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1.2288Mchip/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。,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1.2288Mchip/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。如图3-27所示。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。,