一種時分星間測量通信網絡多址長碼的生成方法
【專利摘要】本發明公開了一種時分星間測量通信網絡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量；(2)確定需要的多址長碼數量；(3)確定所需選擇高階m序列發生器階數；(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星星座星間鏈路網絡接入節點，計算每個擴頻碼段對應的移位寄存器起始狀態；(8)根據高階m序列發生器本原多項式SSRG結構計算時分星間測量通信網絡多址長碼。本發明具有原理簡單、流程規范、碼組平衡與相關特性可控、工程實現從抽頭數量和寄存器數量少、資源代價低等優點。
【專利說明】-種時分星間測量通信網絡多址長碼的生成方法
【技術領域】
[0001] 本發明主要涉及到衛星網絡【技術領域】，特指一種時分星間測量通信網絡多址長碼 的生成方法。
【背景技術】
[0002] 衛星技術在國民經濟中發揮著越來越突出的作用。隨著技術的發展，對導航衛星 精密定軌與時間同步和導航星座自主運行的要求越發迫切，催生了星間鏈路技術，并使之 成為全球衛星導航系統的基本技術特征和技術制高點。通過星間鏈路將全球衛星星座（典 型為walker星座）的每顆衛星組成網絡，以實現星座自主運行的精密定軌和時間同步對星 間觀測和測量數據傳輸的需求。地面系統只需要和星座中的任意單顆衛星建立聯系，就能 實現對整個星座的運行管理控制，"一星通、整網通"的構想將成為可能。
[0003] 全球衛星星座的星間鏈路組網是一類極為特殊復雜的衛星網絡，全球衛星星座數 量多，發射時間長、批次多，在組網過程中還可能因各種主客觀原因偏離原有發射計劃和星 座構型，衛星功能復雜、精密度高。Walker全球星座的衛星本質上是對等的，星座星間鏈路 網絡具有典型的扁平化、無中心的特征，星座星間鏈路網絡是一個具有較大數量對等節點 的無線網絡。以上特征要求星座星間鏈路體制對于構建星間網絡要具有高度的靈活性和適 應性。全球衛星星座星間鏈路系統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 網絡所要求的點點連通，而是主要用來建立境內站_境內星_境外星聯系。
[0004] 全球衛星星座的星間鏈路系統多采用時分/碼分多址（TDMA/CDMA)方式組網和接 入，每個節點的接入采用時分多址（TDMA)按照事先分配的時隙與其他節點連接，各個節點 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，網絡性能獲得了提升。時分 多址（TDMA)方式組網和接入采用時分雙工（time-division duplex, TDD)通信體制，表現 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用，對多條鏈路通過時分 方式來實現與多顆衛星的測量通信。時分/碼分多址（TDMA/CDMA)方式組網和接入可以突 破頻分/碼分多址（FDMA/CDMA)技術的瓶頸限制，其上下行工作于同一頻段，不需要大段的 連續對稱頻段，系統頻譜利用率高，可以靈活實現上下行不對稱業務；在測量性能、系統容 量、頻譜利用率和抗干擾能力方面具有突出的優勢。
[0005] 采用時分/碼分多址（TDMA/CDMA)方式組網和接入，TDD通信模式使得通信鏈路 建立呈現出短時突發特性，需要針對全球衛星星座組網節點設計大量具有優異自相關與互 相關特性的短時突發擴頻碼用于星間鏈路直接擴展頻譜系統使用。對于直接擴展頻譜系統 而言，擴頻碼周期碼越長，其相關特性越好，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 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良 平衡特性和相關特性的碼組，在選擇多個序列發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計。從工程實現看，組合碼設計方法無法獲得優化的移 位寄存器抽頭數量，增加了FPGA實現的資源代價。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一 種原理簡單、流程規范、碼組平衡與相關特性可控、工程實現從抽頭數量和寄存器數量少、 資源代價低的一種時分星間測量通信網絡多址長碼的生成方法。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：
[0008] -種時分星間測量通信網絡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量：N=fc*T;其中，每顆衛星時分星間鏈路所 設定的擴頻碼速率為fc，擴頻碼周期為T;
[0010]⑵、確定需要的多址長碼數量：K= 2*M，衛星星座星間鏈路網絡接入節點數量為 M；
[0011] (3)、確定所需選擇高階m序列發生器階數；
[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，選擇標準是 計算兩兩之間的互相關特性，該互相關特性具有最接近三值互相關函數之一的特性；
[0015] (7)將上述配對的擴頻碼段按照順序分配給衛星星座星間鏈路網絡接入節點，計 算每個擴頻碼段對應的移位寄存器起始狀態X(t);
[0016] (8)得到M對擴頻碼段序列及其起始長碼發生器狀態，根據高階m序列發生器本原 多項式SSRG結構計算時分星間測量通信網絡多址長碼。
[0017] 作為本發明的進一步改進：所述步驟（3)中，高階m序列發生器階數計算方法為： 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序列發生器。
[0018] 作為本發明的進一步改進：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， 從該碼段結尾處重新開始搜索，直至達到搜索2K組要求。
[0019] 作為本發明的進一步改進：所述步驟（4)中的步驟為：
[0020] 步驟1 :獲得本原多項式的系數；
[0021] 步驟2 :利用多項式系數表達為SSRG既約多項式形式；
[0022] 步驟3 :建立移位寄存器結構狀態轉移矩陣；
[0023] 步驟4 :選擇寄存器狀態初項；
[0024] 步驟5 :定義移位寄存器在t時刻狀態向量；
[0025] 步驟6 :輸出碼序列Xn⑴；
[0026] 步驟7 :按照狀態轉移矩陣邏輯代數計算方法獲得t+1時刻狀態向量；
[0027] 步驟8 :輸出碼序列Xn(t+1);
[0028] 步驟9 :輸出碼序列數量是否達到2n_l，若不滿足條件則轉步驟7,若滿足條件則 轉步驟10 ;
[0029] 步驟10 :結束計算。
[0030] 作為本發明的進一步改進：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計算互相關特性，將所有互相關結果絕對值求和后平 均，選擇最接近于三值互相關函數之一的碼段為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，重復上述過程直至獲得M對 準正交擴頻碼段。
[0031] 作為本發明的進一步改進：所述步驟（7)中，具體計算方法是：記第i、i+l個碼片 時的長碼發生器狀態分別為X(i)與X(i+1)，Ts為狀態轉移矩陣，則有：
【權利要求】
1. 一種時分星間測量通信網絡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量：N=fc*T;其中，每顆衛星時分星間鏈路所設定 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量：K= 2*M，衛星星座星間鏈路網絡接入節點數量為M; (3) 、確定所需選擇高階m序列發生器階數； (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，選擇標準是計算 兩兩之間的互相關特性，該互相關特性具有最接近三值互相關函數之一的特性； (7) 將上述配對的擴頻碼段按照順序分配給衛星星座星間鏈路網絡接入節點，計算每 個擴頻碼段對應的移位寄存器起始狀態X(t); (8) 得到M對擴頻碼段序列及其起始長碼發生器狀態，根據高階m序列發生器本原多項 式SSRG結構計算時分星間測量通信網絡多址長碼。
2. 根據權利要求1所述的時分星間測量通信網絡多址長碼的生成方法，其特征在于， 所述步驟（3)中，高階m序列發生器階數計算方法為：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序列發生器。
3. 根據權利要求1所述的時分星間測量通信網絡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，從該碼段結尾處重新開始搜索，直至 達到搜索2K組要求。
4. 根據權利要求1所述的時分星間測量通信網絡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； 步驟2 :利用多項式系數表達為SSRG既約多項式形式； 步驟3 :建立移位寄存器結構狀態轉移矩陣； 步驟4 :選擇寄存器狀態初項； 步驟5 :定義移位寄存器在t時刻狀態向量； 步驟6 :輸出碼序列Xn⑴； 步驟7 :按照狀態轉移矩陣邏輯代數計算方法獲得t+Ι時刻狀態向量； 步驟8 :輸出碼序列Xn(t+1); 步驟9 :輸出碼序列數量是否達到2n-l，若不滿足條件則轉步驟7,若滿足條件則轉步 驟10 ; 步驟10 :結束計算。
5. 根據權利要求1所述的時分星間測量通信網絡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 計算互相關特性，將所有互相關結果絕對值求和后平均，選擇最接近于三值互相關函數之 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，重復上述過程直至獲得M對準正交擴頻碼段。
6.根據權利要求1所述的時分星間測量通信網絡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個碼片時的長碼發生器狀態分別為X(i)與 父(1+1)，！；為狀態轉移矩陣，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序列發生器多項式中的各級系數，根據該碼段的起始位置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的長碼發生器狀態為： 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 優先權日:2014年10月24日
【發明者】陳建云, 李獻斌, 楊俊 , 郭熙業, 周永彬, 馮旭哲 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學