DE3735514A1 - Gold-code-erzeugungssystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Spreadspektrumkommunikationssystem,
das im folgenden kurz als SSC-System bezeichnet
wird, und es erlaubt, eine Ausgangskorrelation mittels eines
senderseitigen Ausgangscodes und eines empfängerseitigen
Ausgangscodes zu erzielen.
Es gibt für den Streu- oder Spread-Code, der in einem SSC-
System verwandt werden kann, die folgenden Bedingungen:
- i) Daß eine große Anzahl von Nachrichtenkanälen erhalten werden kann,
- ii) daß der wechselseitige Korrelationswert zwischen den Codes klein ist,
- iii) daß der Nebenzipfelwert des Selbstkorrelationswertes der Codes selbst klein ist usw.
Ein Code, der diesen Bedingungen genügt, ist der GOLD-Code,
der dadurch erzeugt wird, daß bevorzugte Paare von linear
auftretenden Maximallängen-Code-Sequenzen verwandt werden,
die im folgenden als m-Sequenzen bezeichnet werden.
Es ist jedoch kein Beispiel bekannt, bei dem der oben genannte
GOLD-Code als Spread-Code in einem SSC-System verwandt wird,
das mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Konvolver,
d. h. sogenannte SAW-Wendelleiter verwendet, und es ist darüberhinaus
die Korrespondenzbeziehung zwischen den Nachrichtenkanälen,
die dadurch erhalten werden, daß der gesamte Kanal
durch den GOLD-Code geteilt wird, und den bevorzugten Paaren
von m-Sequenzen, die zum Erzeugen des GOLD-Codes verwandt werden,
nicht bekannt.
Durch die Erfindung soll ein Verfahren zum Erhalten des
GOLD-Codes geschaffen werden, der auf der Sender- und
Empfängerseite in einem SSC-System verwandt wird, um den
Nachrichtenkanal zu unterteilen, wenn der o. g. GOLD-Code
als Spread-Code in einem SSC-System verwandt wird, das mit
SAW-Wendelleitern arbeitet.
Um das zu erreichen, verwendet das SSC-System zum Erzielen
einer Ausgangskorrelation über den senderseitigen Ausgangscode
und den empfängerseitigen Ausgangscode gemäß der Erfindung
Nachrichtenkanäle, die dadurch erhalten werden, daß der
gesamte Kanal mittels des GOLD-Codes als sender- und empfängerseitiger
Ausgangscode unterteilt wird.
Der oben erwähnte GOLD-Code wird dadurch gebildet, daß bevorzugte
Paare von zwei m-Sequenzen modulo 2 addiert werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der oben erwähnte
senderseitige Code ein Spread-Code, der dadurch erhalten wird,
daß eine Gruppe von GOLD-Codierungen verwandt wird, die aus
zwei m-Sequenzen {u, v} erzeugt werden, was sich durch die folgende
Gleichung darstellen läßt:
G(u, v) = {u, v, u ⊕ v, u ⊕ Tv, . . . . . . . . ., u ⊕ t N-1 v}
wobei
T:Zustandsübergangsmatrix von v N:Codelänge jeder Sequenz in G(u, v)
Der empfängerseitige Code ist ein Spread-Code, der dadurch
erhalten wird, daß die folgende Beziehung verwandt wird:
G(, ) = { , , ⊕ , ⊕ T N-1 , . . . . . ., ⊕ T}
wobei und Spiegelbildcodes von u und v, d. h. zeitlich
invertierte m-Sequenzen von u und v jeweils sind.
Bei einer m-Sequenz mit einer Codelänge N (= 2 n -1, wobei
n die Anzahl der Stufen des Schieberegisters im m-Sequenzgenerator
ist) hat der wechselseitige Korrelationswert R c
die folgenden drei Werte. Paare von Codierungen, die gute
Korrelationscharakteristiken haben, werden als bevorzugte
Paare von m-Sequenzen bezeichnet.
wobei t(n) wiedergegeben wird durch:
t(n) = 1 + 2[(n + 2)/2] (2)
wobei [] das Gauß'sche Symbol ist.
Beispielsweise gibt es unter achtzehn m-Sequenzen mit N = 127
sechs bevorzugte Paare und ist R c gleich:
Eine Sequenz, die dadurch erhalten wird, daß m Sequenzen u
und v modulo 2 addiert werden, wird ein GOLD-Code G(u, v) bezeichnet.
Das läßt sich schematisch in der in Fig. 2 dargestellten
Weise wiedergeben.
Wenn die Anfangsphase der m-Sequenzen berücksichtigt wird,
kann eine Gruppe G(u, v) von GOLD-Codierungen, die durch die
zwei m-Sequenzen {u, v} erzeugt werden, durch die folgende
Gleichung (3) wiedergegeben werden.
G(u, v) = {u, v, u ⊕ v, u ⊕ Tv, . . ., u ⊕ t N-1 v} (3)
wobei
T:Zustandsübergangsmatrix von v N:Codelänge jeder Sequenz in G(u, v).
Im allgemeinen ist die Anzahl α der Sequenzen, die in
G(u, v) enthalten sind, gegeben durch:
α = N + 2 = 2 n + 1 (4)
Wenn beispielsweise N = 127, α = 129, dann
werden {u, v} in Gleichung (3) als bevorzugte Paare der
m-Sequenz verwandt.
Wenn nun angenommen wird, daß für die beiden Sequenzen
y und z gilt:
y, z ∈ G(u,v), (5)
dann sind die folgenden Eigenschaften bekannt.
- (1) Für l können die wechselseitigen Korrelationswerte von y und z R y,z (l) in der folgenden Weise dargestellt werden:
- (2) Der Nebenzipfelwert R y (l) der Selbstkorrelationsfunktion ist für l ≠ 0 modulo N
Das heißt, daß R y,z (l) und R y (l) mit R c , gegeben durch
Gleichung (1), in Übereinstimmung stehen, und daß folglich
die Gruppe von GOLD-Codierungen, die durch die bevorzugten
Paare der m-Sequenz erzeugt werden, gute Korrelationscharakteristiken
zeigt.
Wie es oben beschrieben wurde, ist erkennbar, daß die
GOLD-Codierungen als Spread-Codierungen benutzt werden
können, die die Bedingungen i) bis iii) erfüllen.
Das heißt, daß es möglich ist, jede Sequenz in Fig. 3
u, v, u ⊕ v, . . . u ⊕ T n-1 v als ein Nachrichtenkanal zuzuordnen.
In einem SSC-System, das SAW-Wendelleiter verwendet, ist
ein Paar von Sequenzen, die spiegelbildlich zueinander
sind, notwendig, so daß dann, wenn Gleichung (3) als Sequenz
für die Senderseite benutztwird, die Sequenz für die Empfängerseite
lautet:
G(,) = {, , ⊕ , . . . ⊕ T N-1
. . . . . . . . ., ⊕ T . . . (8)
wobei und Spiegelbildcodierungen von u und v jeweils
sind. Das heißt, daß die Kommunikation unter Verwendung der
entsprechenden Sequenzen in { } der Gleichungen (3) und (8)
bewirkt wird.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 in einem Blockschaltbild den Aufbau eines m-Sequenzgenerators
gemäß des Ausführungsbeispiels
der Erfindung, der auf der Sender- und Empfängerseite
verwandt wird,
Fig. 2 schematisch die Erzeugung einer m-Sequenz,
Fig. 3 und 4 in Blockschaltbildern den Grundaufbau eines
modularen m-Sequenzgenerators,
Fig. 5 und 6 in Blockschaltbildern die Ausbildung eines m-
Sequenzgenerators mit einfachem Aufbau,
Fig. 7 schematisch die Phasenbeziehung zwischen den m-
Sequenzen auf der Sender- und Empfängerseite,
Fig. 8 in einem Flußdiagramm den Ablauf des Verfahrens
zum Erhalten der Anfangsphaseninformation
im m-Sequenzgenerator,
Fig. 9 in einem Blockschaltbild ein konkretes Ausführungsbeispiel
des m-Sequenzgenerators und der
dafür vorgesehenen Steuerschaltung,
Fig. 10 eine Schaltgatterschaltung und
Fig. 11 ein Zeitdiagramm für die Codeerzeugung.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines GOLD-Codeerzeugungsteils im
Sender oder im Empfänger und die folgende Tabelle 1 zeigt ein
Beispiel der Nachrichtenkanalunterteilung für den Fall, in dem
die GOLD-Codelänge gleich 127 ist.
L bedeutet der niedrige Pegel.
Die in Fig. 1 dargestellten m-Sequenzgeneratoren PNG 1 und
PNG 2 erzeugen jeweils die Sequenzen u und v, die bevorzugte
Paare von jeweiligem m-Sequenzen sind. m-Sequenzgeneratoren
und erzeugen die Sequenzen u und v, die Spiegelbildcodierungen
von u und v jeweils sind. Eine Steuerschaltung
1 steuert die Anfangsphase der Ausgangscodierungen von
und und erlaubt die Erzeugung von GOLD-Codesequenzen,
wie es durch Gleichung (3) angegeben ist. Eine weitere
Steuerschaltung 2 bewirkt die Steuervorgänge für
und in der gleichen Weise wie die Steuerschaltung 1 und
erlaubt die Erzeugung von GOLD-Codesequenzen, wie sie durch
die Gleichung (8) wiedergegeben sind. In Fig. 1 sind weiterhin
ein Wendelleiter oder Konvolver 3, der die Ausgangskorrelation
bildet, und Addierer ADD 1 und ADD 2 dargestellt. Der
Teil auf der linken Seite des Wendelleiters 3 ist der den
senderseitigen GOLD-Code erzeugende Teil und der rechte Teil
ist der den empfängerseitigen GOLD-Code erzeugende Teil.
Im folgenden werden ein Beispiel des Verfahrens zum Steuern
der Anfangsphase der Ausgangscodierung der m-Sequenzgeneratoren
durch die Steuerschaltungen 1 und 2 und ein konkretes Ausführungsbeispiel
des Aufbaus der m-Sequenzgeneratoren beschrieben.
- a) Zustandsgleichung, die den Anfangszustand der Schieberegister
wiedergibt, die den m-Sequenzgenerator bilden.
Modelle, die m-Sequenzgeneratoren auf der Sender- und Empfängerseite jeweils wiedergegeben, sind in den Fig. 3 bis 6 für den modularen Typ (Fig. 3 und 4) und für den Typ mit einfachem Aufbau (Fig. 5 und 6) dargestellt. Fig. 3 und 5 zeigen den Grundlauf des m-Sequenzgenerators auf der Senderseite und die Fig. 4 und 6 zeigen das gleiche auf der Empfängerseite. In diesen Figuren sind Flip-Flop-Schaltungen FF 1 bis FFn und Exklusiv-ODER-Glieder EOR 1 bis EORn dargestellt. Es wird angenommen, daß die Kommunikation oder Nachrichtenverbindung zwischen zwei Einrichtungen erfolgt, die denselben Aufbau haben.
Zu diesem Zeitpunkt kann die Zustandsgleichung der Schieberegister bezüglich der Streu- oder Dispersionszeit k wie folgt geschrieben werden: (Auf der Senderseite) für k
X (k + 1) = A X (k), X (k) ≠ 0 (9)(Auf der Empfängerseite) für k
Y (k + 1) = B X (k),Y (k) ≠ 0 (10)wobei X(k) und Y(k) durch die folgenden Gleichungen gegeben sind: und A und B im Fall des modularen Typs: und im Fall des Typs mit einfachem Aufbau: In den Gleichungen (9) und (10) bezeichnet n die Anzahl der Stufen der Schieberegister, die im folgenden kurz als SR bezeichnet werden, bezeichnen X(k) und Y(k) den Zustandsvektor der SR (n x 1), sind A und B die Zustandsübergangsmatrix des SR (n x n) und ist I n-1 eine Einheitsmatrix (n-1) x (n-1). Weiterhin geben h j , l j (j = 1 . . . n-1) den Zustand der Rückkopplungsleistung und die Rückkopplung "AN" → h j , l j = 1, die Rückkopplung "AUS" → h j , l j = 0 wieder.
A und B haben weiterhin die folgenden Eigenschaften:- (i) A N = B N = I n
N = 2 n-1 (Länge der Codesequenz) - (ii) A -1 = B, B -1 = A
- (i) A N = B N = I n
- (b) Ausdruck der m-Sequenz (eine Periode lang) ausgegeben
vom TAP i
Wenn angenommen wird, daß X (0) und Y (0) den Anfangszustand des SR auf der Sender- und Empfängerseite wiedergibt, dann können die ausgesandten und empfangenen Codemuster U und W die jeweils vom TAP i (i = 1 bis n) bei k = 0 bis n-1 ausgegeben werden, in der folgenden Weise dargestellt werden: (Auf der Senderseite) (Auf der Empfängerseite) - (c) Deduktion von Y(0)
Wenn der Kommunikationskanal dadurch unterteilt ist, daß die Phasenbeziehung der sender- und empfängerseitigen m-Sequenzen M₁ und M₂ bezüglich des Wendelleiters so sind, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, dann gilt unter Verwendung von U = W, P X (0) = Ω Y (0) (13)wobei und kann Y(0) analytisch erhalten werden, wie es durch die Gleichung (14) angegeben ist, indem die Cramer′sche Gleichung benutzt wird: wobei y j (0) das j-te Element von Y(0 und = P X (0) ist.
Wie es oben beschrieben wurde, kann das Verfahren zur Bildung
von Y(0) so zusammengefaßt werden, wie es in Fig. 8 angegeben
ist.
Die Berechnungen der Exponentialgrößen der Matrix A in
Fig. 8 können weiterhin unter Verwendung der folgenden Gleichungen
(15) und (16) im Fall des modularen m-Sequenzgenerators
erfolgen.
Berechnungsalgorithmus von A d < I <
für den Fall von d N/2
- (i) für die 2-te bis n-te Spalte von A d werden die 1-te bis (n-1)te Spalte unverändert verschoben.
- (ii) Die erste Spalte von A d-1 kann durch die folgende Berechnung
erhalten werden:
(n-te Spalte von A d-1) ⊕
h n-j (j-te Spalte von A d-1)wobei d = 2 ∼ N-1 (∵N = 2 n-1) (15)
Berechnungsalgorithmus von A d < II <
für den Fall von d < N/2
- (i) Für die 1-te bis (n-1)-te Spalte von B r (=A d ) werden die 2-te bis n-te Spalte unverändert verschoben.
- (ii) Die n-te Spalte von B r (=A d ) kann durch die folgende Berechnung
erhalten werden:
(1. Spalte von B r-1) ⊕
l j-1 (j-te Spalte von B r-1)wobei r = 1 ∼ N-2, r = N-d (16)
Fig. 9 zeigt in einem Blockschaltbild ein Beispiel des Aufbaus
eines modularen m-Sequenzgenerators, der gemäß der Erfindung
im SSC-System verwandt wird und eine Schaltgatterschaltung
G umfaßt, die beispielsweise unter Verwendung von
NAND-Gliedern NAND₁ bis NAND₃ aufgebaut sein kann, wie es in
Fig. 10 dargestellt ist. In Fig. 9 sind weiterhin Sperr-
oder Halteschaltungen LATCH 1 bis LATCH 5, ein Multiplexer MPX,
ein Mikroprozessor CPU, ein Speicher MR und eine Inverterschaltung
INV dargestellt.
Es sei nun angenommen, daß ein Code 1 vom Ausgang der m-Sequenzgenerator
ausgegeben wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein
Tastimpuls 1 eingegeben wird, arbeitet die Schaltung in der
folgenden Weise.
Der Inhalt der Halteschaltung LATCH 1 liegt an der Eingangsstufe
der Flip-Flop-Schaltungen FF₁ bis FF n über die Gatterschaltung
G. Diese Daten treten an der Ausgangsstufe der Flip-
Flop-Schaltung an der ansteigenden Flanke T₁ eine Taktimpulses
auf. Der Inhalt von LATCH 1 ist der Anfangszustand der
Flip-Flop-Schaltungen FF₁ bis FF n .
Der Inhalt von LATCH 3 wird von LATCH 2 ausgegeben und die
UND-Glieder AND₁ bis AND n werden angesteuert. Weiterhin wird
der Inhalt von LATCH 5 von LATCH 4 ausgegeben und wird die
letzte Stufe der Flip-Flop-Schaltungen ausgewählt. Das hat
zur Folge, daß ein Zustand verwirklicht wird, bei dem die
Rückkopplungsleitungen h₁ bis h n-1 eine m-Sequenz CORD 2 erzeugen
können, wie es in Fig. 11 dargestellt ist.
Folglich wird CORD 2 erneut vom Ausgang M out des m-Sequenzgenerators
durch einen weiteren Taktimpuls nach dem Zeitpunkt
T₁ ausgegeben. Das heißt, daß der Ausgang des m-Sequenzgenerators
von CORD 1 auf CORD 2 umschaltet.
Andererseits wird der Tastimpuls STB 1 auch als ein Unterbrechungsimpuls
P zum Mikroprozessor CPU benutzt und bereitet
der Mikroprozessor CPU die Erzeugung von CORD 3, die anschließend
zu erzeugen ist, unter Verwendung des Unterbrechungsimpulses
P als Triggerimpuls vor. Das heißt, daß der Anfangszustand
der Flip-Flop-Schaltungen FF₁ bis FF n, der Zustand der
UND-Glieder und der Wählzustand der letzten Stufe der Flip-
Flop-Schaltungen bei LATCH 1, LATCH 3 und LATCH 5 festgesetzt
werden.
Auch wenn ein Tastimpuls STB₂ eingegeben wird, schaltet der
Codeausgang von CORD 2 auf CORD 3 über einen Arbeitsvorgang
um, der ähnlich dem oben beschriebenen Arbeitsvorgang ist.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Halteschaltungen
LATCH 1 bis LATCH 5, der Mikroprozessor CPU, der
Speicher MR usw. den oben beschriebenen Steuerschaltungen 1
und 2 entsprechen.
Wie es oben beschrieben wurde, ist es gemäß der Erfindung möglich,
den Kommunikationskanal unter Verwendung des GOLD-Codes
zu unterteilen, der eine ausgezeichnete Korrelationscharakteristik
hat.
Claims (2)
1. GOLD-Code-Erzeugungssystem für ein Spread-Spektrum-
Kommunikationssystem, bei dem eine Ausgangskorrelation dadurch
erhalten wird, daß einem Korrelator ein senderseitiger
Ausgangscode und ein empfängerseitiger Ausgangscode gegeben
werden, und die GOLD-Codierungen durch m-Sequenzgeneratoreinrichtungen
auf der Sender- und Empfängerseite und Steuereinrichtungen
erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die senderseitige m-Sequenzgeneratoreinrichtung
eine erste und eine zweite m-Sequenz erzeugt, die senderseitige
Steuereinrichtung einen senderseitigen GOLD-Code dadurch
erzeugt, daß sie bevorzugte Paare der m-Sequenzen modulo 2
addiert, die empfängerseitige m-Sequenzgeneratoreinrichtung
Spiegelbildcodierungen der ersten und zweiten m-Sequenzen erzeugt
und die empfängerseitige Steuereinrichtung einen empfängerseitigen
GOLD-Code dadurch erzeugt, daß sie bevorzugte
Paare der Spiegelbildcodierungen modulo 2 addiert.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die senderseitigen GOLD-Codes Spread-
oder Streucodes sind, die dadurch erhalten werden, daß eine
Gruppe von GOLD-Codes, die aus zwei m-Sequenzen {u, v}
erzeugt werden, verwandt wird, die durch die folgende Gleichung
wiedergegeben ist:
G(u, v) = {u, v, u ⊕ v, u ⊕ Tv, . . . . . . . . .,
u ⊕ t N-1 v}wobeiT:Zustandsübergangsmatrix von v N:Codelänge jeder Sequenz in G(u, v)und der empfängerseitige Code ein Spread- oder Streucode ist,
der unter Verwendung vonG(, ) = { , , ⊕ , ⊕ T N-1 , . . . . . ., ⊕ T}erhalten wird, wobei und die Spiegelbildcodierungen von
u und v jeweils sind.
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