一种针对基带信号进行扩频的方法与流程

无线扩频通信。

技术背景

在传统无线扩频通信中，都是针对数据符号进行扩频。从而，不考虑数据格式的情况下，采用2^M个长为N的伪随机码进行扩频时，一个M+1比特的信息数据会调制成长为2N的含N个0和N个1的二元序列。

本发明公开了针对基带符号进行扩频的方法。这个扩频方法依赖于四个正整数参数L、M、H和N。它还依赖于2^M个长为N的二元扩频码、一个L/2H编码方法及这2^M个长为N的二元扩频码与所有M比特二元码之间的一个一一对应。这些长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多1，而这个L/2H编码方法把L比特二元码编成含H个0和H个1的2H比特二元码。所公开的扩频方法把L+2HM比特二元码扩频成2HN比特二元码。因此，利用这种方法建立的信道，可以把数据速率提高到接近原来的2倍。

技术实现要素：

本发明公开了一种扩频的方法。这个扩频方法依赖于四个正整数参数L、M、H和N。它还依赖于2^M个长为N的二元扩频码、一个L/2H编码方法及这2^M个长为N的二元扩频码与所有M比特二元码之间的一个一一对应。这些长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多1，而这个L/2H编码方法把L比特二元码编成含H个0和H个1的2H比特二元码。所公开的扩频方法把L+2HM比特二元码扩频成2HN比特二元码，它包括以下步骤：

a)把这个L+2HM比特二元码分解成一个L比特的二元码和一个由M比特二元码构成的长为2H的序列；

b)用这个L/2H编码方法把步骤a的L比特二元码编成一个含有H个0和H个1的2H比特二元码；

c)把步骤b的2H比特二元码的每个比特重复N次得到一个2HN比特二元码；

d)根据给出的2^M个长为N的二元扩频码与所有M比特二元码之间的一一对应，用这2^M个长为N的二元扩频码分别替换步骤a中由M比特二元码构成的长为2H的序列中的M比特二元码，得到一个2HN比特的二元码；

e)把步骤c和步骤d的两个2HN比特二元码逐比特做异或运算，得到的2HN比特二元码就是本扩频方法生成的二元码。

本发明公开了一种针对本发明所公开的扩频方法的解扩方法。这个解扩方法依赖于四个正整数参数L、M、H和N。它还依赖于2^M个长为N的二元扩频码、一个L/2H译码方法及这2^M个长为N的二元扩频码与所有M比特二元码之间的一个一一对应。这些长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多1。这个L/2H译码方法把2H比特二元码译成L比特二元码。所公开的解扩方法把2HN实数序列解扩成L+2HM比特二元码，它包括以下步骤：

a)把要解扩的长为2HN的实数序列截分成2H段长为N的实数序列，并把每段长为N的实数序列换成这2^M个长为N的二元扩频码和它们的反码中与之具有最大相关系数的码，得到一个由2H段长为N的二元码构成的长为2HN的二元码。这里，长为N的实数序列与长为N的二元码的相关系数是这个长为N的实数序列与这个长为N的二元码的双极性码逐位相乘后求和得到；

b)把步骤a得到的分成2H段的、长为2HN的二元码中每段长为N的二元码换成它的汉明重量的奇偶性，得到一个2H比特二元码；

c)用给定的L/2H译码方法把步骤b得到的2H比特二元码译成L比特二元码；

d)根据给定的这些2^M个长为N的二元扩频码与所有M比特二元码之间的一一对应，把步骤a得到的分成2H段的、长为2HN的二元码中每段长为N的二元码或直接换成一个M比特二元码，或换成其反码后再换成一个M比特二元码，得到一个2HM比特二元码；

e)把步骤c得到L比特二元码和步骤d得到的2HM比特二元码合并成一个L+2HM比特二元码作为本解扩方法得到的码。

本发明公开了第二种针对本发明所公开的扩频方法的解扩方法。这个解扩方法依赖于四个正整数参数L、 M、H和N。它还依赖于2^M个长为N的二元扩频码、一个L/2H译码方法、这2^M个长为N的二元扩频码与所有M比特二元码之间的一个一一对应及传输一个长为N的扩频码所占时长T。这些长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多1。这个L/2H译码方法把2H比特二元码译成L比特二元码。所公开的解扩方法把时长2HT的波形解扩成L+2HM比特二元码，所述解扩方法包括以下步骤：

a)把给定的2^M个长为N的扩频码分别调制成2^M个周期T、时长2HT的矩形脉冲波形；

b)把要解扩的时长2HT的波形分别与步骤a的2^M个周期T、时长2HT的矩形脉冲波形相乘，得到2^M个时长2HT的波形；

c)对步骤b得到的2^M个时长2HT的波形分段按时长T积分，得到2^M个长为2H的实数序列；

d)依次对i从1到2H，取命题“由步骤c得到的2^M个序列的第i项中绝对值最大是正数”的真值，由此得到一个长为2H的二元序列；

e)对步骤d得到的长为2H的二元序列按给出的L/2H译码方法译成L比特的二元码；

f)根据给出的2^M个长为N的二元扩频码与所有M比特二元码之间的一一对应，建立步骤c得到的2^M个长为2H的实数序列与所有M比特二元码之间的一一对应，根据最新建立的一一对应依次对i从1到2H，取2^M个序列的第i项中绝对值最大的序列所对应的M比特二元码，由此得到由M比特二元码构成的长为2H的序列；

g)把步骤e得到L比特二元码和步骤f得到的由M比特二元码构成的长为H的序列合并成一个L+2HM比特二元码作为本解扩方法得到的码。

本发明公开了一个根据本发明所公开的扩频方法构造的扩频器。这个扩频器依赖于四个正整数参数L、M、H和N。这个扩频器把L+2HM比特二元码扩频为一个2HN比特二元码，它由以下设备组成：

a)一个分解器，所述分解器的输入是所述扩频器的输入，所述分解器有两个输出端口，所述分解器第一个输出端口并行输出输入所述分解器的L+2HM比特二元码的最前面L个比特，所述分解器第二个输出端口每次输出M比特、分2H次输出输入所述分解器的L+2HM比特二元码的最后面的2HM个比特；

b)一个L/2H编码器，所述L/2H编码器把所述分解器第一个输出端口输出的L比特二元码编码成一个含有H个0和H个1的2H比特二元码；

c)一个初态选择器和一个扩频码生成器，所述初态选择器每次读取所述分解器第二个输出端口输出的M个比特二元码并根据所述M比特二元码选择一个初态输出给所述扩频码生成器，所述扩频码根据所述初态输出一个长为N的二元扩频码，所述长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多1；

d)一个码片速率时钟，所述码片速率时钟使得所述扩频码生成器的逐比特输出速率是所述L/2H编码器的逐比特输出速率的N倍。

e)一个异或门，所述异或门把所述扩频码生成器的逐比特和所述L/2H编码器的逐比特输出做异或运算后生成所述扩频器的输出。

本发明公开了一个用本发明所公开的扩频器构造的发射机。这个发射机由以下设备组成：

a)一个本发明所公开的扩频器，这个扩频器的输入就是本发射机的输入；

b)一个码片波形调制器，所述码片波形调制器把所述扩频器的输出调制成相应的波形；

c)一个振荡器，所述振荡器输出所述发射机需要的余弦载波；

d)一个移相器，所述移相器把所述振荡器输出的载波转化为正弦载波；

e)两个乘法器，所述第一个乘法器把所述码片波形调制器输出的波形与所述振荡器输出的载波相乘，所述第二个乘法器把所述码片波形调制器输出的波形与所述移相器输出的载波相乘；

f)一个加法器，所述加法器把所述两个乘法器的输出相加；

g)一个宽带滤波器，所述加法器输出的波形经由所述宽带滤波器过滤掉的带外频率后成为所述发射机的发射信号。

本发明公开了一个根据本发明所公开的第一种解扩方法构造的序列解扩器。这个序列解扩器依赖于四个正整数参数L、M、H和N，它把长为2HN的实数序列解扩成L+2HM比特二元码。这个序列解扩器由以下设备组成：

a)一个扩频码生成器，所述扩频码生成器有2^M个输出端口，所述2^M个输出端口分别用一个M比特二元码编号，所述扩频码生成器的2^M个输出端口同步输出2^M个长为N的二元扩频码，所述每个长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多一个；

b)一个同步器，所述同步器控制所述扩频码生成器；

c)一个相关器，所述相关器有2^M+1个输入端口，所述前2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述前2^M输入端口分别连接到是所述扩频码生成器的2^M个编号相同的输出端口，所述第2^M+1个输入端口就是所述序列解扩器的输入端口，所述相关器有2^M的个输出端口，所述2^M个输出端口分别用一个M比特二元码编号，所述第i个输出端口每次输出第i个输入端口连续输入的N个真值与最后一个输入端口连续输入的N个实数的相关系数，所述长为N的真值与长为N的实数序列的相关系数是长为N的真值序列的双极性序列与长为N的实数序列逐位相乘后求和得到；

d)一个判决器，所述判决器都有2^M个输入端口，所述2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述2^M个输入端口分别连接到所述相关器的2^M个编号相同的输出端口，所述判决器有两个输出端口，所述判决器第一个端口输出绝对值最大的输入对应的输入端口编号，所述判决器第二个输出端口输出命题“2^M个输入中的绝对值最大的是正数”的真值；

e)一个L/2H译码器，所述L/2H译码器把所述判决器第二个输出端口输出的连续2H个真值译成一个L比特二元码；

f)一个合并器，所述合并器把所述L/2H译码器输出的L比特二元码和所述判决器第一个输出端口连续输出的2H个M比特对二元码合并成一个L+2HM比特的二元码作为所述序列解扩器的输出。

本发明公开了一个用本发明所公开的序列解扩器构造的窄带接收机。这个窄带接收机由以下设备组成：

a)射频前端；

b)一个振荡器，所述振荡器输出所述发射机所用的余弦载波；

c)一个同步器，所述同步器控制所述振荡器；

d)一个移相器，所述移相器把所述振荡器输出的载波转化为正弦载波；

e)两个乘法器，所述两个乘法器把所述射频前端输出的波形分别与所述振荡器输出的余弦载波和所述移相器输出的正弦载波相乘；

f)一个加法器，所述加法器把所述两个乘法器输出的波形相加；

g)一个积分采样器，所述积分采样器对所述加法器输出的波形按传输1比特扩频码所占时长积分；

h)一个本发明所公开的序列解扩器，所述序列解扩器对所述积分采样器的输出进行解扩得到所述窄带接收机的输出。

本发明公开了一个根据第二中解扩方法构造的波形解扩器。这个波形解扩器依赖于四个正整数参数L、M、H和N及传输一个长为N的扩频码所占时长T，它把时长2HT的波形解扩成L+2HM比特二元码。这个波形解扩器由以下设备组成：

a)一个扩频波形生成器，所述扩频波形生成器有2^M个输出端口，所述2^M个输出端口分别用一个M比特二元码编号，所述扩频码生成器的2^M个输出端口同步输出2^M个长为N的二元扩频码的矩形脉冲波形，所述2^M个矩形脉冲波形时长2HT，所述2^M个矩形脉冲波形周期为T，所述长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多1；

b)一个同步器，所述同步器控制所述扩频波形生成器；

c)一个乘法器，所述乘法器都有2^M+1个输入端口，所述前2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述前2^M输入端口分别连接到是所述扩频码生成器的2^M个编号相同的输出端口，所述第2^M+1个输入端口就是所述波形解扩器的输入端口，所述乘法器有2^M的个输出端口，所述2^M个输出端口 分别用一个M比特二元码编号，所述第i个输出端口输出第i个输入端口输入的波形与所述最后一个输出端口输出的波形的乘积；

d)一个积分器，所述积分器有2^M个输入端口，所述2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述2^M个输入端口分别连接到所述乘法器的2^M个编号相同的输出端口，所述积分器的第i个输出端口对输入的波形分段按时长T积分并输出得到的长为2H的实数序列；

e)一个判决器，所述判决器都有2^M个输入端口，所述2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述2^M个输入端口分别连接到所述积分器的2^M个编号相同的输出端口，所述判决器有两个输出端口，所述判决器第一个输出端口依次输出绝对值最大的输入所对应的输入端口的编号，所述判决器的第二个输出端口依次输出命题“所输入的两个数中的绝对值最大的是正数”的真值；

f)一个L/2H译码器，所述L/2H译码器把所述判决器第二个输出端口输出的连续2H个真值译成一个L比特二元码；

g)一个合并器，所述合并器把所述L/2H译码器输出的L比特二元码和所述判决器第一个输出端口连续输出的2H个M比特对二元码合并成一个L+2HM比特的二元码作为波形序列解扩器的输出。

本发明公开了一个宽带接收机的构造。这个宽带接收机由以下设备组成：

a)射频前端；

b)一个振荡器，所述振荡器输出所述发射机所用的余弦载波；

c)一个同步器，所述同步器控制所述振荡器；

d)一个移相器，所述移相器把所述振荡器输出的载波转化为正弦载波；

e)两个乘法器，所述两个乘法器把所述射频前端输出的波形分别与所述振荡器输出的余弦载波和所述移相器输出的正弦载波相乘；

f)一个加法器，所述加法器把所述两个乘法器输出的波形相加；

g)一个本发明所公开的波形解扩器，所述波形解扩器对所述加法器的输出进行解扩得到所述宽带接收机的输出。

附图说明

附图1是本发明公开的扩频器的结构图。这个扩频器依赖于四个正整数参数L、M、H和N。这个扩频器把L+2HM比特二元码扩频为一个2HN比特二元码，它由以下设备组成：

a)一个分解器，所述分解器的输入是所述扩频器的输入，所述分解器有两个输出端口，所述分解器第一个输出端口并行输出输入所述分解器的L+2HM比特二元码的最前面L个比特，所述分解器第二个输出端口每次输出M比特、分2H次输出输入所述分解器的L+2HM比特二元码的最后面的2HM个比特；

b)一个编码器，所述编码器把所述分解器第一个输出端口输出的L比特二元码编码成一个含有H个0和H个1的2H比特二元码；

c)一个初态选择器和一个扩频码生成器，所述初态选择器每次读取所述分解器第二个输出端口输出的M个比特二元码并根据所述M比特二元码选择一个初态输出给所述扩频码生成器，所述扩频码根据所述初态输出一个长为N的二元扩频码，所述长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多1；

d)一个码片速率时钟，所述码片速率时钟使得所述扩频码生成器的逐比特输出速率是所述L/2H编码器的逐比特输出速率的N倍。

e)一个异或门，所述异或门把所述扩频码生成器的逐比特和所述L/2H编码器的逐比特输出做异或运算后生成所述扩频器的输出。

附图2是本发明公开的发射机的结构图。它由以下设备组成：

a)一个扩频器。这个扩频器的输入就是本发射机的输入，这个扩频器可以是本发明公开的扩频器；

b)一个码片波形调制器。这个码片波形调制器把扩频器的输出调制成相应的波形；

c)一个振荡器。这个振荡器输出本发射机需要的余弦载波；

d)一个移相器。这个移相器把振荡器输出的载波转化为正弦载波；

e)两个乘法器。这两个乘法器把码片波形调制器输出的波形分别与振荡器输出的余弦载波和移相器输出的正弦载波相乘；

f)一个加法器。这个加法器把两个乘法器的输出相加；

g)一个宽带滤波器。这个宽带滤波器过滤掉加法器输出的波形的带外频率，它的输出就是本发射机要生成的发射信号。

附图3是本发明公开的序列解扩器的结构图。这个序列解扩器依赖于四个正整数参数L、M、H和N，它把长为2HN的实数序列解扩成L+2HM比特二元码。这个序列解扩器由以下设备组成：

a)一个扩频码生成器，所述扩频码生成器有2^M个输出端口，所述2^M个输出端口分别用一个M比特二元码编号，所述扩频码生成器的2^M个输出端口同步输出2^M个长为N的二元扩频码，所述每个长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多一个；

b)一个同步器，所述同步器控制所述扩频码生成器；

c)一个相关器，所述相关器有2^M+1个输入端口，所述前2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述前2^M输入端口分别连接到是所述扩频码生成器的2^M个编号相同的输出端口，所述第2^M+1个输入端口就是所述序列解扩器的输入端口，所述相关器有2^M的个输出端口，所述2^M个输出端口分别用一个M比特二元码编号，所述第i个输出端口每次输出第i个输入端口连续输入的N个真值与最后一个输入端口连续输入的N个实数的相关系数，所述长为N的真值与长为N的实数序列的相关系数是长为N的真值序列的双极性序列与长为N的实数序列逐位相乘后求和得到；

d)一个判决器，所述判决器都有2^M个输入端口，所述2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述2^M个输入端口分别连接到所述相关器的2^M个编号相同的输出端口，所述判决器有两个输出端口，所述判决器第一个端口输出绝对值最大的输入对应的输入端口编号，所述判决器第二个输出端口输出命题“2^M个输入中的绝对值最大的是正数”的真值；

e)一个译码器，所述L/2H译码器把所述判决器第二个输出端口输出的连续2H个真值译成一个L比特二元码；

f)一个合并器，所述合并器把所述L/2H译码器输出的L比特二元码和所述判决器第一个输出端口连续输出的2H个M比特对二元码合并成一个L+2HM比特的二元码作为所述序列解扩器的输出。

附图4是本发明公开的波形解扩器的结构图。这个波形解扩器依赖于四个正整数参数L、M、H和N及传输一个长为N的扩频码所占时长T，它把时长2HT的波形解扩成L+2HM比特二元码。这个波形解扩器由以下设备组成：

a)一个扩频波形生成器，所述扩频波形生成器有2^M个输出端口，所述2^M个输出端口分别用一个M比特二元码编号，所述扩频码生成器的2^M个输出端口同步输出2^M个长为N的二元扩频码的矩形脉冲波形，所述2^M个矩形脉冲波形时长2HT，所述2^M个矩形脉冲波形周期为T，所述长为N的二元扩频码中1的个数比0的个数多1；

b)一个同步器，所述同步器控制所述扩频波形生成器；

c)一个乘法器，所述乘法器都有2^M+1个输入端口，所述前2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述前2^M输入端口分别连接到是所述扩频码生成器的2^M个编号相同的输出端口，所述第2^M+1个输入端口就是所述波形解扩器的输入端口，所述乘法器有2^M的个输出端口，所述2^M个输出端口分别用一个M比特二元码编号，所述第i个输出端口输出第i个输入端口输入的波形与所述最后一个输出端口输出的波形的乘积；

d)一个积分器，所述积分器有2^M个输入端口，所述2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述2^M个输入端口分别连接到所述乘法器的2^M个编号相同的输出端口，所述积分器的第i个输出端 口对输入的波形分段按时长T积分并输出得到的长为2H的实数序列；

e)一个判决器，所述判决器都有2^M个输入端口，所述2^M个输入端口分别用一个M比特二元码编号，所述2^M个输入端口分别连接到所述积分器的2^M个编号相同的输出端口，所述判决器有两个输出端口，所述判决器第一个输出端口依次输出绝对值最大的输入所对应的输入端口的编号，所述判决器的第二个输出端口依次输出命题“所输入的两个数中的绝对值最大的是正数”的真值；

f)一个译码器，所述L/2H译码器把所述判决器第二个输出端口输出的连续2H个真值译成一个L比特二元码；

g)一个合并器，所述合并器把所述L/2H译码器输出的L比特二元码和所述判决器第一个输出端口连续输出的2H个M比特对二元码合并成一个L+2HM比特的二元码作为波形序列解扩器的输出。

附图5是本发明公开的窄带接收机的结构图。它由以下设备组成：

a)射频前端；

b)一个振荡器。这个振荡器输出本发射机所用的余弦载波；

c)一个同步器。这个同步器控制振荡器；

d)一个移相器。这个移相器把振荡器输出的载波转化为正弦载波；

e)两个乘法器。这两个乘法器把射频前端输出的波形分别与振荡器输出的余弦载波和移相器输出的正弦载波相乘；

f)一个加法器。这个加法器把两个乘法器输出的波形相加；

g)一个积分采样器。这个积分采样器对加法器输出的波形按传输长为N的扩频码中的1比特所占用的时长积分后输出得到的值；

h)一个解扩器。这个解扩器对积分采样器的输出进行解扩得到本窄带接收机的输出。它是本发明公开的序列解扩器。

附图6是本发明公开的宽带接收机的结构图。它由以下设备组成：

a)射频前端；

b)一个振荡器。这个振荡器输出本发射机所用的余弦载波；

c)一个同步器。这个同步器控制振荡器；

d)一个移相器。这个移相器把振荡器输出的载波转化为正弦载波；

e)两个乘法器。这两个乘法器把射频前端输出的波形分别与振荡器输出的余弦载波和移相器输出的正弦载波相乘；

f)一个加法器。这个加法器把两个乘法器输出的波形相加；

g)一个解扩器。这个解扩器对加法器的输出进行解扩得到所述宽带接收机的输出。这个解扩器是本发明公开的波形解扩器。

具体实施方式

我们为本发明之具体实施提出如下建议。

在实际应用中，当发射机应用本发明所公开的扩频方法后，要求使用相应接收机使用相应的解扩方法。本发明两个接收方案。第一种接收方案是先卸载波再解扩。这时我们的积分器的积分区间不再是字符间隔，而必须是码片间隔。这会对同步器和积分器有更高的要求。第二种接收方案是先解扩再卸载波。这时我们的积分器的积分区间便是字符间隔。这时，由于我们采用了多个扩频码扩频，电路设计要稍微复杂一些。