（通信与信息系统专业论文）wcdma通信系统扩频地址编码的研究.pdf

中文摘要 摘要 w c d m a 是第三代移动通信系统的主流技术之一。w c d m a 系统采用正交可 变扩频因子( o v s f ) 序列作为信道化码，用截短平衡g o l d 码作为基站地址码和 用户地址码。 截短g o l d 序列的相关特性、平衡特性及截短长度对c d m a 通信系统多址能 力和载波泄漏、同步检测概率和捕获时间等性能有着直接影响，因此研究截短g o l d 序列的生成方法及其性能有重要意义。在本文中，研究了截短平衡g o l d 序列的产 生方法，给出了生成截短平衡g o l d 序列软件程序，通过对截短前后、不同序列周 期、不同截短长度的截短g o l d 序列的性能仿真，分析了不同截短比例g o l d 序列 的相关特性和平衡特性。并根据分析结果给出了相关有价值的结论。 o v s f 码的可变长性质可以满足不同速率的多媒体业务要求，其正交性可减少 信道间的相互干扰。但不是所有的o v s f 码字之问都具有正交性，系统可以同时 进行分配的码字数量是有限的，合理、公平、高效地分配有限的o v s f 码，可提 高系统无线带宽资源的利用率。因此，o v s f 码动态分配算法成为当前研究的热点 问题。在本文中，介绍了o v s f 码构成和分配准则，分析了o v s f 码的动态分配 策略。在分析综合多种动态分配方法基础上提出并论证了一种新型o v s f 码的分 配和释放策略奇偶相关法。设计了基于极左碎片法和奇偶相关法的o v s f 码 的分配、释放和碎片整理仿真软件，利用该软件实现了o v s f 码的动态分配、释 放和碎片整理，并对大量仿真数据进行对比分析。仿真结果表明，奇偶相关法能 够j 下确实现o v s f 码的分配、释放和碎片整理，且码资源分配效率高，是一种简 单、高效的动态分配算法。 关键词：g o l d ；截短；w c d m a ；o v s f ；奇偶相关法 英文摘要 t h es t u d yo ft h es p r e a d i n gs p e c t r u ma d d r e s sc o d ei nw c d m a c o m m u n i c a t i o ns y s t e m a b s t r a c t w c d m ai so n eo ft h et h r e em a j o rt e c h n i q u es t a n d a r d si n3 g o r t h o g o n a lv a r i a b l e s p r e a d i n gf a c t o r s ( o v s f ) i su s e d a sc h a n n e la d d r e s sc o d e si nw c d m as y s t e m m e a n w h i l e ，t r u n c a t e dg o l dc o d e sa r eu s e da sb a s e s t a t i o na d d r e s sc o d ea n du s e ra d d r e s s c o d e t h ec o r r e l a t i o na n db a l a n c ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h et r u n c a t e dl e n g t ho ft r u n c a t e d g o l ds e q u e n c eh a v ed i r e c ti m p a c to nt h ec a p a c i t yo fm u l t i a d d r e s s i n ga n ds o m eo t h e r a s p e c t si nc d m as y s t e ms u c ha sc a r r i e rl e a k a g e ，s y n c h r o n o u sd e t e c t i o np r o b a b i l i t ya n d c a p t u r et i m e t h e r e f o r e ，i ti si m p o r t a n tt h a tas e r i e so fm e t h o d sf o rg e n e r a t i n gt r u n c a t e d g o l ds e q u e n c ea n dt h ec a p a b i l i t yo ft r u n c a t e dg o l ds e q u e n c ea r es t u d i e d as e r i e so f m e t h o d sa n ds o f t w a r ep r o g r a m m e sf o rg e n e r a t i n gt r u n c a t e dg o l ds e q u e n c ea r eb r o u g h t f o r w a r di n t h i sp a p e r , t h ec o r r e l a t i o na n db a l a n c ec h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tt r u n c a t e d p r o p o r t i o ng o l ds e q u e n c eh a v eb e e na n a l y s e dt h r o u g ht h es i m u l a t i o no ft r u n c a t e dg o l d s e q u e n c ep e r f o r m a n c e ，i n v o l v ew i t hb e f o r ea n da f t e rt r u n c a t e d ，d i f f e r e n tp e r i o do f s e q u e n c ea n dd i f f e r e n tt r u n c a t e dl e n g t h f i n a l l yt h er e l e v a n tv a l u a b l ec o n c l u s i o n sa r e g i v e nb a s e d o nt h ea n a l y s i sr e s u l t s t h ev a r i a b l el e n g t hw o r d so fo v s fc o u l ds u f f i c et h ed i f f e r e tv e l o c i t yo f m u l t i m e d i as e r v i c e s ，a n di t so r t h o g o n a l i t yw o r d sa l s or e d u c e st h em u t u a li n t e r f e r e n c e b e t w e e nc h a n n e l s n o ta l lo v s fc o d ew o r d sh a v eo r t h o g o n a l i t y a l l o t a b l ec o d ew o r d s i sl i m i t e da tt h es a m et i m e t h e r e f o r e ，i no r d e rt oi m p r o v et h eu t i l i z a t i o no fb a n d w i d t h r e s o u r c e s ，i t sn e c e s s a r yt oa l l o t l i m i t e do v s fc o d e s r a t i o n a l l y , e q u i t a b l ya n d e f f i c i e n t l y h e n c e ，d y n a m i ca l l o c a t i o na l g o r i t h mo fo v s fc o d ei sb e c o m i n gah o ti s s u e o ft h ec u r r e n ts t u d y i nt h i sp a p e r , t h er u l eo fa l l o c a t i o na n dt h es t r u c t u r eo fo v s fa r ei n t r o d u c e d ， o v s fc o d ed y n a m i ca l l o c a t i o ns t r a t e g yi sa n a l y z e d a san e wt y p eo fo v s fc o d e a l l o c a t i o na n dr e l e a s es t r a t e g y ，p a r i t y c o r r e l a t i o nm e t h o dh a v eb e e nb r o u g h to u ta n d 英文摘要 d e m o n s t r a t e d ，w h i c hi sb a s e do nc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i si nav a r i e t yo fd y n a m i c a l l o c a t i o nm e t h o d s o f t w a r ep r o g r a m m e so fo v s fc o d e a l l o c a t i o n ，r e l e a s ea n d d e f r a g m e n t a t i o nb a s e do nl e f tm o s t - f r a g m e n tm e t h o da n dp a r i t y - c o r r e l a t i o nm e t h o d ， w h i c hh a v eb e e nd e v e l o p e da n di m p l e m e n t e do v s fc o d ed y n a m i ca l l o c a t i o n ，r e l e a s e a n dd e f r a g m e n t a t i o n ，a n dt h el a r g en u m b e ro fs i m u l a t i o nd a t ah a v eb e e nc o m p a r e da n d a n a l y z e d t h er e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o w st h a tp a r i t y - c o r r e l a t i o nm e t h o dc o u l d i m p l e m e n t e do v s fc o d e sa l l o c a t i o n , r e l e a s ea n dd e f r a g m e n t a t i o nc o r r e c t l y ，w h i c hh a s e f f i c i e n ta l l o c a t i o no fc o d er e s o u r c e sa n di ti sa s i m p l ea n de f f i c i e n td y n a m i ca l l o c a t i o n a l g o r i t h m k e yw o r d s ：g o l d ；t r u n c a t e ；w c d m a ；o v s f ；p a r i t y - c o r r e l a t i o nm e t h o d 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文= = 盟q 丛通信丕统芷频地址编码的研究：。除论文中已经 注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表 或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：蛐霞孵年3 月彩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于： 保密口 不保密西( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名：爻玲翟导师签名：扫汐个乏 日期： z 口6 f 年弓月蕊同 w c d m a 通信系统扩频地址编码的研究 第1 章绪论 1 13 g 移动通信系统的发展 随着i n t e m e t 飞速发展，数据、话音和视频传输各类应用随之兴起，为了满足 数据业务在无线通信接口上的实现，3 g 移动通信系统随之诞生。3 g 的概念于1 9 8 5 年山围际电信联盟( i n t e n r a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，i u t ) 提出l i j 。 i t u 规定的3 g 数据传输速率的要求是： ( 1 ) 室外快速移动环境( 速度大于1 0 0 k m h ) ，最高数据率1 4 4 k b p s ； ( 2 ) 室外步行或低速移动环境( 速度小于l o o k m h ) ，最高数据率3 8 4 k b p s ； ( 3 ) 室内或者是固定环境，最高数据率2 m b p s 。 第3 g 移动通信系统是从现有第二代移动通信演进和发展而来，而不是完全重 新建设一个移动通信网，3 g 要适应多媒体业务和互联网浏览，因此，需要更高的 速率、分组交换和不对称业务。 3 g 标准是3 g p p l 2 1 和3 g p p 2 t 3 1 制定，国际上最具代表性的第三代移动通信技 术标准有三种，分别是c d m a 2 0 0 0 ，w c d m a 和t d s c d m a 。w c d m a 由标准化组 织3 g p p 所制定，e d m a 2 0 0 0 的标准化工作由3 g p p 2 来完成，c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 属 于f d d 方式；t d s c d m a 标准属于t d d 方式，系统的上、下行工作于同一频率。 表1 1 三种主要技术体制的对比1 4 】 t a b 1 1c o m p a r a t i o no ft h r e em a j o rt e c h n i c a ls y s t e m s 制式、d m a c d m a 2 0 0 0 t d s c d m a 采用国家欧洲、日本美国、韩国 中国 继承基础 g s m 窄带c d m a g s m 同步方式异步 同步异步 码片速率3 8 4 m o p s n 1 2 2 8 8 m c p s 1 2 8 m o p s 信号带宽 5 m h z n 1 2 5 m h z 1 6 m h z 空中接口w c d m ac d m a 2 0 0 0 兼容i s 9 5 t d s c d m a 核心网 g s m m a pa n s i 4 1g s m m a p 第2 章截短平衡g o l d 序列的研究 w c d m a 即宽带码分多址，也称为c d m ad i r e c ts p r e a d ，意为宽频码分多重存 取，由国际电信联盟提出，其支持者主要是以g s m 系统为主的欧洲厂商，日本公 司也有参与。这套系统能够兼容现有的g s m 网络，由于在亚洲地区大部分都是使 用的g s m 网络，因此，w c d m a 具有先天的市场优势。 c d m a 2 0 0 0 是北美的l u c e n t ，m o t o r o l a ，q u a l c o m m 公司以及韩 s a m s u n g 等公 司联合提出来的基于i s 9 5 的候选系统。其技术规范是有3 g p p 2 l ；| j 定的。它从窄频 e d m ao n e 衍生出来，因此可以从原有的c d m ao n e 结构直接升级至l j 3 g ，建设成本低 廉。但目前使用c d m a 的地区只有开、韩和北美，所以c d m a 2 0 0 0 的支持者不如 w c d m a 多。 t d s c d m a 该标准是由中国大陆独自制定的3 g 标准，1 9 9 9 年6 月2 9 日，中国 原邮电部电信科学技术研究院( 大唐电信) 向i u t ( 国际电信联盟) 提出。该标准 将智能无线、同步c d m a 和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利 用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。 1 2c d m a 移动通信系统地址编码的应用 具有良好的伪随机特性的c d m a 编码对于c d m a 通信系统应用是非常重要 的。在c d m a 通信系统中，抗干扰、抗截获、信息数据隐蔽和保密、抗多径干扰 和抗衰落、多址通信、实现同步与捕捉等都是与c d m a 编码的设计密切相关的。 这些编码被称为扩频编码。能满足上述要求的扩频编码应具有以下理想特性【4 】： ( 1 ) 有尖锐的自相关特性，即要有好的自相关系数，自相关旁瓣要小； ( 2 ) 有处处为零的互相关值，即要有好的互相关特性，互相关系数要很小； ( 3 ) 在保证自相关和互相关特性条件下，要有足够的不同结构的码序列，提供 足够多的地址数； ( 4 ) 为保证信号的多址干扰具有近似白噪声特性，一定要选用具有一定长度的 码序列，即有尽可能大的复杂度； ( 5 ) 编码器要易于实现、设备简单、成本低； ( 6 ) 新地址电台接入系统的时间尽可能短，各电台更换地址方便迅速； w c d m a 通信系统扩频地址编码的研究 ( 7 ) 易于实现系统的同步，捕获电台地址速度要快。 c d m a 移动通信系统，通常具有用户码、基站码和信道码三层扩频编码结构。 底层是信道码，通常采用j 下交码，3 g p p 标准给出的是f 交可变扩频因子码序列 ( o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o rc o d e ，简称o v s f 码) ，用来区分不同的 c d m a 信道。第二层是基站码，是由伪随机序列充当的，不同的基站使用不同的 基站地址码，在w c d m a 系统中采用的是码长为( 2 体1 ) 的g o l d 码。第三层是移 动用户码，在w c d m a 系统中采用的是码长为( 2 ”1 ) 的g o l d 码。第二、三层 的码统称扰码。 在c d m a 移动通信系统中分别采用了m 序列、g o l d 序列及m 序列作为基站 和用户地址编码，用o v s f 码和w a l s h 序列作为信道编码，详见表1 2 。m 序列、 g o l d 序列及m 序列具有优良的相关特性，但互相关特性较弱，而o v s f 码和w a l s h 序列的正交性好，所以每个c d m a 移动信号的地址码均由扰码与信道码复合而成 的。地址码的选择直接影响到c d m a 系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度 等性能，因此，对c d m a 系统地址码的研究十分重要。 表1 23 大系统地址码的选择 t a b 1 2c h o o s i n ga d d r e s sc o d eo ft h e3m a j o rs y s t e m s 系统标准w c d m a c d m a 2 0 0 0t d s c d m a o v s f 码 w a l s h 码 信道化码o v s f 码 上行：4 也5 6 下行：4 5 1 2 ，s r i - 1 2 8 s r 3 - 2 5 6 扰码 上行：2 5 级g o l d 序列 上行：4 2 级m 序列复值序列 ( 基站码和用户下行：1 5 级m 序列( s r l )( 长度为 下行：1 8 级g o l d 序列 码) 2 0 级m 序列( s r 3 ) 1 6 ) 1 3w c d m a 系统简介 w c d m a 是一种f l ：t 3 g p p 具体制定的，基于g s mm a p 核心网，u t r a n ( u m t s 陆地无线接入网) 为无线接口的第三代移动通信系统。 第2 章截短平衡g o l d 序列的研究 在w c d m a 系统中的众多用户都工作在同一时间同一频段内，系统给各个用 户分配一个唯一的扩频码来进行频谱的扩展，在发送和接收时，系统更是利用各 地址码之问的互相关特性值来区分不同的用户。因此，扩频码的特性直接影响到 c d m a 系统的捕获同步性能、抗干扰性能和多址能力。 w c d m a 系统支持多业务、多q o s 的传输业务，如果采用固定长度扩频码区 分信道，就需要每个用户终端有多个收发信机，硬件实现的复杂度相应增加；而 采用可变长度扩频码每个用户终端只需要一个收发信机，硬件实现复杂度下降。 但可能产生信道码的阻塞，即尽管系统可以提供所需的传输速率，但新的呼叫却 不能接入。要降低码阻塞概率，就要选用有效的动态码资源分配策略。如何有效 地分配有限的o v s f 码将直接关系到系统无线带宽资源的利用率，因此o v s f 码 分配算法日益成为当前研究的热点问题。 1 4 本文研究的内容 本文主要研究了主要研究了w c d m a 系统中采用的扰码的特性和信道化码的 动态分配方案。w c d m a 系统主要采用了截短g o l d 序列作为扰码。本文首先研究 了截短g o l d 序列的生成方法和截短g o l d 序列的相关特性，并通过m a t l a b 编程完 成对其相关特性的仿真，通过分析仿真结果得出关于截短序列的相关结论。 w c d m a 的信道化码采用了正交可变扩频因子o v s f 码，本文利用m a t l a b 仿 真工具设计了动态分配软件，通过该软件仿真o v s f 码的动态分配过程，并且在 分配完成后计算出码资源利用率。通过分析总结出一种改进型的动态分配算法一 一奇偶相关法，并实现了基于奇偶相关算法的分配、释放和码资源重排过程的仿 真。 w c d m a 通信系统扩频地址编码的研究 第2 章截短平衡g o id 序列的研究 2 1w c d m a 系统地址编码的构成 扩频应用在物理信道上，它包括两个操作：第一个是信道化操作，它将每一 个数据符号转换为若干码片，因此增加了信号的带宽。每一个数据符号转换的码 片数称为扩频因子；第二个是扰码操作，是将扰码加在扩频信号上。 w c d m a 的扩频码序列包括信道化码序列、基站编码和用户编码。基站编码 和用户编码又称为扰码。信道化码用于区分来自同一信源的传输，即一个扇区内 的下行链路连接，以及来自于某一终端的所有上行链路专用物理信道。扰码序列 的配置是按照小区进行的，其目的是为了将不同的终端或基站区分开来。在扩频 之后使用的扰码用于手机间( 上行) 或基站问( 下行) 的多址区分，扰码处理不 改变信号的带宽，而只是将来自不同信源的信号区分开来，完成接收地址的分离。 w c d m a 中分别采用正交可变扩频因子( o v s f ) 序列和g o l d 码作为信道化码和 长扰码。 2 1 1w c d m a 系统的信道化码 w c d m a 系统的上行链路和下行链路的信道化码相同，即为o v s f 码，o v s f 码用于保证具有不同速率和扩频因子的不同下行链路之间的正交性。小区扇区内 的多个下行链路信道由信道化序列进行区分，手机上行链路信道的专用物理信道 间也由信道化序列进行区分。信道化扩频序列采用正交可变扩频因子( o v s f ) 序 列。o v s f 技术可以改变扩频因子的长度，并且保证多个不同长度的不同o v s f 扩频序列间的正交性。 同一信息源使用信道化编码时有一定限制。如果码树的一个分支表示的信道 化序列己经使用，则该分支上延伸出的其他高阶扩频因子信道化序列就不能再使 用，从码树的根部到该分支结束所代表的、低阶的、扩频因子信道化序列也不能 使用。网络的无线网络控制器( r n c ) 负责基站下行链路的信道化序列的管理， 这属于r r m 的管理范围【4 1 。关于o v s f 码的详细的构成及特性将在下一章中详细 介绍。 第2 章截短平衡g o l d 序列的研究 2 1 2w c d m a 系统的上行链路地址码 在码分多址通信系统中，由移动台发往基站的无线线路，称为上行链路，也 可称为反向链路。接收端通过扰码序列区分来自不同信息源的信息。上行链路的 扰码序列把不同移动台发往基站的无线线路区分丌来。上行链路采用的扰码序列 可分为：短扰码和长扰码。长扰码是由2 5 阶生成器多项式生成的，并截短为l o r e s 的帧长度，它包含3 8 4 0 0 个码片，速率为3 8 4 兆码片秒。短扰码的长度为2 5 6 个 码片。长扰码用于基站端使用了r a k e 接收机的情况。如果基站端采用多用户检测 或干扰抵消的接收机，那么采用短扰码可以使复杂接收机的实现较为容易。这两 种扰码族都具有几百万个可用的扰码，因此在上行链路方向上不必规划码资源。 图2 1 上行扰码序列发生器的构成嘲 f i g 2 1t h es t r u c t u r eo fg e n e r a t o ro fu pp ns e q u e n c e s w c d m a 上行链路使用的长扰码是一个复数序列，它的实部和虚部分别是一 个g o l d 序列。w c d m a _ _ l 行链路共有( 2 2 5 一1 ) 个长扰码，长扰码序列1 。和 2 。由两个二进制m 序列的3 8 4 0 0 个码片按位模2 加得到，m 序列由2 5 阶的多项式 发生器产生。设序列a 、序列b 是m 序列，其中序列a 的本原多项式为工2 5 + 工3 + l ， b 的本原多项式为x 2 54 - x 3 + 工2 + z + 1 。生成的序列是g o l d 序列的部分片段，长扰码 序列1 。i 致g o l d 序列的前3 8 4 0 0 位，序列知f l ：l g o l d 序列相移1 6 7 7 7 2 3 2 0 个码 w c d m a 通信系统扩频地址编码的研究 片得到。长扰码的帧长为1 0 m s ，速率为3 8 4 m c p s 。具体的上行扰码序列发生器的 构成如图2 1 所示。 2 1 3w o d m a 系统的下行链路的扰码 下行链路扰码序列也是采用g o l d 序列作为长扰码，不使用短扰码。i q 支路 的扰码序列来自同一扰码序列，只是相位不同，这样就形成了复扰码。码周期被 截短为1 0 m s ；基站下行链路的主扰序列集合限制为5 1 2 个，以简化手机小区搜索 进程中的操作。 扰码序列的周期非常长，由1 8 级的g o l d 序列产生器生成，只使用从起始码片 开始的3 8 4 0 0 码片。让手机在数帧的时间内从5 1 2 个候选码序列中检测j 下确的扰码 相位非常困难，因此从系统的角度要求降低码序列的长度非常重要。 下行链路扰码序列的长度为3 8 4 0 0 码片，一共有2 幅一1 = 2 6 2 1 4 3 个扰码序列， 序号的排列为0 至1 j 2 6 2 1 4 3 。但系统只使用部分扰码序列。这些扰码序列分成5 1 2 个 集，每个集包括1 个主扰码序列和1 5 个次扰码序列。扰码序列由两个实数序列相加 得到，每个实数序列由两个1 8 位多项式产生两个二进制r n 序列，然后每3 8 4 0 0 个码 片按位模2 加，得到的序列是g o l d 序列的片段。复扰码由同一码序列，且i q 支路 有一相对延迟的两码组合而成。该码周期被截短为l o r e s 的无线帧。 图2 2 + f 行扰码序列发生器的构成6 】 f i g 2 2t h e s t r u c t u r eo ft h eg e n e r a t o ro fd o w np ns e q u e n c e s 第2 章截短平衡g o l d 序列的研究 设爿序列和口序列为m 序列，彳序列的本原多项式为x 埔+ x 7 + l ，曰序列的本 原多项式为工1 8 + x 1 0 + 工7 + x 5 + l 。它们互为优选对且初值分别为： x ( o ) = l ，x 0 ) = x ( 2 ) = x ( 3 ) = = x ( 1 6 ) = x ( 1 7 ) = 0 9 l y ( 0 ) = y ( 1 ) = j ，( 2 ) = = y ( 1 6 ) - - y ( 1 7 ) = l 。 图2 2 为下行链路扰码序列生成器的结构图。 2 1 4 扩频与扰码的关系 w c d m a 系统中发送端做的处理除了扩频之外，还包括扰码操作，扰码的目 的是为了将不同的终端或基站区分丌来，扰码是在扩频之后使用的，因此它不会 改变信号的带宽，而只是将来自不同信源的信号区分开来。这样，即使多个发射 机使用相同的码字扩频也不会出现问题。图2 3 给出传输速率在扩频和扰码处理时 的变化。扰码的码片速率与己扩频的符号相同，因此扰码处理不改变符号速率。 信道化码 扰码 比持速率 码片速率码片速率 图2 3 扩频与扰码的关系【6 】 f i g 2 3t h er e l a t i o nb e t w e e ns p r e a d i n gs p e c t r u ma n ds c r a m b l i n gc o d e 下面分别列出w c d m a 系统中信道化码和扰码的特性及作用比较： ( 1 ) 信道化扩频序列：采用的是o v s f 码；上行链路采用序列的长度是牝5 6 个码片：下行链路包括5 1 2 个码片，码字有5 1 2 个；信道化码序列起到扩频作用， 因此也叫扩频码；在上行链路中可以区分同一终端的物理数据信道和控制信道， 下行链路可以区分同一小区中不同用户的下行链路的连接； ( 2 ) 扰码：采用截短平衡g o l d 序列；下行链路采用的是长扰码为3 8 4 0 0 个码 片，上行链路的基站在采用r a k e 接收机时使用也使用3 8 4 0 0 个码片的长扰码，在 采用高级基站接收机时可使用2 5 6 个码片长的短扰码：码字数目上行链路有几百 w c d m a 通信系统扩频地址编码的研究 万，下行链路有5 1 2 个；扰码只是起到加扰作用，不进行扩频；在上行链路中可 以区分终端，下行链路可以用来区分小区。 2 2 平衡g o l d 序列的生成及截短方法 2 2 1 平衡g o ld 序列的生成方法 平衡g o l d 序列是指“l ”码元数日比“0 ”码元数目仪多一个的序列。i r 衡 g o l d 序列的生成方法可以分为硬件和软件两大类。下面介绍产生平衡g o l d 序列的 具体方法【7 1 。 g o l d 序列由m 序列优选对产生。设a 、b 是m 序列优选对，产生序列的a 的 n 阶本原特征多项式为h ( x ) ，产生序列b 的本原特征多项式为g ( x ) 。当b = 么( g ) ( b 序列是a 序列的采样，q 为采样问隔) ，当q = 2 + 1 时，可以采用硬件法生成平 衡g o l d 序列，当q = 2 h 一2 + 1 时，可以用迹函数法【7 】采用简单的验算法来挑选 平衡g o l d 序列。下面简要介绍硬件产生法。 首先求出基准序列b 的特征相位，以序列b 的特征相位为移位寄存器的初始 状态，并使移位序列a 初始状态的第n 个移位寄存器状态与序列b 的第n 个移位 寄存器状态相异，由此构成的两个m 序列发生器经模2 相加构成平衡g o l d 序列发 生器。通过改变移位序列a 的初始相位，改变序列a 与序列b 的相对相位，可以 得到其他的平衡g o l d 序列。 圈2 4 平衡g o l d 序列生成器【7 】 f i g 2 4g e n e r a t o ro fb a l a n c eg o l ds e q u e n c e 第2 章截短平衡g o l d 序列的研究 在g ( x ) 本原特征多项式构成的移位寄存器的初始状态x i ( f = 1 , 2 ，刀) 给定后， 产生序列a 的线性移位寄存器( 由h ( x ) 本原特征多项式决定) 的初始状态 r ( f = 1 , 2 ，嚣) ，只要使第1 1 个寄存器状态与g ( 力的第1 1 个寄存器状态相异，即 x 。匕，就能产生平衡g o l d 序列。图2 4 是p = 2 一l 的平衡g o l d 序列的生成器， 木表示任意初始状态。 2 2 2 平衡g o id 序列的截短方法 平衡g o l d 序列是序列中“l ”的个数比“0 ”的个数多l 的g o l d 序列，而截 短g o l d 序列就是根据需要从平衡g o l d 序列中截耿其中的某一段序列，也就是原 g o l d 序列的子序列。序列截短的方法可以分为状态检测截短法和直接截短法。直 接截短法的基本思路是：在得到的g o l d 序列中直接截取其中的一段作为扩频码使 用。可以截取连续的一段，也可以截取几段然后按照顺序组合在一起；状态检测 截短法的基本思路是：根据g o l d 序列的产生原理，先根据截短序列的长度确定m 序列发生器的监测状态，当序列发生器到达该设定状态监测位时，通过控制电路 使m 序列发生器的状态产生截短跳变，再由两个截短m 序列得到截短g o l d 序列。 如图2 5 所示的是把周期是1 5 的m 序列周期截短成为1 l 的例子。 图2 5 截短序列产生电路 f i g 2 5g e n e r a t i n gc i r c u i to ft r u n c a t e ds e q u e n c e 下面以级数n - - 7 为例，给出截短平衡g o l d 序列的实现过程。 直接截短法是：在得到的g o l d 序列中直接截取其中的一段做为扩频码使用。 可以截取连续的一段，也可以截取几段然后按照顺序组合在一起。 w c d m a 通信系统扩频地址编码的研究 概括的说，截短的方法可以从g o l d 序列本身直接截取。也可以根据g o l d 序列 的产生原理，通过先截短m 序列，从而再得到截短的g o l d 序列。 具体截短的方案有两种： ( 1 ) 从序列的某位开始截取，当到达指定的状念时，跳变到另外一个状态； ( 2 ) 比较直接想到的就是直接截取序列的前面所需的若干位，然后跳到起始位 就可以了，这种方法可以称为直接截取法： 这两种截短过程必然都要求寄存器状态有一个跳变过程，在跳变的时候应该 考虑的一个问题是，尽量使寄存器的在跳变前后的状态变化最小，以减少电路由 于“竞争冒险”造成的电路不稳定因素。基于上述观点，本文采取第一种截短方 法。也就是使在跳变前后状态发生变化的寄存器的个数最少。这样的过渡比较稳 定，电路在实践操作中容易实现。采用第一种截短方法的关键在于适当地选择监 测状态，仅当寄存器状态为选择的监测状态时，使第一个寄存器的状态跳变，从 而使m 序列发生器的状态在跳跃点处产生跳跃，然后产生截短m 序列。将周期为 p 的m 序列截短成周期为e 的截短m 序列，其方法为： ( 1 ) 将周期为p 的m 序列a ，循环左移e 位，得到循环移位序列a m ；求出它 们的模二和序列a ，= a ，0 a 眦。 ( 2 ) 在a 厂序列中找出状态1 0 0 0 ( 0 的个数为疗- 1 ) ，即此时4 与a 眦对应n 个元素中只有一个不同。 ( 3 ) 4 ，序列的状态1 0 0 0 所对应的4 m 的状态，即为跳跃点所对应的检测器 检测状态。 在得到截短的m 序列之后，再得到截短g o l d 序列就很容易了。下面以级数n = 7 为例，给出截短平衡g o l d 序列的实现过程。 7 级本原多项式产生的m 序列周期p = 2 7 一l = 1 2 7 。假设要求截取后的周期 e - - 9 6 。因此，状态跳变时要求跳过m 序列原来的1 2 7 9 6 = 31 个状态。这样的跳 变可以有很多种，这里采用上面介绍的步骤来找监测状态，正好能实现跳变前后 寄存器的状态只有一位变化。首先由石( 工) ，l ( x ) 产生对应的田序列，记作石，正； 第2 章截短平衡g o l d 序列的研究 然后求出正序列的左移9 6 位后的序列正一r o o f ，再求出模2 和序列f = 厶。六一m o v ；接下来找到厂序列的状态1 0 0 0 所对应的石一m o v 的状态 ( 1 0 0 0 0 0 1 ) ，就是要找的检测状态。 m 序列优选对五( 力与五( 而 ( 力产生的m 序列记为五 工( 而产生的n l 序列记为石 p 一。，= 厶 o 正一。一厶 ，l 、 以，兀序列的状态1 0 0 0 0 所对应的 一朋卯， 一刀幻v 序列的状态即为检测状态 由两个我短m 序列模二和生成我短平衡g o l d 序列 图2 6 生成截短平衡g o l d 序列的流程图 f i g 2 6f l o wc h a r to fg e n e r a t i n gt r u n c a t e db a l a n c eg o l ds e q u e n c e 通过以上方法得到两个截短的m 序列，然后用它们经过模2 和运算就可以得 到截短的g o l d 序列。改变移位序列的起始状态，就可以得到不同的g o l d 序列了。 实现流程图如图2 6 所示。应按照生成平衡g o l d 序列的方法【4 】，确定构成g o l d 序 列的基准序列和移位序列，并确定两个m 序列的起始状态。 2 3 截短平衡g o i d 序列特性的仿真分析 2 3 1 平衡特性的仿真分析 序列的平衡性是指在一个周期中“0 码与“l ”码出现的次数是否大致相 同。在扩频通信中，序列的平衡性对通信质量影响很大。在扩频系统中伪随机序 列是用正电平和负电平来表示的，平衡序列中正负电平大致相当，使得发送信号 的直流分量小，而且具有更好的频谱特性。这不仅在工程中更容易实现，而且可 w c d m a 通信系统扩频地址编码的研究 以有效平衡；而非平衡的g o l d 码会使扩频系统发射信号的载波泄漏增大，破坏扩 频通信系统的保密、抗干扰能力。因此对g o l d 序列的平衡特性的研究是十分必要 也是非常有意义的。当用g o l d 码作为扩频码时，必须保证g o l d 码的平衡性。表 2 1 是以9 阶g o l d 序列为例，列出截短自订后序列平衡特性的对比关系。 表2 1 不同截短比例口的截短g o l d 序列平衡性比较 t a b 2 1t h ee o m p a r a t i o no fb a l a n c ec h a r a c t e ra b o u tt r u n c a t e dg o l ds e q u e n c ei nd i f f e r e n t 口 截短后( 截短比例a 用百分比表示) n = 9 截短前 9 5 9 0 8 5 8 0 7 5 7 0 “0 ”的个数2 5 5 2 4 3 2 3 2 2 1 61 9 81 8 41 7 l g o l d l “l ”的个数 2 5 62 4 22 2 82 1 82 l l1 9 91 8 7 序列 个数差 ll421 31 31 6 “o ，的个数 2 5 52 4 42 3 32 2 32 1 11 9 61 8 4 g o l d 2 “l ”的个数 2 5 62 4 l2 2 72 l l1 9 81 8 71 7 4 序列 个数差l36 1 2 1 3 8 1 0 由表2 1 可以看出，截短后序列的平衡性随着截短长度的减小而变差。即平衡 g o l d 码经过截短后，平衡性会丢失。但是在截短码中“0 和“1 的个数相差并 不大，只是由于在平衡g o l d 码的每周期中长度为i 比特的游程出现次数比长度为 ( i + 1 ) 比特的游程多一倍。也就是说，游程虽然短，但个数多；游程较长，但个 数少。总体来讲，“0 ”和“l 的个数并不会因为截短而相差太悬殊。在文献 8 】 中也有相同的结论。 2 3 2 相关特性的仿真分析 利用伪随机序列优良的自相关特性可以实现用户检测，降低误判率；而优良 利用互相关特性可以减小不同用户之间的干扰，提高多址能力。因此，扩频序列 的相关特性是十分重要的。而平衡g o l d 码经截短以后，其相关特性会发生变化。 所以，对于截短g o l d 序列必须讨论它的相关特性。 第2 章截短平衡g o l d 序列的研究 下面就以上面两个序列为例，讨论截短g o l d 序列的相关特性。相关函数的计 算方法为： 设有两个长为n 的序列和) 和 6 ，序列中的元素分别为a , 和b i ，f - o ，l ，2 o n - 1 ， 则序列的相关函数定义为 n 1 疋( ) = a i a 州 ( 2 1 ) i - - 0 对于二进制序列，相关系数可以表示为 ( 胪等 ( 2 2 ) 式中，a 为序列 口) 和 6 的对应相同码元数目，d 为 口) 和 6 ) 的对应不相同 码元数目。截短长度e 、序列