CDMA扩频通信中m序列与Gold序列的比较及应用.pdf

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1、第3 1 卷第3 期2 0 1 0 年5 月喀什师范学院学报J o u r n a lo fK a s h g a rT e a c h e r sC o U e g eV 0 1 3 1N o 2M a y2 0 1 0C D M A 扩频通信中m 序列与G o l d 序列的比较及应用吴海红(安徽电子信息职业技术学院，安徽蚌埠2 3 3 0 3 0)摘要：所序列和G o l d 序列是C D M A 扩频通信中两种常用的伪随机序列就这两种序列的性质、生成原理进行了详细的分析研究，然后用表格及M a t l a b 仿真的结果将这两种序列的主要性能进行了比较，最后在比较的基础上分析了它们在C

2、 D M A 扩频通信中的典型应用关键词：棚序列；G o l d 序列；本原多项式；自相关特性；互相关特性中圈分类号：T N 9 1 4 5 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 4 3 2 X 2 0 1 0 0 3 0 0 3 9 0 5码分多址(C D M A)是一种利用扩频技术，通过不同的代码序列实现的多址方式它允许多个用户的信息在一个信道上同时进行传输，但在传输以前要将待传信息与扩频码序列相乘来实现扩频，扩频后的信息混合在一起不会丢失原来的信息有多少个互为正交的代码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上进行通信每个发射机都有自己惟一的代码，同时对应的接收机也知道此代码，用这个代

3、码作为信号的滤波器，接收机就能从接收的混合信号中恢复出原来的信息扩频码序列的选择直接影响到C D M A 系统的容量、抗干扰能力、接人和切换的速度等性能因此扩频码的生成和性能评估是扩频通信系统的关键核心技术。决定了系统的性能甚至成败扩频通信系统对扩频码序列的要求是：(1)尖锐的自相关特性；(2)尽可能小的互相关值；(3)足够多的序列数；(4)有尽可能大的序列复杂度；(5)序列平衡性好；(6)易于实现，设备简单，成本低目前没有任何编码能达到上述所有要求，但是伪随机序列可以基本符合这些要求伪随机序列一方面它是可以预先确定的，并且是可以重复地生产和复制的，一方面它又具有某种随机序列的随机特性这些特性

4、使得伪随机序列在扩频通信中得到了广泛的应用，其中辨序列和G o l d 序列就是两种常用的伪随机序列1m 序列1 1m 序列的性质掰序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称顾名思义，仇序列是由多级移位寄存器或其他延迟元件通过线性反馈产生的最长码序列优序列具有与随机噪声类似的尖锐自相关特性，但它不是真正随机的，而是按一定的规律形式周期性地变化其具有以下性质：(1)由n 级移位寄存器产生的序列，其周期为N=2”一1(2)平衡性在优序列的每个周期都存在2”1 个1 和2”1 1 个0，即“0”、“1”出现的概率大致相等(3)游程特性在优序列的每一周期中，有1 2 的元素游程长度为1；1 4 的元素游程

5、长度为2；1 8 的元素游程长为3；以此类推，长度为是的元素游程出现的比例为2 另外，有一个长度为n的连l 游程和一个长度为n 一1 的连0 游程(4)移位相加特性m 序列 z i 与其移位序列 毛+f 模2 和所得序列是序列的另一个移位序列(5)具有双值自相关特性将每个“0”映射为实数+I，每个“1”映射为实数一I，其归一化自相关函数为：R(r)=B 嚣o(其中户：2”1)1 2m 序列的生成m 序列发生器的结构主要分为两类，一类称为简单型码序列发生器(S S R G)，另一类称为模块型码序列发生器(M S R G)1 2 1简单型码序列发生器收稿日期：2 0 1 0 0 5 1 5作者简介

6、：吴海红(1 9 7 9)，女，安徽潜山人，讲师，硕士，主要从事电路与系统及通信技术等方面的教学与研究工作万方数据4 0 喀什师范学院学报第3 l 卷简单型码序列发生器的输入由移位寄存器中若干级的输出经模_-j 后反馈得到，如图1 所示这些反馈输入中至少包括最后一级的输出反馈连接可用一本原多项式厂(z)表示：(x)=C o+C I 工1+C 2 2 2+C。一1 工”一1+C z”，这里系数C；表示反馈连接的通或断，其中l 表示通，0 表示断；且C o=1，C。=1；毛仅指明其系数(1 或O)代表C i 的值，即表示反馈连接的位置，本身的取值并无实际意义经过前人大量的计算，已将常用本原多项式列

7、成表备查，如在表1 中列出了一部分图1 简单型码序列发生器(S S R G)1 2 2 模块型码序列发生器模块型码序列发生器的结构如图2 所示。每级的输出都可能与最后级的输出模二加后，作为下一级的输入表1 常用本原多项式本版多项式本原多项式打八进制数行八进制数字代数式代数式字表示法表示法2z 2+z+171 4z“+z l o+z 6+z+14 2 1 0 33z 3+z+11 31 5z 1 5+z+11 0 00 0 34z 4+z+12 31 6z 1 6+工1 2+z 3+z+12 1 00 1 35z 5+z 2+14 51 7X|7+z 3+14 0 00 1 16z 6+z+11

8、 0 31 8z 1 8+z 7+110 0 02 0 17z 7+z j+12 1 11 9z 1 9+z 5+z 2+z+I20 0 00 4 78z 8+X 4+z 3+z 2 十14 3 52 0z 2 0+z 3+140 0 00 1 l9z 9+z 4+11 0 2 12 1z 2 1+z 2+11 00 0 0 0 0 51 0z l o+z 3+I2 0 1 12 2z 2 2+z+I2 00 0 0 0 0 3l lz 1 1+2+14 0 0 52 3z 2 3+z 5+14 00 0 00 4 11 2z 1 2+z 6+z 4+z+11 01 2 32 4X 2 4+X

9、 7+工2+z+11 0 00 0 02 0 71 3Z 1 3+X 4+X 3+z+12 00 3 32 5工2 5+z 3+12 0 00 0 00 1 1：!跫繁性能竺量曼曼掌罂孑序型G 序。列l d 萎耋嚣竺言蒜裂嚣群，而m!挈至妻型翼r=。7 苎：三翌翌，2 要型曼。?序蔷：篇妊；I 1：乙；。毒：“1。”型妾粤粤孚驾善函数乎莩至墨磐，竺孚函鍪!l 二2 1 u，,r 37 三二。：-菇相姜毒孟竺竺差鬯堂量苎尝翌。羹 尔德)码，它是一类自相酬d 序列的周荔茬苫相关函数是三值函数，同h h士丌3 7 1 1,、J o l u,q 7 1m-i-v-关特譬、互塑差毽兰苎好到训腿饥旧一优i

10、 孬釜爵夏磊；赢苗禹霸藿盖赫菇2 1G o d 尊型堂譬雪三看磊茹：一”。“。2 1 1 曼挈，列竺兰苎。r 丌。，。一写。：序列相比，G o l d 序列具有良好的互相关。j 竺!曼是，：皇型的苎竺恐：苎妻要!：曼篓，特性，磊集篇主磊苦哥苡釜凄苌导磊；茹磊另j、等、跫罗，速竺苎耍竺?，翌些量翌篓三妻曼曼。；：f 三i：。；并鬲垒矗“”一”“一。”。要乏：冀跫垡挚翌譬不哩冀蔓璺竺苎要至型一。G：；：X 赢薹莩=。序列优选对产生mI 良T 7 葡。，胯I U=三翌竺。烈：冀。翌，要乏：蝥量皇妻，器芝妻选对；茗：羞：焉菇纂；善芝磊妻言支晶绝对值2”1 个不同的相对移位一。上原来的两个优序列茉；集幂

11、矗吾#i；i 主罩嘉乏谨i：藩万方数据第3 期吴海红：C D M A 扩频通信中铆序列与G o l d 序列的比较及应用4 l 本原多项式f(z)产生的m 序列，序列 b 由7 阶本原多项式g(z)产生的，l 序列当它们的互相关函数值R 4 6(r)满足不等式：f 2 彳+1，雏为奇数；IR 口6 引l 1 2 孚+1，雄为偶数，但不被4 整除【2 丁+1，雄为偶数，但不被整除则m 序列 a 和 b 构成优选对m 序列优选对的互相关函数具有三值性：当，z 为奇数时，互相关函数R 口6(r)取值为l，一(2 孚+1)，2 孚一1；当，l为偶数且不被4 整除时。互相关函数R 4 6(r)取值为一1

12、，一(2 孚+1)，2 学一1；当行为4 的整数倍时，不能生成优选对优序列优选对的码长相等，码时钟速率相同，它们模-a n 后即构成G o l d 码，如图3 所示图3G o l d 序列发生器图3 中m 序列发生器1 和2 产生的m 序列是m 序列优选对m 序列发生器1 的初始状态不变，调整优序列发生器2 的初始状态，在同一时钟脉冲的控制下，产生的两个m 序列经过模二加后即得到G o l d 序列通过设置m 序列发生器2 的不同初始状态，可以得到不同的G o l d 序列列图4 两个5 级m 序列优选对构成的G o l d 序列发生器如图4 所示为两个5 级m 序列优选对构成的G o l d

13、 码发生器举例隽3m 序列与G o l d 序列的比较3 1m 序列和G o l d 序列的性能设m 序列互相关峰值为驴一，自相关主峰红(O)；G o l d 序列互相关峰值为(，1)，自相关主峰(0)，则m 序列和G o l d 序列的主要性能见表2 表2m 序列和G o l d 序列性能比较埘序列G o l d 序列级数行P=2“一1P m t9,。,9 s(0)t(挖)f(以)(0)个数个数37250 7 l95O 7 153 161 1O 3 53 390 2 966 362 30 3 66 51 70 2 771 2 71 84 10 3 21 2 91 70 1 395 1 14

14、81 1 3O 2 25 1 33 3O 0 61 01 0 2 36 03 8 3O 3 71 0 2 56 5O 0 61 12 0 4 71 2 62 8 7O 1 42 0 4 96 5O 0 3从上表中可明显的看出，当刀一定时，G o l d 码序列中可用序列个数明显多于优序列数，且G o l d序列的互相关峰值和主瓣与旁瓣之比都比m 序列小得多，这一特性在实现码分多址时非常有用3 2m 序列和平衡G o l d 序列的相关特性R G o l d 的研究认为，G o l d 序列的平衡性有三种，即G o l d 序列有三种0、l 数目情况：一种是“1”码元数目比“0”码元数目仅多一个

15、，就是平衡G o l d码；另一种是“l”码元过多；再一种是“l”码元过少后两种都是非平衡序列在扩频通信中，对系统质量影响之一就是码的平衡性，平衡码具有更好的频谱特性。在直扩系统中，码序列的平衡性对载波的抑制度有密切的关系码不平衡将使系统载波泄漏增大，破坏系统的保密性和抗干扰能力因此在使用G o l d 码时应选用平衡码以下将对优序列和平衡G o l d 序列的相关特性做一比较m 序列的相关特性如图5 所示从图5(a)中可看出，优序列严格满足自相关二值特性，完全满足扩频序列对自相关特性的要求从图5(b)中可看出，m 序列互相关特性不满足对互相关性零值的要求，但也能达到一个较小值万方数据4 2

16、喀什师范学院学报第3 1 卷k7 序列的自相关特性k彻研序列的互相关特性圈5 肺序列的相关特性G o l d 序列的相关特性如图6 所示比较图5更小的旁瓣值，更小的互相关峰值，显然G o l d 序列(a)和图6(a)可看出，G o l d 序列的自相关特性在的互相关特性比m 序列的互相关特性性能要好时延不为零处不如7，l 序列，在时延为零处具有与优序列与G o l d 序列的自、互相关特性各有优m 序列相同的峰值特性显然仇序列的自相关特势，可应用在对自、互相关特性要求不同的各个场性比G o l d 码的自相关特性要好合比较图5(b)和图6(b)可看出，G o l d 序列具有kG o l d

17、 序列的自相关特性图6G o l d 序列的相关特性4m 序列与G o l d 序列的应用在C D M A 系统中使用的7 n 序列有两种：(1)P N 短码，码长为2”；(2)P N 长码，码长为2 4 2 1 在C D M A 系统前向信道中，长码用于扰码，短码用于正交扩频(标识基站)长度为2 4 2 1 的，l序列被用作对业务信道进行扰码长度为2 1 5 的m序列被用作对前向信道进行正交调制，不同的基站使用不同相位的m 序列进行调制，其相位差至少为6 4 个比特，这样最多有5 1 2 个不同的相位可kG o l d 序列的互相关特性用在C D M A 系统反向信道中，长码扩频(标识用户)

18、，短码正交调制长度为2 4 2 1 的m 序列被用作直接进行扩频，每个用户被分配一个，l 序列的相位，这个相位是由用户的E S N 计算出来，这些优序列的相位是随机分布且不会重复的长度为2 1 s 的m 序列也被用作对反向业务信道进行正交调制，其相位偏置为0 与优序列相比。G o l d 序列具有良好的互相关特性，系统采用这种码可以提供良好的多址能力万方数据第3 期吴海红：C D M A 扩频通信中埘序列与G o l d 序列的比较及应用4 3 这种特性使G o l d 序列在各种C D M A 通信系统中获得了广泛的应用在W C D M A 通信系统中，上行扰码采用2 5 阶G o l d

19、序列，下行扰码采用1 8 阶G o l d 序列上行链路扰码用于区分不同移动用户，所采用的扰码序列可分为短扰码和长扰码由2 5阶生成多项式产生的长扰码截短为1 0 m s 的帧长度，包含3 84 0 0 个码片，速率为3 8 4M c h i p s；短扰码的长度为2 5 6 个码片在下行链路，扰码的功能是用于区分不同的小区，扰码序列也是采用和上行链路一样的G o l d 序列作为长码，共有2 1 8 1=2 6 21 4 3 个，但不使用短码为了缩短移动台搜索小区的时间，下行链路的主扰码限制为5 1 2 个，分成6 4 组，每个小区仅分配一个主扰码参考文献：【1 樊昌信，徐炳祥等通信原理 M

20、 北京：国防工业出版社。2 0 0 1【2 王学龙W C D M A 移动通信技术 M 北京：清华大学出版杜，2 0 0 4【3 查光明，熊贤祚扩频通信 M 西安：西安电子科技大学出版社，2 0 0 2 4 闰保中，何联，俊洪艳m 序列优选对及平衡G o l d 序列的产生与搜索 J 应用科技，2 0 0 3，(1 1)：3 1 3 3【5 陈海龙，李宏基于M A T L A B 的伪随机序列的产生和分析 J】计算机仿真。2 0 0 5，2 2(5)：9 8 1 0 0【6 翁剑枫，叶志前M A T L A BL a b V l E WS y s t e m V i e w 仿真分析基础 M

21、北京：机械工业出舨社，2 0 0 3 C o m p a r i s o na n dA p p l i c a t i o no fi nC D M AW i d eF r e q u e n c yC o r r e s p o n d e n c emS e q u e n c ea n dG o l dS e q u e n c eW UH a i h o n g(A n h u iV o c a t i o n a lC o l l e g eo fE l e c t r o n i c s I n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y，B e n

22、 b u2 2 3 0 3 0，A n h u i，C h i n a)A b s t r a c t：T h e 优s e q u e n c ea n dt h eG o l ds e q u e n c ew e r ei nt h eC D M Aw i d ef r e q u e n c yc o r r e s p o n d e n c et w ok i n do fc o m m o n l yu s e dp s e u d o r a n d o ms e q u e n c e s T h i sa r t i c l ef i r s to nt h e s et

23、w ok i n d so fs e q u e n c en a t u r e，t h ep r o d u c t i o np r i n c i p l eh a v ec o n d u c t e dt h ed e t a i l e da n a l y t i c a ls t u d y，t h e nh a sc a r r i e do nw i t ht h ef o r ma n dt h eM a t l a bs i m u l a t i o n sr e s u l tt h e s et W Ok i n d so fs e q u e n c e sm

24、 a i np e r f o r m a n c et h ec o m p a r i s o n，f i n a l l yh a sa n a l y z e dt h e mi nt h ec o m p a r i s o nf o u n d a t i o ni nt h eC D M Aw i d ef r e q u e n c yc o r r e s p o n d e n c em o d e la p p l i c a t i o n K e yw o r d s：ms e q u e n c e；G o l ds e q u e n c e；S o u r c

25、em u h i n o m i a l；A u t o c o r r e l a t i o nc h a r a c t e r i s t i c；M u t u a lc o r r e l a t i o nc h a r a c t e r i s t i c万方数据CDMA扩频通信中m序列与Gold序列的比较及应用CDMA扩频通信中m序列与Gold序列的比较及应用作者：吴海红，WU Hai-hong作者单位：安徽电子信息职业技术学院,安徽,蚌埠,233030刊名：喀什师范学院学报英文刊名：JOURNAL OF KASHGAR TEACHERS COLLEGE年，卷(期)：2010,31(3)参考文献(6条)参考文献(6条)1.樊昌信.徐炳祥 通信原理 20012.王学龙 WCDMA移动通信技术 20043.查光明.熊贤祚 扩频通信 20024.闫保中.何联俊.洪艳 m序列优选对及平衡Gold序列的产生与搜索 2003(11)5.陈海龙.李宏 基于MATLAB的伪随机序列的产生和分析 2005(5)6.翁剑枫.叶志前 MATLAB LabVIEW SystemView仿真分析基础 2003 本文链接：http:/