CDMA地址码和扩频码.ppt

9.2CDMA地址码和扩频码,主要内容,设计原则M序列Gold序列Walsh码实际应用,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。,因为基本的PN码序列互相关性都不够好,所以理想的地址码和扩频码不存在。因此,实际的CDMA系统中常选用自相关性好的伪随机序列（PN码）作为扩频码,最常用的就是m序列和gold序列；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。,设计原则,伪随机序列（PN）,概念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，可以重复产生和处理。产生电路与分类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寄存器,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。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。,m序列,1、m序列的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m序列最后一级必须参加反馈例：三级移位寄存器构成m序列发生器,m序列,n级线性移位寄存器框图,递推方程：特征多项式,2、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,“0”出现2n-11次，“1”出现2n-1，“1”比“0”多1个。例如,在上述7位码中有4个“1”和3个“0”。（3）周期为2n-1的m序列的特征多项式为既约多项式，也是本原多项式,(4)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。,m序列111101011001000的游程分布情况,n=4,(5)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。(6)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。,（7）自相关性当=0时，自相关函数R()出现峰值1当偏离0时，相关函数曲线很快下降当1P-1时，相关函数值为-1/P当=P时，又出现峰值1可以用有无自相关函数值来识别信号，并检测自相关函数值为1的码序列,（8）互相关性：同一周期的m序列组，两两m序列对的互相关特性差别很大m序列和其移位后的序列逐位模2加，所得的序列仍是m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“0”外，其他状态在一个周期内只出现一次,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。,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),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。,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,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)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。,Gold码序列的性质,表m序列和Gold序列互相关性比较,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。N+1阶Walsh码可用递推公式产生:,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。,实际应用1.短PN码周期为215,速率为1.2288Mchip/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=32768chips,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。,2.Walsh码CDMA系统采用64阶正交Walsh函数(为264*264矩阵)。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。,3.长PN码周期为242-1,速率为1.2288Mchip/s,CDMA系统利用该码对数据进行扩频和扰码,为通信提供保密。长码的各个PN子码是用一个42位的掩码和序列发生器的42位状态矢量进行模2加产生的。只要改变掩码,产生的PN子码的相位将随之改变。IS-95中,每个用户特定的掩码对应一个特定的PN码相位,每一个长码和相位偏移量就是一个确认的地址。掩码的码型随信道类型的不同而异。,IS-95CDMA中地址码的应用用户地址码用长m序列的截段码，码长42位，数量为242-1根据码的不同相位区分不同的用户基站地址码用中长m序列的截段码或Gold码，码长15位，数量为215-1根据码的相位不同来区分,信道地址码用的是64阶walsh函数，前向信道和反向信道各6