专利名称：：一种多维类正交伪随机矩阵的构成方法
技术领域：
：本发明是一种应用于DS-CDMA通信系统中的扩频码_多维类正交伪随机矩阵的构成方法，属于移动通信的
技术领域：
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背景技术：
：对于CDMA系统的干扰通常有本地干扰、码间干扰、多址干扰、邻道干扰这四种干扰。除了本地噪声外，其它三种干扰都可通过选择具有优良相关特性的扩频序列予以降低甚至消除。一般来说，序列集的相关特性越好，系统的干扰就越小。而CDMA系统的容量主要受限于干扰，具有软容量与大容量的特点，这与传统的无线多址技术TDMA，FDMA不同，后两者的系统容量是由物理信道数决定的。因此可以选用具有优良相关特性的扩频序列，降低甚至消除后三种干扰，实现最大容量的CDMA系统。同时，扩频序列还被广泛应用于雷达、声纳、同步、信道估计和均衡、通信保密、系统辩识、测试与测量、编码孔径成像等众多工程领域。所以扩频序列设计涉及CDMA通信系统核心问题，具有重要理论价值和广阔的应用前景。在CDMA通信系统中，釆用哈达玛(Hadamard)矩阵作为信道编码。哈达玛(Hadamard)矩阵各行(或列)是互相正交的。CDMA(码分多址)通信系统中的用户编码釆用的是一个PN伪随机序列，常用的伪随机码有m序列码、gold序列码，M序列码或者截断码等。目前，除去"="47=188外，所有"^00的H矩阵都已找到。因此在多址技术中，用户数有很大的限制，不能超过200。这样很大程度上限制了可用的数量。长期以来，人们普遍认为具有噪声性质的扩频码是最佳码。伪随机码m-序列，Gold序列等因具有近似噪声的相关函数，被广泛地用于第二代和第三代移动通信系统，如cdma2000两级扩频方案中扰码(ScramblingCode)采用m-序列；而WCDMA扰码选用Gold序列。PN伪随机序列釆用本原多项式表达式子的通常最高次数达到42。对于更多的需求，应用有局限性。对于一个DS-CDMA通信系统的地址码和扰码釆用不同的序列发生器；在工程应用上会比较复杂繁瑣。
发明内容本发明提出的多维类正交伪随机矩阵，可以是规模比较大的矩阵，这些矩阵的行向量序列构成的序列集、列向量序列构成的序列集分别具有很好的类相关性，即有着尖锐的自相关函数；其互相关函数值是接近o的。信道编码若釆用伪随机矩阵的列向量，信道数能够达到480以上；甚至可以形成更加的超大规模的矩阵，使得信道数能够呈数量级的增长。同时多维类正交伪随机矩阵该序列集具有比较好的伪随机特性，作为扩频码。对于生成的多个矩阵构成的多维类正交伪随机矩阵，可以应用于AdHoc中，用多维类正交伪随机矩阵来区分基站，同时矩阵中的行、列向量应用于每一个基站的信道编码和用户编码。本发明的目的是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种方法简单、结构简单、具有超大规模特性，同时具有很好的类正交特性的多维类正交伪随机矩阵的构成方法，应用于CDMA系统扩频。对于通过群变换得到的矩阵首先具有比较好的正交特性，同时具备比较理想的伪随机特性，根据不同的本原多项式组合可以得到不同的矩阵，因而把它命名为多维类正交伪随机矩阵。本发明一种多维类正交伪随机矩阵的构成方法，其步骤如下由本原多项式,，《，l，/"根据需要进行筛选组合，通过群变换构成类正交伪随机矩阵；设定阈值，然后将矩阵通过行梳状滤波器或者列梳状滤波器挑选出互相正交的码组作为许用码，滤除剩余的禁用码。所述本原多项式的组合筛选对于不同的本原多项式，"可以取不同的值，将本原多项式"，"，……，"通过Y个级移位寄存器变换进入一个长度为"的移位寄存器；其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>然后是群变换对于筛选组合后的A表征的序列将它在缓存中通过群变换得到多维类正交伪随机矩阵M。具体群变换过程如下先将初始状态的序列"A-'"。右移一位；右移后的序列判断最高位是否为l:为1就将该序列和初始序列作异或运算后输出""-A-2L"。，否则直接输出^A-2L"。；继续转到第l步作循环操作；输出的所有序列排列成"列的矩阵^;将矩阵w翻转旋转；由群变换得到的〃矩阵是由一个M阵和I阵的组合V」，其中M阵为定义的多维类正交伪随机矩阵,釆用本方明构成的多维类正交伪随机矩阵，其方法简便，电路结构简单。矩阵中的序列集具有很好的正交特性、伪随机特性和超大规模特性。由本原多项式乂，力，l，/"通过群变换构成的矩阵M，随着"—w，^能够达到106甚至更大。码分多址应用于CDMA中，将列向量作为信道编码；码分多址应用于CDMA中，行向量作为用户码。同时可以应用于AdHoc中，用矩阵来区分基站，同时矩阵中的行列向量应用于每一个基站的信道编码和用户编码。图l、是类正交伪随机矩阵的流程图图2、是类正交伪随机矩阵的装置图图3、是扩频通信中扩频码的形成流程图图4、是梳状滤波器的装置图图5、是S"xWOM阵前四个行序列的自相关系数关系图图6、是55^470^阵前四个列序列的自相关系数关系图图7(a)是SWx^OM阵行向量互相关系数A(U)分布图图7(b)是S"x^OM阵行向量互相关系数A"，力直方图分布图图8(a)是WxWOM阵列向量互相关系数A"，力分布图图8(b)是切x^OM阵列向量互相关系数A"，力直方图分布图图9、M阵行重和码长一半的偏差关系图图IO、M阵列列重和码长一半的偏差关系图图ll、5""0M阵第一行行向量的功率谱密度图图12、行梳状滤波器效果图图13、列梳状滤波器效果图具体实施方案下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。本发明的多维伪随机矩阵的构成方法就是将本原多项式进行组合，通过群变换构成伪随机矩阵。多维类正交伪随机矩阵的构成装置，由n个寄存器^(i=l~n)、卷积器件、寄存器B、移位寄存器、乘法器、模2加法器、存储器、计数器、变换器构成。首先将本原多项式的系数放在寄存器中，"个本原多项式用"个寄存器^代表。将"个寄存器接到卷积器件的输入端；卷积器件实现卷积运算，输出放入寄存器^中；寄存器B的输出连接移位寄存器的输入；移位寄存器的最高位作为乘法器的一个输入分别和寄存器中的每一位相乘；每个乘法器的输出按照寄存器B中的位置和移位寄存器的对应位置分别和移位寄存器的对应位作为模2加法器的输入，结果输出到存储器；计数器控制移位寄存器的循环次数；存储器通过变换器输出多维类正交伪随机矩阵；寄存器^的长度由本原多项式￡'的长度决定；寄存器"的长度为^;移位寄存器的长度也为^;需要w-1个乘法器和w-i个模2加法器；变换器对存储器中的矩阵进行翻转旋转变换，将矩阵下半部分的7单位矩阵截除。类正交伪随机矩阵似阵的规模比较大时行向量和列向量构成的序列集虽然其类正交性能比较好，有着尖锐的自相关函数，同时互相关系数基本保持在o附近。对于得到的大规模的多维类正交伪随机矩阵，将列向量序列集作为码分多址的地址码，根据工程应用的实际要求，通过阈值滤波，挑选出矩阵中特性更为精确的序列集作为地址码。根据实际应用的需要，提出可以自主设定阈值的梳状滤波器。找出互相关系数小于阈值的列向量集合，给集合中的列向量标上标签，通过控制器控制输出开关，使得标标签的列向量输出，构成信道编码。同理，设置行向量阈值，控制输出行向量。其过程如图3所示。图4为梳状滤波器的装置图由行阈值处理器、列阈值处理器、行控制器、列控制器、乘法器构成。多维类正交伪随机矩阵的构成装置的变换器连接列阈值处理器；列阈值处理器的输出连接控制器；控制器的输出信号同类正交伪随机矩阵的每列的每一位通过乘法器相乘输出结果放入存储器；存储器中的非全0码即为许用的地址码。对于不同的本原多项式，"可以取不同的值。选择48个本原多项式乂"'，力"2,......,^"其中有两个本原多项式的长度为6，其余的为ll;矩阵发生器的具体工作过程如图2。1、将[l000000100l]，[10000001111〗，[10100001101]等48个本原多项式分别放进46个长度为11的寄存器和2个长度为6的寄存器中2、将48个寄存器内的序列通过卷积器件合并成一个合成序列放进长度为471的寄存器5中，卷积器件对寄存器J序列进行巻积运算操作。巻积运算器可以由移位寄存器和模2加法器构成。3、将寄存器中的序列存放入长度同为471的移位寄存器中，将移位寄存器的最高位同寄存器丑中除最高位以外的各位相乘，一共有470个乘法器。相乘的结果同移位寄存器对应位进行模2加运算。模2加法器的输出放入存储器中；计数器控制移位寄存器的移位次数为1023次。在存储器中形成了大小为1023x470的矩阵。4、将矩阵通过变换器进行旋转翻转变换得到了一个下半部分为一个W()xMO的单位矩阵的矩阵。将单位阵截除，得到大小为ss:3xwo多维类正交伪随机矩阵5、将多维类正交伪随机矩阵通过列阈值处理器处理输出连接控制器件；控制器的输出控制信号分别和列序列的每一位通过乘法器相乘，输出结果放在存储器中；存储器中的非全O码即为许用的地址码；对于行序列同样将多维类正交伪随机矩阵的构成装置的变换器连接行阈值处理器，通过行阈值处理器处理输出连接控制器件；控制器的输出控制信号分别和列序列的每一位通过乘法器相乘，输出结果放在存储器中。存储器中的非全o码即为许用的地址码。矩阵特性对于不同的入，可以得到大小为G023-"""的M阵，这些大小不同的M阵，随着本原多项式个数7的增加，矩阵的行数"'减小，矩阵的列数增加；随着本原多项式个数"的增加，矩阵的行数"i减小，矩阵的列数"2增加；M阵逐步往方阵靠近。当"=48，行向量个数"'=553，列向量个数"2"70。此时的M阵为553><470。M逐步往方阵靠近。当"=48，行向量个数"1=553，列向量个数"2=470。此时的M阵大小为553"70。M阵的前四个行向量序列分别为第一行323D3564AB1352CC41DC6755DC32F0208A09AE9D6522AC4F57第二行066CA17F03060C671BEECBA734B9912CED9CAB3DDF2E139EDD3BEDA0978EC2B6052E647A6AC95626A59883B8CEABB865E04114135D3ACA45589EAE第三行0CD942FE060C18CE37DD974E69732259DB39567BBE5C273DBA77DB412F1D856C0A5CC8F4D592AC4D4B3107719D5770CBC0822826BA75948AB13D5C第四行19B285FC0C18319C6FBB2E9CD2E644B3B672ACF77CB84E7B74EFB6825E3B0AD814B991E9AB25589A96620EE33AAEE1978104504D74EB2915627AB8第一列:9893A4D26A027854FDA3385CA40BD6E06AD034E93DB1420EBDB6BBB883E311208AA2F96第三列624E9349A809E153F68CE172902F5B81AB40D3A4F6C5083AF6DAEEE20F8C44822A8BE58对于四个行序列和四个列序列的自相关函数如图3、图4所示。当"^553，M阵为55^470，此时其行向量的互相关系数分布如图5(a)所示，图5(b)为旦相关系数的直方图，通过图5(a)可以看到对于行向量的互相关系数都集中在O附近。其列向量的互相关系数分布如图6(a)所示，图6(b)为互相关系数的直方图，通过该图可以看到其互相关系数同样基本集中在0附近。随着本原多项式数目"的增加，M矩阵中"'的减少，"2的增加，矩阵逐步娶近于方阵。^阵的特性1.均衡性行向量码重表示为其所有行向量的平均码重表示为《c。"-附e朋W),B"",，结果其平均码重约等于码长的一半，等于或者比码长的一半大l。列向量码重表示为《="(^)，其所有列向量的平均码重表示为"画=柳""(《)，B/S"2，结果其平均码重基本上码长的一半的附近，最大偏差不超过6。对于"'=553行向量个数，行向量维数为470;"2=470列向量个数，列向量维数为553。行向量其平均码重为235，刚好等于码长的一般，所有的向量码重中最小值206，最大值为271;列向量其平均码重为276，刚好等于码长的一般，所有的向量码重中最小值241,最大值为305,其码重为等差序列。多维类正交伪随即矩阵行向量序列集、列向量序列集的平均码重都在码长的一半的左右，如图9,图10所示；具有比较好的均衡特性。2.游程特性5""0矩阵其前四行行向量序列的游程分布如下表1:表l行向量游程统计表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>对于多维类正交矩阵的行向量基本上符合，长度为1的游程占游程总数的^，长度为2的游程占游程总数的1/4，长度为3的占VS;基本上，长度为*的游程数目占游程总数的2—、连"1"的游程和连"0"的游程各占一半。3.功率谱密度"。对于序列的功率谱密度曲线如图ll所示。由图可见，在^4"和w^。—w时，《(W的特性趋近于白噪声的功率谱特性。4.超大特性由本源多项式,，,2,l，,"通过群变换构成，随着"—w,M能够达到U^甚至更大。将"hWOM阵列通过梳状滤波器后效果如图12，图13所示。根据设定的阈值，滤除部分的向量作为禁用码，剩余的作为许用码。权利要求1、一种多维类正交伪随机矩阵的构成方法，其步骤如下根据需要，选择本原多项式f1，f2，，fn通过组合后进行群变换；对于组合后的fn表征的序列将它在缓存中通过群变换得到多维类正交伪随机矩阵M。设定阈值，然后将矩阵通过行梳状滤波器或者列梳状滤波器挑选出互相正交的码组作为许用码，滤除剩余的禁用码；2、根据权利要求l所述的一种多维类正交伪随机矩阵的构成方法，其特征是所述本原多项式的筛选组合对于不同的本原多项式，"可以取不同的值，将本原多项式,"'，^，……，"通过J个级移位寄存器变换进入一个长度为"的移位寄存器；.〉其中"=5"'，贝U:/"^(yi"'，/2"2，L，,"')。3、根据权利要求1或2所述的一种多维类正交伪随机矩阵的构成方法，其特征是所述群变换过程如下先将初始状态的序列""^"。右移一位；右移后的序列判断最高位是否为1:为1就将该序列和初始序列作异或运算后输出H2L、否则直接输出^&2L"。；继续转到第i步作循环搡作；输出的所有序列排列成"列的矩阵w;将矩阵^翻转旋转；由群变换得到的W矩阵是由一个M阵和I阵的组合7」，其中M阵为定义的多维类正交伪随机矩阵'全文摘要本发明公开了一种多维类正交伪随机矩阵的构成方法，应用于CDMA系统扩频。其步骤如下由本原多项式f<sub>1</sub>，f<sub>2，L</sub>，f<sub>n</sub>根据需要进行筛选组合，对于筛选组合后的f<sub>n</sub>表征的序列将它在缓存中通过群变换构成类正交伪随机矩阵M；设定阈值，然后将矩阵通过行梳状滤波器或者列梳状滤波器挑选出互相正交的优秀码组作为许用码，滤除剩余的禁用码。采用本发明构成的多维类正交伪随机矩阵，其方法简便，电路结构简单。矩阵中的序列集具有很好的正交特性、伪随机特性和超大规模特性。多维类正交伪随机矩阵M应用于CDMA中，将列向量作为信道编码；码分多址应用于CDMA中，行向量作为用户码。同时可以应用于AdHoc中，用矩阵来区分基站，同时矩阵中的行列向量应用于每一个基站的信道编码和用户编码。文档编号H04J13/04GK101414890SQ20081023544公开日2009年4月22日申请日期2008年11月25日优先权日2008年11月25日发明者游吴,羽张,殷奎喜,华赵,闾国年申请人:南京师范大学