一種時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法，其步驟為：(1)計算擴頻長碼一個周期碼元數(shù)量；(2)確定需要的多址長碼數(shù)量；(3)確定所需選擇高階m序列發(fā)生器階數(shù)；(4)基于本原多項式的擴頻碼序列生成；(5)具有平衡特性的碼段搜索；(6)正交擴頻碼段配對選擇；(7)將上述配對的擴頻碼段按照順序分配給衛(wèi)星星座星間鏈路網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點，計算每個擴頻碼段對應(yīng)的移位寄存器起始狀態(tài)；(8)根據(jù)高階m序列發(fā)生器本原多項式SSRG結(jié)構(gòu)計算時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼。本發(fā)明具有原理簡單、流程規(guī)范、碼組平衡與相關(guān)特性可控、工程實現(xiàn)從抽頭數(shù)量和寄存器數(shù)量少、資源代價低等優(yōu)點。
【專利說明】-種時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼 的生成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星技術(shù)在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著越來越突出的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，對導(dǎo)航衛(wèi)星 精密定軌與時間同步和導(dǎo)航星座自主運行的要求越發(fā)迫切，催生了星間鏈路技術(shù)，并使之 成為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本技術(shù)特征和技術(shù)制高點。通過星間鏈路將全球衛(wèi)星星座（典 型為walker星座）的每顆衛(wèi)星組成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)星座自主運行的精密定軌和時間同步對星 間觀測和測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。地面系統(tǒng)只需要和星座中的任意單顆衛(wèi)星建立聯(lián)系，就能 實現(xiàn)對整個星座的運行管理控制，"一星通、整網(wǎng)通"的構(gòu)想將成為可能。
[0003] 全球衛(wèi)星星座的星間鏈路組網(wǎng)是一類極為特殊復(fù)雜的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，全球衛(wèi)星星座數(shù) 量多，發(fā)射時間長、批次多，在組網(wǎng)過程中還可能因各種主客觀原因偏離原有發(fā)射計劃和星 座構(gòu)型，衛(wèi)星功能復(fù)雜、精密度高。Walker全球星座的衛(wèi)星本質(zhì)上是對等的，星座星間鏈路 網(wǎng)絡(luò)具有典型的扁平化、無中心的特征，星座星間鏈路網(wǎng)絡(luò)是一個具有較大數(shù)量對等節(jié)點 的無線網(wǎng)絡(luò)。以上特征要求星座星間鏈路體制對于構(gòu)建星間網(wǎng)絡(luò)要具有高度的靈活性和適 應(yīng)性。全球衛(wèi)星星座星間鏈路系統(tǒng)既可能需要完成高精度測量，也要承載一定速率的通信 功能。為完成自主測量和定軌，星間鏈路測量通信功能都有其特殊性。對于測量而言其測 量不是單點對單點，而是在時間約束條件下的多點對多點測量；通信功能并不是完成常規(guī) 網(wǎng)絡(luò)所要求的點點連通，而是主要用來建立境內(nèi)站_境內(nèi)星_境外星聯(lián)系。
[0004] 全球衛(wèi)星星座的星間鏈路系統(tǒng)多采用時分/碼分多址（TDMA/CDMA)方式組網(wǎng)和接 入，每個節(jié)點的接入采用時分多址（TDMA)按照事先分配的時隙與其他節(jié)點連接，各個節(jié)點 采用不同的擴頻碼提高處理增益和降低互干擾，避免接入沖突，網(wǎng)絡(luò)性能獲得了提升。時分 多址（TDMA)方式組網(wǎng)和接入采用時分雙工（time-division duplex, TDD)通信體制，表現(xiàn) 在對單條鏈路而言以TDD半雙工方式對同一頻點同一條鏈路的復(fù)用，對多條鏈路通過時分 方式來實現(xiàn)與多顆衛(wèi)星的測量通信。時分/碼分多址（TDMA/CDMA)方式組網(wǎng)和接入可以突 破頻分/碼分多址（FDMA/CDMA)技術(shù)的瓶頸限制，其上下行工作于同一頻段，不需要大段的 連續(xù)對稱頻段，系統(tǒng)頻譜利用率高，可以靈活實現(xiàn)上下行不對稱業(yè)務(wù)；在測量性能、系統(tǒng)容 量、頻譜利用率和抗干擾能力方面具有突出的優(yōu)勢。
[0005] 采用時分/碼分多址（TDMA/CDMA)方式組網(wǎng)和接入，TDD通信模式使得通信鏈路 建立呈現(xiàn)出短時突發(fā)特性，需要針對全球衛(wèi)星星座組網(wǎng)節(jié)點設(shè)計大量具有優(yōu)異自相關(guān)與互 相關(guān)特性的短時突發(fā)擴頻碼用于星間鏈路直接擴展頻譜系統(tǒng)使用。對于直接擴展頻譜系統(tǒng) 而言，擴頻碼周期碼越長，其相關(guān)特性越好，線譜功率越低，有利于提高干擾抑制能力，長周 期的擴頻碼用于DLL環(huán)路能量累計可以有效改善測量精度和靈敏度。長周期擴頻碼在傳統(tǒng) 上多采用長短m序列階段截斷組合異或運算形成所需長度的擴頻碼序列，如GPS P碼就通 過多個序列截斷組合異或形成長度1星期的擴頻碼，但采用該方法無法有效獲得具有優(yōu)良 平衡特性和相關(guān)特性的碼組，在選擇多個序列發(fā)生器時方法選項組合多，性能評估難度大， 難以有效和高效的完成擴頻碼組設(shè)計。從工程實現(xiàn)看，組合碼設(shè)計方法無法獲得優(yōu)化的移 位寄存器抽頭數(shù)量，增加了FPGA實現(xiàn)的資源代價。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種原理簡單、流程規(guī)范、碼組平衡與相關(guān)特性可控、工程實現(xiàn)從抽頭數(shù)量和寄存器數(shù)量少、 資源代價低的一種時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法，其步驟為：
[0009](1)、計算擴頻長碼一個周期碼元數(shù)量：N=fc*T;其中，每顆衛(wèi)星時分星間鏈路所 設(shè)定的擴頻碼速率為fc，擴頻碼周期為T;
[0010]⑵、確定需要的多址長碼數(shù)量：K= 2*M，衛(wèi)星星座星間鏈路網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點數(shù)量為 M；
[0011] (3)、確定所需選擇高階m序列發(fā)生器階數(shù)；
[0012] (4)基于本原多項式的擴頻碼序列生成；
[0013](5)、具有平衡特性的碼段搜索：從上述擴頻碼序列中尋找兩倍于要求，即2K組長 度為N的滿足0,1平衡特性的碼序列；
[0014] (6)正交擴頻碼段配對選擇：從2K組碼序列中選擇I、Q支路碼序列，選擇標(biāo)準(zhǔn)是 計算兩兩之間的互相關(guān)特性，該互相關(guān)特性具有最接近三值互相關(guān)函數(shù)之一的特性；
[0015] (7)將上述配對的擴頻碼段按照順序分配給衛(wèi)星星座星間鏈路網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點，計 算每個擴頻碼段對應(yīng)的移位寄存器起始狀態(tài)X(t);
[0016] (8)得到M對擴頻碼段序列及其起始長碼發(fā)生器狀態(tài)，根據(jù)高階m序列發(fā)生器本原 多項式SSRG結(jié)構(gòu)計算時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼。
[0017] 作為本發(fā)明的進一步改進：所述步驟（3)中，高階m序列發(fā)生器階數(shù)計算方法為： n= [log2(2*N*K)],其中[.]表示四舍五入取整，由此確定選擇n階的m序列發(fā)生器。
[0018] 作為本發(fā)明的進一步改進：所述步驟（5)中，搜索方法是從序列S起點逐碼選擇長 度N滿足0,1平衡特性碼段滿足平衡特性后保留該碼段\，記錄該碼段的起始位置m， 從該碼段結(jié)尾處重新開始搜索，直至達到搜索2K組要求。
[0019] 作為本發(fā)明的進一步改進：所述步驟（4)中的步驟為：
[0020] 步驟1 :獲得本原多項式的系數(shù)；
[0021] 步驟2 :利用多項式系數(shù)表達為SSRG既約多項式形式；
[0022] 步驟3 :建立移位寄存器結(jié)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；
[0023] 步驟4 :選擇寄存器狀態(tài)初項；
[0024] 步驟5 :定義移位寄存器在t時刻狀態(tài)向量；
[0025] 步驟6 :輸出碼序列Xn⑴；
[0026] 步驟7 :按照狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣邏輯代數(shù)計算方法獲得t+1時刻狀態(tài)向量；
[0027] 步驟8 :輸出碼序列Xn(t+1);
[0028] 步驟9 :輸出碼序列數(shù)量是否達到2n_l，若不滿足條件則轉(zhuǎn)步驟7,若滿足條件則 轉(zhuǎn)步驟10 ;
[0029] 步驟10 :結(jié)束計算。
[0030] 作為本發(fā)明的進一步改進：所述步驟（6)中的計算方法為：選擇第一個搜索碼段 Xt，將碼段Xt逐一與碼段&到碼段X2K計算互相關(guān)特性，將所有互相關(guān)結(jié)果絕對值求和后平 均，選擇最接近于三值互相關(guān)函數(shù)之一的碼段為Xj配對碼段，定義I支路為Xt，Q支路為Xv， 完成配對并從2K組碼段列隊中刪除Xt和Xv。之后再選擇Xt+1，重復(fù)上述過程直至獲得M對 準(zhǔn)正交擴頻碼段。
[0031] 作為本發(fā)明的進一步改進：所述步驟（7)中，具體計算方法是：記第i、i+l個碼片 時的長碼發(fā)生器狀態(tài)分別為X(i)與X(i+1)，Ts為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，則有：

【權(quán)利要求】
1. 一種時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法，其特征在于，其步驟為： (1) 、計算擴頻長碼一個周期碼元數(shù)量：N=fc*T;其中，每顆衛(wèi)星時分星間鏈路所設(shè)定 的擴頻碼速率為fc，擴頻碼周期為T; (2) 、確定需要的多址長碼數(shù)量：K= 2*M，衛(wèi)星星座星間鏈路網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點數(shù)量為M; (3) 、確定所需選擇高階m序列發(fā)生器階數(shù)； (4) 基于本原多項式的擴頻碼序列生成； (5) 、具有平衡特性的碼段搜索：從上述擴頻碼序列中尋找兩倍于要求，即2K組長度為 N的滿足0,1平衡特性的碼序列； (6) 正交擴頻碼段配對選擇：從2K組碼序列中選擇I、Q支路碼序列，選擇標(biāo)準(zhǔn)是計算 兩兩之間的互相關(guān)特性，該互相關(guān)特性具有最接近三值互相關(guān)函數(shù)之一的特性； (7) 將上述配對的擴頻碼段按照順序分配給衛(wèi)星星座星間鏈路網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點，計算每 個擴頻碼段對應(yīng)的移位寄存器起始狀態(tài)X(t); (8) 得到M對擴頻碼段序列及其起始長碼發(fā)生器狀態(tài)，根據(jù)高階m序列發(fā)生器本原多項 式SSRG結(jié)構(gòu)計算時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法，其特征在于， 所述步驟（3)中，高階m序列發(fā)生器階數(shù)計算方法為：n= [log2(2*N*K)]，其中[.]表示四 舍五入取整，由此確定選擇η階的m序列發(fā)生器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法，其特征在于， 所述步驟（5)中，搜索方法是從序列S起點逐碼選擇長度N滿足0，1平衡特性碼段Xi，滿足 平衡特性后保留該碼段Xi，記錄該碼段的起始位置m，從該碼段結(jié)尾處重新開始搜索，直至 達到搜索2K組要求。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法，其特征在于， 所述步驟（4)中的步驟為： 步驟1 :獲得本原多項式的系數(shù)； 步驟2 :利用多項式系數(shù)表達為SSRG既約多項式形式； 步驟3 :建立移位寄存器結(jié)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣； 步驟4 :選擇寄存器狀態(tài)初項； 步驟5 :定義移位寄存器在t時刻狀態(tài)向量； 步驟6 :輸出碼序列Xn⑴； 步驟7 :按照狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣邏輯代數(shù)計算方法獲得t+Ι時刻狀態(tài)向量； 步驟8 :輸出碼序列Xn(t+1); 步驟9 :輸出碼序列數(shù)量是否達到2n-l，若不滿足條件則轉(zhuǎn)步驟7,若滿足條件則轉(zhuǎn)步 驟10 ; 步驟10 :結(jié)束計算。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法，其特征在于， 所述步驟（6)中的計算方法為：選擇第一個搜索碼段Xt，將碼段Xt逐一與碼段X1到碼段X2k 計算互相關(guān)特性，將所有互相關(guān)結(jié)果絕對值求和后平均，選擇最接近于三值互相關(guān)函數(shù)之 一的碼段為&配對碼段，定義I支路為Xt，Q支路為Xv，完成配對并從2K組碼段列隊中刪除 Xt和Xv。之后再選擇Xt+1，重復(fù)上述過程直至獲得M對準(zhǔn)正交擴頻碼段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分星間測量通信網(wǎng)絡(luò)多址長碼的生成方法，其特征在于， 所述步驟（7)中，具體計算方法是：記第i、i+Ι個碼片時的長碼發(fā)生器狀態(tài)分別為X(i)與 父(1+1)，??；為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，則有：
并且有如下的等式成立： X(i+1) =Ts ·X(i) 其中ck為生成高階m序列發(fā)生器多項式中的各級系數(shù)，根據(jù)該碼段的起始位置m與初 項為[01010101···]的碼片時間間隔，則可推算出每個擴頻碼段對應(yīng)的長碼發(fā)生器狀態(tài)為： 邱+ 1) = 7>邱） 對m做如下分解： η m=y^k^T則有： /=1
【文檔編號】H04B1/707GK104467913SQ201410577800
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】陳建云, 李獻斌, 楊俊 , 郭熙業(yè), 周永彬, 馮旭哲 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)