多值伪随机序列生成方法及装置

摘要

本发明公开了一种多值伪随机序列生成方法及装置，主要解决现有扩频序列数量少、抗侦破能力不强、安全性不好的问题。其方法步骤包括：生成多条长度不同的伪随机序列；将伪随机序列扩展成相同长度后随机移位；移位后的序列对应位求和；将移位后的序列与求和后的扩展截取的序列分别做相关求和；从相关求和值中选出次旁瓣值最小的序列。其装置包括二元伪随机序列发生器、插零移位寄存器、求和器、相关器和选择器。本发明具有码族数量多、抗侦破能力强、安全性好的优点。

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及通信系统信号的扩频和解扩领域中的 多值伪随机序列生成方法及装置。本发明可用于扩频通信系统中发送端信号的扩频 和接收端信号的解扩，实现系统任意选址、增强抗干扰性及保密性。

背景技术

在扩频通信系统中，信号频谱的扩展是通过扩频序列实现的，扩频系统的性能 同扩频序列的性能有很大关系。在实际通信过程中，常用伪随机或伪噪声(PN)序 列作为扩频序列。扩频序列伪随机性的好坏决定了扩频通信系统的好坏，因此产生 一个更具伪随机性的扩频序列是扩频通信系统中一个重要的问题。

目前，扩频通信系统中最常用的是二元的伪随机序列，且应用最广泛的是m序 列。在我国国家标准IS-95CDMA系统中，其反向链路的扩频地址码是系统的关键 技术之一，扩频地址码的动态特性、码族大小及设计思路决定着整个系统通信质量 的好坏。CDMA IS-95国标系统中采用扩频序列为伪随机序列m序列的基本原理为： 发送端将语音数据通过伪随机码进行扩频，然后再进行高频调制送到发送天线发射 出去；接受端用伪随机码将接收到的信号解扩、解调后恢复出语音数据。该系统采 用m序列进行扩频和解扩，提高了系统的通信容量、通信的抗干扰能力及抗衰落能 力。但是，该系统中存在的不足之处是：由于m序列的数量有限，使得系统能选择 的用户地址码数量少，从而用户数量少。另外，由于m序列很容易被破译，使得系 统的安全性不强。

中兴通信股份有限公司提出的专利申请“扩频码生成方法及装置”(申请日：2009 年9月24，申请号：200910178413.8，公开号：101662309A)中公开了一种扩频码 的生成方法。该方法的实施步骤是：第一，生成扩频因子为512的扩频码序列矩阵； 第二，根据预先确定的扩频因子和扩频码序列号，得到用于检索扩频码序列矩阵的 索引号，第三，根据索引号对扩频码序列矩阵进行索引得到扩频码序列。该方法节 省了实时生成扩频码的时间，同时只利用一个扩频因子的扩频码序列矩阵来检索所 有的扩频码序列，节省了存储空间、减少了系统开销、加快了扩频速度。但是，该 方法的不足之处是：所产生的扩频码仍为二元扩频序列，其中的元素为1或-1，因 此在通信的过程中很容易被破译，抗侦破能力不强，系统的保密性、安全性不好。

发明的内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能产生伪随机特性更好的 多值伪随机序列的方法及装置，以解决二元序列的数量不足、抗侦破能力不强、安全 性不好的问题。

本发明实现多值伪随机序列的方法的具体步骤如下：

(1)利用移位寄存器产生不同长度的由+1和-1组成的二元伪随机序列；

(2)在每条伪随机序列的非零值后增加零值，得到长度均相同的插零二元伪随机 序列；

(3)序列移位

3a)任选扩展后一条序列保持不变，其余的序列均移动一位，得到一组移位后的 序列；

3b)在移位后的其余序列中任选一条序列移动一位，得到一组新的序列；

3c)重复步骤3b)，直到所有序列移动的位数小于等于步骤(2)中序列长度，得 到多个序列组；

(4)获得多值伪随机序列组

每一个序列组中的各条序列对应位上的值相加，得到多条多值序列；

(5)多值序列自相关运算

对多条多值序列的每一条多值序列进行自相关运算，得到由相关峰和旁瓣组成 的自相关序列；

(6)选取最优序列

比较所有自相关序列的次旁瓣大小，取次旁瓣数值最小的多值序列作为生成的 多值伪随机序列。

为了实现上述目的，本发明的装置包括多组中间器件、二元伪随机序列发生器 和选择器；二元伪随机序列发生器的输出端与各组中间器件中移位寄存器的输入端 相连；各组中间器件相关器的输出端与选择器的输入端相连；其中，

伪随机序列发生器，用于产生不同长度的伪随机序列；

选择器，用于对多值序列做选取最优序列的判断选择。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

第一，由于本发明是将多条伪随机序列扩展移位后合成的序列，克服了现有技 术中伪随机序列数量有限的问题，使得本发明具有扩频序列数量多，能实现系统任 意选址，增加系统用户数的优点。

第二，由于本发明是由多条伪随机序列相加合成的序列，因此生成的序列为多 值的扩频序列，克服了现有技术中二元扩频序列抗侦破能力不强而导致系统保密性、 安全性不好的问题，使得本发明具有抗侦破能力强，系统保密性、安全性高的优点。

附图说明

图1为本发明多值伪随机序列生成方法流程图；

图2为本发明多值伪随机序列生成装置方框图；

图3为本发明装置中相关器的方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

参照附图1，对本发明多值伪随机序列生成方法做进一步的描述，为了有助于理 解本发明，在以下的描述中用3条不同长度的伪随机序列生成长度为1024的多值伪 随机序列作为本发明的实施例。

步骤1，产生伪随机序列

利用移位寄存器产生不同长度的由+1和-1组成的二元伪随机序列，伪随机序列至 少为2条以上。本发明的实施例分别采用8级移位寄存器、6级移位寄存器及5级移位寄 存器产生长度为256、64、32的伪随机序列pn₁、pn₂、pn₃。

步骤2，扩展伪随机序列

在每条伪随机序列的非零值后增加零值，得到长度均相同的插零二元伪随机序 列。本发明的实施例在序列pn₁的每个非零值(1、-1)后增加3个0，得到长度为 1024的序列PN₁；在序列pn₂的每个非零值后增加15个0，得到长度为1024的序列 PN₂；在序列pn₃的每个非零值后增加31个0，得到长度为1024的序列PN₃。

步骤3，序列移位

3a)任选扩展后一条序列保持不变，其余的序列均移动一位，得到一组移位后的 序列；本发明的实施例将序列PN₁保持不变，序列PN₂、PN₃各循环移动一位，得到 移位后的一组序列PN₁′、PN₂′、PN₃′；

3b)在移位后的其余序列中任选一条序列移动一位，得到一组新的序列；本发明 的实施例将PN₂′保持不变，PN₃′向后移一位，得到一组新的移位后的序列；

3c)重复步骤3b)，直到所有序列移动的位数小于等于步骤(2)中序列长度，得 到多个序列组；本发明的实施例重复步骤3b)，直到PN₂、PN₃都移动1024位，每移 一次，得到一组新的移位后的序列，最终得到1024*1024组序列。

步骤4，获得多值伪随机序列组

每一个序列组中的各条序列对应位上的值相加，得到多条多值序列。本发明的 实施例将每一组序列中的3条序列相互对应位上的值相加，每一组序列得到一条长 为1024的多值伪随机序列，最终得到1024*1024条多值序列。

步骤5，多值序列自相关运算

对多条多值序列的每一条多值序列进行自相关运算，得到由相关峰和旁瓣组成 的自相关序列。本发明的实施例对1024*1024条多值序列中的每一条做自相关运算， 得到对应的由相关峰和旁瓣组成的自相关序列。

步骤6，选取最优序列

比较所有自相关序列的次旁瓣大小，取次旁瓣数值最小的多值序列作为生成的 多值伪随机序列。本发明的实施例比较所有自相关序列的次旁瓣大小，取次旁瓣数 值最小的多值序列作为生成的多值伪随机序列。

参照附图2，本发明的多值伪随机序列生成装置中，多路插零移位寄存器、一 路求和器、一路相关器构成一组中间器件。在每组中间器件中，各路插零移位寄存 器的输出端与相关器的输入端和求和器的输入端相连；求和器的输出端与相关器的 输入端相连。插零移位寄存器，用于对伪随机序列进行扩展及移位；求和器用于对 扩展移位后的序列对应位上的值进行相加求和；相关器用于获得多值序列的自相关 序列。

多组中间器件与二元伪随机序列发生器、选择器构成本发明的多值伪随机序列 生成装置，二元伪随机序列发生器的输出端与各组中间器件中的插零移位寄存器的 输入端相连；各组中间器件相关器的输出端与选择器的输入端相连。伪随机序列发 生器，用于产生不同长度的伪随机序列；选择器，用于对多值序列做选取最优序列 的判断选择。

参照附图3，本发明装置的相关器中的移位寄存器、求模运算器、求和器分别 通过信号传输线相连。本发明实施例中的移位寄存器采用线性反馈移位寄存器。移 位寄存器的输出端在所对应插零二元伪随机序列非零位置上与求模运算器的输入端 相连，求模运算器的输出端与求和器的输入端相连。移位寄存器用于对多值序列进 行移位；求模运算器对每一个输入完成数值求模运算；求和器用于序列求模后的值 做求和运算。