CDMA地址码和扩频码.ppt

9.2 CDMA地址码和扩频码地址码和扩频码1/16/2023主要内容主要内容n设计原则设计原则nM序列序列nGold序列序列nWalsh码码n实际应用实际应用设计原则设计原则 在在CDMA数数字字蜂蜂窝窝移移动动通通信信系系统统中中,扩扩频频码码和和地地址址码码的的选选择择至至关关重重要要。它它关关系系到到系系统统的的抗抗多多径径干干扰扰、抗抗多多址址干干扰扰的的能能力力,关关系系到到信信息息数数据据的的保保密密和和隐隐蔽蔽,关关系系到到捕捕获获和和同同步步系系统统的的实实现现。经研究表明经研究表明,理想的地址码和扩频码应具有如下特性理想的地址码和扩频码应具有如下特性:(1)有足够多的地址码码组有足够多的地址码码组;(2)有尖锐的自相关特性有尖锐的自相关特性;(3)有处处为零的互相关特性有处处为零的互相关特性;(4)不同码元数平衡相等不同码元数平衡相等;(5)尽可能大的复杂度。尽可能大的复杂度。因因为为基基本本的的PN码码序序列列互互相相关关性性都都不不够够好好,所所以以理理想想的的地地址址码和扩频码不存在。码和扩频码不存在。因因此此,实实际际的的CDMA系系统统中中常常选选用用自自相相关关性性好好的的伪伪随随机机序序列列（PN码码）作作为为扩扩频频码码,最最常常用用的的就就是是m序序列列和和gold序序列列；而而另另外外选选择择互互相相关关性性好好的的编编码码作作为为地地址址码码,最最常常用用的的就就是是Walsh码。码。设计原则设计原则伪随机序列（伪随机序列（PN）概念概念 由由数数字字电电路路产产生生的的周周期期性性序序列列，它它具具有有类类似似随机噪声的一些统计特性，可以重复产生和处理。随机噪声的一些统计特性，可以重复产生和处理。产生电路与分类产生电路与分类反馈移位寄存器反馈移位寄存器分分为为线线性性反反馈馈移移位位寄寄存存器器和和非非线线性性反反馈馈移移位位寄存器寄存器 m序序列列是是目目前前CDMA系系统统中中采采用用的的最最基基本本的的PN序序列列。它它是是最最长长线线性性反反馈馈移移位位寄寄存存器器序序列列的的简简称称。m序序列列发发生生器器是是由由移移位位寄寄存存器器、线线性性反反馈馈抽抽头头和和模模2加加法法器器组组成成的的。而而且且,m序序列列是是其其相相应应组组成成器器件件所所能能生生成成的的最最长长的的码码序序列列。若若移移位位寄寄存存器器为为n级级,则其周期则其周期P=2n-1。m序列序列1、m序列的产生序列的产生 由带线性反馈的移位寄存器产生由带线性反馈的移位寄存器产生改变反馈电路，可得到新的改变反馈电路，可得到新的m序列序列 最后一级必须参加反馈最后一级必须参加反馈例：例：三级移位寄存器构成三级移位寄存器构成m序列发生器序列发生器 m序列序列an-1an-2a1a0c1c2Cn-1C0=1Cn=1n级线性移位寄存器框图级线性移位寄存器框图递推方程：递推方程：特征多项式特征多项式2、m序列的一些基本性质序列的一些基本性质:(1)m序列的周期序列的周期P取决于移位寄存器的级数取决于移位寄存器的级数n,P=2n-1;(2)在在m序序列列的的一一个个周周期期内内“1”与与“0”的的数数目目大大致致相相同同,“0”出出现现2n-11次次，“1”出出现现2n-1，“1”比比“0”多多1个个。例例如如,在上述在上述7位码中有位码中有4个个“1”和和3个个“0”。（3）周周期期为为2n-1的的m序序列列的的特特征征多多项项式式为为既既约约多多项项式式，也也是是本本原多项式原多项式 (4)在在一一个个序序列列中中连连续续出出现现的的相相同同码码称称为为一一个个游游程程,连连码码的的个个数数称称为为游游程程的的长长度度。一一个个m序序列列中中共共有有2n-1个个游游程程:长长度度为为R(1Rn-2)的的游游程程数数占占游游程程总总数数的的1/2R;长长度度为为n-1的的游游程程只只有有1个个,且且是是连连0码码;长长度度为为n的的游游程程也也只只有有1个个,且且是是连连1码码。表表3-2中列出了周期为中列出了周期为15的的m序列的游程分布情况。序列的游程分布情况。m序列的游程分布情况序列的游程分布情况 n=4 (5)m序序列列和和其其移移位位后后的的序序列列逐逐位位模模2相相加加,所所得得的的序序列列仍仍然然是是m序序列列,只只是是相相移移不不同同而而已已。例例如如m序序列列1110100与与其其向向右右移移三三位位后后的的序序列列1001110逐逐位位模模2加加后后的的序序列列为为0111010,相相当当于于原序列向右移一位后的序列原序列向右移一位后的序列,仍是仍是m序列。序列。(6)m序序列列发发生生器器中中移移位位寄寄存存器器的的各各种种状状态态除除全全0状状态态外外,其其他他状状态态只只在在m序序列列中中出出现现一一次次。如如7位位的的m序序列列1110100中中，顺顺序序出出现现的的状状态态为为111,110,101,010,100,然然后后尾尾首首接接续续为为001和和011,最后又回到初始状态最后又回到初始状态111。（7）自相关性）自相关性 当当=0时，自相关函数时，自相关函数R()出现峰值出现峰值1当当偏离偏离0时，相关函数曲线很快下降时，相关函数曲线很快下降当当1P-1时，相关函数值为时，相关函数值为-1/P当当=P时，又出现峰值时，又出现峰值1 可可以以用用有有无无自自相相关关函函数数值值来来识识别别信信号号，并并检检测测自自相关函数值为相关函数值为1的码序列的码序列（8）互相关性：）互相关性：同同一一周周期期的的m序序列列组组，两两两两m序序列列对对的的互互相相关关特特性性差别很大差别很大m序序列列和和其其移移位位后后的的序序列列逐逐位位模模2加加，所所得得的的序序列列仍仍是是m序列，只是相位不同序列，只是相位不同 m序序列列发发生生器器中中的的移移位位寄寄存存器器的的各各种种状状态态，除除全全“0”外，其他状态在一个周期内只出现一次外，其他状态在一个周期内只出现一次m序序列列的的优优点点是是容容易易产产生生、规规律律性性强强、自自相相关关特特性性好好,因因而而在在直直扩扩系系统统中中得得到到了了广广泛泛的的应应用用。但但是是它它可可提提供供的的跳跳频频图图案案少少、互互相相关关性性不不理理想想,又又加加之之是是线线性性反反馈馈逻逻辑辑,容容易易被被敌敌人人破破译译,即即保密性、保密性、抗截获性差抗截获性差,因此因此,在跳频系统中并不采用。在跳频系统中并不采用。Gold码码 m序序列列虽虽然然性性能能优优良良,但但同同样样长长度度的的m序序列列个个数数不不多多,且且序序列列之之间间的的互互相相关关性性不不够够好好。RGold提提出出了了一一种种基基于于m序序列列的的PN码码序序列列,称称为为Gold码码序序列列。在在介介绍绍Gold码码序序列列发发生生器器之之前前,先先给出给出优选对优选对的概念。的概念。如果有两个如果有两个m序列序列,它们的互相关函数的绝对值有界它们的互相关函数的绝对值有界,且满且满足以下条件足以下条件:n为奇数 n为偶数(不是4的倍数)则则我我们们称称这这一一对对m序序列列为为优优选选对对。如如果果把把两两个个m序序列列发发生生器器产产生生的的优优选选对对序序列列作作模模2加加运运算算,生生成成的的新新的的码码序序列列即即为为Gold序序列列。图图(a)中中所所示示为为Gold码码发发生生器器的的原原理理结结构构图图。图图(b)中中为为两两个个5级级m序序列列优优选选对对构构成成的的Gold码码发发生生器器。这这两两个个m序序列列虽虽然然码码长长相相同同,但但模模2加加后后生生成成的的并并不不是是m序序列列,也也不不具具备备m序序列列的性质。的性质。Gold码发生器码发生器(a)Gold码发生器的原理结构图；码发生器的原理结构图；(b)5级级m序列优选对构成的序列优选对构成的Gold码发生器码发生器 主要有以下三点主要有以下三点:(1)Gold码码序序列列具具有有三三值值自自相相关关特特性性,其其旁旁瓣瓣的的极极大大值值满满足足上上式式所所表表示示的的优选对的条件。优选对的条件。(2)两两个个m序序列列优优选选对对不不同同移移位位相相加加产产生生的的新新序序列列都都是是Gold序序列列。因因为为总总共共有有2n-1个个不不同同的的相相对对位位移移,加加上上原原来来的的两两个个m序序列列本本身身,所所以以,两两个个n级级移移位位寄寄存存器器可可以以产产生生2n1个个Gold序序列列。因因此此,Gold序序列列的的序序列列数数比比m序序列列数数多多得得多。多。(3)Gold序序列列的的互互相相关关峰峰值值和和主主瓣瓣与与旁旁瓣瓣之之比比都都比比m序序列列小小得得多多。这这一一特特性在实现码分多址时非常有用。性在实现码分多址时非常有用。Gold码序列的性质码序列的性质表表 m序列和序列和Gold序列互相关性比较序列互相关性比较 Walsh码码 如如前前所所述述,尽尽管管伪伪随随机机序序列列具具有有良良好好的的自自相相关关特特性性,但但其其互互相相关关特特性性不不是是很很理理想想(互互相相关关值值不不是是处处处处为为零零),如如果果把把伪伪随随机机序序列列同同时时用用作作扩扩频频码码和和地地址址码码,系系统统性性能能将将受受到到一一定定影影响响。所所以以,通通常常将将伪伪随随机机序序列列用用作作扩扩频频码码,而而就就地地址址码码而而言言,目目前前则则采采用用Walsh(沃沃尔尔什什)编编码码。N+1阶阶Walsh码码可可用用递递推公式产生推公式产生:Walsh码码是是一一种种同同步步正正交交码码,即即在在同同步步传传输输情情况况下下,利利用用Walsh码码作作为为地地址址码码具具有有良良好好的的自自相相关关特特性性和和处处处处为为零零的的互互相相关关特特性性。此此外外,Walsh码码生生成成容容易易,应应用用方方便便。但但是是,Walsh码码的各码组由于所占频谱带宽不同等原因的各码组由于所占频谱带宽不同等原因,因而不能作为扩频码。因而不能作为扩频码。实际应用实际应用1.短短PN码码 周周期期为为215,速速率率为为1.2288 Mchip/s,是是用用于于QPSK的的同同相相和和正正交交支支路路的的直直接接序序列列扩扩频频码码。15级级移移位位寄寄存存器器的的m序序列列周周期期为为215-1,当当插插入入一一个个全全“0”状状态态后后,形形成成的的序序列列周周期期为为215=32 768 chips,在在CDMA中中,该该序序列列称称为为引引导导PN序序列列,其其作作用用是是给给不不同同基基站站发发出出的的信信号号赋赋予予不不同同的的特特征征。不不同同的的基基站站使使用用相相同同的的引引导导PN序序列列,但但各各自自却却采采用用不不同同的的时时间间(相相位位)偏偏置置。不不同同的的时时间间偏偏置置用用不不同同的的偏偏置置系系数数表表示示,偏偏置置系系数数共共512个个(0511)。一一个个引引导导PN序序列列偏偏离离0偏偏移移引引导导PN序序列列的的偏偏移移量量为为相相应应的的偏偏置置系系数数乘乘以以64码片。码片。2.Walsh码码 CDMA系系统统采采用用64阶阶正正交交Walsh函函数数(为为264*264矩矩阵阵)。对对于于正正向向链链路路,64种种Walsh函函数数(W0W63)被被用用来来构构成成64条条码码分分信信道道;对对于于反反向向链链路路,Walsh函函数数被被用用来来调调制制信信息息符符号号,即即每每6位位输入的码字符号调制后变成输出一个输入的码字符号调制后变成输出一个64码片的码片的Walsh序列。序列。3.长长PN码码 周周期期为为242-1,速速率率为为1.2288 Mchip/s,CDMA系系统统利利用用该该码码对对数数据据进进行行扩扩频频和和扰扰码码,为为通通信信提提供供保保密密。长长码码的的各各个个PN子子码码是是用用一一个个42位位的的掩掩码码和和序序列列发发生生器器的的42位位状状态态矢矢量量进进行行模模2加加产产生生的的。只只要要改改变变掩掩码码,产产生生的的PN子子码码的的相相位位将将随随之之改改变变。IS-95中中,每每个个用用户户特特定定的的掩掩码码对对应应一一个个特特定定的的PN码码相相位位,每每一一个个长长码码和和相相位位偏偏移移量量就就是是一一个个确确认认的的地地址址。掩掩码码的的码码型型随随信信道道类类型型的不同而异。的不同而异。nIS-95CDMA中地址码的应用中地址码的应用n用户地址码用户地址码用长用长m序列的序列的截段码，码长截段码，码长42位，数量为位，数量为242-1根据码的不同相位区分不同的用户根据码的不同相位区分不同的用户n基站地址码基站地址码用中长用中长m序列的截段码或序列的截段码或Gold码码，码长，码长15位，位，数量为数量为215-1根据码的相位不同来区分根据码的相位不同来区分 n信道地址码信道地址码用的是用的是64阶阶walsh函数函数，前向信道和反向信道各，前向信道和反向信道各64个个前向信道：前向信道：1个导频信道个导频信道W0（全全“0”）、）、7个寻呼信道个寻呼信道W1W7、1个同步信道个同步信道W32、55个业务信道个业务信道导频信道只给出一个频率基准，导频信道只给出一个频率基准，W0只有强度，没有信只有强度，没有信息，是固定不变的息，是固定不变的同步信道一旦同步后可作业务信道用同步信道一旦同步后可作业务信道用无寻呼、业务忙时，寻呼信道也可作业务信道用无寻呼、业务忙时，寻呼信道也可作业务信道用反向信道：反向信道：接入信道最多有接入信道最多有32个，最少为个，最少为0业务信道最多为业务信道最多为64个，最少为个，最少为32个，信令随路传送个，信令随路传送