cdma地址碼及擴(kuò)頻碼

1、§9.2 CDMA地址碼和擴(kuò)頻碼,,主要內(nèi)容,設(shè)計(jì)原則M序列Gold序列Walsh碼實(shí)際應(yīng)用,設(shè)計(jì)原則 在CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中, 擴(kuò)頻碼和地址碼的選擇至關(guān)重要。 它關(guān)系到系統(tǒng)的抗多徑干擾、 抗多址干擾的能力, 關(guān)系到信息數(shù)據(jù)的保密和隱蔽, 關(guān)系到捕獲和同步系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)研究表明, 理想的地址碼和擴(kuò)頻碼應(yīng)具有如下特性: (1) 有足夠多的地址碼碼組; (2) 有尖銳的自相關(guān)特性; 

2、(3) 有處處為零的互相關(guān)特性; (4) 不同碼元數(shù)平衡相等; (5) 盡可能大的復(fù)雜度。,因?yàn)榛镜腜N碼序列互相關(guān)性都不夠好,所以理想的地址碼和擴(kuò)頻碼不存在。 因此,實(shí)際的CDMA系統(tǒng)中常選用自相關(guān)性好的偽隨機(jī)序列（PN碼）作為擴(kuò)頻碼, 最常用的就是m序列和gold序列；而另外選擇互相關(guān)性好的編碼作為地址碼, 最常用的就是Walsh碼。,設(shè)計(jì)原則,偽隨機(jī)序列（PN）,概念 由數(shù)字電路產(chǎn)生的

3、周期性序列，它具有類似隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性，可以重復(fù)產(chǎn)生和處理。產(chǎn)生電路與分類——反饋移位寄存器——分為線性反饋移位寄存器和非線性反饋移位寄存器,m序列是目前CDMA系統(tǒng)中采用的最基本的PN序列。它是最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。m序列發(fā)生器是由移位寄存器、 線性反饋抽頭和模2加法器組成的。 而且, m序列是其相應(yīng)組成器件所能生成的最長(zhǎng)的碼序列。若移位寄存器為n級(jí), 則其周期P=2n-1。,m序列,1、m序列的產(chǎn)生 由帶

4、線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生改變反饋電路，可得到新的m序列 最后一級(jí)必須參加反饋例：三級(jí)移位寄存器構(gòu)成m序列發(fā)生器,m序列,n級(jí)線性移位寄存器框圖,遞推方程：特征多項(xiàng)式,2、m序列的一些基本性質(zhì):  (1) m序列的周期P取決于移位寄存器的級(jí)數(shù)n, P=2n-1;  (2) 在m序列的一個(gè)周期內(nèi)“1”與“0”的數(shù)目大致相同, “0”出現(xiàn)2n-1－1次，“1”出現(xiàn)2n-1，“1”比“0”多1個(gè)

5、。例如, 在上述7位碼中有4個(gè)“1”和3個(gè)“0”。 （3）周期為2n-1的m序列的特征多項(xiàng)式為既約多項(xiàng)式，也是本原多項(xiàng)式,(4) 在一個(gè)序列中連續(xù)出現(xiàn)的相同碼稱為一個(gè)游程, 連碼的個(gè)數(shù)稱為游程的長(zhǎng)度。一個(gè)m序列中共有2n-1個(gè)游程: 長(zhǎng)度為R(1≤R≤n-2)的游程數(shù)占游程總數(shù)的1/2R; 長(zhǎng)度為n-1的游程只有1個(gè), 且是連0碼; 長(zhǎng)度為n的游程也只有1個(gè), 且是連1碼。表3-2中列出了周期為15的m序列的游程分布情況。,

6、m序列111101011001000的游程分布情況,n=4,(5) m序列和其移位后的序列逐位模2相加, 所得的序列仍然是m序列, 只是相移不同而已。例如m序列1110100與其向右移三位后的序列1001110逐位模2加后的序列為0111010, 相當(dāng)于原序列向右移一位后的序列, 仍是m序列。  (6) m序列發(fā)生器中移位寄存器的各種狀態(tài)除全0狀態(tài)外, 其他狀態(tài)只在m序列中出現(xiàn)一次。如7位的m序列1110100中，順序出

7、現(xiàn)的狀態(tài)為111, 110, 101, 010, 100, 然后尾首接續(xù)為001和011, 最后又回到初始狀態(tài)111。,（7）自相關(guān)性 當(dāng)τ=0時(shí)，自相關(guān)函數(shù)R(τ)出現(xiàn)峰值1當(dāng)τ偏離0時(shí)，相關(guān)函數(shù)曲線很快下降當(dāng)1≤τ≤P-1時(shí)，相關(guān)函數(shù)值為-1/P當(dāng)τ=P時(shí)，又出現(xiàn)峰值1… 可以用有無(wú)自相關(guān)函數(shù)值來(lái)識(shí)別信號(hào)，并檢測(cè)自相關(guān)函數(shù)值為1的碼序列,（8）互相關(guān)性：同一周期的m序列組，兩兩m序列對(duì)的互相關(guān)特性差別很大m序列和其移

8、位后的序列逐位模2加，所得的序列仍是m序列，只是相位不同 m序列發(fā)生器中的移位寄存器的各種狀態(tài)，除全“0”外，其他狀態(tài)在一個(gè)周期內(nèi)只出現(xiàn)一次,m序列的優(yōu)點(diǎn)是容易產(chǎn)生、規(guī)律性強(qiáng)、自相關(guān)特性好, 因而在直擴(kuò)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是它可提供的跳頻圖案少、 互相關(guān)性不理想, 又加之是線性反饋邏輯, 容易被敵人破譯, 即保密性、 抗截獲性差, 因此, 在跳頻系統(tǒng)中并不采用。,Gold碼 m序列雖然性能優(yōu)良, 但同樣長(zhǎng)度的m

9、序列個(gè)數(shù)不多, 且序列之間的互相關(guān)性不夠好。R·Gold提出了一種基于m序列的PN碼序列, 稱為Gold碼序列。 在介紹Gold碼序列發(fā)生器之前, 先給出優(yōu)選對(duì)的概念。  如果有兩個(gè)m序列, 它們的互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值有界, 且滿足以下條件:,n為奇數(shù),n為偶數(shù)(不是4的倍數(shù)),則我們稱這一對(duì)m序列為優(yōu)選對(duì)。如果把兩個(gè)m序列發(fā)生器產(chǎn)生的優(yōu)選對(duì)序列作模2加運(yùn)算,生成的新的碼序列即為Gold序列。圖(a)中所示為G

10、old碼發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)圖。圖(b)中為兩個(gè)5級(jí)m序列優(yōu)選對(duì)構(gòu)成的Gold碼發(fā)生器。 這兩個(gè)m序列雖然碼長(zhǎng)相同, 但模2加后生成的并不是m序列, 也不具備m序列的性質(zhì)。,Gold碼發(fā)生器(a) Gold碼發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)圖； (b) 5級(jí)m序列優(yōu)選對(duì)構(gòu)成的Gold碼發(fā)生器,主要有以下三點(diǎn):  (1) Gold碼序列具有三值自相關(guān)特性, 其旁瓣的極大值滿足上式所表示的優(yōu)選對(duì)的條件。 (2) 兩個(gè)m序

11、列優(yōu)選對(duì)不同移位相加產(chǎn)生的新序列都是Gold序列。 因?yàn)榭偣灿?n-1個(gè)不同的相對(duì)位移, 加上原來(lái)的兩個(gè)m序列本身, 所以, 兩個(gè)n級(jí)移位寄存器可以產(chǎn)生2n＋1個(gè)Gold序列。 因此, Gold序列的序列數(shù)比m序列數(shù)多得多。 (3) Gold序列的互相關(guān)峰值和主瓣與旁瓣之比都比m序列小得多。這一特性在實(shí)現(xiàn)碼分多址時(shí)非常有用。,Gold碼序列的性質(zhì),表 m序列和Gold序列互相關(guān)性比較,Walsh碼 如前

12、所述, 盡管偽隨機(jī)序列具有良好的自相關(guān)特性, 但其互相關(guān)特性不是很理想(互相關(guān)值不是處處為零), 如果把偽隨機(jī)序列同時(shí)用作擴(kuò)頻碼和地址碼, 系統(tǒng)性能將受到一定影響。所以, 通常將偽隨機(jī)序列用作擴(kuò)頻碼, 而就地址碼而言, 目前則采用Walsh(沃爾什)編碼。 N+1階Walsh碼可用遞推公式產(chǎn)生:,Walsh碼是一種同步正交碼, 即在同步傳輸情況下, 利用Walsh碼作為地址碼具有良好的自相關(guān)特性和處處為零的互相關(guān)特性。此外, Walsh

13、碼生成容易, 應(yīng)用方便。 但是, Walsh碼的各碼組由于所占頻譜帶寬不同等原因, 因而不能作為擴(kuò)頻碼。,實(shí)際應(yīng)用1. 短PN碼 周期為215, 速率為1.2288 Mchip/s, 是用于QPSK的同相和正交支路的直接序列擴(kuò)頻碼。15級(jí)移位寄存器的m序列周期為215-1, 當(dāng)插入一個(gè)全“0”狀態(tài)后, 形成的序列周期為215=32 768 chips, 在CDMA中, 該序列稱為引導(dǎo)PN序列, 其作用是給不同基站發(fā)出

14、的信號(hào)賦予不同的特征。不同的基站使用相同的引導(dǎo)PN序列, 但各自卻采用不同的時(shí)間(相位)偏置。不同的時(shí)間偏置用不同的偏置系數(shù)表示, 偏置系數(shù)共512個(gè)(0～511)。 一個(gè)引導(dǎo)PN序列偏離0偏移引導(dǎo)PN序列的偏移量為相應(yīng)的偏置系數(shù)乘以64碼片。,2. Walsh碼 CDMA系統(tǒng)采用64階正交Walsh函數(shù)(為264*264矩陣)。對(duì)于正向鏈路, 64種Walsh函數(shù)(W0～W63)被用來(lái)構(gòu)成64條碼分信道; 對(duì)于反向鏈路

15、, Walsh函數(shù)被用來(lái)調(diào)制信息符號(hào), 即每6位輸入的碼字符號(hào)調(diào)制后變成輸出一個(gè)64碼片的Walsh序列。,3. 長(zhǎng)PN碼 周期為242-1, 速率為1.2288 Mchip/s, CDMA系統(tǒng)利用該碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻和擾碼, 為通信提供保密。長(zhǎng)碼的各個(gè)PN子碼是用一個(gè)42位的掩碼和序列發(fā)生器的42位狀態(tài)矢量進(jìn)行模2加產(chǎn)生的。只要改變掩碼, 產(chǎn)生的PN子碼的相位將隨之改變。IS-95中, 每個(gè)用戶特定的掩碼對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的P

16、N碼相位, 每一個(gè)長(zhǎng)碼和相位偏移量就是一個(gè)確認(rèn)的地址。掩碼的碼型隨信道類型的不同而異。 ,IS-95CDMA中地址碼的應(yīng)用用戶地址碼用長(zhǎng)m序列的截段碼，碼長(zhǎng)42位，數(shù)量為242-1根據(jù)碼的不同相位區(qū)分不同的用戶基站地址碼用中長(zhǎng)m序列的截段碼或Gold碼，碼長(zhǎng)15位，數(shù)量為215-1根據(jù)碼的相位不同來(lái)區(qū)分,信道地址碼用的是64階walsh函數(shù)，前向信道和反向信道各64個(gè)前向信道：1個(gè)導(dǎo)頻信道W0（全“0”）、7個(gè)尋呼信