CDMA地址码和扩频码.ppt

第十六讲 CDMA地址码和扩频码,2,主要内容,PN码 M序列 Walsh码 Gold序列 CDMA系统的地址码与扩频码,3,设计原则 在CDMA数字蜂窝移动通信系统中, 扩频码和地址码的选择至关重要。 它关系到系统的抗多径干扰、 抗多址干扰的能力, 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。 经研究表明, 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; (2) 有尖锐的自相关特性; (3) 有处处为零的互相关特性; (4) 不同码元数平衡相等; (5) 尽可能大的复杂度。,4,基本的PN码序列互相关性都不够好, 因此,实际的CDMA系统中常选用自相关性好的PN码作为扩频码, 而另外选择互相关性好的编码作为地址码, 最常用的就是Walsh码。,5,基本PN码,1) m序列 m序列是目前CDMA系统中采用的最基本的PN序列。它是最长线性反馈移位寄存器序列的简称。顾名思义, m序列发生器是由移位寄存器、 线性反馈抽头和模2加法器组成的。 而且, m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n级, 则其周期P=2n-1。,6,3级m序列发生器,7,模2加运算规则,8,3级m序列发生器各输出端的输出序列,9,这一例子说明, m序列的最大长度取决于移位寄存器的级数, 而码的结构取决于反馈抽头的位置和数量。不同的抽头组合可以产生不同长度和不同结构的码序列。有的抽头组合并不能产生最长周期的序列。对于何种抽头能产生m序列, 前人已经做了大量的研究工作, 100级以内的m序列发生器的连接图和所产生的m序列结构一般都能直接查到。 下面给出m序列的一些基本性质: (1) m序列的周期P取决于移位寄存器的级数n, P=2n-1; (2) 在m序列的一个周期内“1”与“0”的数目大致相同, “1”比“0”多1个。例如, 在上述7位码中有4个“1”和3个“0”。,10,(3) 在一个序列中连续出现的相同码称为一个游程, 连码的个数称为游程的长度。一个m序列中共有2n-1个游程: 长度为R(1Rn-2)的游程数占游程总数的1/2R; 长度为n-1的游程只有1个, 且是连0码; 长度为n的游程也只有1个, 且是连1码。表3-2中列出了周期为15的m序列的游程分布情况。,11,m序列111101011001000的游程分布情况,12,(4) 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与其向右移三位后的序列1001110逐位模2加后的序列为0111010, 相当于原序列向右移一位后的序列, 仍是m序列。 (5) m序列发生器中移位寄存器的各种状态除全0状态外, 其他状态只在m序列中出现一次。如7位的m序列1110100中，顺序出现的状态为111, 110, 101, 010, 100, 然后尾首接续为001和011, 最后又回到初始状态111。,13,m序列的优点是容易产生、规律性强、自相关特性好, 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、 互相关性不理想, 又加之是线性反馈逻辑, 容易被敌人破译, 即保密性、 抗截获性差, 因此, 在跳频系统中并不采用。,14,Walsh码 如前所述, 尽管伪随机序列具有良好的自相关特性, 但其互相关特性不是很理想(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址码, 系统性能将受到一定影响。所以, 通常将伪随机序列用作扩频码, 而就地址码而言, 目前则采用Walsh(沃尔什)编码。 2N阶Walsh码可用递推公式产生:,15,Walsh码是一种同步正交码, 即在同步传输情况下, 利用Walsh码作为地址码具有良好的自相关特性和处处为零的互相关特性。此外, Walsh码生成容易, 应用方便。 但是, Walsh码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。,16,Gold码 m序列虽然性能优良, 但同样长度的m序列个数不多, 且序列之间的互相关性不够好。RGold提出了一种基于m序列的PN码序列, 称为Gold码序列。 在介绍Gold码序列发生器之前, 先给出优选对的概念。 如果有两个m序列, 它们的互相关函数的绝对值有界, 且满足以下条件:,n为奇数,n为偶数(不是4的倍数),17,则我们称这一对m序列为优选对。如果把两个m序列发生器产生的优选对序列作模2加运算,生成的新的码序列即为Gold序列。图(a)中所示为Gold码发生器的原理结构图。图(b)中为两个5级m序列优选对构成的Gold码发生器。 这两个m序列虽然码长相同, 但模2加后生成的并不是m序列, 也不具备m序列的性质。 ,18,Gold码发生器 (a) Gold码发生器的原理结构图； (b) 5级m序列优选对构成的Gold码发生器,19,Gold码序列的性质主要有以下三点: (1) Gold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优选对的条件。 (2) 两个m序列优选对不同移位相加产生的新序列都是Gold序列。 因为总共有2n-1个不同的相对位移, 加上原来的两个m序列本身, 所以, 两个n级移位寄存器可以产生2n1个Gold序列。 因此, Gold序列的序列数比m序列数多得多。 (3) 同类Gold序列互相关特性满足优选对条件, 其旁瓣的最大值不超过上式的计算值。在表中列出了m序列和Gold序列互相关函数旁瓣的最大值。从表中可以明显看出, Gold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。,20,表 m序列和Gold序列互相关性比较,21,实际应用1. 短PN码 周期为215, 速率为1.2288 Mchip/s, 是用于QPSK的同相和正交支路的直接序列扩频码。15级移位寄存器的m序列周期为215-1, 当插入一个全“0”状态后, 形成的序列周期为215=32 768 chips, 在CDMA中, 该序列称为引导PN序列, 其作用是给不同基站发出的信号赋予不同的特征。不同的基站使用相同的引导PN序列, 但各自却采用不同的时间(相位)偏置。不同的时间偏置用不同的偏置系数表示, 偏置系数共512个(0511)。 一个引导PN序列偏离0偏移引导PN序列的偏移量为相应的偏置系数乘以64码片。,22,2. Walsh码 CDMA系统采用64阶正交Walsh函数。对于正向链路, 64种Walsh函数(W0W63)被用来构成64条码分信道; 对于反向链路, Walsh函数被用来调制信息符号, 即每6位输入的码字符号调制后变成输出一个64码片的Walsh序列。,23,3. 长PN码 周期为242-1, 速率为1.2288 Mchip/s, CDMA系统利用该码对数据进行扩频和扰码, 为通信提供