专利名称：产生跳频序列的方法及使用该方法的无线电设备和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个产生一个跳频序列的方法，在该方法中将诸不同的代码链接起来，和涉及诸无线电设备，它们在一个无线电通信系统中相互进行无线电通信，并根据这样一个跳频序列在多个不同的载波频率之间周期地变化。这些无线电通信系统，例如，从公众移动无线电设备来看是为大家所熟知的，在这些无线电通信系统中用诸跳频技术实施无线电发射，以便改善无线电发射的质量和抗干扰的能力。
在D.V.Sarwate的题为“Optimum PN Sequences for CDMASystems”的论文中，该论文公布在1995年出版的由S.G.Glisic和P.A.Leppanen编辑的书“Code Division Multiple AccessCommunications”(Kluwer Academic PublishersBoston/Dordrecht/London,)中第53-78页上，描述了用一个有两个代码即一个Lempel-Greenberger代码和一个Reed-Solomon代码的链接，得到一个有诸最佳汉明相关特性的跳频序列。然而，用这个已知的方法，只能产生少数几个不同的序列，即只能产生和编码元素的数目相对应的那么多的不同的序列。例如，如果选择一个有n=8个元素的代码，则只能产生8个不同的序列。此外，字母表的大小(载波频率的数量)必须是2的乘方，即，能够将字母表的大小取在值2,4,8,26等上。
Lempel-Greenberger代码本来是从A.Lempel和H.Greenberger的一篇题为“Families of Sequences with Optimal Hamming CorrelationProperties”的论文中知道的，该论文公布在期刊“IEEETransaction onInformation Theory”,Vo1.IT-20,No.1,1974年1月中。在那里它指出能用一个线性反馈移位寄存器产生Lempel-Greenberger代码，在该寄存器中从在反馈环路中的所有的移位寄存器单元连续地取得诸输出，以便产生一个有诸有利的汉明相关特性的伪随机序列。然而，如果我们用一个Lempel-Greenberger代码来产生一个跳频序列，则在其中连续地数次出现一个相同的载波频率的跳频序列内可能发生诸区段。这意味着可能发生不包含任何“跳变”的加长的诸区段，它们抵消了跳变的效应，即在诸载波频率之间的不断的变化。
本发明的一个目的是改善上述的方法，使产生一个跳频序列，它在诸载波频率之间引起一个不断的变化，而消除了上述的诸缺点。
其它的诸目的是提供一个用本方法的无线电设备和一个包括这样一个无线电设备的无线电通信系统。
这些目的是通过用一个有按照以下所述的本发明的第一方面的诸特点的方法和通过用一个有按照以下所述的本发明的第二和第三方面的诸特点的无线电设备和无线电通信系统来实现的。
本发明的第一方面是产生一个跳频序列(s[i])的方法(100)，该跳频序列用于在诸无线电设备(BS,MS)之间的无线电通信，这些无线电设备在多个(I)不同的载波频率(0,1,…,5)之间周期地变化，其中至少将两个代码(LG[n],cI)链接起来，所说的方法包括下列的诸步骤-根据第一个代码(LG[n])计算一个伪随机序列的诸元素(步骤110)；-根据第两个代码(cI)对多个载波频率计算所有可能的序列，在这些序列中仅包含每个载波频率一次(步骤120)；-通过将伪随机序列的每一个元素(n=3)映射到可能的诸序列中的一个序列(c3)将两个代码(LG[n],cI)链接起来，并通过按照产生伪随机序列的诸元素的顺序(n=3,6,…,4,…)加入诸序列(c3,c7,…,c8,…)，产生跳频序列(s[i])(步骤130)。
本发明的第二方面是一个用于一个无线电通信系统(CTS)的无线电设备(MS)，其中所说的无线电设备(MS)和其它的诸无线电设备(BS,MS＇)根据一个跳频序列(s[i])在多个(I)不同的载波频率(0,1,…,5)之间周期地变化，无线电设备(MS)包括一个用于计算跳频序列(s[i])的装置，该装置将至少两个代码(LG[n],cI)链接起来，以便通过根据第一个代码(LG[n])计算一个伪随机序列的诸元素，和根据第两个代码(cI)对多个载波频率计算所有可能的序列，在这些序列中仅包含每个载波频率一次，产生跳频序列(s[i])，所说的装置通过将伪随机序列的每一个元素(n=3)映射到可能的诸序列中的一个序列(c3)将两个代码(LG[n],cI)链接起来，并通过按照伪随机序列的诸元素出现的顺序(n=3,6,…,4,…)加入诸序列(c3,c7,…,c8,…)，产生跳频序列(s[i])。
本发明的第三方面是一个无线电通信系统(CTS)，它至少包括两个相互通信的无线电设备(BS,MS,MS＇；MS″)，这些无线电设备根据一个跳频序列(s[i])在多个(I)不同的载波频率(0,1,…,5)之间周期地变化，无线电通信系统(CTS)还包括一个用于计算跳频序列(s[i])的装置，该装置至少将两个代码(LG[n],cI)链接起来，以便通过根据第一个代码(LG[n])对多个载波频率计算一个伪随机序列的诸元素，和根据第两个代码(cI)对多个载波频率计算所有可能的序列，在这些序列中仅包含每个载波频率一次，产生跳频序列(s[i])，所说的装置通过将伪随机序列的每一个元素(n=3)映射到可能的诸序列中的一个序列(c3)将两个代码(LG[n],cI)链接起来，并通过按照伪随机序列的诸元素出现的顺序(n=3,6,…,4,…)加入诸序列(c3,c7,…,c8,…)，产生跳频序列(s[i])。
在根据本发明的方法中，首先，根据第一个代码计算一个伪随机序列的诸元素；然后，根据第两个代码，对于多个载波频率，计算所有可能的序列，这些序列仅包含每个载波频率一次；此后，通过将伪随机序列的每一个元素映射到诸可能的序列中的一个，将两个代码链接起来；最后，通过按照产生伪随机序列的诸元素的顺序加入诸序列，产生跳频序列。
根据本发明的无线电设备和装备有该无线电设备的无线电通信系统包括用于将至少两个代码链接起来，以便通过根据第一个代码，计算一个伪随机序列的诸元素，产生跳频序列，和根据第两个代码，对多个载波频率计算所有可能的序列，在这些序列中每个载波频率仅被包含一次，所说的装置通过将伪随机序列的每一个元素映射到诸可能的序列中的一个，将两个代码链接起来，并通过按照伪随机序列的诸元素出现的顺序加入诸序列，产生跳频序列。
这有一个优点，即，在产生的跳频序列内，所有有用的载波频率以相等的频度出现，并均匀地分布在所考虑的每个时间范围上。这减少了在根据本发明的诸无线电设备和一个常规的无线电通信网络的诸无线电设备之间的干扰。这意味着根据本发明的无线电通信系统几乎不可能和一个相邻的无线电通信系统，如一个所谓的重叠网，发生干扰。所以，本发明特别适合于在一个公众移动无线电系统附近建立一个私人无线电通信系统。
从下面的诸要点可以清楚地看到更多的优点特别有利的是，用一个代码计算伪随机序列，该代码有一个和一个线性反馈移位寄存器的功能相对应的功能，在线性反馈移位寄存器中从反馈环路中的诸移位寄存器单元和从前馈环路中的诸移位寄存器单元二者取得诸输出，这些输出只从少数几个移位寄存器单元取得。在这种方式中，产生一个伪随机序列，因为对诸移位寄存器单元的访问是可变的，所以产生的伪随机序列是可变的。这意味着能够改变代码长度和诸单元的密度二者。
对于第一个代码用一个Lempel-Greenberger代码也是特别有利的，将一个可变的输入矢量分配给Lempel-Greenberger代码，该输入矢量的诸元素被安排在一个和从诸移位寄存器单元取得的诸输出值相对应的可自由选择的配置中。在这种方式中，产生的伪随机序列的可变性加入到Lempel-Greenberger代码的诸优点中。优先地，第一个代码形成外部代码，而第两个代码形成内部代码，这可以通过选择伪随机序列的元素数目大于多个载波频率的数目来实现。
诸无线电设备包括用于计算诸伪随机序列的装置是有利的，这些伪随机序列通过确定它们的对于Lempel-Greenberger代码的彼此不同的诸输入矢量产生不同的诸跳频序列。这减少了诸无线电设备之间的干扰，优先地这些无线电设备是诸移动台。优先地，各个装置根据一个分配给移动台的设备代码或根据一个分配给移动台用户的用户标识确定输入矢量。
本发明将从下面的和所附的诸图相结合的关于一个优先实施例的描述，变得更加清楚，其中
图1是一个用于产生一个常规的Lempel-Greenberger代码的一个线性反馈移位寄存器的简略的方框图；图2是一个用于根据本发明产生一个修改的Lempel-Greenberger代码的一个线性反馈移位寄存器的简略的方框图；图3是一个表示根据本发明的方法的诸步骤的流程图；图4图解地表示根据本发明一个修改的Lempel-Greenberger代码和一个非重复序列的链接；和图5表示根据本发明的一个无线电通信系统，它包括一个固定的无线电设备和若干个移动的无线电设备。
图1表示一个用于产生一个常规的Lempel-Greenberger代码的一个线性反馈移位寄存器的简略的方框图。移位寄存器由串联连接的17个单元bn-bn16组成，其中将最后一个单元bn16的输出反馈回到第一个单元bn的输入上。此外第14个移位寄存器单元bn13的输出引出并馈送到一个包含在反馈环路中的相加单元。为了形成一个常规的Lempel-Greenberger代码，从若干个相邻的移位寄存器单元，这里是最后三个单元bn14-bn16取得诸输出。将这些输出以这个预先确定的顺序馈送到三个逻辑单元，在那里通过一个XOR(异或)的操作，即，一个模2加，将它们和三值代码v组合起来。该代码有三个数字v0,v1和v2，于是能够代表23=8个不同的代码字，它们和来自诸移位寄存器单元的诸值组合起来，形成Lempel-Greenberger代码LG(n)的输入矢量。用图1所示的安排，即，用一个有n=17个单元的线性反馈移位寄存器，能够实现一个有一个2n-1=216个单元的长度的Lempel-Greenberger代码。
和一个常规类型的Lempel-Greenberger代码的产生相反，图2表示根据本发明用于产生一个修改的Lempel-Greenberger代码的一个线性反馈移位寄存器。移位寄存器包含17个串联连接的单元，最后一个单元的输出反馈回到第一个单元的输入。此外，将第14个移位寄存器单元bn13的输出引出并馈送到一个包含在反馈环路中的相加单元(相加级)。和常规的Lempel-Greenberger方法不同，从不必是彼此相邻的诸移位寄存器单元取得诸输出。在图2的实施例中，从第8个单元bn7，最后一个单元bn16和倒数第3个单元bn14取得诸输出，这个顺序是可自由地选择的。这意味着不必以一个预先确定的顺序从诸移位寄存器单元取得诸输出，但是该顺序是可以改变的。仅仅通过这种修改，在这个例子中能够产生960个不同的Lempel-Greenberger序列。通过将在下面详细描述的以后的链接，甚至能够产生115,200个不同的序列。
在图2所示的实施例中，从第15个移位寄存器单元bn14取得一个第1个输出，从最后一个移位寄存器单元bn16取得一个第2个输出，和从第8个移位寄存器单元bn7取得一个第3个输出。这些输出的值形成用于Lempel-Greenberger代码的输入矢量。在这个例子中，在修改的Lempel-Greenberger代码和链接的帮助下能够产生115,200个不同的序列。
图3是一个表示根据本发明的方法100的诸步骤的流程图。该方法用于产生一个跳频序列，并包括步骤110到130。
在一个第一个步骤110中，参照图2的描述，在修改的Lempel-Greenberger代码的帮助下，计算出一个伪随机序列的诸元素。计算一个元素的规则是LG(n)=v0mod bn-a0+p(v1mod bn-a1)+p2(v2mod bn-a2)+……+pk-1(vk-1mod bn-a(k-1))其中，选择的代码字由v0,v1,v2等表示，引出的诸移位寄存器单元的诸输出值由bn-a0,bn-a1,bn-a2等表示。下标a对应于一个有诸元素a1,a2,a3等的矢量。这个矢量a可自由地选择并指出以什么样的顺序将诸移位寄存器单元分接出去。数字p是一个质数，优先地将它设定得等于2(p=2二进制情形)。
在这个具体的情形中，并和图2一致，得到下列的公式LG(n)=v0mod bn-14+2(v1mod bn-16)+22(v2mod bn-7).
在一个以后的步骤120中，对于多个载波频率计算出所有的那些可能的序列，在这些序列中仅包含每个载波频率一次，即，形成诸不重复的序列，每个不重复的序列都包括所有可用的载波频率，每个频率在任何一个序列中只出现一次。根据下列的公式确定诸序列，其中I是基本序列c0的第I个变量的指数c1={(C0+1)mod N,(C1+1)mod N,…(CN-1+1)mod N}.
在该例子中，其中c0={3,2,0,5,1}，基本序列有N=6个元素(载波频率)，且第3个变量可如下计算c3={(3+3)mod 6,(2+3)mod 6,…,(1+3)mod 6}={0,5,3,2,1,4}.
如这个例子所表明的，和常规的Lempel-Greenberger方法不同，现在能够考虑一个不一定是2的倍数的数N。于是，根据本发明的方法可用于任何数目N的载波频率。
在下一个步骤130中，通过加入前面计算得到的诸序列，产生跳频序列s[i]；序列出现的顺序由前面计算得到的伪随机序列的诸元素确定。用于计算的规则是s(i)=(LG(i div N)+i div N+Ci mod N)mod N现在我们将参照图4较详细地说明方法100。
图4表示一个跳频序列s[i]的一部分，它是由在图3中说明的方法产生的。在一个计数变量n的帮助下实施该方法，这里变量n，例如，从0计数到6。首先，用刚描述过的方法对n=0计算一个Lempel-Greenberger代码，结果等于3。将这个结果加到当前的计数变量，即，0+3，得到对于要求的序列c1的指数I。于是，在这种情形中，指数变成I=3，使得序列c3作为跳频序列的一个第一个部分被产生出来。
序列c3以及所有其它的可能的序列从一个有元素3,2,0,5,4,1的可自由选择的基本序列c0得出。这意味着这个基本序列以一个预先确定的顺序规定了所有的载波频率0-5，并且是从它那里产生的如序列c1,c2,c3等的诸变量的基础。序列c3包括，例如，用于以下列顺序0,5,3,2,1,4规定诸载波频率的诸元素。
在对跳频式样s[i]产生了第1个序列后，产生下一个序列。为了做到这一点，将计数变量n增加1。然后对于n=1，计算出一个Lempel-Greenberger代码，结果为LG=6。通过将这个结果加到n上，得到对于下一个序列的指数，即，I=1+6=7。因此，下一个序列是c7，它有下列的诸元素4，3,1,0,5,2。将这个序列加到前面计算得到的序列上。然后计数变量再次增加1，并再计算一个序列。如图4所示，对于n=2，得到一个有结果为LG=5的Lempel-Greenberger代码，这意味着序列c7被连接。然后如所描述的那样连续地实施跳频式样的产生，即对于n=3,LG=0和cI=c3；对于n=4,LG=4和cI=c8；对于n=5,LG=7和cI=c12；对于n=6,LG=7和cI=c13等。
如在图4的帮助下用例子所表明的，跳频式样s[i]是从加入的序列c3,c7,c7,c3,c8等形成的。因为在每个序列中诸载波频率只出现一次，排除了同一个载波频率重复出现的可能性。只有在从一个序列过渡到下一个序列时，一个相同的频率能够连续地出现二次。例如，在从序列c3过渡到序列c7时，载波频率4连续地出现二次。对于从序列c8到序列c12的过渡，得到载波频率3的一次重复。然而，根据本发明作为修改的Lempel-Greenberger代码的一个结果，这些重复是非常罕见的。所描述的方法的优点是能够产生非常大量的(这里为115,200)不同的序列。
图5用例子表示根据本发明的一个无线电通信系统CTS的结构，该无线电通信系统CTS位于一个公众移动无线电系统GSM的附近。无线电通信系统CTS有一个固定的无线电设备，即一个基地台BS和若干个移动的无线电设备，即诸移动台MS,MS＇和MS″。无线电通信系统CTS用作一个私人通信系统。所示的诸无线电设备通过这里提出的跳频方法将它们的诸无线电信号发射出去。结果，几乎排除了在诸无线电设备之间和与相邻的移动无线电系统GSM之间发生干扰的可能性，在相邻的无线电系统内，将一个常规的跳频技术用于一个基地收发信机台BTS和诸移动台M之间。
我们已经用一个移动无线电通信系统描述了本发明。也可以将本方法用于一个有主要是诸固定的无线电设备的无线电通信系统，如用于无线办公室通信。本发明也特别适合用于诸战术的移动无线电系统，它们一般地唯一地包括诸移动设备。
权利要求
1．产生一个跳频序列(s[i])的方法(100)，该跳频序列用于在诸无线电设备(BS,MS)之间的无线电通信，这些无线电设备在多个(I)不同的载波频率(0,1,…,5)之间周期地变化，其中至少将两个代码(LG[n],cI)链接起来，所说的方法包括下列的诸步骤-根据第一个代码(LG[n])计算一个伪随机序列的诸元素(步骤110)；-根据第两个代码(cI)对多个载波频率计算所有可能的序列，在这些序列中仅包含每个载波频率一次(步骤120)；-通过将伪随机序列的每一个元素(n=3)映射到可能的诸序列中的一个序列(c3)将两个代码(LG[n],cI)链接起来，并通过按照产生伪随机序列的诸元素的顺序(n=3,6,…,4,…)加入诸序列(c3,c7,…,c8,…)，产生跳频序列(s[i])(步骤130)。
2．一个在权利要求1中所述的方法(100)，其中用一个有一个和一个线性反馈移位寄存器的功能相对应的功能的代码计算伪随机序列，在线性反馈移位寄存器中以可自由选择的顺序仅从移位寄存器诸单元中的一部分(bn-7,bn-14,bn-16)取得诸输出。
3．一个在权利要求2中所述的方法(100)，其中用一个Lempel-Greenberger代码计算伪随机序列，将一个可变的输入矢量分配给该Lempel-Greenberger代码，该矢量的诸元素被安排在一个可自由选择的配置中，该配置和从移位寄存器诸单元(bn-7,bn-14,bn-16)取得的诸输出值相对应。
4．一个在权利要求1中所述的方法(100)，其中第一个代码(LG[n])形成外部代码和第两个代码(cI)形成内部代码，通过选择伪随机序列的诸元素的数目(n)大于多个载波频率的数目(Ⅰ)来实现这一点。
5．一个用于一个无线电通信系统(CTS)的无线电设备(MS)，其中所说的无线电设备(MS)和其它的诸无线电设备(BS,MS＇)根据一个跳频序列(s[i])在多个(I)不同的载波频率(0,1,…,5)之间周期地变化，无线电设备(MS)包括一个用于计算跳频序列(s[i])的装置，该装置将至少两个代码(LG[n],cI)链接起来，以便通过根据第一个代码(LG[n])计算一个伪随机序列的诸元素，和根据第两个代码(cI)对多个载波频率计算所有可能的序列，在这些序列中仅包含每个载波频率一次，产生跳频序列(s[i])，所说的装置通过将伪随机序列的每一个元素(n=3)映射到可能的诸序列中的一个序列(c3)将两个代码(LG[n],cI)链接起来，并通过按照伪随机序列的诸元素出现的顺序(n=3,6,…,4,…)加入诸序列(c3,c7,…,c8,…)，产生跳频序列(s[i])。
6．一个无线电通信系统(CTS)，它至少包括两个相互通信的无线电设备(BS,MS,MS＇；MS″)，这些无线电设备根据一个跳频序列(s[[i])在多个(I)不同的载波频率(0,1,…,5)之间周期地变化，无线电通信系统(CTS)还包括一个用于计算跳频序列(s[i])的装置，该装置至少将两个代码(LG[n],cI)链接起来，以便通过根据第一个代码(LG[n])对多个载波频率计算一个伪随机序列的诸元素，和根据第两个代码(cI)对多个载波频率计算所有可能的序列，在这些序列中仅包含每个载波频率一次，产生跳频序列(s[i])，所说的装置通过将伪随机序列的每一个元素(n=3)映射到可能的诸序列中的一个序列(c3)将两个代码(LG[n],cI)链接起来，并通过按照伪随机序列的诸元素出现的顺序(n=3,6,…,4,…)加入诸序列(c3,c7,…,c8,…)，产生跳频序列(s[i])。
7．一个在权利要求6中所述的无线电通信系统(CTS)，其中诸相互通信的无线电设备至少是一个基地台(BS)和两个移动台(MS,MS＇,MS″)，它们的用于计算伪随机序列的装置用一个代码，该代码有一个和一个线性反馈移位寄存器的功能相对应的功能，在线性反馈移位寄存器中以一个可自由选择的顺序仅从移位寄存器诸单元中的一部分(bn-7,bn-14,bn-16)取得诸输出。
8．一个在权利要求7中所述的无线电通信系统(CTS)，其中用于计算伪随机序列的装置用一个Lempel-Greenberger代码，将一个可变的输入矢量分配给Lempel-Greenberger代码，该矢量的诸元素被安排在一个可自由选择的配置中，该配置和从诸移位寄存器单元(bn-7,bn-14,bn-16)取得的诸输出值相对应，和其中在诸移动台(MS,MS＇,MS″)中的装置通过确定它们的相互不同的诸输入矢量产生诸不同的跳频序列。
9．一个在权利要求8中所述的无线电通信系统(CTS)，其中每一个移动台(MS)中的装置根据一个分配给移动台的设备代码确定输入矢量。
10．一个在权利要求8中所述的无线电通信系统(CTS)，其中每一个移动台(MS)中的装置根据一个分配给移动台(MS)用户的用户标识确定输入矢量。
全文摘要
对于一个无线电通信系统(例如,一个移动的无线电系统)的用诸跳频技术进行发射和接收的诸无线电设备,一个产生一个跳频序列的方法,其中将一个Lempel-Greenberger代码(LG代码)和一个Reed-Solomon代码链接起来。为了以这样一种引起一个不断的载波频率变化的方式改善这样一种方法,在这种方法中同一个载波频率几乎不可能连续地出现二次,根据一个第一个代码,优先地是一个LG代码计算一个伪随机序列的诸元素。
文档编号H04B1/713GK1220532SQ9812537
公开日1999年6月23日 申请日期1998年12月15日 优先权日1997年12月16日
发明者安德列·诺尔·巴雷托, 朱尔吉恩·德斯内 申请人:阿尔卡塔尔公司