位元的數值為0時，該等路經切換閘1133位於該非導通位置，使得該等互斥或閘1132處於該非導通狀態，該數值調整子單元113依序將該輸出子單元112的第i位元的數值移至該輸出子單元112的第i+1位元，其中i從六遞減至零，且將該輸入子單元111的第零位元的數值移至該輸出子單元112的第零位元；當該輸出子單元112的第七位元的數值為1時，該等路經切換閘1133位於該導通位置，使得該等互斥或閘1132處於該導通狀態，該數值調整子單元113依序將該輸出子單元112的第i位元的數值與該輸入子單元111的第i+1位元的數值進行該按位元互斥或運算，並將運算結果儲存於該輸出子單元112的第i+1位元，其中i從六遞減至零，且將該輸入子單元111的第零位元的數值與該獨立位元1131的數值進行該按位元互斥或運算，並將運算結果儲存於該輸出子單元112的第零位元。

該亂數產生單元11依照以下方式產生序列長度為256的數值序列：首先，設定該輸入子單元111的數值為該種子值；接著，依序將0至255中的整數設定為該輸出子單元112的數值，且對於每一整數，該數值調整子單元113連續根據該輸出子單元112的第七位元的數值使該輸入子單元111、輸出子單元112及獨立位元1131進行該按位元互斥或運算或該按位元位移運算達八運算回合之後，輸出該輸出子單元112的數值作為對應該整數的該數值 序列中的一數值。

舉例來說，若以168為該種子值，所得到的對應0至255的數值序列為{0，169，251，82，95，246，164，13，190，...，148，198，111}。以下說明以168(以二元表示：10101000)為該種子值來計算整數5(以二元表示：00000101)所對應的該數值序列的數值，即246。參閱圖2至圖5，首先，如圖3所示，設定該輸入子單元111的數值為10101000，且設定該輸出子單元112的數值為00000101。

在第一運算回合，如圖4所示，因為該輸出子單元112的第七位元的數值為0，所以，該等路經切換閘1133位於該非導通位置，使得該等互斥或閘1132處於該非導通狀態，該數值調整子單元113進行該等按位元位移運算，而使得該輸出子單元112的數值為00001010。接著，類似於第一運算回合，在第二至五運算回合，該輸出子單元112的第七位元的數值為均為0，故在第二至五運算回合，該數值調整子單元113亦進行該等按位元位移運算，而使得在第五運算回合結束之後，該輸出子單元112的數值為10100000。

接著，在第六運算回合，如圖5所示，因為該輸出子單元112的第七位元的數值為1，所以，該等路經切換閘1133位於該導通位置，使得該等互斥或閘1132處於該導通狀態，且該數值調整子單元113進行該等按位元互斥或運算，而使得該輸出子單元112的數值為11101001。 最後，在第八回合結束之後，該輸出子單元112的數值為11110110，即246，故輸出246作為對應整數5的該數值序列中的一數值。

該亂數產生單元11也能用軟體的方式來實現，例如，對應上述八位元的亂數產生單元11的C程式為：

此外，值得一提的是，該亂數產生單元11的實現方式並不限於上述，也可以是利用該按位元互斥或運算及該按位元位移運算的其他虛擬亂數產生器的實現方式，例如，位元數為八以外的其他數值。

以下詳述本發明用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法的各個步驟。

參閱圖6，首先，在步驟21，藉由該亂數產生 單元11，根據該種子值，產生一包括M個數值的第一數值序列，其中M≧N，N為通訊頻道的數量。

在本實施例中，M等於256。承前述之例來說明，當該種子值為168時，該第一數值序列為上述的數值序列：{0，169，251，82，95，246，164，13，190，...，148，198，111}。

接著，在步驟22，藉由該交錯放置處理單元12，根據一相關於該種子值的第一交錯限制長度對該第一數值序列進行交錯放置，以將該第一數值序列中的該等數值重新排序並產生一包含該等數值的第二數值序列。

其中，該第一交錯限制長度為：(該種子值&第一參數)+第二參數，其中&為一按位元與(bitwise and)運算子。

參閱圖7，圖7例示以交錯限制長度為5對數值序列{0，1，2，...，13}進行交錯放置的結果。而在本實施例中，該第一參數為15，該第二參數為30。再承前述之例，當該種子值為168時，該第一交錯限制長度為：(168&15)+30=38。在對該第一數值序列進行交錯放置之後所產生的第二數值序列為：{0，167，231，43，103，192，86，169，14，...，212，146，91}。

接著，在步驟23，該取樣單元13判斷是否M大於頻道數量N，當判斷結果為是時進行步驟24，否則進行步驟25。

在步驟24，該取樣單元13對該第二數值序列進 行取樣，也就是將該第二數值序列中大於N-1的數值從該第二數值序列中除去，以更新該第二數值序列中的數值數量為N，且其中的每一數值均為0至N-1的其中一者。

再承前述之例，若N等於50，對該第二數值序列{0，167，231，43，103，192，86，169，14，...，212，146，91}進行取樣的結果為：{0，43，14，28，10，20，38，4，30，...，9，17，47}。

最後，在步驟25，藉由該交錯放置處理單元12，根據一相關於該種子值的第二交錯限制長度，將該第二數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第三數值序列，並將該第三數值序列輸出作為一跳頻序列。

其中，該交錯放置處理單元12依照以下方式來決定該第二交錯限制長度：當該種子值為一奇數時，該第二交錯限制長度為一預定的第一長度，而當該種子值為一偶數時，該第二交錯限制長度為一預定的第二長度，其中，較佳地，該第一長度為12且該第二長度為5。

再承前述之例，該種子值等於168，為偶數，故該第二交錯限制長度為5，而該第二數值序列{0，43，14，28，10，20，38，4，30，...，9，17，47}，根據該第二交錯限制長度進行交錯放置之後產生的第三數值序列為{0，20，13，7，26，16，36，41，22，...，8，34，47}，亦為輸出之跳頻序列。

特別地，該種子值可為0至255其中一者，所 以該跳頻序列產生模組1及方法可產生256個不同的跳頻序列。為了驗證該等跳頻序列之間有很高的差異性，本發明之發明人針對序列長度分別是256、200、150、100，及50的情況進行分析，分析256個不同的跳頻序列其中的任兩個跳頻序列，在任意序列位置交互比對之下，具有相同連續數值(相同片段)的數目多寡。

舉例來說，當序列長度為256，該種子值的數值分別是10及20時，所產生的二跳頻序列分別為{...，15，35，60，50 ，11，...，70，80，90，100，...}及{...，22，30，80，9，18，...，110，35，60，50 ，33，...}，其中該二跳頻序列表在不同的位置具有相同的三個連續數值，即35、60、50。以實際應用來看，表示兩跳頻序列的相同片段若撞在一起，就會造成訊息損失。

參閱以下的表一至表五，表一至表五說明了序列長度分別為256、200、150、100，及50時，256個不同的跳頻序列其中的任兩個跳頻序列，在任意序列位置交互比對之下，具有相同連續數值(相同片段)的數目多寡。其中，可觀察到，隨著序列長度變小，因為序列中數值的排列方式變少，所以相同片段數目會變多；然而，在上述各個序列長度之下，幾乎不會產生連續5個數值相同的片段，這表示256個不同的跳頻序列其中的任兩個跳頻序列均有相當高的差異，產生同頻相撞的機率相當低。

綜上所述，本發明用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法與模組，根據種子值產生亂數的第一數值序列，接著，對第一數值序列進行交錯放置處理而產生第二數值序列，再根據頻道數量對第二數值序列進行取樣，最後，對取樣後的第二數值序列再進行交錯放置處理而產生第三數值序列，並輸出第三數值序列作為跳頻序列，如此，根據不同種子值所產生的不同跳頻序列之間會產生同頻相撞的機率相當低，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21~25‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法，適用於一通訊頻帶的N個通訊頻道，N≧2，並包含以下步驟：(a)藉由一亂數產生單元，根據一種子值，產生一包括M個數值的第一數值序列，其中M≧N；(b)藉由一交錯放置處理單元，根據一相關於該種子值的第一交錯限制長度，將該第一數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第二數值序列，其中該第二數值序列中的每一數值均為0至M-1的其中一者；(c)當M>N時，藉由一取樣單元，將該第二數值序列中大於N-1的數值從該第二數值序列中除去，以更新該第二數值序列中的數值數量為N，且其中的每一數值均為0至N-1的其中一者；及(d)藉由該交錯放置處理單元，根據一相關於該種子值的第二交錯限制長度，將該第二數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第三數值序列，並將該第三數值序列輸出作為一跳頻序列。
2. 如請求項1所述的用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法，其中，在步驟(a)，該亂數產生單元根據該種子值，還利用一按位元互斥或運算及一按位元位移運算產生該第一數值序列，且M為2的冪次方。
3. 如請求項2所述的用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法，其中，在步驟(b)，該第一交錯限制長度等於：(該種子 值&第一參數)+第二參數，其中&為一按位元與運算子。
4. 如請求項3所述的用於通訊跳頻的跳頻序列產生方法，其中，在步驟(d)，是依照以下方式來決定該第二交錯限制長度：當該種子值為一奇數時，該第二交錯限制長度為一預定的第一長度；及當該種子值為一偶數時，該第二交錯限制長度為一預定的第二長度。
5. 一種用於通訊跳頻的跳頻序列產生模組，適用於一通訊頻帶的N個通訊頻道，N≧2，並包含：一取樣單元；一亂數產生單元，根據一種子值，產生一包括M個數值的第一數值序列，其中M≧N；及一交錯放置處理單元，根據一相關於該種子值的第一交錯限制長度，將該第一數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第二數值序列，其中該第二數值序列中的每一數值均為0至M-1的其中一者，且根據一相關於該種子值的第二交錯限制長度，將該第二數值序列中的該等數值重新排序以產生一包含該等數值的第三數值序列，並將該第三數值序列輸出作為一跳頻序列；其中，在產生該第二數值序列之後且產生該第三數值序列之前，當M>N時，藉由該取樣單元，將該第二數值序列中大於N-1的數值從該第二數值序列中除去， 以更新該第二數值序列中的數值數量為N，且其中的每一數值均為0至N-1的其中一者。
6. 如請求項5所述的用於通訊跳頻的跳頻序列產生模組，其中，該亂數產生單元根據該種子值，還利用一按位元互斥或運算及一按位元位移運算產生該第一數值序列，且M為2的冪次方。
7. 如請求項6所述的用於通訊跳頻的跳頻序列產生模組，其中，該第一交錯限制長度等於：(該種子值&第一參數)+第二參數，其中&為一按位元與運算子。
8. 如請求項7所述的用於通訊跳頻的跳頻序列產生模組，其中，該交錯放置處理單元依照以下方式來決定該第二交錯限制長度：當該種子值為一奇數時，該第二交錯限制長度為一預定的第一長度；及當該種子值為一偶數時，該第二交錯限制長度為一預定的第二長度。