專利名稱：快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴頻通信系統(tǒng)，尤其涉及一種對信號進行直序擴頻的產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法。
偽隨機碼在擴頻系統(tǒng)或碼分多址系統(tǒng)中起到十分重要的作用。這是因為在通信理論中，信息傳輸中各種信號之間的差別性越大越好，這樣任意兩個信號不容易混淆。所以，理想的傳輸信息的信號形式應是類似于白噪聲的隨機信號，因為取任何時間上不同的兩段噪聲來比較都不會完全相似，若用它們代表兩種信號，其差別性最大。由于在工程中真正的隨機信號是不能重復再現(xiàn)和產(chǎn)生的，所能做到的就是產(chǎn)生一種具有近似隨機信號性能的周期性信號，也就是我們這里所說的偽隨機碼(PN)序列。
偽隨機碼(PN)發(fā)生器常用于在直序擴頻通信系統(tǒng)中對數(shù)字信號進行寬帶擴頻，例如在碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)中，PN序列通常是用線性移位寄存器(LSSR)來產(chǎn)生。
線性移位寄存器是由N階移位寄存器和一些生成PN序列所需的異或門組成的。這些異或門的位置由PN序列的生成多項式?jīng)Q定的。對于長度為N的偽隨機碼發(fā)生器來說，總共有2N-1-1個生成多項式，大約有10％的能生成最大長度的碼序列。最大長度的碼序列的長度為2N-1。通常，最長線性移位寄存器序列又被簡稱為m序列。
由于在很多實際應用中，長度為2N-1的PN序列只有很少的因子并含有很多的素數(shù)，這使得在以比PN碼片速率低的處理速率的系統(tǒng)中很難實現(xiàn)同步，從而使得在接收端的解碼復雜性大大增加。因此，在PN序列發(fā)生器中，常常將N-1個連‘0’增長為N個連‘0’，使得該PN序列的周期加長為2N。在CDMA通信系統(tǒng)中，我們常采用周期為215的m序列作為PN導頻序列。
在現(xiàn)有的關(guān)于PN序列的發(fā)生器中，已有人利用對移位寄存器各級狀態(tài)進行掩碼的方法得到所要求的滑動了相位數(shù)的PN序列，如夸爾柯姆股份有限公司申請的名稱為“具有快速位移調(diào)整、長度為2的冪的偽噪聲序列發(fā)生器”、專利號為CN93103556的中國發(fā)明專利，該專利只是給出了一個得到PN序列的裝置，沒有具體給出如何利用掩碼和相位差之間的關(guān)系去快速滑動相位以得到我們所需相位差的掩碼。。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種利用掩碼和相位差之間的關(guān)系通過實時計算而實現(xiàn)快速相位滑動的偽隨機碼序列的方法。
本發(fā)明的目的可以通過采取如下的技術(shù)措施來實現(xiàn)設(shè)計一種快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法，該方法包括如下步驟a.分別構(gòu)造利用遞歸算法獲取偽隨機碼序列的發(fā)生器一和利用掩碼方式獲取偽隨機碼序列的發(fā)生器二；b.利用發(fā)生器一和發(fā)生器二產(chǎn)生基站的偽隨機碼序列PN基以及PN基序列每一個相位差與掩碼值的對應關(guān)系；c.利用發(fā)生器一產(chǎn)生本地站的偽隨機碼序列PN本地；d.比較PN本地和PN基系列，得到本地站與基站偽隨機碼序列的相位差Δ；e.根據(jù)d步所求得的相位差Δ以及b步所得到的相位差與掩碼值的對應關(guān)系實時計算出如果要獲得與基站同步的偽隨機碼系列，其對應的掩碼值YM本地；f.利用e步求得的掩碼YM本地和發(fā)生器二進行快速相位滑動，即快速調(diào)整本地站的偽隨機碼序列PN本地的相位，最后獲得與基站同步的偽隨機碼序列PN本地。
附圖的圖面說明如下

圖1是利用遞歸算法產(chǎn)生偽隨機序列的發(fā)生器一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是利用掩碼的方式產(chǎn)生偽隨機序列發(fā)生器二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明快速產(chǎn)生與基站同相位的偽隨機序列的方法流程圖；圖4根據(jù)已知相位差求所對應的掩碼值的流程圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施例作進一步詳細說明。
二進制的m序列是一種偽隨機序列，有著優(yōu)良的自相關(guān)特性，所以在CDMA通信系統(tǒng)中，為了保證I(同相系列)、Q(正交系列)信道的正交性，都使用了周期為2N的m序列作為地址碼，對用戶數(shù)據(jù)進行四相(I，I；Q，Q)擴展，同時我們又稱這樣的m序列為引導偽隨機碼序列，它的作用是給不同的基站發(fā)出的信號賦予不同的特征，便于移動臺識別所需的基站。引導偽隨機碼序列有兩個1支路偽隨機碼序列和Q支路偽隨機碼序列。它們都是由15級移位寄存器構(gòu)成的m序列，在序列出現(xiàn)14個‘0’的游程變成15個‘0’的游程，從而使m序列的周期長度為215(32768)。
級數(shù)為N，長度為2N-1的m序列發(fā)生器的反饋系數(shù)的關(guān)系是由特征多項式來表示的。由于對于一定移位寄存器級數(shù)，可產(chǎn)生同樣周期的多個m序列，但是作為地址碼應用，希望互相關(guān)函數(shù)值越小越好，所以在CDMA通信系統(tǒng)中分別對I路和Q路數(shù)據(jù)擴頻時所采用的兩種m序列的特征多項式為對I路數(shù)據(jù)擴頻所采用的m序列的特征多項式為PI(x)＝x15＋x13＋x9＋x8＋x7＋x5＋1對Q路數(shù)據(jù)擴頻所采用的m序列的特征多項式為
PQ(x)＝x15＋x12＋x11＋x10＋x6＋x5＋＋x4＋x3＋1根據(jù)它們的特征多項式，可以有兩種生成m序列的方法，這里，我們以I路數(shù)據(jù)擴頻采用的m序列多項式作為實施例進行說明。一種沒有采用掩碼的方式，而是根據(jù)特征多項式生成一個遞歸表達式，用遞歸的方法生成m序列。對應于PI(x)的遞歸表示式如下所示i(n)＝i(n－15)i(n－10)i(n－8)i(n－7)i(n－6)i(n－2)所對應的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該PN序列形成電路10由一組移位寄存器121-1215和一個異或門11構(gòu)成，其中12K的輸出端連到12L＋1的輸入端(K＜15)，并且從寄存器122、126、127、128、1210、1215抽頭出來進行模二加，然后將模二加的結(jié)果作為反饋輸入到寄存器121中去。而從寄存器1215中輸出的碼序列就是m序列。
由圖1可以看出，用這種方法產(chǎn)生的m序列的相位是直接由15個寄存器中的初始值決定的。例如相位為‘1’時，就先將15個寄存器全部置‘0’，并設(shè)異或輸出為‘1’，進行一次反饋移位寄存操作所得到的15個寄存器的值作為初始值。同樣的，相位為‘k’的m序列，就進行‘k’次反饋移位寄存操作，并將所得的值作為寄存器的初始值就可以了。
另外一種生成m序列的方法采用了有掩碼方式，電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可以看出，該m序列形成電路20由一組移位寄存器221-2215、異或門211-215、一組與門231-2315以及一個異或門24聯(lián)結(jié)而成，異或門211-215的位置由m序列的生成多項式PI(x)來決定。并且用每個移位寄存器的輸出和15-bit掩碼28在與門231-2315按位相與，15-bit掩碼28是由總線提供的，最后再將相與后的結(jié)果進行模二加運算24，從而得到m序列26，這里，掩碼28就是用來調(diào)整m序列的相位，不同掩碼對應著不同相位，總共有215-1個相位。
上述兩種生成m序列的電路結(jié)構(gòu)(圖1和圖2)均為現(xiàn)有技術(shù)。
由上述第二種生成m序列的方法可知，可以通過設(shè)置圖2中的掩碼值來達到快速進行相位滑動的目的。因此，在CDMA通信系統(tǒng)中進行小區(qū)搜索和多徑搜索的時候，如果已經(jīng)得到在一定掩碼時的導頻序列的相位與基站的相位差時，就能夠根據(jù)該相位差快速的調(diào)整PN導頻序列的相位，以獲得和基站發(fā)出的導頻序列相位相同的PN導頻序列。本發(fā)明也正是利用這兩種求m序列的方法，在它們的寄存器的初始值都相等的條件下，找到不同掩碼時兩個m序列的相位差之間的關(guān)系，并用實時計算的方法從當前所得到的相位差推算出與基站同步的m序列的掩碼，從而快速的進行相位滑動，獲得與基站的同步。
由相位差得到相應的掩碼差值的方法有兩種查表法和推算法。
查表法先將所有32767個相位對應的掩碼值存儲在一個表中，在進行快速PN導頻序列滑動時就可以根據(jù)所得到的相位從表中查找到相對應的掩碼值，并由該掩碼產(chǎn)生和基站同步的PN導頻序列，完成快速相位滑動，在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)和基站的同步。但這種方法所占用的硬件資源巨大。
推算法是由相位差和其所對應的掩碼值的關(guān)系找出一個對應的表達式，在得到相位差后根據(jù)表達式去計算出對應的掩碼值，從而實現(xiàn)快速調(diào)整PN導頻序列的相位，這即是我們在本發(fā)明中所采用的方法。但是直接從相位和其所對應的掩碼值找出這樣一個表達式是非常困難的。通過快速滑動相位獲得與基站同步的偽隨機碼序列的流程如圖3所示。首先由小區(qū)搜索得到基站的相位(如步驟31)，然后計算如果要得到與基站同步的偽隨機碼序列所需要的掩碼(如步驟32)，并根據(jù)計算得到的掩碼值去快速調(diào)整本地m序列相位(如步驟33)，最后獲得與基站同步的PN導頻序列(如步驟34)。
步驟32是本發(fā)明的關(guān)鍵，本發(fā)明采取了一種分段的方法來計算所需的掩碼值。根據(jù)已知相位差和相位求所對應的掩碼值的流程如圖4所示。首先，先根據(jù)遞歸方式(如運行發(fā)生器一10)和掩碼方式(運行發(fā)生器二20)求出每個不同掩碼所對應的相位(如步驟41)，找出相位差為一定值時所對應的掩碼的關(guān)系(如步驟42)，它們的關(guān)系如下所示設(shè)相位為Δ時所對應的掩碼值為δ，則有如下的關(guān)系1、如果δ和特征多項式系數(shù)相與后的‘1’的個數(shù)為偶數(shù)的時候，則相位為Δ＋n時的所對應的掩碼值就為2nδ。2、如果δ和特征多項式系數(shù)相與后的‘1’的個數(shù)為奇數(shù)的時候，則相位為Δ＋n時所對應的掩碼值就為2nδ±1。
在得到上面的關(guān)系后，就可以將32767個相位分成M段(M的取值范圍較寬，可在5～3000之間)，存儲M個掩碼值和所對應的相位間的關(guān)系，也即是將每段起始點的掩碼值所和對應的相位存儲起來(如步驟43)，判斷已經(jīng)得到的相位在哪一段范圍內(nèi)(如步驟44)，并將對應于該段而存儲的掩碼值讀出(如步驟45)，并根據(jù)步驟42所找到的相位差為一定值時和所對應掩碼間的關(guān)系式依次計算出下一個所求相位對應的掩碼，直至相位為我們所要求的相位為止(如步驟46)，最后就根據(jù)所得的掩碼值去調(diào)整本地m序列的相位(如步驟33)。
對上述過程歸納如下一種快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法，該方法包括如下步驟；a.分別構(gòu)造利用遞歸算法獲取偽隨機碼序列的發(fā)生器一10和利用掩碼方式獲取偽隨機碼序列的發(fā)生器二20；b.利用發(fā)生器一10產(chǎn)生基站的偽隨機碼序列PN基；c.利用發(fā)生器一10產(chǎn)生本地站的偽隨機碼序列PN本地；d.比較PN本地和PN基系列，得到本地站與基站偽隨機碼序列的相位差Δ；e.根據(jù)d步所求得的相位差Δ實時計算出如果要獲得與基站同步的偽隨機碼系列，其對應的掩碼值YM本地；f.利用e步求得的掩碼YM本地和發(fā)生器二20進行快速相位滑動，即快速調(diào)整本地站的偽隨機碼序列PN本地的相位，最后獲得與基站同步的偽隨機碼序列PN本地。
其中，e步所述的實時計算出如果要獲得與基站同步的偽隨機碼系列，其對應的掩碼值YM本地包括如下步驟a.利用發(fā)生器二20求出對應于每一個相位差的掩碼值b.找出相鄰相位差與對應掩碼值的關(guān)系；c.將所有相位差分成M段，并把每段的起始掩碼值存儲起來；d.找出已知相位差Δ應歸于M段中的哪一段；e.讀出相位差Δ所在段起始點對應的掩碼值；f.根據(jù)相鄰相位差和掩碼對應關(guān)系遞推算出已知相位差Δ所對應的掩碼值YM本地。
而b步所述找出相鄰相位差與對應掩碼值的關(guān)系包括如下步驟設(shè)相位差為Δ時所對應的掩碼值為δ，則有如下關(guān)系如果δ和構(gòu)造偽隨機碼序列發(fā)生器時所使用的特征多項式的系數(shù)相與后‘1’的個數(shù)為偶數(shù)時，則相位為Δ＋n時所對應的掩碼值為2nδ；如果δ和構(gòu)造偽隨機碼序列發(fā)生器時所使用的特征多項式的系數(shù)相與后‘1’的個數(shù)為奇數(shù)時，則相位為Δ＋n時所對應的掩碼值就為2nδ±1。這里n的取值可以是1、2或3.
同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法具有如下優(yōu)點在節(jié)省了大量的硬件資源的前提下，能夠在擴頻通信系統(tǒng)中根據(jù)小區(qū)搜索所獲得的相位差，對偽隨機碼序列進行快速的相位滑動，從而產(chǎn)生一個與基站相位同步的偽隨機碼序列。
權(quán)利要求
1.一種快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法，其特征在于該方法包括如下步驟a.分別構(gòu)造利用遞歸算法獲取偽隨機碼序列的發(fā)生器一(10)和利用掩碼方式獲取偽隨機碼序列的發(fā)生器二(20)；b.利用發(fā)生器一(10)產(chǎn)生基站的偽隨機碼序列PN基；c.利用發(fā)生器一(10)產(chǎn)生本地站的偽隨機碼序列PN本地；d.比較PN本地和PN基系列，得到本地站與基站偽隨機碼序列的相位差Δ；e.根據(jù)d步所求得的相位差Δ實時計算出如果要獲得與基站同步的偽隨機碼系列，其對應的掩碼值YM本地；f.利用e步求得的掩碼YM本地和發(fā)生器二(20)進行快速相位滑動，即快速調(diào)整本地站的偽隨機碼序列PN本地的相位，最后獲得與基站同步的偽隨機碼序列PN本地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法，其特征在于所述利用遞歸算法獲取偽隨機碼序列的發(fā)生器一(10)包括一組移位寄存器121-1215和一個異或門11，其中12K的輸出端連到12K＋1的輸入端(K＜15)，并且從寄存器122、126、127、128、1210、1215抽頭出來進行模二加，然后將模二加的結(jié)果作為反饋輸入到寄存器121中去，而從寄存器1215中輸出的碼序列就是m序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法，其特征在于所述利用掩碼方式獲取偽隨機碼序列的發(fā)生器二(20)用于調(diào)整m序列的相位，它包括一組移位寄存器221-2215、異或門211-212、一組與門231-2315以及一個異或門24，異或門211-215的位置由m序列的生成多項式來決定。并且用每個移位寄存器的輸出和掩碼28在與門231-2315按位相與，掩碼28由總線提供，最后再將相與后的結(jié)果進行模二加運算24，從而得到m序列26。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法，其特征在于e步所述的實時計算出如果要獲得與基站同步的偽隨機碼系列，其對應的掩碼值YM本地包括如下步驟a.利用發(fā)生器二(20)求出對應于每一個相位差的掩碼值b.找出相鄰相位差與對應掩碼值的關(guān)系；c.將所有相位差分成M段，并把每段的起始掩碼值存儲起來；d.找出已知相位差Δ應歸于M段中的哪一段；e.讀出相位差Δ所在段起始點對應的掩碼值；f.根據(jù)相鄰相位差和掩碼對應關(guān)系遞推算出已知相位差Δ所對應的掩碼值YM本地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法，其特征在于b步所述的找出相鄰相位差與對應掩碼值的關(guān)系包括如下步驟設(shè)相位差為Δ時所對應的掩碼值為δ，則有如下關(guān)系如果δ和構(gòu)造偽隨機碼序列發(fā)生器時所使用的特征多項式的系數(shù)相與后‘1’的個數(shù)為偶數(shù)時，則相位為Δ＋n時所對應的掩碼值為2nδ；如果δ和構(gòu)造偽隨機碼序列發(fā)生器時所使用的特征多項式的系數(shù)相與后‘1’的個數(shù)為奇數(shù)時，則相位為Δ＋n時所對應的掩碼值就為2nδ±1；這里n的取值可以是1、2或3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法，其特征在于c步所述M的取值范圍為M＝5～3000。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在直序擴頻通信系統(tǒng)中快速產(chǎn)生與基站相位同步的偽隨機碼序列的方法,該方法通過實時計算找出本地站與基站相位差和其所對應的掩碼值的關(guān)系表達式,在得到相位差后根據(jù)表所述達式去計算出與基站同步所對應的掩碼值,然后根據(jù)所獲得的掩碼值進行快速相位滑動,調(diào)整PN導頻序列,從而實現(xiàn)與基站同步。使用本發(fā)明方法可節(jié)省大量的硬件資源,是一種經(jīng)濟而又高效的方法。
文檔編號H04J13/02GK1328389SQ0110769
公開日2001年12月26日 申請日期2001年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月29日
發(fā)明者肖俊民 申請人:深圳市中興集成電路設(shè)計有限責任公司