一种时分星间测量通信网络多址长码的生成方法
【专利摘要】本发明公开了一种时分星间测量通信网络多址长码的生成方法，其步骤为：(1)计算扩频长码一个周期码元数量；(2)确定需要的多址长码数量；(3)确定所需选择高阶m序列发生器阶数；(4)基于本原多项式的扩频码序列生成；(5)具有平衡特性的码段搜索；(6)正交扩频码段配对选择；(7)将上述配对的扩频码段按照顺序分配给卫星星座星间链路网络接入节点，计算每个扩频码段对应的移位寄存器起始状态；(8)根据高阶m序列发生器本原多项式SSRG结构计算时分星间测量通信网络多址长码。本发明具有原理简单、流程规范、码组平衡与相关特性可控、工程实现从抽头数量和寄存器数量少、资源代价低等优点。
【专利说明】-种时分星间测量通信网络多址长码的生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及到卫星网络【技术领域】，特指一种时分星间测量通信网络多址长码 的生成方法。
【背景技术】
[0002] 卫星技术在国民经济中发挥着越来越突出的作用。随着技术的发展，对导航卫星 精密定轨与时间同步和导航星座自主运行的要求越发迫切，催生了星间链路技术，并使之 成为全球卫星导航系统的基本技术特征和技术制高点。通过星间链路将全球卫星星座（典 型为walker星座）的每颗卫星组成网络，以实现星座自主运行的精密定轨和时间同步对星 间观测和测量数据传输的需求。地面系统只需要和星座中的任意单颗卫星建立联系，就能 实现对整个星座的运行管理控制，"一星通、整网通"的构想将成为可能。
[0003] 全球卫星星座的星间链路组网是一类极为特殊复杂的卫星网络，全球卫星星座数 量多，发射时间长、批次多，在组网过程中还可能因各种主客观原因偏离原有发射计划和星 座构型，卫星功能复杂、精密度高。Walker全球星座的卫星本质上是对等的，星座星间链路 网络具有典型的扁平化、无中心的特征，星座星间链路网络是一个具有较大数量对等节点 的无线网络。以上特征要求星座星间链路体制对于构建星间网络要具有高度的灵活性和适 应性。全球卫星星座星间链路系统既可能需要完成高精度测量，也要承载一定速率的通信 功能。为完成自主测量和定轨，星间链路测量通信功能都有其特殊性。对于测量而言其测 量不是单点对单点，而是在时间约束条件下的多点对多点测量；通信功能并不是完成常规 网络所要求的点点连通，而是主要用来建立境内站_境内星_境外星联系。
[0004] 全球卫星星座的星间链路系统多采用时分/码分多址（TDMA/CDMA)方式组网和接 入，每个节点的接入采用时分多址（TDMA)按照事先分配的时隙与其他节点连接，各个节点 采用不同的扩频码提高处理增益和降低互干扰，避免接入冲突，网络性能获得了提升。时分 多址（TDMA)方式组网和接入采用时分双工（time-division duplex, TDD)通信体制，表现 在对单条链路而言以TDD半双工方式对同一频点同一条链路的复用，对多条链路通过时分 方式来实现与多颗卫星的测量通信。时分/码分多址（TDMA/CDMA)方式组网和接入可以突 破频分/码分多址（FDMA/CDMA)技术的瓶颈限制，其上下行工作于同一频段，不需要大段的 连续对称频段，系统频谱利用率高，可以灵活实现上下行不对称业务；在测量性能、系统容 量、频谱利用率和抗干扰能力方面具有突出的优势。
[0005] 采用时分/码分多址（TDMA/CDMA)方式组网和接入，TDD通信模式使得通信链路 建立呈现出短时突发特性，需要针对全球卫星星座组网节点设计大量具有优异自相关与互 相关特性的短时突发扩频码用于星间链路直接扩展频谱系统使用。对于直接扩展频谱系统 而言，扩频码周期码越长，其相关特性越好，线谱功率越低，有利于提高干扰抑制能力，长周 期的扩频码用于DLL环路能量累计可以有效改善测量精度和灵敏度。长周期扩频码在传统 上多采用长短m序列阶段截断组合异或运算形成所需长度的扩频码序列，如GPS P码就通 过多个序列截断组合异或形成长度1星期的扩频码，但采用该方法无法有效获得具有优良 平衡特性和相关特性的码组，在选择多个序列发生器时方法选项组合多，性能评估难度大， 难以有效和高效的完成扩频码组设计。从工程实现看，组合码设计方法无法获得优化的移 位寄存器抽头数量，增加了FPGA实现的资源代价。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种原理简单、流程规范、码组平衡与相关特性可控、工程实现从抽头数量和寄存器数量少、 资源代价低的一种时分星间测量通信网络多址长码的生成方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0008] -种时分星间测量通信网络多址长码的生成方法，其步骤为：
[0009](1)、计算扩频长码一个周期码元数量：N=fc*T;其中，每颗卫星时分星间链路所 设定的扩频码速率为fc，扩频码周期为T;
[0010]⑵、确定需要的多址长码数量：K= 2*M，卫星星座星间链路网络接入节点数量为 M；
[0011] (3)、确定所需选择高阶m序列发生器阶数；
[0012] (4)基于本原多项式的扩频码序列生成；
[0013](5)、具有平衡特性的码段搜索：从上述扩频码序列中寻找两倍于要求，即2K组长 度为N的满足0,1平衡特性的码序列；
[0014] (6)正交扩频码段配对选择：从2K组码序列中选择I、Q支路码序列，选择标准是 计算两两之间的互相关特性，该互相关特性具有最接近三值互相关函数之一的特性；
[0015] (7)将上述配对的扩频码段按照顺序分配给卫星星座星间链路网络接入节点，计 算每个扩频码段对应的移位寄存器起始状态X(t);
[0016] (8)得到M对扩频码段序列及其起始长码发生器状态，根据高阶m序列发生器本原 多项式SSRG结构计算时分星间测量通信网络多址长码。
[0017] 作为本发明的进一步改进：所述步骤（3)中，高阶m序列发生器阶数计算方法为： n= [log2(2*N*K)],其中[.]表示四舍五入取整，由此确定选择n阶的m序列发生器。
[0018] 作为本发明的进一步改进：所述步骤（5)中，搜索方法是从序列S起点逐码选择长 度N满足0,1平衡特性码段满足平衡特性后保留该码段\，记录该码段的起始位置m， 从该码段结尾处重新开始搜索，直至达到搜索2K组要求。
[0019] 作为本发明的进一步改进：所述步骤（4)中的步骤为：
[0020] 步骤1 :获得本原多项式的系数；
[0021] 步骤2 :利用多项式系数表达为SSRG既约多项式形式；
[0022] 步骤3 :建立移位寄存器结构状态转移矩阵；
[0023] 步骤4 :选择寄存器状态初项；
[0024] 步骤5 :定义移位寄存器在t时刻状态向量；
[0025] 步骤6 :输出码序列Xn⑴；
[0026] 步骤7 :按照状态转移矩阵逻辑代数计算方法获得t+1时刻状态向量；
[0027] 步骤8 :输出码序列Xn(t+1);
[0028] 步骤9 :输出码序列数量是否达到2n_l，若不满足条件则转步骤7,若满足条件则 转步骤10 ;
[0029] 步骤10 :结束计算。
[0030] 作为本发明的进一步改进：所述步骤（6)中的计算方法为：选择第一个搜索码段 Xt，将码段Xt逐一与码段&到码段X2K计算互相关特性，将所有互相关结果绝对值求和后平 均，选择最接近于三值互相关函数之一的码段为Xj配对码段，定义I支路为Xt，Q支路为Xv， 完成配对并从2K组码段列队中删除Xt和Xv。之后再选择Xt+1，重复上述过程直至获得M对 准正交扩频码段。
[0031] 作为本发明的进一步改进：所述步骤（7)中，具体计算方法是：记第i、i+l个码片 时的长码发生器状态分别为X(i)与X(i+1)，Ts为状态转移矩阵，则有：
【权利要求】
1. 一种时分星间测量通信网络多址长码的生成方法，其特征在于，其步骤为： (1) 、计算扩频长码一个周期码元数量：N=fc*T;其中，每颗卫星时分星间链路所设定 的扩频码速率为fc，扩频码周期为T; (2) 、确定需要的多址长码数量：K= 2*M，卫星星座星间链路网络接入节点数量为M; (3) 、确定所需选择高阶m序列发生器阶数； (4) 基于本原多项式的扩频码序列生成； (5) 、具有平衡特性的码段搜索：从上述扩频码序列中寻找两倍于要求，即2K组长度为 N的满足0,1平衡特性的码序列； (6) 正交扩频码段配对选择：从2K组码序列中选择I、Q支路码序列，选择标准是计算 两两之间的互相关特性，该互相关特性具有最接近三值互相关函数之一的特性； (7) 将上述配对的扩频码段按照顺序分配给卫星星座星间链路网络接入节点，计算每 个扩频码段对应的移位寄存器起始状态X(t); (8) 得到M对扩频码段序列及其起始长码发生器状态，根据高阶m序列发生器本原多项 式SSRG结构计算时分星间测量通信网络多址长码。
2. 根据权利要求1所述的时分星间测量通信网络多址长码的生成方法，其特征在于， 所述步骤（3)中，高阶m序列发生器阶数计算方法为：n= [log2(2*N*K)]，其中[.]表示四 舍五入取整，由此确定选择η阶的m序列发生器。
3. 根据权利要求1所述的时分星间测量通信网络多址长码的生成方法，其特征在于， 所述步骤（5)中，搜索方法是从序列S起点逐码选择长度N满足0，1平衡特性码段Xi，满足 平衡特性后保留该码段Xi，记录该码段的起始位置m，从该码段结尾处重新开始搜索，直至 达到搜索2K组要求。
4. 根据权利要求1所述的时分星间测量通信网络多址长码的生成方法，其特征在于， 所述步骤（4)中的步骤为： 步骤1 :获得本原多项式的系数； 步骤2 :利用多项式系数表达为SSRG既约多项式形式； 步骤3 :建立移位寄存器结构状态转移矩阵； 步骤4 :选择寄存器状态初项； 步骤5 :定义移位寄存器在t时刻状态向量； 步骤6 :输出码序列Xn⑴； 步骤7 :按照状态转移矩阵逻辑代数计算方法获得t+Ι时刻状态向量； 步骤8 :输出码序列Xn(t+1); 步骤9 :输出码序列数量是否达到2n-l，若不满足条件则转步骤7,若满足条件则转步 骤10 ; 步骤10 :结束计算。
5. 根据权利要求1所述的时分星间测量通信网络多址长码的生成方法，其特征在于， 所述步骤（6)中的计算方法为：选择第一个搜索码段Xt，将码段Xt逐一与码段X1到码段X2k 计算互相关特性，将所有互相关结果绝对值求和后平均，选择最接近于三值互相关函数之 一的码段为&配对码段，定义I支路为Xt，Q支路为Xv，完成配对并从2K组码段列队中删除 Xt和Xv。之后再选择Xt+1，重复上述过程直至获得M对准正交扩频码段。
6.根据权利要求1所述的时分星间测量通信网络多址长码的生成方法，其特征在于， 所述步骤（7)中，具体计算方法是：记第i、i+Ι个码片时的长码发生器状态分别为X(i)与 父(1+1)，！；为状态转移矩阵，则有：
并且有如下的等式成立： X(i+1) =Ts ·X(i) 其中ck为生成高阶m序列发生器多项式中的各级系数，根据该码段的起始位置m与初 项为[01010101···]的码片时间间隔，则可推算出每个扩频码段对应的长码发生器状态为： 邱+ 1) = 7>邱） 对m做如下分解： η m=y^k^T则有： /=1
【文档编号】H04B1/707GK104467913SQ201410577800
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】陈建云, 李献斌, 杨俊 , 郭熙业, 周永彬, 冯旭哲 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学