DE3735514C2

DE3735514C2 - GOLD-Code-Erzeugungssystem

Info

Publication number: DE3735514C2
Application number: DE3735514A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Hamatsu; Takao Kurihara
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1994-10-13
Anticipated expiration: 2007-10-21
Also published as: JPS63107328A; GB2198017B; DE3735514A1; FR2605819A1; FR2605819B1; GB2198017A; US4862479A; GB8724750D0

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Spread-Spektrum-Kommunikationssystem, 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 Spreiz- 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-Konvolver 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.

Im übrigen ist aus der US-PS 4 383 323 ein auf algebraischen Methoden beruhendes Spread- Spectrum-Kommunikationssystem 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-Konvolvern 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-1v}

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 (= 2ⁿ-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-1v} (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 = 2ⁿ + 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-1v als ein Nachrichtenkanal zuzuordnen.

In einem SSC-System, das SAW-Konvolver verwendet, ist ein Paar von Sequenzen, die spiegelbildlich zueinander sind, notwendig, so daß dann, wenn Gleichung (3) als Sequenz für die Senderseite benutzt wird, die Sequenz für die Empfängerseite lautet:

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.

Tabelle 1

L bedeutet der niedrige Pegel.

Die in Fig. 1 dargestellten m-Sequenzgeneratoren PNG1 und PNG2 erzeugen jeweils die Sequenzen u und v, die bevorzugte Paare von jeweiligem m-Sequenzen sind. m-Sequenzgeneratoren und erzeugen die Sequenzen und , 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 Konvolver 3, der die Ausgangskorrelation bildet, und Addierer ADD1 und ADD2 dargestellt. Der Teil auf der linken Seite des Konvolvers 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 wiedergeben, 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 FF1 bis FFn und Exklusiv-ODER-Glieder EOR1 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 × 1), sind A und B die Zustandsübergangsmatrix des SR (n × n) und ist I_n-1 eine Einheitsmatrix (n-1) × (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 = 2ⁿ-1 (Länge der Codesequenz)
(ii) A^-1 = B, B^-1 = A

(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:

(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 Konvolver so sind, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, dann gilt unter Verwendung von U = W,

PX(0) = QY(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:

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:

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 LATCH1 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 LATCH1 ist der Anfangszustand der Flip-Flop-Schaltungen FF₁ bis FF_n.

Der Inhalt von LATCH3 wird von LATCH2 ausgegeben und die UND-Glieder AND₁ bis AND_n werden angesteuert. Weiterhin wird der Inhalt von LATCH5 von LATCH4 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 CORD2 erzeugen können, wie es in Fig. 11 dargestellt ist.

Folglich wird CORD2 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 CORD1 auf CORD2 umschaltet.

Andererseits wird der Tastimpuls STB1 auch als ein Unterbrechungsimpuls P zum Mikroprozessor CPU benutzt und bereitet der Mikroprozessor CPU die Erzeugung von CORD3, 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 LATCH1, LATCH3 und LATCH5 festgesetzt werden.

Auch wenn ein Tastimpuls STB₂ eingegeben wird, schaltet der Codeausgang von CORD2 auf CORD3 über einen Arbeitsvorgang um, der ähnlich dem oben beschriebenen Arbeitsvorgang ist.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Halteschaltungen LATCH1 bis LATCH5, 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

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-1v}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.