CDMA通信技術_4_2013

1、第四章第四章 CDMA通信的編碼序列通信的編碼序列2第四章第四章 CDMA通信的編碼序列通信的編碼序列 4.1 m序列序列 4.2 Gold序列序列 4.3 Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列 4.4 可變擴頻正交碼可變擴頻正交碼OVSF34.1 m序列序列4.1.1 m序列的產(chǎn)生序列的產(chǎn)生4.1.2 m序列的性質(zhì)序列的性質(zhì)4.1.3 m序列的自相關特性序列的自相關特性4.1.4 m序列的互相關函數(shù)序列的互相關函數(shù)1.定義：定義：在二進制情況下，假設碼在二進制情況下，假設碼序列周期為序列周期為P的兩個的兩個m序列，其互相關函序列，其互相關函數(shù)數(shù)Rxy( ) Rxy( )=A-D其中其中:A為兩序列對應

2、位相同的個數(shù)，即兩序列模為兩序列對應位相同的個數(shù)，即兩序列模2加后加后0的個數(shù)的個數(shù) D為兩序列對應位不同的個數(shù)，即兩序列模為兩序列對應位不同的個數(shù)，即兩序列模2加后加后1的個數(shù)的個數(shù)含義：含義：兩個碼序列的互相關函數(shù)是兩個不同碼序列一致程度兩個碼序列的互相關函數(shù)是兩個不同碼序列一致程度(相似相似性性)的度量的度量,它是位移量的函數(shù)。它是位移量的函數(shù)。PDAc)(42.計算計算 研究表明研究表明,兩個長度周期相同兩個長度周期相同,由不同反饋系數(shù)產(chǎn)生的兩個由不同反饋系數(shù)產(chǎn)生的兩個m序列序列,其互相關函數(shù)其互相關函數(shù)(或互相關系數(shù)與自相關函數(shù)相比或互相關系數(shù)與自相關函數(shù)相比, 沒有尖銳的二值沒有尖

3、銳的二值特性特性,是多值的。是多值的。例如：例如：n=5,Ci=(45)8=(100101)2的的m序列為序列為 x=1000010010110011111000110111010 n=5,Ci=(75)8=(111101)2 y=11111011100010101101000011001005實線：互相關函數(shù)實線：互相關函數(shù)R( )。多值函數(shù)。多值函數(shù), 互相關函數(shù)最大值的絕對值為互相關函數(shù)最大值的絕對值為9.虛線：自相關函數(shù)虛線：自相關函數(shù),其最大值為其最大值為316統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn): 兩個周期相同、由不同反饋系數(shù)產(chǎn)生的兩個兩個周期相同、由不同反饋系數(shù)產(chǎn)生的兩個m序列，序列，其互相關函數(shù)與

4、自相關函數(shù)相比，沒有尖銳的二值特性，是多值的。其互相關函數(shù)與自相關函數(shù)相比，沒有尖銳的二值特性，是多值的。當使用碼序列作為地址碼區(qū)分用戶地址時，必須選擇碼序列互相當使用碼序列作為地址碼區(qū)分用戶地址時，必須選擇碼序列互相關函數(shù)值很小的碼，以避免用戶之間互相干擾。關函數(shù)值很小的碼，以避免用戶之間互相干擾。7第四章第四章 CDMA通信的編碼序列通信的編碼序列 4.1 m序列序列 4.2 Gold序列序列 4.3 Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列 4.4 可變擴頻正交碼可變擴頻正交碼OVSF84.2 Gold序列序列1.m序列的優(yōu)選對序列的優(yōu)選對m序列發(fā)生器的反饋系數(shù)關系可用特征多項式表示，一般記作序列發(fā)生

5、器的反饋系數(shù)關系可用特征多項式表示，一般記作式中式中:n是移位寄存器級數(shù)是移位寄存器級數(shù) Ci為反饋系數(shù)為反饋系數(shù),Ci=1表示參與反饋表示參與反饋, Ci=0不參與反饋。不參與反饋。 xi表示移位寄存器表示移位寄存器, 如如x1對應于對應于D1、x2對應于對應于D2.xn對應于對應于Dn。 下圖示出下圖示出n=5時時6種種m序列發(fā)生器的原理圖。序列發(fā)生器的原理圖。 niiixCxF0)(910利用對偶關系利用對偶關系,有三種有三種m序列序列, 即所謂鏡像抽頭序列。例即所謂鏡像抽頭序列。例 Ci=(45)8=(100101)2,其鏡像抽頭為其鏡像抽頭為(101001)2=(5l)8,其序列發(fā)生

6、其序列發(fā)生器結構具有對稱性器結構具有對稱性,參見參見 上圖上圖(a)和和(b)所示。所示。 Ci=(67)8=(110111)2,其鏡像抽頭序列為其鏡像抽頭序列為(111011)2=(73)8 Ci =(75)8=(111101)2,其鏡像抽頭序列為其鏡像抽頭序列為(101111)2=(57)8因此對于因此對于5級移位寄存器的級移位寄存器的m序列發(fā)生器共有序列發(fā)生器共有6種種,亦即能產(chǎn)生亦即能產(chǎn)生6個個m序列。序列。問題：問題：這這6種不同的種不同的m序列中間序列中間,兩個兩個m序列之間的互相關特性如序列之間的互相關特性如何何? 作為地址碼應用作為地址碼應用,希望互相關函數(shù)值越小越好。希望互相

7、關函數(shù)值越小越好。 理論研究和實踐表明理論研究和實踐表明,它們之中有的互相關特性較好它們之中有的互相關特性較好,有的較差。有的較差。優(yōu)選對定義：優(yōu)選對定義： 令令m1和和m2為同長度的兩個不同為同長度的兩個不同m序列序列,如果如果m1、m2的周期互相的周期互相關函數(shù)為理想三值函數(shù)，即只取值關函數(shù)為理想三值函數(shù)，即只取值:11 表示取整，則這兩個表示取整，則這兩個m序列可構成一個優(yōu)選對。序列可構成一個優(yōu)選對。例：例：n=5, 則由則由Ci為為45和和75產(chǎn)生的兩個產(chǎn)生的兩個m序列可構成優(yōu)選對。序列可構成優(yōu)選對。 R( )=7，-1，-912112)(2/ )2(2/ )2(nncR2.Gold序

8、列序列 Gold碼是碼是m序列的復合碼序列的復合碼,是由是由RGold于于1967年提出的年提出的,它是它是由由兩個碼長相等、碼時鐘速率相同的兩個碼長相等、碼時鐘速率相同的m序列優(yōu)選對模序列優(yōu)選對模2加構成加構成。圖中圖中,碼碼1和碼和碼2為為m序列優(yōu)選對。序列優(yōu)選對。Gold碼碼=m1 m2（循環(huán)移位）（循環(huán)移位）12特點：特點：每改變兩個每改變兩個m序列相對位移就可得到一個新的序列相對位移就可得到一個新的Gold序列。因為總共有序列。因為總共有2n-1個不同的相對位移個不同的相對位移,加上原來的兩個加上原來的兩個m序列本身序列本身,所以兩個所以兩個n級移位寄存器可級移位寄存器可以產(chǎn)生以產(chǎn)生

9、2n+1個個Gold序列序列。因此。因此, Gold序列數(shù)比序列數(shù)比m序列數(shù)多得多。序列數(shù)多得多。例：例：n=5, m 序列數(shù)為序列數(shù)為6個個,而而Gold序列數(shù)為序列數(shù)為25+1=33。的倍數(shù)）為偶數(shù)（但不為，為奇數(shù)，412 12| )(|2221maxnnRnn互相關特性互相關特性：（重要特性）（重要特性） 互相關特性都滿足上面互相關特性都滿足上面m序列優(yōu)選對的特性：序列優(yōu)選對的特性： 由于由于Gold序列碼這一特性序列碼這一特性,使得碼族中任一碼序列都可作為地址碼。這樣使得碼族中任一碼序列都可作為地址碼。這樣,采用采用Gold碼族作地址碼碼族作地址碼,其地址數(shù)大大超過了用其地址數(shù)大大超過

10、了用m序列作地址碼的數(shù)量。序列作地址碼的數(shù)量。 所以所以Gold序列在多址技術中序列在多址技術中,特別是碼序列長度較短情況下特別是碼序列長度較短情況下,得到了廣泛應用。得到了廣泛應用。上式是互相關函數(shù)，除以上式是互相關函數(shù)，除以P即為互相關系數(shù)。即為互相關系數(shù)。13結論：結論：Gold碼具有三值互相關特性碼具有三值互相關特性當當n為奇數(shù)時為奇數(shù)時,碼族中約有碼族中約有50%碼序列有很低的互相關系數(shù)值碼序列有很低的互相關系數(shù)值(-1/P);而而n為偶數(shù)時為偶數(shù)時(n 0,n不是不是4的整數(shù)倍的整數(shù)倍),有有75%的碼序列有很低的互相的碼序列有很低的互相關系數(shù)值關系數(shù)值(-1/P), 其它的互相關

11、系數(shù)最大值也不超過上式。其它的互相關系數(shù)最大值也不超過上式。Gold碼同族內(nèi)互相關特性見下表：碼同族內(nèi)互相關特性見下表：（n不為4的倍數(shù)）14自相關特性：自相關特性：*1 Gold碼的自相關的旁瓣也同互相關函數(shù)一樣取三值碼的自相關的旁瓣也同互相關函數(shù)一樣取三值,只是出現(xiàn)只是出現(xiàn)的位置不一樣。的位置不一樣。*2 Gold碼同族內(nèi)互相關如上表。碼同族內(nèi)互相關如上表。*3 不同優(yōu)選對產(chǎn)生的不同族之間的互相關函數(shù)尚無理論結果，用不同優(yōu)選對產(chǎn)生的不同族之間的互相關函數(shù)尚無理論結果，用計算機搜尋發(fā)現(xiàn)計算機搜尋發(fā)現(xiàn),不同族序列間的互相關函數(shù)已不是三值而是多值不同族序列間的互相關函數(shù)已不是三值而是多值,互相關

12、函數(shù)值也大大超過優(yōu)選對的互相關函數(shù)值?；ハ嚓P函數(shù)值也大大超過優(yōu)選對的互相關函數(shù)值。平衡平衡gold序列序列 *Gold序列不是序列不是m序列，不再滿足在每個周期中序列，不再滿足在每個周期中“1”的出現(xiàn)次數(shù)的出現(xiàn)次數(shù)比比“0”的出現(xiàn)次數(shù)大的出現(xiàn)次數(shù)大1的特性。的特性。 *平衡平衡gold序列：指在一個周期中序列：指在一個周期中”1”的出現(xiàn)次數(shù)比的出現(xiàn)次數(shù)比”0”的出現(xiàn)的出現(xiàn)次數(shù)大次數(shù)大1。 *Gold序列用于擴頻系統(tǒng)，序列不平衡將使擴頻系統(tǒng)泄漏增大，序列用于擴頻系統(tǒng)，序列不平衡將使擴頻系統(tǒng)泄漏增大，破壞系統(tǒng)的保密、抗干擾、很抗爭破能力。破壞系統(tǒng)的保密、抗干擾、很抗爭破能力。 當當n 為奇數(shù)時，為

13、奇數(shù)時，gold序列平衡碼和非平衡碼各出現(xiàn)序列平衡碼和非平衡碼各出現(xiàn)50%，當，當n為為偶數(shù)且不為偶數(shù)且不為4的倍數(shù)時，平衡碼占的倍數(shù)時，平衡碼占75%，非平衡碼占區(qū)，非平衡碼占區(qū)25%。153. 截斷截斷m序列序列 由很長的由很長的m序列截成若干較短的序列序列截成若干較短的序列例如長度為例如長度為P=215-1=32767的的m序列截為長度為序列截為長度為64的序列段，可得的序列段，可得到到512種序列，稱為種序列，稱為m序列的截斷碼。序列的截斷碼。經(jīng)計算統(tǒng)計分析，這種碼也具有偽隨機性。經(jīng)計算統(tǒng)計分析，這種碼也具有偽隨機性。m序列截斷碼自相關函數(shù)的主副峰值比為：序列截斷碼自相關函數(shù)的主副峰值

14、比為：自相關函數(shù)主峰與其他函數(shù)的最大旁瓣之比為：自相關函數(shù)主峰與其他函數(shù)的最大旁瓣之比為：3 . 46 . 1| )(|)0(maxPRR0 . 56 . 1| )(|)0(maxPRR16第四章第四章 CDMA通信的編碼序列通信的編碼序列 4.1 m序列序列 4.2 Gold序列序列 4.3 Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列 4.4 可變擴頻正交碼可變擴頻正交碼OVSF174.3 WaIsh函數(shù)函數(shù) walsh函數(shù)是一種非正弦的完備正交函數(shù)系。由于它僅有可能的函數(shù)是一種非正弦的完備正交函數(shù)系。由于它僅有可能的取值取值:+1和和-1(或或0和和1),比較適合于用來表達和處理數(shù)字信號。比較適合于用來表

15、達和處理數(shù)字信號。1.歷史：歷史： walsh函數(shù)并非是新近出現(xiàn)的函數(shù)并非是新近出現(xiàn)的,l923年年J.L.Walsh提出了關于這種函數(shù)的完整數(shù)提出了關于這種函數(shù)的完整數(shù)學理論。學理論。 此后此后,約有約有40多年的時間，多年的時間，Walsh函數(shù)在電子技術中沒有得到大的發(fā)展與應用函數(shù)在電子技術中沒有得到大的發(fā)展與應用,以致在電子工程技術人員中對于這對函數(shù)一般都是陌生的。在電子技術中以致在電子工程技術人員中對于這對函數(shù)一般都是陌生的。在電子技術中,三角三角函數(shù)系是廣泛應用的一種最重要的數(shù)學工具函數(shù)系是廣泛應用的一種最重要的數(shù)學工具,正弦波形是電子技術中最廣泛應用正弦波形是電子技術中最廣泛應用的

16、波形。的波形。 20世紀世紀60年代以來年代以來,數(shù)字集成電路發(fā)展特別迅速數(shù)字集成電路發(fā)展特別迅速,除了電子計算機主要向數(shù)字電除了電子計算機主要向數(shù)字電子計算機方向發(fā)展外子計算機方向發(fā)展外,通信、雷達、儀器等等領域也快速走向數(shù)字化。而取值離通信、雷達、儀器等等領域也快速走向數(shù)字化。而取值離散的二值函數(shù)散的二值函數(shù),正好與數(shù)字電路相適應或相正好與數(shù)字電路相適應或相“匹配匹配”。其中有代表性的一種重要。其中有代表性的一種重要數(shù)學函數(shù)就是數(shù)學函數(shù)就是Walsh函數(shù)。函數(shù)。 18重要特性：重要特性：沃爾什函數(shù)具有理想的互相關特性。沃爾什函數(shù)具有理想的互相關特性。 在沃爾什函數(shù)族中在沃爾什函數(shù)族中,兩兩

17、之間的互相關函數(shù)為兩兩之間的互相關函數(shù)為“0”,亦即它們之間亦即它們之間是正交的。是正交的。 因而在碼分多址通信中因而在碼分多址通信中,Walsh函數(shù)可以作為地址碼使用。函數(shù)可以作為地址碼使用。 在在IS-95中中,正向傳輸信道使用了正向傳輸信道使用了64階沃爾什函數(shù)。階沃爾什函數(shù)。2.Walsh函數(shù)的產(chǎn)生函數(shù)的產(chǎn)生 沃爾什函數(shù)可用沃爾什函數(shù)可用Hadamard矩陣矩陣H表示表示,利用遞推關系很容易構成沃爾什函數(shù)利用遞推關系很容易構成沃爾什函數(shù)序列族。序列族。Hadamard矩陣矩陣H：由由+1和和-1元素構成的正交方陣。元素構成的正交方陣。正交方陣：正交方陣：是指它的任意兩行是指它的任意兩行

18、(或兩列或兩列)都是互相正交的。這時我們把行都是互相正交的。這時我們把行(或列或列)看作一個函數(shù)看作一個函數(shù),任意兩行或兩列的函數(shù)都是互相正交的。任意兩行或兩列的函數(shù)都是互相正交的。 具體地說具體地說,任意兩行任意兩行(或兩列或兩列)的對應位相乘之和等于零的對應位相乘之和等于零,或者說或者說,它們的相同位它們的相同位(A)和不同位和不同位(D)是相等的是相等的,即即互相關函數(shù)為零互相關函數(shù)為零。19 例：例：2階階Hadamard矩陣矩陣H2為為 兩行兩行(或兩列或兩列)對應位相乘之和為對應位相乘之和為0, 因此是相互正交的。因此是相互正交的。4階階Hadamard矩陣為矩陣為一般關系式為一般

19、關系式為Hadamard矩陣與矩陣與Walsh矩陣對應關系如下：矩陣對應關系如下：11112H 或10002H011011001010000011111111111111112222224HHHHHHNNNNNHHHHH211 1, 1222 , 1 , 0 ;2 , 1 , 0 ;, 2 , 1 )(rrinninrHiWrr20或或 上式表明：以上式表明：以2r為周期，編號為為周期，編號為n的離散的離散Walsh函數(shù)是由函數(shù)是由Hadamard矩陣的第矩陣的第 n+1行確定。行確定。如：如： 碼長為碼長為22=4、編號為、編號為0的離散的離散Walsh碼就是碼就是Hadamard矩陣矩陣的

20、第的第1行，即行，即1 1 1 1或或0 0 0 0r=6, n=26=64位的位的64 64的的Walsh函數(shù)如下表所示。函數(shù)如下表所示。 在在IS-95窄帶窄帶CDMA通信系統(tǒng)的前向鏈路中，采用通信系統(tǒng)的前向鏈路中，采用64階階Walsh函函數(shù)來區(qū)分各種信道，如同步、導頻、尋呼和業(yè)務信道。數(shù)來區(qū)分各種信道，如同步、導頻、尋呼和業(yè)務信道。122nnrrHW01101100101000001111111111111111213.沃爾什函數(shù)性質(zhì)沃爾什函數(shù)性質(zhì)（1）正交性。若）正交性。若r為非負整數(shù)，而為非負整數(shù)，而m(或或n)=0,1,2r-1 則則即在同一周期中，即在同一周期中，walsh序列

21、是正交的。序列是正交的。（2）除）除 外，其他外，其他 （n 0）函數(shù)在一個周期內(nèi)均值為）函數(shù)在一個周期內(nèi)均值為0。（3） 兩個兩個Walsh函數(shù)相乘，其積仍然是函數(shù)相乘，其積仍然是Walsh函數(shù)。（自閉性）函數(shù)。（自閉性）（4）完備性。長度為）完備性。長度為N的的Walsh函數(shù)序列有函數(shù)序列有N個（相互正交）。個（相互正交）。（5）Walsh函數(shù)在完全同步時是完全正交的。函數(shù)在完全同步時是完全正交的。（6）當不同步時）當不同步時,其自相關與互相關特性均不理想其自相關與互相關特性均不理想,并隨同步誤差并隨同步誤差值增大值增大,惡化亦十分明顯。惡化亦十分明顯。nmnmiWiWrminrrr，當，

22、當02)()(21202)(02iWr)(2iWnr)()()(222iWiWiWmnmnrrr22(7)同長度的不同編號的沃爾什函數(shù)的頻帶寬度是不一樣的同長度的不同編號的沃爾什函數(shù)的頻帶寬度是不一樣的,分析：分析： 頻帶寬度決定于其最短游程的寬度頻帶寬度決定于其最短游程的寬度(設為設為Ti),近似等于近似等于1/Ti。 不同編號的不同編號的Walsh函數(shù)的函數(shù)的Ti不同不同,因此其頻帶寬度不同。因此其頻帶寬度不同。 令的長度為令的長度為N=2r, 持續(xù)時間為持續(xù)時間為T, 則其最短游程的長度為則其最短游程的長度為 Tn=T/(n+1)(n=0 ,1,2,N-1) , 對應的頻帶寬度對應的頻帶

23、寬度 fn =(n+1)/T。 結論：結論： 不同編號的同長度的沃爾什函數(shù)的頻帶寬度是不同的不同編號的同長度的沃爾什函數(shù)的頻帶寬度是不同的,相應的相應的基數(shù)基數(shù)Bn= fnT也不一樣。也不一樣。 如果用作擴頻碼如果用作擴頻碼,則不同則不同n的擴頻增益是不同的。的擴頻增益是不同的。 從抗干擾角度考慮，這是不利的。從抗干擾角度考慮，這是不利的。(8)沃爾什函數(shù)的自相關函數(shù)也不理想。沃爾什函數(shù)的自相關函數(shù)也不理想。234.Walsh-PN復合碼復合碼(1) 沃爾什函數(shù)當滿足嚴格同步時沃爾什函數(shù)當滿足嚴格同步時,可實現(xiàn)嚴格正交。由于移動通信可實現(xiàn)嚴格正交。由于移動通信屬于變參多徑信道屬于變參多徑信道,

24、嚴格同步很難保證。嚴格同步很難保證。(2) 當同步產(chǎn)生誤差時沃什互相關將產(chǎn)生迅速惡化當同步產(chǎn)生誤差時沃什互相關將產(chǎn)生迅速惡化(3) m序列自相關函數(shù)并非完全正交。序列自相關函數(shù)并非完全正交。(4) 將將Walsh函數(shù)與函數(shù)與PN碼特性中各自優(yōu)點進行互補，即利用復合碼碼特性中各自優(yōu)點進行互補，即利用復合碼特性來克服各自缺點。特性來克服各自缺點。24IS95A的信道分為前向信道和反向信道的信道分為前向信道和反向信道 5. Walsh函數(shù)序列和函數(shù)序列和m序列在序列在IS-95窄帶窄帶CDMA系統(tǒng)中的應系統(tǒng)中的應用用25 IS-95A標準的信道結構標準的信道結構1.前向信道（基站前向信道（基站移動臺

25、）移動臺） 26(1)前向信道組成前向信道組成 在窄帶在窄帶CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)中，每個小區(qū)的前向信道蜂窩移動通信系統(tǒng)中，每個小區(qū)的前向信道共有共有64個信道，分別由個信道，分別由Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列063提供正交隔離提供正交隔離。 64個信道分為四種類型：個信道分為四種類型： Pilot（導頻）、（導頻）、Sync（同步）、（同步）、 Paging（尋呼）和（尋呼）和 Forward Trafic（前向業(yè)務）信道。（前向業(yè)務）信道。a.Pilot：導頻信道每個小區(qū)只有一個，它由導頻信道每個小區(qū)只有一個，它由 Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列 0提供正交調(diào)制。提供正交調(diào)制。 導頻信道不含任

26、何信息，它只提供同步信號，供移動臺采導頻信道不含任何信息，它只提供同步信號，供移動臺采集獲取相干解調(diào)時所需的載波相位參考。集獲取相干解調(diào)時所需的載波相位參考。b.Sync：同步信道每個小區(qū)也只有一個，它由同步信道每個小區(qū)也只有一個，它由Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列 32提供正交調(diào)制。提供正交調(diào)制。 同步信道主要提供基站同步信道主要提供基站 Pilot PN碼的偏移量及系統(tǒng)標準定碼的偏移量及系統(tǒng)標準定時、系統(tǒng)識別符等信息。移動臺只在初始化時采集接收同步信道時、系統(tǒng)識別符等信息。移動臺只在初始化時采集接收同步信道信令，之后不再使用。信令，之后不再使用。27 c.Paging：尋呼信道每個小區(qū)最多可以

27、有尋呼信道每個小區(qū)最多可以有7個，分別使用個，分別使用Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列17，其中使用，其中使用Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列 1的稱為主尋呼信道。的稱為主尋呼信道。 尋呼信道主要用于尋呼移動臺、傳送系統(tǒng)參數(shù)、管理移動臺尋呼信道主要用于尋呼移動臺、傳送系統(tǒng)參數(shù)、管理移動臺的登記工作以及為移動臺分配信道。的登記工作以及為移動臺分配信道。 d.Farward Traffic：前向業(yè)務信道每個小區(qū)至少有前向業(yè)務信道每個小區(qū)至少有 55個，分別個，分別以以 Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列863（序列（序列32以外）提供正交隔離。以外）提供正交隔離。 前向業(yè)務信道用于基站向移動臺傳送話音、數(shù)據(jù)以及有關信

28、前向業(yè)務信道用于基站向移動臺傳送話音、數(shù)據(jù)以及有關信令，而且信令可以在一幀內(nèi)與話音或數(shù)據(jù)分時傳送。令，而且信令可以在一幀內(nèi)與話音或數(shù)據(jù)分時傳送。282930導頻信道信息比特(全0)同步信道信息比特卷積編碼器1.2 kb / s( r 1/2,k 9)2.4 ks / s碼元碼元重復調(diào)制碼元4.8 ks / s分組交織器調(diào)制碼元4.8 ks / s沃爾什函數(shù)32, 1.2288 Mc/ s沃爾什函數(shù)0 1.2288 Mc/ sAA尋呼信道信息比特卷積編碼器9.6 kb / s19.2 ks / s碼元碼元重復調(diào)制碼元分組交織器調(diào)制碼元19.2 ks / s沃爾什函數(shù)P , 1.2288 Mc/

29、sA4.8 kb / s9.6 ks / s19.2 ks / s分頻器長碼產(chǎn)生器1.2288 M c/ s19.2kb / s尋呼信道的長碼掩蔽幀質(zhì)量指示器用戶m 在正向業(yè)務信道的信息比特加編碼器尾比特9.2( kb / s )4.42.00.8卷積編碼器9.6( kb / s )4.82.41.2r 1/2k 9碼元重復19.2( ks / s )9.64.82.4碼元調(diào)制碼元復接沃爾什函數(shù)n , 1.2288 Mc/ s功率控制比特分組交織器19.2 ks / s800 b / s19.2 ks / s調(diào)制碼元19.2 ks / s分頻器分頻器長碼產(chǎn)生器800 Hz1.2288Mc/ s

30、用戶m 的長碼掩碼基帶濾波器基帶濾波器cosctsinctQ 信 道引導PN序列,1.2288 Mc/ sIQI信 道引導PN序列,1.2288 Mc/ sAI( t )Q ( t )S ( t )8.6kb / s4.0kb / s2.0kb / s0.8kb / sA(2)(2)正向傳輸基帶處理正向傳輸基帶處理 31基帶處理過程：基帶處理過程： 每一個邏輯信道，對輸入的數(shù)據(jù)都經(jīng)過卷積編碼（碼率為每一個邏輯信道，對輸入的數(shù)據(jù)都經(jīng)過卷積編碼（碼率為1/21/2、約束長度為約束長度為9 9）、分組交織（導頻信道除外）、）、分組交織（導頻信道除外）、沃爾什函數(shù)擴沃爾什函數(shù)擴展頻譜，展頻譜，四相調(diào)制

31、（四相調(diào)制（QPSKQPSK）。）。沃爾什函數(shù)擴展頻譜沃爾什函數(shù)擴展頻譜: : 給各個邏輯信道（總共給各個邏輯信道（總共6464個）帶上了正個）帶上了正交性，稱作交性，稱作正交擴頻。正交擴頻。四相調(diào)制四相調(diào)制( (四相擴展四相擴展) )： 采用采用QPSKQPSK調(diào)制方式。調(diào)制方式。 在同相支路（在同相支路（I I）和正交支路（）和正交支路（Q Q）引入兩個互為準正交的）引入兩個互為準正交的m m序序列，即列，即I I信道引導信道引導PNPN序列和序列和Q Q信道引導信道引導PNPN序列，序列周期長度序列，序列周期長度均為均為 2 21515（3276832768），其構成是以如下列的生成多項

32、式為基礎），其構成是以如下列的生成多項式為基礎的。的。 I I支路支路 Q Q支路支路1)(57891315xxxxxxxPI1)(345610111215xxxxxxxxxPQ32 周期：周期：長度長度: 2: 21515-1,-1,加加1 1個個0 0，形成，形成2 21515=32768=32768，序列中，序列中“0”0”和和“ “ 1”1”的個數(shù)各占一半，平衡性更好。的個數(shù)各占一半，平衡性更好。 引導引導PNPN序列作用序列作用: :是給不同基站發(fā)出的信號賦以不同的特征，是給不同基站發(fā)出的信號賦以不同的特征，便于移動臺識別所需的基站。便于移動臺識別所需的基站。 不同的基站使用相同的不

33、同的基站使用相同的PNPN序列，但各基站序列，但各基站PNPN序列的起站位置序列的起站位置是不同的，即各自采用不同的時間偏置。是不同的，即各自采用不同的時間偏置。 通常，一個基站的通常，一個基站的PNPN序列在其所有配置的頻率上，都采用相序列在其所有配置的頻率上，都采用相同的時間偏置，而在一個同的時間偏置，而在一個CDMACDMA蜂窩系統(tǒng)中，時間偏置也可以蜂窩系統(tǒng)中，時間偏置也可以再用。再用。 不同的時間偏置用不同的偏置系數(shù)表示，偏置系數(shù)共不同的時間偏置用不同的偏置系數(shù)表示，偏置系數(shù)共512512個，個，編號編號K K從從0 0到到511511。33偏置時間（偏置時間（t tK K）: :等于

34、偏置系數(shù)乘等于偏置系數(shù)乘6464個子碼寬度時間，即個子碼寬度時間，即 例如，當偏置系數(shù)為例如，當偏置系數(shù)為1515時，相應的偏置時間是時，相應的偏置時間是)(2288. 1164sKtK)(25.7812288. 116415stK34引導引導PN序列周期：序列周期：時間是時間是 32768122880=26.666ms，即每兩秒，即每兩秒有有 75個個PN序列周期。序列周期。引導引導PN序列傳輸起始：序列傳輸起始：偏置的引導偏置的引導PN序列必須在時間的偶數(shù)秒序列必須在時間的偶數(shù)秒（以基站傳輸為基準）起始傳輸，（以基站傳輸為基準）起始傳輸， 其它其它PN引導序列的偏置系數(shù)規(guī)定了它和零偏置（引

35、導序列的偏置系數(shù)規(guī)定了它和零偏置（K=0）引導）引導序列的偏置時間差。序列的偏置時間差。例：例：偏置系數(shù)為偏置系數(shù)為 15時，引導時，引導PN序列的偏離時間為序列的偏離時間為 781.25 s，說，說明該明該PN序列要從標準時間每一偶數(shù)秒之后序列要從標準時間每一偶數(shù)秒之后 781.25 s 才開始。才開始。 35圖 CDMA蜂窩系統(tǒng)的邏輯信道示意圖 導頻信道同步信道W0W32尋呼信道W1尋呼信道W7業(yè)務信道W8業(yè)務信道業(yè)務信道業(yè)務信道業(yè)務信道W31W33W63業(yè)務數(shù)據(jù)控制子信道接入信道接入信道業(yè)務信道業(yè)務信道業(yè)務信道(a)(b)1n1255用戶地址長碼171N242555正向傳輸正向傳輸反向傳

36、輸反向傳輸2.反向信道（基站反向信道（基站移動臺）移動臺）369.6(kb /s )4.82.41.2r1/3k 928.8 ks /s碼元基帶濾波器基帶濾波器cosctsin ctQ信 道 序列 ,1.2288 Mc /sIQI信 道 序列 , 1.2288 Mc /sI(t)Q(t)S(t)D延時406.9 n/sPN 子 碼12長碼產(chǎn)生器1.2288Mc /sPN 子 碼長碼掩蔽數(shù)據(jù)猝發(fā)隨機化器幀數(shù)據(jù)率4.8 ks /s(307.2 kc /s )正交調(diào)制器調(diào)制碼元(64進制)分組交織器碼元28.8ks /s碼元重復碼元28.8(ks /s )14.47.23.6卷積編碼器加編碼器尾比特

37、幀質(zhì)量指示器8.64.02.00.8(kb /s )9.2(kb /s )4.42.00.8反向業(yè)務信道信息比特(每幀172，80，40或16bit)基帶濾波器基帶濾波器cosctsin ctQ信 道 序列 ,1.2288 Mc /sIQI信 道 序列 , 1.2288 Mc /sI(t)Q(t)S(t)D延時406.9n/sPN 子 碼12長碼產(chǎn)生器1.2288 Mc /s長碼掩蔽PN 子 碼4.8 ks /s (307.2 kc/s )正交調(diào)制器調(diào)制碼元(沃爾什子碼)(64進制)碼元28.8ks /s分組交織器碼元28.8ks /s碼元重復碼元14.4ks /s卷積編碼器r1/3k94.8

38、kb /s加編碼器尾比特4.4kb /s接入信道比特(每幀88bit)（1）反向傳輸）反向傳輸基帶處理基帶處理37正交多進制調(diào)制：正交多進制調(diào)制：n在反向在反向CDMA信道中，把交織器輸出的碼元每信道中，把交織器輸出的碼元每6個作為一組個作為一組, 用用26=64 進制的沃爾什函數(shù)之一進制的沃爾什函數(shù)之一(稱稱調(diào)制碼元調(diào)制碼元)進行傳輸。進行傳輸。 n調(diào)制碼元的傳輸速率為調(diào)制碼元的傳輸速率為28800/6=4800b/s。調(diào)制碼元的時間寬。調(diào)制碼元的時間寬度為度為 1/4800=208.333s。n每一調(diào)制碼元含每一調(diào)制碼元含64個子碼，因此沃爾什函數(shù)的子碼速率為個子碼，因此沃爾什函數(shù)的子碼速

39、率為 644 800=307.2 kb/s，相應的子碼寬度為，相應的子碼寬度為 3.255 s。 基帶處理過程：基帶處理過程： 對每一個邏輯信道，對輸入的數(shù)據(jù)都經(jīng)過卷積編碼（碼率為對每一個邏輯信道，對輸入的數(shù)據(jù)都經(jīng)過卷積編碼（碼率為1 19 9、約束長度為、約束長度為9 9）、碼元重復、分組交織、）、碼元重復、分組交織、正交多進制調(diào)制、正交多進制調(diào)制、直接序列擴展、四相調(diào)制（直接序列擴展、四相調(diào)制（OQPSKOQPSK）。）。38 正向正向CDMA信道和反向信道和反向CDMA 信道都使用六十四進制的信道都使用六十四進制的Walsh函數(shù)，但二者應用目的不同：函數(shù)，但二者應用目的不同： 正向正向C

40、DMA信道信道Walsh調(diào)制：調(diào)制：區(qū)分信道區(qū)分信道 反向反向CDMA信道信道Walsh調(diào)制：調(diào)制：對數(shù)據(jù)進行正交碼多進制調(diào)對數(shù)據(jù)進行正交碼多進制調(diào)制制, 以提高通信質(zhì)量。以提高通信質(zhì)量。 原因：原因： 因為在反向因為在反向CDMA信道中信道中,不能像正向不能像正向CDMA信信道那樣提供共享的導頻信道，因而這種做法對于在衰落信道中道那樣提供共享的導頻信道，因而這種做法對于在衰落信道中難以提供精確導頻的場合是很有必要的。難以提供精確導頻的場合是很有必要的。39 直接序列擴展：直接序列擴展： 長碼周期：長碼周期： 242-1 長碼長碼特征多項式：特征多項式： 1)(1235671016171819

41、212225262731333542xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxP 長碼的各長碼的各PN子碼生成子碼生成：用一個：用一個42位的位的掩碼掩碼和序列產(chǎn)生器的和序列產(chǎn)生器的 42 位狀態(tài)矢量進行模位狀態(tài)矢量進行模 2 內(nèi)乘而產(chǎn)生的內(nèi)乘而產(chǎn)生的 。 40圖 4.6.5-3 長碼產(chǎn)生器 1+2+3+45+6+7+89404142模2相加器長碼42bit長碼掩蔽1xx2x3x4x5x6x7x810 x9x39x40 x41x4241掩碼格式：掩碼格式： 用于長碼產(chǎn)生器的掩碼根據(jù)移動臺用來傳輸?shù)男诺李愋投?。用于長碼產(chǎn)生器的掩碼根據(jù)移動臺用來傳輸?shù)男诺李愋投儭接入信道掩碼接入信道掩碼 M

42、41到到M33要置成要置成“110001111”, M32到到M28要置成選用的接入信道號碼，要置成選用的接入信道號碼， M27到到M25要置成對應的尋呼信道號碼要置成對應的尋呼信道號碼(范圍是范圍是1到到7)， M24到到M9要置成當前的基站標志，要置成當前的基站標志， M8到到M0要置成當前要置成當前CDMA信道的引導信道的引導PN偏置。偏置。 110001111接入信道號碼尋呼信道號碼基站標志正向CDMA信道的PN序列偏置1100011000 置換后的ESN4132 314133 3228 2725 249800公開掩碼接入信道掩碼42n反向業(yè)務信道掩碼反向業(yè)務信道掩碼 移動臺要用到兩個

43、掩碼：公開掩碼和私用掩碼。移動臺要用到兩個掩碼：公開掩碼和私用掩碼。 兩個掩碼都是該移動臺所獨有的。兩個掩碼都是該移動臺所獨有的。反向業(yè)務信道反向業(yè)務信道公開掩碼：公開掩碼： M41到到M32要置成要置成“1100011000”, M31到到M0要置成移動臺的電子序列號碼要置成移動臺的電子序列號碼(ESN)。 為了防止和連號為了防止和連號ESN相對應的長碼之間出現(xiàn)過大的相關值，相對應的長碼之間出現(xiàn)過大的相關值，移動臺的移動臺的ESN要進行置換。要進行置換。 43ESNESN的置換規(guī)則如下：的置換規(guī)則如下： ),(012262728293031EEEEEEEEEESN 置換后的置換后的ESNES

44、N為：為： ),(918275142311019286152421120297162531221308172641322310EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEESN 反向業(yè)務信道反向業(yè)務信道私用掩碼：私用掩碼：適用于用戶保密通信，其格適用于用戶保密通信，其格式由式由 TIATIA規(guī)定。規(guī)定。 44 四相擴展：四相擴展： 所用序列所用序列:與正向與正向CDMA信道所用的信道所用的I與與Q引導引導PN序列相同。序列相同。 不同之處：不同之處：經(jīng)過經(jīng)過PN序列擴展之后，序列擴展之后，Q支路的信號要經(jīng)過一支路的信號要經(jīng)過一個延遲電路，把時間延遲個延遲電路，把時間延遲 1

45、/2 個子支寬度個子支寬度(409.901 ns)， 再送再送入基帶濾波器。入基帶濾波器。 信號經(jīng)過基帶濾波器之后進行四相調(diào)制。信號經(jīng)過基帶濾波器之后進行四相調(diào)制。 45第四章第四章 CDMA通信的編碼序列通信的編碼序列 4.1 m序列序列 4.2 Gold序列序列 4.3 Walsh函數(shù)序列函數(shù)序列 4.4 可變擴頻正交碼可變擴頻正交碼OVSF464.4 可變擴頻比正交碼可變擴頻比正交碼(OVSF碼碼)1. 應用背景：應用背景： OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)在未來移動通在未來移動通信中用于信中用于區(qū)分不同類型速率區(qū)分不同類型速率的業(yè)務。

46、的業(yè)務。 原因原因1：未來移動通信已由單一速率的語音拓廣為不同速率的語音、數(shù)據(jù)與圖未來移動通信已由單一速率的語音拓廣為不同速率的語音、數(shù)據(jù)與圖像的多媒體業(yè)務。這樣在通信中不同的業(yè)務信源給出的信息速率是不一樣的像的多媒體業(yè)務。這樣在通信中不同的業(yè)務信源給出的信息速率是不一樣的,它它是變速率的是變速率的,然而信道傳輸帶寬是固定。然而信道傳輸帶寬是固定。 因而在擴頻過程中因而在擴頻過程中,不同業(yè)務、不同信息速率的信號要采用不同不同業(yè)務、不同信息速率的信號要采用不同的擴頻比的擴頻比,才能達到同一信道傳送碼率。才能達到同一信道傳送碼率。原因原因2： 由于在同一小區(qū)中由于在同一小區(qū)中,多個移動用戶可以同時

47、發(fā)送不同的多媒體業(yè)務多個移動用戶可以同時發(fā)送不同的多媒體業(yè)務,為為了防止多個用戶不同業(yè)務之間的干擾了防止多個用戶不同業(yè)務之間的干擾, 我們必須設計一類適合于滿足不同速率多我們必須設計一類適合于滿足不同速率多媒體業(yè)務和不同擴頻比的正交碼媒體業(yè)務和不同擴頻比的正交碼,這就是這就是OVSF碼。碼。472. OVSF碼基本原理碼基本原理 為了更加直觀地研究為了更加直觀地研究OVSF碼碼,先引入先引入“碼樹碼樹”的概念的概念,即引用即引用樹形結構來研樹形結構來研究碼的性質(zhì)究碼的性質(zhì)。可以根據(jù)不同的樹形結構研究不同的碼組性質(zhì)?？梢愿鶕?jù)不同的樹形結構研究不同的碼組性質(zhì)。例：下圖所示二進制非滿樹可對應二進制變

48、長碼。例：下圖所示二進制非滿樹可對應二進制變長碼。 按上圖的樹形結構按上圖的樹形結構,可以構造最佳的變長編碼哈夫曼可以構造最佳的變長編碼哈夫曼(Huffman)碼。碼。 在信道多址接入碼的設計中在信道多址接入碼的設計中,可以將最佳變長哈夫曼的原理移可以將最佳變長哈夫曼的原理移植到沃爾什植到沃爾什(Walsh)擴頻碼中。擴頻碼中。48 為了保證為了保證可變擴頻碼的不同周期長度可變擴頻碼的不同周期長度Walsh碼的正交性碼的正交性,必須必須滿足滿足Huffman碼在樹圖上的非延長特性碼在樹圖上的非延長特性,即：即： *1在樹圖上若從樹根開始由左端向右端看在樹圖上若從樹根開始由左端向右端看,樹圖上的某一節(jié)點的樹圖上的某一節(jié)點的短短Walsh碼被采用作為擴頻正交碼以后碼被采用作為擴頻正交碼以后,這個節(jié)點延長出去的所有樹這個節(jié)