CDMA编码特性研究

1、CDMAi码特性研究LTCDMA编码特性研究摘要：扩频序列设计和选择是CDMA移动通信的关键技术之一。扩频码序列的设计就是构造不同结构的具有良好特性的 伪随机序列来满足CDMA系统的要求。文中给出了CDMA 的构成及发展历史，并从理论上和工程实用角度对扩频序 列的性能和特点进行了分析。关键词：CDMA；发展构成；伪随机码；编码通信一、CDMA的发展及构成CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division MultipieAccess),它是在数字技术的分支一一扩频通信技术上发展起来 的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA移动通信网是由扩频、 多址接入、蜂窝组网和频牢复用等几种技术结合而

2、成，含有频域、 时域和码域三维信号处理的一种协作。人类对更高质量无线通信 的需求推动了 CDMA技术的出现。二战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术,初衷是防止 敌方对己方通信的干扰，在战争期问广泛应用于军事抗干扰通 信，后来南美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商朋系统运行之后.CDMA技术理论上的 诸多优势在实践巾得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，如巾国，韩国、日 本、美国都已建有CDMA商用网络,其中在美国和日本CDMA成为国 内的主要移动通信技术。真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS95A,这 一

3、标准支持8kb编码话音服务。其后又分别出版了 13 kb话音编码器的TSB74标准，支持L9 GHz的CDMA PCS系统的STD008标准,其中13 kb编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。CDMA技术是将原数据信号的带宽扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作 相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号，以实现信息 通信。由于CDMA (IS-95)系统中采用快速的反向功率控制、软切换、语音激活等技术，以及IS-95规范对手机最大发射功率的 限制，使CDMA手机在通信过程中辐射功率很小而享有"绿色手机 的美誉。而CDMA多址技术完

4、全适合现代移动通信网所要求的大容 量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和 用户的青睐。在CDMA系统中，扩频序列主要用来区分用户地址、信道 地址、基站地址和多速率业务地址。扩频码序列最基本的特性是 随机性，然而真正的随机序列是难以控制和复制的。伪随机序列 具有类似随机信号的一些统计特性，同时又有规律，易产生和复 制，所以码分多址通信中目前基本采用伪随机序列作为扩频码序 列。三、伪随机序列如果一个序列，一方面它是可以预先确定的，弁且是可以 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（即统计特性），我们便称这种序列为伪随机序列。尽管伪随机序列是由移位寄存器产生确定

5、序列，他们具有某种随机序列的随机特性。因为同样具有随机特性， 无法从一个已 经产生的序列的特性中判断是真随机序列还是伪随机序列，只能根据序列的产生办法来判断。 伪随机序列虽然只有两个电平， 但 却具有类似白噪声的相关特性，只是幅度码率分布不再服从高斯 分布。这些特性使得伪随机序列得到了广泛的应用，特别是在 CDMA统中作为扩频码已成为CDM技术中的关键问题。伪随机序列一条周期序列应该尽可能满足以下几个随机性 准则：1）大的周期：任意确定性算法生成的序列都是周期的，要想获得好的随机性，周期应该尽量大；2）平衡性：在二元序列的一个周期段中，0与1的个数相羞要 尽量小。一条不平衡的伪随机序列在实际应

6、用中无疑会带 来安全隐患；3）高的线性复杂度；一条序列的线性复杂度定义为生成该序 列的最短线性反馈移位寄存器的长度。如果用L表示所考 虑序列的线性复杂度，使用 Berlekamp Masse媳法，只 需连续的2L比特就可以恢复整条序列，因此低线性复杂度 的序列做为密钥流是很不安全的。4)良好的统计特性：Golomb为对于一条伪随机序列， 在每 个周期内，它的0/游程和1/游程的数目基本相等。5)二值自相关函数：GolombA为对于一条伪随机序列， 它的 周期自相关函数应该是二值的。 但是，在一般情况下这个 要求难以达到，人们退而要求伪随机序列的自相关函数应 该是低值的。扩频码序列的设计就是构造

7、不同结构的具有良好特性的伪 随机序列来满足CDMA系统的要求。序列元素间有确定关系存在，但具有与随机序列类似性质的 一种特殊的离散信号形式，可表示为，Q-1 , Q 0, Q 1 , Q 2,其中a i可取值0, 1或1, -1 ;也可以取符号域 GF(q)中的 元素。前者叫二元序列，后者叫 q元序列。但实用中最主要的 还是前者。序列长度可以为有限， 也可以为无穷。后者主要着重 的是周期序列，即存在最小正整数能，使对一切 i有ap= a p+i , p为周期。序列的各元素为相互独立且具有相同分布的随机变量时，称为随机序列。实际应用的主要是伪随机列。 它指序列元素间有确 定关系存在，但具有与随机

8、序列类似的下列性质：在有限长度或一周期内各元素个数相差不超过1,即接近等概率；出现l个相同值或称l长游程的概率接近1/ql ;相关函数产TR=S afac3=0相关函数四、几种伪随机序列的研究在通信中，我们经常面对的其实是序列的非周期相关，因为在一般情况下，确定序列的非周期相关是一件很困难的事，所以 人们转而研究序列的周期相关， 周期为P白府列，码元宽度为幅 值为+1或-1的矩形波信号，则 产列信号周期自相关函数是:1-程八t/WTc- l)Tc可以看出，序列的长度P越大，自相关特性越接近零，序列 和自身的时间偏移就更易区分。 因此，将较长的m序列作为扩频 地址码以区分不同的用户应用在 CDM

9、A系统中显得尤为重要。但P值过大则在给系统的同步及 PN码捕获造成困难的同时也增 加了接收设备和发射设备的复杂性om序列有很好的自相关特性,非常接近理想的伪随机序列。 但n阶线性移位寄存器产生的 m序列的数目弁不多。伪随机序列 的互相关特性与自相关特性在 CDMA通信系统中同样重要。 CDMA系统中的每个用户都分配有特定的伪随机序列作为扩频 （地址）序列，理想的情况是无用户间的多址干扰各用户的伪随 机序列互相关为零。但实际上 CDMA通信系统中伪随机序列的 互相关弁不为零。尤其是同周期的不同 nff列之间存在较大的互 相关峰值，如果直接用不同的m序列作为扩频地址码来区分用户， 则会产生很大的多

10、址干扰， 大大降低通信质量。于是，人们又找 到了互相关值较小而序列数目较多的伪随机序列应用于CDMA系统中，其中包括Gold序歹I。但是，m序列、Gold序列和其它序列族的互相关值弁不为零， 而IS-95和DMA2000是同步CDMA系统，上行链路各终端信号在 基站解调器完全同步，克服了异步 CDMA多址技术由于每个移 动终端发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰，使使用正交扩频码的各个码道在解扩是完全正交， 相互间不会产生多址干扰，大大提高了 CDMA系统容量，提高 了频谱利用率，简化了硬件，降低了成本。因而采用了正交的 Walsh序列。五、结语随着移动通信越来越普及以及移动数据和多媒体业务的广 泛使用，诸如移动办公及电子商务等应用对第 3代移动通信的质 量