CDMA編碼特性研究

1、CDMAi碼特性研究LTCDMA編碼特性研究摘要：擴(kuò)頻序列設(shè)計(jì)和選擇是CDMA移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。擴(kuò)頻碼序列的設(shè)計(jì)就是構(gòu)造不同結(jié)構(gòu)的具有良好特性的 偽隨機(jī)序列來(lái)滿足CDMA系統(tǒng)的要求。文中給出了CDMA 的構(gòu)成及發(fā)展歷史，并從理論上和工程實(shí)用角度對(duì)擴(kuò)頻序 列的性能和特點(diǎn)進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：CDMA；發(fā)展構(gòu)成；偽隨機(jī)碼；編碼通信一、CDMA的發(fā)展及構(gòu)成CDMA是碼分多址的英文縮寫(Code Division MultipieAccess),它是在數(shù)字技術(shù)的分支一一擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展起來(lái) 的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)。CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、 多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻牢復(fù)用等幾種技術(shù)結(jié)合而

2、成，含有頻域、 時(shí)域和碼域三維信號(hào)處理的一種協(xié)作。人類對(duì)更高質(zhì)量無(wú)線通信 的需求推動(dòng)了 CDMA技術(shù)的出現(xiàn)。二戰(zhàn)期間因戰(zhàn)爭(zhēng)的需要而研究開發(fā)出CDMA技術(shù),初衷是防止 敵方對(duì)己方通信的干擾，在戰(zhàn)爭(zhēng)期問(wèn)廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通 信，后來(lái)南美國(guó)高通公司更新成為商用蜂窩電信技術(shù)。1995年，第一個(gè)CDMA商朋系統(tǒng)運(yùn)行之后.CDMA技術(shù)理論上的 諸多優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐巾得到了檢驗(yàn)，從而在北美、南美和亞洲等地得到了迅速推廣和應(yīng)用。全球許多國(guó)家和地區(qū)，如巾國(guó)，韓國(guó)、日 本、美國(guó)都已建有CDMA商用網(wǎng)絡(luò),其中在美國(guó)和日本CDMA成為國(guó) 內(nèi)的主要移動(dòng)通信技術(shù)。真正在全球得到廣泛應(yīng)用的第一個(gè)CDMA標(biāo)準(zhǔn)是IS95A,這 一

3、標(biāo)準(zhǔn)支持8kb編碼話音服務(wù)。其后又分別出版了 13 kb話音編碼器的TSB74標(biāo)準(zhǔn)，支持L9 GHz的CDMA PCS系統(tǒng)的STD008標(biāo)準(zhǔn),其中13 kb編碼話音服務(wù)質(zhì)量已非常接近有線電話的話音質(zhì)量。CDMA技術(shù)是將原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作 相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信息 通信。由于CDMA (IS-95)系統(tǒng)中采用快速的反向功率控制、軟切換、語(yǔ)音激活等技術(shù)，以及IS-95規(guī)范對(duì)手機(jī)最大發(fā)射功率的 限制，使CDMA手機(jī)在通信過(guò)程中輻射功率很小而享有"綠色手機(jī) 的美譽(yù)。而CDMA多址技術(shù)完

4、全適合現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容 量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換等，正受到越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商和 用戶的青睞。在CDMA系統(tǒng)中，擴(kuò)頻序列主要用來(lái)區(qū)分用戶地址、信道 地址、基站地址和多速率業(yè)務(wù)地址。擴(kuò)頻碼序列最基本的特性是 隨機(jī)性，然而真正的隨機(jī)序列是難以控制和復(fù)制的。偽隨機(jī)序列 具有類似隨機(jī)信號(hào)的一些統(tǒng)計(jì)特性，同時(shí)又有規(guī)律，易產(chǎn)生和復(fù) 制，所以碼分多址通信中目前基本采用偽隨機(jī)序列作為擴(kuò)頻碼序 列。三、偽隨機(jī)序列如果一個(gè)序列，一方面它是可以預(yù)先確定的，弁且是可以 重復(fù)地生產(chǎn)和復(fù)制的；一方面它又具有某種隨機(jī)序列的隨機(jī)特 性（即統(tǒng)計(jì)特性），我們便稱這種序列為偽隨機(jī)序列。盡管偽隨機(jī)序列是由移位寄存器產(chǎn)生確定

5、序列，他們具有某種隨機(jī)序列的隨機(jī)特性。因?yàn)橥瑯泳哂须S機(jī)特性， 無(wú)法從一個(gè)已 經(jīng)產(chǎn)生的序列的特性中判斷是真隨機(jī)序列還是偽隨機(jī)序列，只能根據(jù)序列的產(chǎn)生辦法來(lái)判斷。 偽隨機(jī)序列雖然只有兩個(gè)電平， 但 卻具有類似白噪聲的相關(guān)特性，只是幅度碼率分布不再服從高斯 分布。這些特性使得偽隨機(jī)序列得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在 CDMA統(tǒng)中作為擴(kuò)頻碼已成為CDM技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題。偽隨機(jī)序列一條周期序列應(yīng)該盡可能滿足以下幾個(gè)隨機(jī)性 準(zhǔn)則：1）大的周期：任意確定性算法生成的序列都是周期的，要想獲得好的隨機(jī)性，周期應(yīng)該盡量大；2）平衡性：在二元序列的一個(gè)周期段中，0與1的個(gè)數(shù)相羞要 盡量小。一條不平衡的偽隨機(jī)序列在實(shí)際應(yīng)

6、用中無(wú)疑會(huì)帶 來(lái)安全隱患；3）高的線性復(fù)雜度；一條序列的線性復(fù)雜度定義為生成該序 列的最短線性反饋移位寄存器的長(zhǎng)度。如果用L表示所考 慮序列的線性復(fù)雜度，使用 Berlekamp Masse媳法，只 需連續(xù)的2L比特就可以恢復(fù)整條序列，因此低線性復(fù)雜度 的序列做為密鑰流是很不安全的。4)良好的統(tǒng)計(jì)特性：Golomb為對(duì)于一條偽隨機(jī)序列， 在每 個(gè)周期內(nèi)，它的0/游程和1/游程的數(shù)目基本相等。5)二值自相關(guān)函數(shù)：GolombA為對(duì)于一條偽隨機(jī)序列， 它的 周期自相關(guān)函數(shù)應(yīng)該是二值的。 但是，在一般情況下這個(gè) 要求難以達(dá)到，人們退而要求偽隨機(jī)序列的自相關(guān)函數(shù)應(yīng) 該是低值的。擴(kuò)頻碼序列的設(shè)計(jì)就是構(gòu)造

7、不同結(jié)構(gòu)的具有良好特性的偽 隨機(jī)序列來(lái)滿足CDMA系統(tǒng)的要求。序列元素間有確定關(guān)系存在，但具有與隨機(jī)序列類似性質(zhì)的 一種特殊的離散信號(hào)形式，可表示為，Q-1 , Q 0, Q 1 , Q 2,其中a i可取值0, 1或1, -1 ;也可以取符號(hào)域 GF(q)中的 元素。前者叫二元序列，后者叫 q元序列。但實(shí)用中最主要的 還是前者。序列長(zhǎng)度可以為有限， 也可以為無(wú)窮。后者主要著重 的是周期序列，即存在最小正整數(shù)能，使對(duì)一切 i有ap= a p+i , p為周期。序列的各元素為相互獨(dú)立且具有相同分布的隨機(jī)變量時(shí)，稱為隨機(jī)序列。實(shí)際應(yīng)用的主要是偽隨機(jī)列。 它指序列元素間有確 定關(guān)系存在，但具有與隨機(jī)

8、序列類似的下列性質(zhì)：在有限長(zhǎng)度或一周期內(nèi)各元素個(gè)數(shù)相差不超過(guò)1,即接近等概率；出現(xiàn)l個(gè)相同值或稱l長(zhǎng)游程的概率接近1/ql ;相關(guān)函數(shù)產(chǎn)TR=S afac3=0相關(guān)函數(shù)四、幾種偽隨機(jī)序列的研究在通信中，我們經(jīng)常面對(duì)的其實(shí)是序列的非周期相關(guān)，因?yàn)樵谝话闱闆r下，確定序列的非周期相關(guān)是一件很困難的事，所以 人們轉(zhuǎn)而研究序列的周期相關(guān)， 周期為P白府列，碼元寬度為幅 值為+1或-1的矩形波信號(hào)，則 產(chǎn)列信號(hào)周期自相關(guān)函數(shù)是:1-程八t/WTc- l)Tc可以看出，序列的長(zhǎng)度P越大，自相關(guān)特性越接近零，序列 和自身的時(shí)間偏移就更易區(qū)分。 因此，將較長(zhǎng)的m序列作為擴(kuò)頻 地址碼以區(qū)分不同的用戶應(yīng)用在 CDM

9、A系統(tǒng)中顯得尤為重要。但P值過(guò)大則在給系統(tǒng)的同步及 PN碼捕獲造成困難的同時(shí)也增 加了接收設(shè)備和發(fā)射設(shè)備的復(fù)雜性om序列有很好的自相關(guān)特性,非常接近理想的偽隨機(jī)序列。 但n階線性移位寄存器產(chǎn)生的 m序列的數(shù)目弁不多。偽隨機(jī)序列 的互相關(guān)特性與自相關(guān)特性在 CDMA通信系統(tǒng)中同樣重要。 CDMA系統(tǒng)中的每個(gè)用戶都分配有特定的偽隨機(jī)序列作為擴(kuò)頻 （地址）序列，理想的情況是無(wú)用戶間的多址干擾各用戶的偽隨 機(jī)序列互相關(guān)為零。但實(shí)際上 CDMA通信系統(tǒng)中偽隨機(jī)序列的 互相關(guān)弁不為零。尤其是同周期的不同 nff列之間存在較大的互 相關(guān)峰值，如果直接用不同的m序列作為擴(kuò)頻地址碼來(lái)區(qū)分用戶， 則會(huì)產(chǎn)生很大的多

10、址干擾， 大大降低通信質(zhì)量。于是，人們又找 到了互相關(guān)值較小而序列數(shù)目較多的偽隨機(jī)序列應(yīng)用于CDMA系統(tǒng)中，其中包括Gold序歹I。但是，m序列、Gold序列和其它序列族的互相關(guān)值弁不為零， 而IS-95和DMA2000是同步CDMA系統(tǒng)，上行鏈路各終端信號(hào)在 基站解調(diào)器完全同步，克服了異步 CDMA多址技術(shù)由于每個(gè)移 動(dòng)終端發(fā)射的碼道信號(hào)到達(dá)基站的時(shí)間不同，造成碼道非正交所帶來(lái)的干擾，使使用正交擴(kuò)頻碼的各個(gè)碼道在解擴(kuò)是完全正交， 相互間不會(huì)產(chǎn)生多址干擾，大大提高了 CDMA系統(tǒng)容量，提高 了頻譜利用率，簡(jiǎn)化了硬件，降低了成本。因而采用了正交的 Walsh序列。五、結(jié)語(yǔ)隨著移動(dòng)通信越來(lái)越普及以及移動(dòng)數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的廣 泛使用，諸如移動(dòng)辦公及電子商務(wù)等應(yīng)用對(duì)第 3代移動(dòng)通信的質(zhì) 量