最新CDMA地址码和扩频码

1、 9.2 cdma地址码和扩频码地址码和扩频码主要内容主要内容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数字蜂窝移动通信系统中数字蜂窝移动通信系统中, 扩频码和地址码的选扩频码和地址码的选择至关重要。择至关重要。 它关系到系统的抗多径干扰、它关系到系统的抗多径干扰、 抗多址干扰的能力抗多址干扰的能力, 关系到信息数据的保密和隐蔽关系到信息数据的保密和隐蔽, 关系到捕获和同步系统的实现。关系到捕获和同步系统的实现。 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

2、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。 因为基本的因为基本的pn码序列互相关性都不够好码序列互相关性都不够好,所以所以理想的地址理想的地址码和扩频码不存在。码和扩频码不存在。 因此因此,实际的实际的cdma系统中常选用系统中常选用自相关性好的自相关性好的伪随机序伪随机序列列（pn码）作为扩频码码）作为扩频码, 最常用的就是最常用的就是m序列和序列和gold序列序列；而；而另外选择另外选择互相关性好的编码

3、作为地址码互相关性好的编码作为地址码, 最常用的就是最常用的就是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 由数字电路产生的周期性序列，它具有类似由数字电路产生的周期性序列，它具有类似随机噪声的一些统计特性，可以重复产生和处随机噪声的一些统计特性，可以重复产生和处理。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为线性反馈移位寄存器和非线性反馈移位分为线性反馈移位寄存器和非线性反馈移位寄存器寄存器 m序列是目前序列是目前cdma系统中采用的最基本的系统中采用的最基本的pn序列。它是序列。它是最长线性反馈移位寄存器序列最长线性反馈移位寄存器序列的

4、简称。的简称。m序列发生器是由序列发生器是由移位移位寄存器、寄存器、 线性反馈抽头和模线性反馈抽头和模2加法器加法器组成的。组成的。 而且而且, m序列是其序列是其相应组成器件所能生成的最长的码序列。若移位寄存器为相应组成器件所能生成的最长的码序列。若移位寄存器为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-2a1a0

5、c1c2cn-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kiikikaca1 niiinnxcxcxcxccxf022102、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序列的一个周期内序列的一个周期内“1”与与“0”的数目大致相同的数目大致相同, “0”出出现现2n-11次，次，“1”出现出现2n-1，“1”比比“0”多多1个。例如个。例如, 在上述在上述7位位码中有码中有4个个“1”和和3个个“0”。 （3）周期为）周期为2

6、n-1的的m序列的特征多项式为序列的特征多项式为既约多项式既约多项式，也是，也是本本原多项式原多项式 (4) 在一个序列中连续出现的相同码称为一个在一个序列中连续出现的相同码称为一个游程游程, 连码的连码的个数称为游程的长度。一个个数称为游程的长度。一个m序列中共有序列中共有2n-1个游程个游程: 长度为长度为r(1rn-2)的游程数占游程总数的的游程数占游程总数的1/2r; 长度为长度为n-1的游程只有的游程只有1个个, 且是连且是连0码码; 长度为长度为n的游程也只有的游程也只有1个个, 且是连且是连1码。表码。表3-2中中列出了周期为列出了周期为15的的m序列的游程分布情况。序列的游程分

7、布情况。 m序列序列111101011001000的游程分布情况的游程分布情况 n=4 (5) m序列序列和其移位后的序列逐位和其移位后的序列逐位模模2相加相加, 所得的序列仍然所得的序列仍然是是m序列序列, 只是相移不同而已。例如只是相移不同而已。例如m序列序列1110100与其向右移与其向右移三位后的序列三位后的序列1001110逐位模逐位模2加后的序列为加后的序列为0111010, 相当于原相当于原序列向右移一位后的序列序列向右移一位后的序列, 仍是仍是m序列。序列。 (6) m序列发生器中移位寄存器的各种状态除全序列发生器中移位寄存器的各种状态除全0状态外状态外, 其其他他状态只在状态

8、只在m序列中出现一次序列中出现一次。如。如7位的位的m序列序列1110100中，顺中，顺序出现的状态为序出现的状态为111, 110, 101, 010, 100, 然后尾首接续为然后尾首接续为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 可以用有无自相关函数值来识别信号，并检测自可以用有无自相关函数值来识别信号，并检测自相关函数值为相关

9、函数值为1的码序列的码序列（8）互相关性：）互相关性：同一周期的同一周期的m序列组，两两序列组，两两m序列对的互相关特性序列对的互相关特性差别很大差别很大m序列和其移位后的序列逐位模序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列仍加，所得的序列仍是是m序列，只是相位不同序列，只是相位不同 m序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全序列发生器中的移位寄存器的各种状态，除全“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序列的序列的优点优点是是容易产生、规律性强、自相关特性好容易产生、规律性强、自相关特性好, 因而在因而在直扩系统中得到了广泛的应用。但是它可提供的跳频图案少

10、、直扩系统中得到了广泛的应用。但是它可提供的跳频图案少、 互相关性不理想互相关性不理想, 又加之是线性反馈逻辑又加之是线性反馈逻辑, 容易被敌人破译容易被敌人破译, 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序列虽然性能优良序列虽然性能优良, 但同样长度的但同样长度的m序列个数不多序列个数不多, 且序且序列之间的互相关性不够好。列之间的互相关性不够好。rgold提出了一种基于提出了一种基于m序列的序列的pn码序列码序列, 称为称为gold码序列。码序列。 在介绍在介绍gold码序列发生器之前码序列发生器之前, 先给出

11、先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: , 12, 12)(2121nnrn为奇数 n为偶数(不是4的倍数) 则我们称这则我们称这一对一对m序列为优选对序列为优选对。如果把两个。如果把两个m序列发生序列发生器产生的器产生的优选对序列作模优选对序列作模2加运算加运算,生成的新的码序列生成的新的码序列即为即为gold序列序列。图。图(a)中所示为中所示为gold码发生器的原理结构图。图码发生器的原理结构图。图(b)中为中为两个两个5级级m序列优选对构成的序列优选对构成的gold

12、码发生器。码发生器。 这两个这两个m序列虽序列虽然码长相同然码长相同, 但模但模2加后生成的并不是加后生成的并不是m序列序列, 也不具备也不具备m序列的序列的性质。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 码发生器1时钟源码发生器2码1码2)21(3码码码(a)(b)1234512345主要有以下三点主要有以下三点: (1) gold码序列具有三值自相关特性码序列具有三值自相关特性, 其旁瓣的极大值满足上式所表示的其旁瓣的极大值满足上式所表示的优选对的条件。优选对的条件

13、。 (2) 两个两个m序列优选对不同移位相加产生的新序列都是序列优选对不同移位相加产生的新序列都是gold序列序列。 因为总因为总共有共有2n-1个不同的相对位移个不同的相对位移, 加上原来的两个加上原来的两个m序列本身序列本身, 所以所以, 两个两个n级移位寄级移位寄存器可以产生存器可以产生2n1个个gold序列序列。 因此因此, gold序列的序列数比序列的序列数比m序列数多得多。序列数多得多。 (3) gold序列的互相关峰值和主瓣与旁瓣之比都比序列的互相关峰值和主瓣与旁瓣之比都比m序列小得多。这一特序列小得多。这一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

14、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 如前所述如前所述, 尽管伪随机序列具有良好的自相关特性尽管伪随机序列具有良好的自相关特性, 但其互相关特性不但其互相关特性不是很理想是很理想(互相关值不是处处为零互相关值不是处处为零), 如果把伪随机序列同时用作扩频码和地如果把伪随机序列同时用作扩频码和地址码址码, 系统性能将受到一定影响。所以系统性能将受到一定影响。所以, 通常将通常将伪随机序列用作扩频码伪随机序列用作扩频码, 而就而就地址码而言地址码而言, 目前则采用目前则采用walsh(沃尔什沃尔什)编码编码。 n+1阶阶walsh码可用递

15、推公式码可用递推公式产生产生: nnnnnmmmmmmmmmmm111112101111 walsh码是一种同步正交码码是一种同步正交码, 即在同步传输情况下即在同步传输情况下, 利用利用walsh码作为地址码码作为地址码具有良好的自相关特性和处处为零的互相具有良好的自相关特性和处处为零的互相关特性关特性。此外。此外, walsh码生成容易码生成容易, 应用方便。应用方便。 但是但是, 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 周期为周期为215, 速率为速率为1.2288

16、 mchip/s, 是用于是用于qpsk的同相和正的同相和正交支路的交支路的直接序列扩频码直接序列扩频码。15级移位寄存器的级移位寄存器的m序列周期为序列周期为215-1, 当插入一个全当插入一个全“0”状态后状态后, 形成的序列周期为形成的序列周期为215=32 768 chips, 在在cdma中中, 该序列称为该序列称为引导引导pn序列序列, 其作用是其作用是给不同基站发出给不同基站发出的信号赋予不同的特征的信号赋予不同的特征。不同的基站使用相同的引导。不同的基站使用相同的引导pn序列序列, 但各自却采用不同的时间但各自却采用不同的时间(相位相位)偏置。不同的时间偏置用不同偏置。不同的时

17、间偏置用不同的偏置系数表示的偏置系数表示, 偏置系数共偏置系数共512个个(0511)。 一个引导一个引导pn序列序列偏离偏离0偏移引导偏移引导pn序列的偏移量为相应的偏置系数乘以序列的偏移量为相应的偏置系数乘以64码片。码片。 2. walsh码码 cdma系统采用系统采用64阶正交阶正交walsh函数函数(为为264*264矩阵矩阵)。对。对于正向链路于正向链路, 64种种walsh函数函数(w0w63)被用来构成被用来构成64条码分信条码分信道道; 对于反向链路对于反向链路, walsh函数被用来函数被用来调制信息符号调制信息符号, 即每即每6位输位输入的码字符号调制后变成输出一个入的码

18、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 周期为周期为242-1, 速率为速率为1.2288 mchip/s, cdma系统利用该码对系统利用该码对数据进行数据进行扩频和扰码扩频和扰码, 为通信提供为通信提供保密保密。长码的各个。长码的各个pn子码是子码是用一个用一个42位的掩码和序列发生器的位的掩码和序列发生器的42位状态矢量进行模位状态矢量进行模2加产生加产生的。只要改变掩码的。只要改变掩码, 产生的产生的pn子码的相位将随之改变。子码的相位将随之改变。is-95中中, 每个用户特定的掩码对应一个特定的每个用户特定的掩码对应一个特定的pn码相位码相位, 每一个长码和每一个长码和相