（信息与通信工程专业论文）扩频码的设计及其在无线通信中的应用.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 在码分多址( c d m a ) 系统中，扩频序列的相关特性和码集合大小直接影响系统的抗干 扰能力和系统容量。采用单码扩频的第三代c d m a 移动通信系统，由于扩频码相关特性的 不理想，使得系统的性能和容量受到多径干扰和多址接入干扰的限制。广义正交序列在其零 相关区内具有理想的相关特性因此，采用广义正交序列作为扩频码，可以有效消除多径干 扰和多址接入干扰。 本文主要工作可以分为以下几个部分 绘出了序列相关特性的定义，包括( 偶) 周期自，互相关函数、奇周期自7 互相关函数、 非周期相关函数和频域相关函数。分析比较了各种现有扩频序列的相关特性，给出它们在扩 频系统中的应用方式。对码集合的参数进行比较，指出存在的局限性总体上讨论了码集合 的参数与系统抗干扰能力的关系，得出系统的抗干扰能力和码集合大小之间的相互制约关 系。 构造了一种基于m 序列的新型二进制广义正交码，称为m - z c z 码；给出了它的相关特 性。除了具有现有广义正交码的相关特性外，m - z c z 码的零相关区长度突破取值上的限制。 因此，可以根据特定的信道条件灵活设计扩频码，从而增加码的个数，提高系统容量。讨论 了m - z c z 码在c d m a 系统中的应用，给出了采用m - z c z 码扩频的c d m a 系统性能的理论 分析 分析了m c - c d m a 系统中多址干扰对系统性能的影响，指出现有文献中用于 m c - c d m a 系统的扩频码的局限性。分析了为使系统保持无多址干扰，扩频码的频域相关 性所需满足的条件在此基础上，设计了一种多相无多址干扰序列，证明了其理想的频域相 关特性。最后，与现有扩频方案进行了性能的比较，给出仿真结果。 指出了序列设计及其应用中仍存在的问题和有待拓展的问题，指明了未来研究的方向。 关键诃：c d m a ，广义正交序列，相关特性，零相关区 浙江大学硬士学位论文 a b s t r a c t i nc o d ed i v i s i o nm u l t i p i ea c c e s s ( c d m a ) s y s t m s , t h ec o r r e l a t i o np r o p e r t i e so ft h e s p r e a d i n gs e q u e n c e sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ea n dd i r e c t l yi n f l u e n c et h es y s t e mi n t e r f e r e n c e - r e s i s t a b i l i t y , 锄dt h es i z eo fc o d es e ti n f l u e n c e st h es y s t e mc a p 咄i nt l l e3 “g e n e r a t i o nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m se m # o y i n gs i n g l ec o d e sa ss p r e a d i n gc o d e & t h es y s t e mc a p a c i t yi s r e d u c e db ym u l t i p a t hi n t e r f e r e n c eo ) a n dm u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c et m a i ) d u et ot h e n o n - i d e a lc o r r e l a t i o np r o p e r t i e so ft h ec o d e s g e n e r a l i z e do r t h o g o n a l ( g o ) s e q u e n c e sp 辩s i d e a lc o r r e l a t i o np r o p e r t i e si nt h e i rz e c o r r e l a t i o nz o n e ( z c z ) t h e r e f o r e , t h es y s t e m se m p l o y i n g g os e q u e n c e sa ss p r e a d i n gc o d e s e l i m i n a t em ia n dm a ie f f e c t u a l l y t h em a i nc o n t e n t so f t h i sw o r ka r el i s t o da sf o l l o w s ： t h ec o r r e l a t i o nf u n c t i o n sd e f i n i t i o n so fs p r e a d i n g $ h l u e l l c e sa r ep r e s e n t e d , i n c l u d i n gt h e ( e v e n ) p e r i o d i cc o r r e l a t i o nf u n c t i o n , o d dp e r i o d i c ；o n l a n f u n c t i o n , a p e r i o d i cc o r r e l a t i o n f u n c t i o na n ds p e c t 脚c o r r e l a t i o nf u n c t i o n t h ec o r r e l a t i o np r o p e r t i e so fs e v e r a le x i s t i o ns p r e a d i n g s e q u e n c e sa r ed i s c u s s e da n dt h e i ra p p l i c a t i o n si ns p r e a d i n gs p e c t r u ms y s t e m sa ma n a l y z e d t h e p a r a m e t e r so ft h ec o d es a t 撇i n v e s t i g a t e d a n dt h e i rl i m i t a t i o n s a r ep o i n to u t t h e nt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o d es e ts i z ea n da n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t yo ft h es y s t e mh a sb e e n d i s c u s s e d , a n dt h e i rm u t u a lt e s t r i c t i o nr e l 商o na r eo b t a i n e d b a s e do nt h ek n o w l e d g eo f m - s e q u e n c e s , an o v e lb i n a r yg e n e r a l i z e do r t h o g o n a lc o d e - c a l l e d m - z c zc o d e , i sc o n s t r u c t e d , a n di t sc o r r e l a t i o np r o p e r t i e si sp r e s e n t e d b e s i d e sh a v i n gt h es t m n c c h a r a c t e r i s t i c sa sc o n v e n t i o n a l0 0s e q u e n c e s , t h ev a l u eo fz c zl e n g t hb r e a k st h x o n g ht h e r e s t r i c t i o n , a n dc a l lb ef l e x i b l yc h o s e nt om a t c ht h ep r a c t i c a lc h a n n e li nah i 曲d e g r e e s ot h a tt h e n u m b e ro fg o d e si si n c r e a s e da n dt h es y s t e mc a p a c i t yi si m p r o v e d t h e n ，t h ea p p l i c a t i o n so f m - z c zc o d ei nc d m as y s t e m sa r ed i s c u s s e d , a n dt h et h e o r ya n a l y s i so fs y s t e mb e r p e r f o r m a n c ei sp r e s e n t e d t h em c - c d m a s y s t e m s p e r f o r m a n c ei m p a c t e db ym a ! j sa n a j y z o d , a n dt h el i m i t a t l o r bo f s p r e a d i n gc o d e se m p l o y e di nm c - c d m as y s t e m si ns o f t i el i t e r a t t w e sa r ep o i n t e do u t t h ec r i t e r i a o f s p r e a d i n gc o d e sd e s i g nt oa c h i e v ea l lm a i - f r e es y s t e mma n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h ec r i t e r i a a m u l t i p h a s em a i - f r e es p r e a d i n ge - a 3 d e , c a l l e dg wc o d c i sp r o p o s e d , a n di t si d e a ls p l 删 c o r r e l a t i o np r o p e r t i e sa r ep r o v e d t h e n , t h ep e r f o r m a n c e so f t h es y s t e me m p l o y i n gg wc o d e sa n d t h es y s t e m se m p l o y i n gc o n v e n t i o n a ls p r e a d i n gc o d e sm c o m p a r e d a n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t so f b e ra r eg i v e n i ti ss h o w nt h a tt h es y s t e mp e r f o r m a n c ei si m p r o v e db yu s i n gg wc o d e s i nt h ee n d , s e v e r a l e x i s t i n gp r o b l e m s i nt h er e s e a r c ho fs e q u e n c ed e s i g na n dt h e i r a p p l i l c a t i o n sa r ep o i m e do u ta n dt h e yo u t l i n et h ed i r e c t i o no f f u t u r ew o r k 1 ( e yw o r d s ：c d m a ，g e n e r a l i z e do r t h o g o n a ls e q u e n c e , c o r r e l a t i o np r o p e r t i e s z e r oc o r r e l a t i o n z o n e i l 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 随着社会的发展，科学技术的进步，人们希望能随时随地、迅速可靠地进行信息的交流， 因此通信技术正扮演着越来越重要的作用，移动通信以其灵活方便的特点成为现代通信系统 中人们关注的热点。c d m a 、多载波等技术的出现以及不断地发展源于人们对高质量、快速 率无线通信的要求 1 1 扩频通信与码分多址技术 扩频通信【”源于军事和航空系统。由于具有抗干扰、抗多径能力，扩频通信主要用于军 事保密通信和电子对抗系统。随着世界范围政治格局的变化和冷战的结束，该项技术才逐步 转向民用。到7 0 年代末期，扩频技术开始应用于蜂窝移动通信系统。 扩频技术采用了大大宽于信息带宽的频带进行信号传输，是一种数字传输方式。根据扩 展频谱的方式不同，扩频通信系统可分为：直接序列( d i r e c ts e q u d s ) 扩颓、跳频 ( f r e q u e n c yh o p p i n g , h i ) 、跳时( t i m eh o p p i n g , t h ) 、线性调频以及以上几种方法的组合。 在蜂窝通信和卫星通信中，d s 扩频技术应用较为广泛。 直接扩频的基本过程如图1 1 所示用高码率的扩频码序列在发射端直接扩展信息数据 信号的频谱；在接收端，使用相同的扩频码序列对扩展的信号频谱进行解调，还原出原始的 信息。从功率谱密度和频谱宽度的角度看( 图i - 2 ) ，扩频调制后原始信息的频谱被展宽， 能量被均匀地分布在较宽的频带上，功率谱密度下降：当扩频信号解扩以后，宽带信号恢复 成窄带信息，功率谱密度上升相对于信息信号，窄带干扰只经过一次扩频调制过程，频谱 被扩展，功率谱密度下降，从而使有用信息在干扰中被提取出来。通过对窄带干扰信号频谱 能量加以扩散，对有用信号频谱能量压缩集中，在输出端得到了信噪比增益，即扩频增益， 从而大大地提高了抗干扰容限。由于扩频通信能够获得信噪比增益，接收端可以在较低的信 噪比甚至负的信噪比条件下，将信号从干扰噪声的淹没中提取出来在目前商用的通信系统 中，扩频通信是唯一能够工作于负信噪比条件下的通信方式。 2 1 浙江大学硕士学位论文 信 图i - 1 基本扩颓和解扩过程 1 ) 原始信息 绶谗宠度 3 ) 窄带干扰 颁谗宽度 功 意 密 蠹 2 ) 扩频 颂i 罄室瘦 图l - 2 功率谱密度与频谱宽度示意图 4 ) 解扩 无线通信频谱资源有限，最大限度地利用有限的无线频谱来提高用户容量是我们所关心 2 功睾密瘐 瑰辜密褒 功辜密度 浙江大学硬士学位论文 的问题频分多址( f d m a ) 、时分多址c _ m m a ) 棚j 分多址( c i m n ) 是无线通信的三种最主要 的多址接入技术。由于c d m a 具有频率规划简单、频谱效率高、抗人为干扰能力强，软越 区切换、保密性好等诸多优点，在第三代数字通信系统中居于主导地位1 3 4 j 。 c d m a 以扩频技术为核心技术，二战期间为防止敌方对己方通信的干扰而开发的。后来 由美国高通公司( o “l c o m ) 更新成为商用蜂窝通信技术。1 9 9 5 年，第一个c d m a 蜂窝移动 通信系统在香港开通，标志着c d m a 系统已经走向商业应用。 在c d m a 系统中，一个用户可以占用系统提供的所有频带和时隙进行通信，不同用户的 信号是通过分到的不同地址码来区分的。为了能同时支持尽可能多的用户，需要有足够多的 扩频序列。在接收端接收到的信号要经过相关解扩器与本地解扩序列作相关从而得到判决变 量。如果本地解扩序列与接收到的信号采用相同的扩频序列且完全同步，则解扩器输出的判 决变量达到最大值，从而得到原始目标信号。然而，发送信号经过多径衰落信道后。接收信 号中含有多个时延不同的发送信号副本解扩序列与发送信号的副本不同步，导致了多径干 扰( m i ) 。干扰大小取决于扩频序列的自相关函数旁瓣。又由于c d m a 是多用户同时共用无 线信道，当本地解扩序列与接收到的信号采用不同的扩频序列时，如果序列的互相关函数不 为零，则存在多址接入干扰( m a d ，大小由扩频序列间的互相关特性决定。当存在多个激 活用户时，判决变量中不仅包含目标信号的信息，还包括干扰成分，即m i 和m a l 。如果扩 频序列具有理想的相关特性，即自相关函数( a c f ) 旁瓣为零，互相关函数( c c f ) 处处为 零，则在同步和异步条件下，系统均可实现无m i 和m a i ，从而提高系统的频谱效率和系统 容量 扩频序列的相关特性直接影响系统的性能，扩频序列的数且决定系统能支持的最大用户 数，它们是评价序列优劣的两个重要指标因此，本文重点在设计有良好自，互相关特性且 有较大码集合的扩频序列，讨论其在c d m a 系统中的应用，以达到减少或消除m i 和m a i 、 提高系统性能和系统容量的目的。 1 2 扩频序列的分类及国内外研究现状 扩频序列的研究开始于二十世纪五十年代。早在1 9 5 5 年，g o l o m b 和z i e r l e r 发表了关于m 序列的特性的研究结果5 期。经过人们的不断努力，扩频序列研究已经取得了丰富的成果， 得出了序列性能的理论限i t 蚺，如w e l c h 界、s i d e l n i k o v 界、s a r w a t e 界等，并构造出多种性 3 浙江大学硕士学位论文 能良好的序列。 从不同的角度，扩频序列可以有不同的分类。 i ) 根据相关特性可将扩频序列分为三类：准正交序列，狭义正交序列和广义正交序列。 第一类为准正交序列，如m 序列p 1 ”，g o l d 序列1 1 2 , 1 3 | ，k a s a m i 序列1 1 4 1 等。其相关函数 的旁瓣小，序列间近似正交。对准正交序列已有比较广泛和深入的研究。 第二类为目前广泛应用的狭义正交序列，如i s - 9 5 和c d m a 2 0 0 0 中采用的h a d a m a r d - w a l s h ( w h ) 码和w c d m a 系统中采用的正交可变扩频因子序列( o v s f ) 0 5 , 1 6 1 。这类序列只在 完全对齐时是正交的，即在零偏移处，a c f 有一峰值，c c f 为零。由于这个特性，在平坦 衰落条件下和同步系统中，接收端可以将目标信号从其他用户信号和自身的多径副本中准确 地提取出来而不存在干扰。然而，序列的自，互相关函数有非零旁瓣，在异步系统中，或者 同步系统在无线信道多径传播条件下，系统中存在m i 和m a i 。这些干扰限制了系统性能的 提高，因此传统的c d m a 系统是干扰受限的。 第三类为广义正交序列1 1 7 , t & 1 9 1 。广义正交序列不仅在完全对齐时正交，而且在原点附近 一定的相对偏移范围内仍然具有理想的相关特性。该范围被称为零相关区( z c z ) 或无干扰 窗( i f w ) 0 s 1 9 1 。序列集合的大小与z c z 长度成反比。将广义正交序列用作c d m a 系统的 扩频码，当z c z 长度大于系统最大时延时，能实现系统无干扰。但现有的二进制广义正交 序列的z c z 长度必须是2 的整数次幂。在多数情况下，z c z 长度的取值要远大于系统最大 时延，因而抗干扰能力有较大冗余，码资源较少由l i n k a i rl n c 提出的t d - l a s 系统哪 采用的扩频码属于广义正交序列t d - l a s 系统已经被l t u 作为3 g p p 2 增强型版本的候选 方案。 2 ) 根据子码个数，扩频序列又可分为单码和多码。顾名思义，单码就是一个序列只有 一个子码。单码的扩频增益和码的个数都等于序列长度，码集合大。传统的m 序列，w h 序 列等都属于单码。理论证明口“，单码不能同时具有理想的自相关和互相关特性。因此，在 异步系统或，和频率选择性衰落信道条件下，系统的性能和频谱利用率下降 多码指一个序列由多个子码组成，扩频增益等于子码长度总和，码集合大小与z c z 长度 成反比互补码、正交互补码、组闻互补码鲫、l s 码【1 s l 等都属于多码范畴。正交互补码的 z c z 长度等于子码长度，具有理想的自相关和互相关特性；用作d s - c d m a 系统扩频码时， 可以同时消除m i 和m a i ，使得系统具有较强的抗干扰能力；但是码资源远少于码长相同的 单码，系统容量受到限制。l i 等提出的组间互补( i g c ) 码，码集合分成多个组。同一组内 的序列具有等长的且小于子码长度的z c z ；不同组内的序列是完全互补的，即z c z 长度等于 4 浙江大学硕士学位论文 子码长度。通过合理分配码资源，i g c 码能在抗干扰能力和系统容量之间取得较好地平衡。 l s 码是子码个数为2 的特殊多码，其序列闻的z c z k 度可变，集合的大小与最小z c z 长度成 反比 3 ) 按照相位来分，扩频序列可以分为二进制序列和多相序列二进制序列的元素在“ l ”和“一1 ”( 或“0 ”，“l ”) 两种情况中取值。它的研究和应用已经比较广泛和深入，取得 了丰富的成果但是有理想相关特性的现有二进制序列的码长、z c z 长度必须是2 的整数次 幂，且序列个数有限，不能满足实际应用中要有足够多的码资源来支持尽可能多的用户的要 求。 因此，人们突破了二进制的范围，尝试寻找具有理想相关特性、有较大码集合、码长和 z c z 长度约束较少的多相序列1 9 6 2 年，弗兰克( f r a n k ) 和海米勒( h e i m i l l e r ) 构造的f r a n k 序列1 2 2 1 具有理想的周期自相关特性，但序列长度是相位数的平方1 9 7 2 年，d c c h u 设计 了z a d o f f - c h u 序列1 2 3 1 其长度可为任意正整数；b m p o p o v i c 以z a d o f f - c h u 序列为基础，构 造出g c l 序列。f r a n k 序列、z a d o f f - c h u 序列和g c l 序列都有理想的周期自相关特性，互 相关函数数值小且恒定，且达到了w e l c h 界；但是当序列增长时，相位数也随着增加，增大 了工程实现上的难度，序列个数也有限s u e h k o 提出了一种以f r a n k 序列为基础的可调制多 相正交序列的构造方法口”。以这种构造方法得到的多相序列具有理想的自相关特性和良好 的互相关特性，且独立地址码的数量较多。多相互补码m 是多相序列研究的另一方向。对 于多相序列的研究，虽然已经有较长的历史，取得了丰硕的成果，但一些理论及实现上的问 题，使得其仍然是研究热点之一。 扩频码的种类及构造方法繁多，没有统一的分类和评价标准。上述兰种分类方法是从不 同角度对现有扩频序列进行划分，之问没有严格的界限。如w h 码既属于单码又属于狭义正 交序列；l s 码既属于多码又属于广义正交序列；z a d o f f - c h u 既是单码又是多相序列。 1 3 多载波技术 图像、视频等新一代的业务对现代移动通信的数据率提如了新的要求。第三代移动通信 ( 3 g ) 要求无线接口能支持多种数据率。在快速移动环境下，最高速率达1 4 4 k b p s ：在室外 到室内或步行环境下，最高速率达3 8 4 k b p s ；在室内环境下，最高速率达2 m b p s 。近来，国 际电信联盟( i t u ) 将超3 g ( b 3 g ) 技术命名为i m t - a d v a n c e d 技术。与3 g 及演进型3 g ( e 3 g ) 技术相比。i m t - a d v a n c c d 技术需要提供更高的数据率和更大的系统容量其目标峰值速率 浙江大学硬士学位论文 为：低速移动、热点覆盖场景下l o b p s 以上；高速移动、广域覆盖场景下1 0 0 1 v l b p s 。高的 通信数率要求对以往的c d m a 技术提出了挑战。 多载波传输技术可以达到1 0 m b p s 以上的高数据率。多载波系统把数据流分解成若干予 数据流，使每个子数据流具有较低的比特速率因而，它是多个低速率符号并行发送的传输 体制，能有效地对抗频率选择性衰落。 m c - c d m a 系统r z s , z ”o l 是c d m a 和多载波技术结合的产物，除了具有传统c d m a 抗干 扰能力强、容量大等优点的同时又有多载波技术支持高数据率的优点和频率分集的效果，非 常适宜于多用户系统的无线高速数据传输由于结合了c d m a 和多载波两者的优势， m c - c d m a 技术被认为是下一代移动通信系统主要的候选方案之一 1 4 本文的主要贡献和内容组织 本文的工作是结合国家自然科学基金项目( n o 6 0 4 7 2 0 8 0 ) 、总装预研基金 ( 9 1 4 0 c 2 4 0 3 0 1 0 6 j w 0 4 0 1 ) 和华为基金( y j c b 2 0 0 6 0 7 0 w l ) 完成的。 本文的主要贡献有： 1 从不同的角度对各种扩频码进行了分类比较，分析了各自的特点，指出在c d m a 系统中不同的应用方式。从总体上分析了扩频系统的性能与码集合参数之间的关 系，明确了系统抗干扰能力与码集合大小之间的相互制约关系，为针对特定信道 环境来设计相应的扩频序列提供指导。 2 指出了现有二进制扩频码在参数选择上的局限性，提出了一种基于i n 序列构造的 m - z c z 码的产生方法，给出了其相关特性。介绍了m - z c z 码作为扩频码在系统中 的具体应用方式，并与传统扩频系统的性能进行比较。在已知系统最大时延时， 选择具有匹配z c z 长度的扩频码，与用扩频增益相同的现有二进制广义正交码相 比，系统在保证无干扰的同时能支持更多用户。 3 分析了m c - c d m a 系统中m a i 对系统性能的影响，指出一些文献中用于 m c - c d m a 系统的扩频码的局限性。分析了使系统保持m a l - f r c e 的扩频序列的设 计准则。按照这个准则构造了一种多相序列，从理论上证明了其理想的频域相关 特性。与现有的从w h 码集合选择子集的方案相比，本文构造的多相序列可针对 不同信道条件进行设计，具有更大的灵活性，从而能增加扩频码的数目，提高系 统容量。 6 浙江大学硕士学位论文 本文余下章节的内容安排如下： 第二章介绍了移动通信信道的特点及分类。着重讨论了无线信道中频率选择性衰落信道 的基带仿真模型，给出了常用的参数，用于系统性能的评价。 第三章给出了系统性能评价中常用的序列相关函数的定义。对现有的扩频序列进行了比 较总结，分别给出了在c d m a 系统中的应用方式。最后分析了系统性能与扩频序列参数的 关系，为扩频码的设计指明方向。 第四章先指出现有二进制扩频码由于其特殊的构造方法，使得码集合参数的取值受到限 制。用具有良好的自相关特性、生成方法简单的m 序列构造了一类具有零相关区的z c z 码， 称为m - z c z 码。给出了其相关特性，并对码集合大小与现有二进制z c z 码进行了分析比较 第五章结合m c - c d m a 系统模型，分析了m a i 对系统性能的影响，给出了消除 m c - c d m a 系统m a l 的扩频序列设计的准则，并按此准则构造了g w ( 扩展w a l s h ) 码。 分析了它的频域相关特性，与已有的扩频码系统进行了性能上的分析比较。 第六章对全文进行总结并展望未来工作。 7 浙江大学硕士学位论文 第2 章无线移动信道 信道是通信系统必不可少的组成部分，研究无线通信中数字传输技术的重要工作之一就 是认识无线信道本身的特性，根据不同的情况选择合适的模型本章介绍了无线通信信道的 特点及其分类。在此基础上，重点分析了频率选择性衰落信道的基带仿真模型，给出了常用 信道模型参数，为后面的研究工作做了必要的准备。 2 1 无线移动信道的特点 移动通信的最大特点是移动用户之间或移动用户与周定用户之间进行自由通信，位置不 受束缚，因此通信信号必须利用无线电波进行传输无线传播环境随时间、环境和其他外部 因素而变化。与有线传播相比，无线电波的传播环境要恶劣很多。1 3 1 1 电磁波在自由空间传播时会随着传播距离的增加而发生传播损耗，还会受到地形、建筑 物和其他障碍物的遮蔽而发生“阴影效应”。其次，电波在无线信道的传播途径主要有直射、 反射、衍射和散射。当电波遇到比其波长大得多的物体时，会发生反射；若发射机和接收机 之间的无线传播被表面锐利的物体阻挡，将发生衍射；当电波在粗糙表面发生反射时，反射 能量散布于各个方向，则发生了散射。经过反射，衍射和散射，同一信号的多个副本会从多 条路径到达接收点。多个副本的幅度，相位和到达时间都不一样，它们相互叠加会增强或减 弱信号强度，引起时延扩展和电平的衰落。再者，由于移动台的快速移动，不仅引起多普勒 频移，产生随机调频，而且会使得电波传播特性发生快速的随机起伏 移动通信的传播环境是复杂的干扰环境，除去一些常见的外部干扰，如天电干扰、工业 干扰和信道噪声外，同一系统内和不同系统之间的用户信号会在传播过程中相互干扰。在蜂 窝移动环境中，同频干扰是个必须考虑的阿题。当信号发生衰落时，要接收的信号也许比 同频小区基站来的干扰信号还要弱，接收机就会锁定在错误信号上。在c d m a 系统中，干 扰主要来自于多径干扰、多址接入干扰和邻区干扰等。由于干扰的存在，降低了传输的可靠 性，限制了系统容量的提高因此，充分了解信道特性，采用各种措施来有效对抗和减少这 些有害干扰的影响是至关重要的 8 浙江大学硕士学位论文 2 2 无线信道传播模型的分类 无线信道的传播模型可分成大尺度传播模型和小尺度传播模型两种1 3 2 l 。大尺度传播模 型主要用于描述接收信号在一定时间内的均值随传播距离( 几百或几千米) 和环境的变化而 缓慢变化信号的衰落与发射天线和接收天线之间的距离成反比，且在不同的地区有不同的 衰减因子。大尺度传播模型对分析信道的可用性、选择载波频率以及切换有重要意义，对移 动无线网络的规划也有重要作用大尺度衰落可通过对通信网络设备位置的合理规划设计和 功率控制等技术来解决。 小尺度传播模型用于描述短距离( 几个波长) 或短时间( 秒级) 内接收信号强度的快速 变化。移动信道的主要特征之一是多径，由于这些多径副本的幅度，相位都是随机的，相互 叠加后使信号产生了衰落。了解这一特性对研究c d m a 系统中如何消除干扰、提高系统容 量尤为重要，也是我们后面工作的基础 根据通信信道对信号的影响可以对小尺度衰落信道作进一步划分。 l 、信号的多径传播产生时延扩展，可以把信道分为平坦衰落信道和频亭选择性衰落信 道。 频率选择性是指发送信号中的不同频率分量衰落幅度不一样：频率上很接近的分量它们 的衰落也很接近，而频率上相隔很远的分量它们的衰落相差很大。如果发送信号的带宽足够 窄，则发送信号的所有频率分量几乎经历相同的衰落，信号在传输过程中将不会产生失真， 这时的衰落为平坦( 非频率选择性) 衰落。如果信号带宽增大，信号中的不同频率分量经历 的衰落不同( 频率选择性衰落) ，则信号将产生失真。带宽越大，频率选择性衰落越严重 可用时延扩展和相关带宽两个参数来区分平坦衰落信道和频率选择性衰落信道： 当b s x 式中，整数x 为两个序列问的相对位移。当i = j 时，g 。( x ) 即为序列的非周期部分a c f - 3 1 3 奇周期相关函数 注意到，非周期部分相关函数g 。( x ) = q ( 一x ) 由式( 3 一1 ) 和式( 3 - 2 ) 可以得到 周期和非周期相关函数之间的关系为p 3 】 6 ：。( x ) = c 0 ( x ) + c 0 ( x k ) 由于 只，( x ) = 易，( k x ) 所以，嚷，( x ) 又被称为偶周期相关函数如果没有特别说明，论文中提到的周期相关函数 均指偶周期相关函数。奇周期相关函数被定义为 4 。( x ) = q j ( x ) 一c 0 ( x - k ) ( 3 - 3 ) 式中，o 茎x k l 。由式( 3 - 2 ) 和式( 3 - 3 ) 可得 4 。( x ) - - 毛，( k x ) 图3 - 1 给出了周期和非周期相关函数的计算示意图。其中图3 - 1 ( a ) 、( b ) 分别表示( 偶) 周期相关函数和奇周期相关函数：图3 1 ( c ) 表示非周期部分相关函数。 1 6 浙江大学硕士学位论文 i 口? 耐彳 一2。1 l f。口；矿口；矿。h 刮口，0才 口；_ 矽一， ( a ) ( b ) l 口? 口； 。2卅 3 1 4 频域相关函数 l 口，o 矿口；矿矿 i- ( c ) o 图3 1 周期和非周期相关函数的示意圉 将序列曩f 和a ，的对应元素共轭相乘后作傅立叶反变换所得定义为频域互相关函致嗍， 印 屯【r 】皇k - 1 群( 矿) e 砀，“，r 式中，r 是符号周期，f 是时域上的相对延时，o r t 。对【f 】进行x 点抽样，抽样间 隔瓦= t k ，则抽样后的频域互相关函数表示为 删咿】k = 争( 矿炉毒一o l ，烀t c ，4 ， 3 2 二进制序列 二进制序列是指序列的元素只有两个取值 o l 或 + 1 ，一1 ) 。根据其自相关和互相关特 性的不同又可分为准正交序列、狭义正交序列和广义正交序列 1 7 浙江大学硕士学位论文 3 2 1 准正交序列 准正交序列相关函数的旁瓣与主瓣的比值较小，但并不为零，较为典型的有m 序列和 g o l d 序列。 m 序列又称伪随机序列或p