移动通信原理第4次课课堂练习和Ovsf码

• 加扰就是在数字传输序列中加入用户地 址码、基站和扇区地址码。它们的作用 是区别不同的用户、不同的基站和扇区， 不担负扩频任务，但可以在数字传输序 列中起到平衡0/1数量的人为干扰作用， 故一般叫做扰码。 • 载波调制就是通过频谱搬移，使信号能 够在适当的射频频段内发射出去。 • 无线信道就是射频传输的自由空间。 • 接收支路各模块的作用与发送支路的码树的根节点是按 2r 规 律 增 长 的 ， 其 中 ， r =0,1,2… 。 类 似 Huffman码的树形结构。 • 在码树中选定某一码组为扩频码后，以其为 根点的码组就不能再被选作扩频码了。
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3.3.3 用户地址码 • 用户地址码由移动台产生，主要用于上行(反向) 信道，便于基站区分不同用户。下行信道中由 基站产生的扰码主要用于数据加扰。 1、用户地址码选取原则 • 在CDMA系统中，为了容纳和区分足够多的用 户，必须要有足够多的相互正交的地址码，这 就是选取用户地址码的原则。CDMA通过截取 超长m序列或超长Gold序列中有限的一段作为 用户的地址码，因此产生了足够多的地址码。 但是，这种局部码组的自相关性和互相关性比 较原来长周期完整码组的还是差一些。
正交码组 • 如果两个码组的互相关函数值为0，两码组正交。表明一个 码组中不包含另一个码组的任何信息。 • 例，求码组a=0000与码组b=0101的互相关函数值。先用 +1(D)和-1(D)分别替换两个码组中的0(B)和1(B)，然后逐位相 乘后对积求和，得到 • a=0000= +1+1 +1+1 • ╳） b=0101= +1 -1 +1 -1 • +1-1+ 1 - 1 • a和b两个码组的相关函数值为： • Cab=(1/4)╳(+1-1+1-1)=0 • 相关函数值Ca,b=0，说明a与b正交。 对a和b两个码组采用逐位模二加求和，再用-1(D)和+1(D)分 别替换所求和的0(B)和1(B) ，也可以得到相同的结果。
• 为了产生m序列码，需要首先确定生成多项式； • 然后据此构造m序列线性移位寄存器的结构逻 辑图；最后连接电路产生m序列码。 • 前述的三级移位寄存器的生成多项式为： f(x)=1+x2+x3 • 据此构造的m序列发生器输出的结果由一个七 位右移移位寄存器7SR输出。 • 在一个重复周期里，7SR输出的m序列码是： • 0100111、1010011、 1101001、 1110100、 0111010、0011101、1001110。 • m序列码长23-1=7 位。在时钟脉冲的控制下， 序列向右移位，溢出的右侧最低位移动到空出 的左侧最高位，重复周期也是7位。
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关于m序列码 • m序列是一种伪随机序列，是由带线性反馈的 移位寄存器产生的周期可以足够长的伪噪声码 (PN)序列。由于其优良的自相关特性、易于产 生和复制，在扩频通信系统中得到广泛应用。 • 如下图所示，m序列码发生器由移位寄存器、 反馈抽头和模二加法器组成。
• 反馈抽头的位置对 m序列的结构有决定作用，抽 头逻辑可用二元域上的 n 次生成（特征）多项式 表示： f(x)=C0+C1x+C2x2+ · · · +Cixi+· · ·+Cnxn, ci∈{0,1} • 其中，Ci=1表示第i级移位寄存器的输出与反馈 网络连接，否则表示不连接； C0=1 表示反馈网络的输出与第一级移位寄存 器的输入连接，线性移位寄存器成为动态线性移 位寄存器，否则就是静态线性移位寄存器。 n是线性移位寄存器的级数，生成的m序列的 n 长度是2 -1； Cn=1表示线性移位寄存器是非退化的，否则 是退化的线性移位寄存器。
础产生扰码的知识产权争论，采用了Gold码。
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• Gold 码是 R.Gold 提出的一种伪随机序列，具有良好 的自相关性和互相关性，而且易于实现，结构简单。 在WCDMA系统中，主要利用Gold码作扰码，其良好 的互相关性有利于作为移动终端和小区的地址。 • R.Gold指出，在一些级数相同，结构不同的移位寄存 器中，总可以找出两个移位寄存器，它们产生的一对 m码序列互相关函数最小，这一对m码序列就是优选 对。Gold序列由这两个码长相等的m序列优选对进行 逐位模二加构成。 • WCDMA中用户地址码分为两类：长码和短码。 • 长码由两个25节（阶）移位寄存器优选对的输出进行 逐位模二加产生的 Gold码截短而来，每次截38400码 片组成一个帧，帧长10ms。它主要用于 3G第一期， 当基站使用Rake接收是采用。 • 短码从扩展的 S(2) 码族中选取，长度仅为 256 码片， 主要用于 3G 第二期，当接收端选用多用户检测器时 16 采用，暂不讨论。
2、WCDMA系统的信道地址码 • 我们知道，不同多媒体业务的数据速率是不一 样的， WCDMA 系统规定扩频后的信道 ( 码片 ) 速率必须统一为3.84Mcps。因此，WCDMA采 用了具有不同扩频比且相互正交的正交可变扩 展因子OVSF码作为多媒体信道地址码。 • OVSF 码是一组长短不一的信道地址码，对低 速率数据扩频时采用扩频比大，码组长的 OVSF 码 ； 对 高 速 率 数 据 扩 频 时 采 用 扩 频 比 小，码组短的 OVSF 码。在 WCDMA 中，最短 的码组为4位，最长的码组为256位。虽然码组 长短不一致，长、短码组间却保持正交性，避 免不同速率业务信道之间产生相互干扰。
3.3 CDMA中的地址码 在 移 动 通 信 中 2G 的 IS-95 和 3G 的 CDMA2000 、 WCDMA 均采用码分多址， 因此本节重点讨论 CDMA 中的地址码，并 侧重从应用角度介绍。在讨论之前先了解 一些相关的基本概念。 扩频通信，也就是扩展频率通信。它是在 发送端用一个伪随机编码系列将待传输的 基带信号频谱扩展几十、几百、几千甚至 几万倍，使其变为宽频信号后送入信道中 传输。在接收端利用解扩技术恢复基带信 号，达到抑制噪声和干扰的目的。
3.3.1 地址码分类与设计要求 • CDMA的地址码可以划分为三类： 1、用户地址码，用于区分不同移动用户。 2、信道地址码，不仅用于区分小区(或扇区) 内的不同信道，还担负着扩频的任务。信 道地址码可分为：单业务、单速率信道地 址码，主要用于 2G移动通信 IS-95 ；多业 务、多速率信道地址码，主要用于 3G 移 动通信WCDMA和CDMA2000。 3、基站地址码，在移动蜂窝网中用于区分 不同的小区(或扇区)。
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3.3.2 信道地址码 • 数学上有限元素的正交函数系有很多，比如离散付 氏级数、离散余弦函数、 Hadamard函数、 Walsh 函数等等，它们都可用作产生信道地址码。 1、IS-95系统的信道地址码 6 • 在IS-95中选用了码长n=2 =64位的正交Walsh码作 为单业务、单速率信道地址码。即采用64种长度为 64位的等长Walsh码作为信道地址码。 • Walsh 码有多种构造方法， IS-95 采用的是最常见 的 Hadamard 编 号 法 。 P.41 给 出 的 IS-95 标 准 的 “64阶Walsh函数”表，就是按Hadamard函数序 列编号列出的。按照0(B)→1(D)、1(B)→-1(D)将二 进制 0/1 码序列转换成实数值序列后，计算任意两 个Wsldh码对应位乘积之和都等于0(D)。这个结果 8 说明不同编号的walsh码之间具有良好的正交性。
3.3.4基站地址码 1. 基站地址码选址原则 • 为了尽可能减少基站间的多用户干扰，基站地 址码应满足正交性能，同时满足序列数量足够 多。基站地址码主要用于上、下行信道区分不 同的基站。 2.在IS-95中采用两个较短的PN码 , 码长=215-1 ， 分别对下行同相(I)与正交(Q)调制分量进行扩 频。
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3. CDMA2000系统的基站地址码 • CDMA2000-1X基站地址扰码与IS-95完全相同。 CDMA2000-3X基站地址扰码不同于IS-95，它 是由20节移位寄存器生成的m序列，其速率为 3.6864Mchip/s。 4. WCDMA系统的基站地址码 • WCDMA系统的基站地址码主要用于区分基站 或扇区，为了绕过IS-95的知识产权，也采用 了Gold码。采用两个18阶移位寄存器优选对产 生218-1=262143个扰码，但是实际上仅采用前 面8192个。
2、IS-95的用户地址码 • IS-95是全球第一个民用码分多址CDMA系统， 它首先用42节移位寄存器产生一个周期为2421=4,398,046,511,103位的超长周期m序列码， 然后按照一定规律选取其中的有限位数作为用 户地址码。 3、CDMA2000 1X中的用户地址码 • CDMA2000 1X是IS-95体制的延续和发展，其用户 地址码与IS-95完全相同。 4、WCDMA中的用户地址码 • 在WCDMA中的地址码为了绕过IS-95以m序列为基
• 典型扩频通信系统方框图如下。信源产生 的信号经过信源编码、线路编码和信道编 码之后，将继续进行扩频、加扰和调制。 • 信源是发出信号的人或设备。信宿是接收 信号的人或设备。
• 在发送支路，信源编码将信源发出的模拟信 号数字化；线路编码将数字信号中的连续1 和0加以改造，使1和0的出现概率与信源无 关，各接近50%；信道编码是在数字信号中 加入纠错、路由和同步等信令信号。 • 扩频就是用n位扩频码代替基带数字序列中 的一位“0” 和“1”，相对基带数字码速 (bit/s)，扩频后的码片速率(chip/s)将提高 到n倍，频谱大大扩展，产生的扩频增益将 提高系统的抗干扰能力。扩频码也是信道地 址码，它还具有理想的正交信道隔离特性， 提高了通信质量和系统容量。