专利名称：增强信息传输安全性的方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信系统，具体涉及基于码分多址(CDMA)的无线通信系统。
熟知的Walsh Hadamard函数系H构成欧几里得空间R2n(长度为2n，其中n为正整数)的正交基，取值的范围为1和-1。这些函数在无线通信的CDMA领域内得到了应用。最近以来，准Walsh函数系Q引入到CDMA无线通信系统的应用中。这些函数有类似于Walsh函数的性质，也构成R2n的正交基，且只取值1和-1。准Walsh函数系是把Walsh Hadamard函数中的任何特定元组取负值而形成的。用矩阵运算的形式表示，准Walsh函数系Q是对Walsh Hadamard函数系H右乘对角矩阵D得到的行矢量，对角矩阵D是由1和-1组成的，即，Q＝HD。请注意，每个行矢量中的值代表一个码片。这个代表准Walsh函数Q的矩阵是一个长度保持变换，称之为等距变换或正交变换，在此情况下以下的字段取实数值。由于Walsh Hadamard矩阵和对角矩阵D都是正交的，得到的乘积矩阵Q也是正交的。因此，Q中不同的行矢量，即，不同的准Walsh函数，其内积为零。请注意，若对角矩阵D是单位矩阵I，则呈现出Walsh Hadamard矩阵。所以，Walsh Hadamard矩阵H是在D＝I特殊情况下的准Walsh矩阵。
本发明利用准Walsh函数系，除了允许多址存取和捕获以外，还具有抗窃听和人为干扰(jamming)的高复原能力。本发明以某个速率r在各个广义准Walsh函数系之间转换，其中r可以是不等于零的固定值或可变值。本发明利用第一代码通过通信信道给用户发射第一组信息，和利用第二代码通过通信信道给用户发射第二组信息，其中，第二代码取代第一代码，第一代码和第二代码可以是正交代码或加密代码，以及通信信道有固定的或可变的数据速率。第一代码和第二代码可以用索引指示，例如，伪随机序列，算法，数学公式，已知或循环序列，等等，其中索引可以是单值或多值。在一个实施例中，第一代码和第二代码对应于第一正交函数系和第二正交函数系中的行矢量i和行矢量j。行矢量i和行矢量j在它们各自的正交函数系中可以相同或不相同。同样，第一正交函数系和第二正交函数系可以相同或不相同，且可以都是准Walsh函数系。
根据以下的描述，所附权利要求书，和附图，本发明的特征，观点和优点会变得比较容易理解，其中
图1表示4种可能的对角矩阵Dk例子；图2表示4种可能的准Walsh函数系Qk例子，它是利用图1中对角矩阵Dk导出的；和图3表示两个码片(chip)的例子，用于调制每个待发射的位。
首先，我们假设，采用分片率(chipping rate)为每个信息位2n码片，虽然其他的分片率也是可能的。所以，自始至终利用标准的2n×2nQ矩阵。在CDMA应用中一样，给每个用户分配Q矩阵中特定的行，从而允许在数据信道中的多址存取。若要求多于2n×2n个用户，则指定另一个Q矩阵中的各行给增加的用户。在后者的情况下，选取这样的另一个Q矩阵，使互相之间的干扰最小。然而，如同以前一样，由于任何两个准Walsh函数系之间的非正交性，互相之间的干扰就不可能为零。推广到准Walsh函数系的任意多个框架(frame)是直接了当的。在以下的各段中，重点放在不超过2n个用户的情况。但是，应该理解，本发明也适用于超过2n个用户的情况。
为了方便，对于发射的第1位，给第i个用户分配Q中的第i个行矢量(或准Walsh函数系中第i个准Walsh函数)。自始至终，我们假设，借助于导频和同步信道存在完全的同步。随后，给第i个用户分配不同Q矩阵中的第i行，该矩阵是逐位产生的。对发射的每位k，利用伪随机数发生器找到对角矩阵Dk。见图1,它表示4种可能的对角矩阵Dk，其中k=0，1，2，3。可能不同的矩阵数目为
个。此外，在单次实施中相同的Dk可以发生多次，从而使形成的伪噪声(PN)型序列可能有很大的周期。唯一的矩阵Dk右乘H给出Qk=HDk。见图2，它表示4种可能的准Walsh函数系Qk例子，是利用图1中对角矩阵Dk导出的。因此，给第i个用户总是分配相同的第i行，然而，对于每个发射的信息位，它很可能来自不同的准Walsh函数系。对于不知道等距(isometry)产生公式的观察者，形成的准Walsh函数串似乎是随机的，因此很难窃听。
推广到支持大于2n个用户是很直接的。我们在这里说明支持2(n+1)个用户的方法；推广到支持超过这个数目的方法遵从相同的逻辑。对于每位k，选取这样两个矩阵Dk1和Dk2，它们产生的所有准Walsh函数互相之间是“几乎正交”的。如上所述，给前2n个用户从Dk1中分配准Walsh函数，给后2n个用户从Dk2中分配准Walsh函数。
对于任何特定的位，给第i个用户分配准Walsh函数Qk中的第i行，而给第b个用户分配同一个准Walsh函数Qk中的第b行。所以，不发生互干扰，因为这些代码是互相正交的。因此，正如在最大长度的大移位寄存器PN序列中一样，在相继各位中可以导致长的准Walsh型PN序列。与移位寄存器序列相同，这个相继位序列具有全部的信号隐藏优点。换句话说，利用一个索引，准Walsh函数Qk在相继各位中是变化的，其中索引可以用PN序列，算法，数学函数，已知序列等确定。此外，它还有附加的正交性优点，容易多址存取和捕获。准Walsh PN序列的长度在它重复之前是随机数发生器长度的函数，每个随机数发生器确定Dk的等距性。作为增加的随机度，每1位的第i个用户可以利用不同于第i行的1行。准Walsh函数Qk中实际的行可以变化(利用另一个随机数发生器)。
对于给定的2n×2nWalsh Hadamard矩阵H，利用不同对角等距矩阵Dk的右乘，得到
个不同的准Walsh函数系。这些矩阵中的对角元素用0替换-1可以解释成二进制的。所以，每个不同的Dk可以用0与(
-1)之间的一个整数代表。因此，编码以及相应的解码可以有效地用与每1位相关的特定索引k来代表。
作为一个简化的说明，考虑以下的例子。在R2中，每个信息位利用两个码片，并考虑两个用户。在此情况下，n=1。得到4个不同的对角正交矩阵，如在以上提到的图1中所示。若其中每个矩阵Dk右乘到Walsh Hadamard矩阵H上，则得到图2中所示的准Walsh函数系Qk。
为了说明在由所有可能的对角矩阵等距性组成的任一个实施方案中，出现相等数目的1和-1，考虑如下。参照以前的说明，对于每次发射的4个信息位，利用对角矩阵等距性。假设索引按照以下的顺序确定等距性矩阵DkD0，D1，D2，和D3。因此，用于调制每个发射位的两个码片在图3中所示。请注意，相等数目的1和-1的组合是给用户0和用户1的。
本发明可应用于Sylvester和非Sylvester类型。这就允许在非2n(n为正数)的实空间中操作。本发明还可应用于非正交的准Walsh函数系Q。用转置矩阵P右乘Q产生一个广义准Walsh函数系QG，即，QG＝HDP。请注意，此处的P与H和D有相同的维数(即，m×m)。与准Walsh函数系Q比较，因为有m！个不同的Ps，整个函数系QG增大m！，提高了找到各个系中低相关广义准Walsh函数系的概率，从而产生最小的互干扰。
上述分配准Walsh函数的过程可以在同样的方式下适用于广义准Walsh函数系QG，其中QGj＝HDkPx。其中k＝1至m(不必等于2n)，和x＝1至m！。因此，特定的广义准Walsh函数系是用j确定的，j是二值元组{k，x}的函数。所以，信息隐藏可以由二维索引或元组{k，x}完成，增强了信息隐藏特性。在一个实施方案中，如上所述，每个用户在所有的位中利用相同的特定行矢量，相对于其他的用户而言利用不同的行矢量。在这个特定的实施方案中，从QGj中选取位j的扩展序列。因此，编码以及相应的解码可以用与每1位相关的特定索引j[或元组{k，x}]来代表。
权利要求
1.一种发射信息的方法，包括以下步骤通过第一代码调制的通信信道给用户发射第一组信息和通过第二代码调制的通信信道给用户发射第二组信息，其中利用第二代码取代第一代码。
2.按照权利要求1的方法，还包括步骤通过第三代码调制的通信信道给用户发射第三组信息，其中利用第三代码取代第二代码。
3.按照权利要求2的方法，其中通信信道有固定的或可变的数据速率。
4.按照权利要求1的方法，其中第一代码和第二代码是用索引指示的。
5.按照权利要求4的方法，其中该索引是由伪随机数序列确定的。
6.按照权利要求4的方法，其中该索引是由算法确定的。
7.按照权利要求1的方法，其中第一代码对应于第一正交函数系中的行矢量i和第二代码对应于第二正交函数系中的行矢量j。
8.按照权利要求7的方法，其中行矢量i和行矢量j是它们各自正交函数系中的相同行。
9.按照权利要求7的方法，其中行矢量i和行矢量j是它们各自正交函数系中的不同行。
10.按照权利要求7的方法，其中第一正交函数系不同于第二正交函数系。
11.按照权利要求7的方法，其中第一正交函数系等同于第二正交函数系。
12.按照权利要求7的方法，其中第一和第二正交函数系是广义准Walsh函数系。
13.按照权利要求7的方法，其中行矢量i和行矢量j是利用索引确定的。
14.按照权利要求13的方法，其中索引是由伪随机数序列确定的。
15.按照权利要求13的方法，其中索引是由算法确定的。
16.按照权利要求7的方法，其中第一和第二正交函数系是利用索引确定的。
17.按照权利要求16的方法，其中索引是由伪随机数序列确定的。
18.按照权利要求16的方法，其中索引是由算法确定的。
19.按照权利要求1的方法，其中第一组信息对应于位n和第二组信息对应于位n+r，r是一个不等于零的固定值。
20.按照权利要求1的方法，其中第一组信息对应于位n和第二组信息对应于位n+r，r是一个不等于零的可变值。
21.一种给第i个用户发射位的方法，包括以下步骤分配第i个行矢量给第i个用户；利用第一正交函数系中的第i个行矢量，发射与第i个用户相关的位n；利用第二正交代码系中的第i个行矢量，发射与第i个用户相关的位n+r，其中第一正交代码系不同于第二正交函数系。
22.按照权利要求21的方法，其中第一和第二正交代码系是广义准Walsh函数系。
23.按照权利要求21的方法，其中第一和第二正交代码系是用索引指示的。
24.按照权利要求23的方法，其中索引是由伪随机数序列确定的。
25.按照权利要求23的方法，其中索引是由算法确定的。
全文摘要
开发了准Walsh函数系,它允许多址存取和扩频以防止窃听和人为干扰。由于正交扩频,互干扰是最小的。利用大量不同的正交代码,产生高的信号隐藏能力。提出一种编码算法。可以用简单的方法“跟踪”不同的准Walsh函数系以及对于特定码片值的给定用户确定合适的值。
文档编号H04J13/04GK1277503SQ0010675
公开日2000年12月20日 申请日期2000年4月17日 优先权日1999年4月19日
发明者查尔斯·罗伯特·盖尔狄那, 阿沙克N·如卓派特那 申请人:朗迅科技公司