td-scdma碼字相關(guān)性及擾碼規(guī)劃

1、TD-SCDMA碼字相關(guān)性及擾碼規(guī)劃秦可嘉北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院,北京 (100876Email: zgrkwmz摘 要:本文就TD-SCDMA系統(tǒng)不同擴(kuò)頻因子時(shí)出現(xiàn)復(fù)合碼重碼的情況以及通過碼序列相關(guān)性的計(jì)算方法,對不同擾碼和復(fù)合碼的相關(guān)特性進(jìn)行了分析,同時(shí)闡述了TD-SCDMA擾碼規(guī)劃時(shí)應(yīng)注意的導(dǎo)頻沖突以及碼復(fù)用距離的問題,從而根據(jù)這些問題方面指導(dǎo)TD-SCDMA系統(tǒng)的擾碼規(guī)劃。關(guān)鍵詞:TD-SCDMA,擾碼,復(fù)合碼,重碼,相關(guān)性1 引言TD-SCDMA系統(tǒng)是一個(gè)碼分復(fù)用系統(tǒng),最終需要依據(jù)擴(kuò)頻碼和擾碼生成的復(fù)合碼來識別小區(qū)和用戶,由于TD-SCDMA系統(tǒng)的帶寬較窄,而且為了使聯(lián)合檢測

2、算法實(shí)現(xiàn)起來難度較小,因此TD-SCDMA的碼字較少,碼長較短。在WCDMA系統(tǒng)中,上行SF(擴(kuò)頻因子為4256,下行SF從4512。而在TD-SCDMA系統(tǒng)中,下行SF為16與1,上行為1,2, 4,8,16。相比于WCDMA,TD-SCDMA系統(tǒng)碼資源相對較少,因此TD-SCDMA擾碼規(guī)劃較WCDMA要求更高。TD-SCDMA擾碼是短碼,和信道碼形成的復(fù)合碼容易出現(xiàn)重碼。TD-SCDMA系統(tǒng)中的擾碼具有擾碼資源少、碼長度短、經(jīng)過位移后碼之間的互相關(guān)性變差等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)在很大程度上增加了系統(tǒng)擾碼分配的難度。在規(guī)劃時(shí),應(yīng)該考慮位移導(dǎo)致相關(guān)性能惡化的影響, 研究不同復(fù)合碼之間相關(guān)性,并如何通過

3、擾碼規(guī)劃來避免相互干擾。在鄰近的小區(qū)中應(yīng)該盡量選用相關(guān)性比較好的擾碼,并且應(yīng)為新小區(qū)預(yù)留一定的擾碼1。2 擴(kuò)頻與加擾過程經(jīng)過物理信道映射之后,信道上的數(shù)據(jù)將進(jìn)行擴(kuò)頻和擾碼處理。所謂擴(kuò)頻就是用高于數(shù)據(jù)比特速率的數(shù)字序列與信道數(shù)據(jù)相乘,相乘的結(jié)果擴(kuò)展了信號的帶寬,將比特速率的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成了具有碼片速率的數(shù)據(jù)流。擴(kuò)頻處理通常也叫做信道化操作,所使用的數(shù)字序列稱為信道化碼,這是一組長度可以不同但仍相互正交的碼組。擾碼與擴(kuò)頻類似,也是用一個(gè)數(shù)字序列與擴(kuò)頻處理后的數(shù)據(jù)相乘。與擴(kuò)頻不同的是,擾碼用的數(shù)字序列與擴(kuò)頻后的信號序列具有相同的碼片速率,所作的乘法運(yùn)算是一種逐碼片相乘的運(yùn)算。信道化碼與擾碼逐位相乘的結(jié)

4、果稱為復(fù)合碼2。 圖1 調(diào)制與擴(kuò)頻、加擾過程規(guī)范中一共規(guī)定了128個(gè)擾碼,被分成32組,每組4個(gè),擾碼碼組由基站使用的SYNC_DL序列確定,并且與midamble碼是一一對應(yīng)的關(guān)系。在用戶的數(shù)據(jù)信息中,擴(kuò)頻可以區(qū)分同時(shí)發(fā)送的多個(gè)用戶的信息,而加擾的過程是在用戶的數(shù)據(jù)信息中添加小區(qū)的特征信息,這樣在下行中,當(dāng)用戶接收到來自多個(gè)小區(qū)的信號時(shí),UE能夠識別出其中屬于自己的通信小區(qū)的信息;在上行中,基站能夠從眾多的信號中識別出實(shí)際和自己通信的用戶的信息。3 不同SF時(shí)復(fù)合碼出現(xiàn)重碼的情況復(fù)合碼可由擴(kuò)頻碼與擾碼逐元素相乘得到,為了研究方便,復(fù)合碼可旋轉(zhuǎn)以使第一個(gè)元素為正。SF=16時(shí),每個(gè)擾碼對應(yīng)的1

5、6個(gè)復(fù)合碼,形成一個(gè)復(fù)合碼集合。128個(gè)擾碼的復(fù)合碼集合中,可以被分為12組,每組包括的擾碼數(shù)量各不相同。同一組內(nèi),任意兩個(gè)擾碼之間都可能出現(xiàn)復(fù)合碼相同的情況,即出現(xiàn)重碼;而不同組之間的任意兩個(gè)擾碼之間都不會(huì)出現(xiàn)復(fù)合碼重合的情況。另外,同一分組內(nèi)任意兩個(gè)擾碼之間出現(xiàn)復(fù)合碼重合的情況也有所不同,當(dāng)OVSF碼取SF=16時(shí),每個(gè)OVSF碼與擾碼相乘得到的復(fù)合碼都一定會(huì)有且僅有一個(gè)OVSF碼與另一個(gè)擾碼相乘得到的復(fù)合碼出現(xiàn)重合,根據(jù)擾碼的不同,這種對應(yīng)關(guān)系不同并且沒有規(guī)律。表1 SF=16時(shí)TD-SCDMA擾碼分組A 1 5 26 27 29 303440424349535557 85 90B 2

6、6 8 11 16 214147485062657683 119 127C 3 4 7 12 13 182324353637394651 66 87D 9 10 14 15 19 2025283338456871105 117 118E 17 22 31 32 44 6079869395100106108110 125 12612810359F 521011218192G 5472 84 8811311661H 5682 89 97 9810278I 5812310970 77J 636973 80 94 9610711111412467K 6411211512012291 9910475L

7、74SF=8時(shí),長為16的擾碼對應(yīng)2個(gè)復(fù)合碼,用于擴(kuò)頻2個(gè)符號?？疾斓谝粋€(gè)符號使用的復(fù)合碼,即前8個(gè)碼片(chip。結(jié)果表明,長度為8的復(fù)合碼可分為7個(gè)復(fù)合碼集合。分析第二個(gè)符號使用的復(fù)合碼,分組集合的結(jié)論完全相同。當(dāng)OVSF碼取SF=8時(shí),出現(xiàn)復(fù)合碼重合的概率將更大,表1會(huì)合并為7個(gè)分組,每個(gè)分組內(nèi)任兩個(gè)擾碼的復(fù)合碼會(huì)出現(xiàn)復(fù)合碼重合的現(xiàn)象,而分組之間的擾碼則不會(huì)出現(xiàn)復(fù)合碼重合的情況。這7個(gè)分組的具體情況是:A組和C組合并, B、F和I組合并,G組和L組合并,H組和K組合并,外加獨(dú)立的D組、E組和J組。但在OVSF碼取SF=8時(shí),仍然是原來12個(gè)分組內(nèi)各自復(fù)合碼重合的情況最為嚴(yán)重,因?yàn)檫@時(shí)基帶

8、數(shù)據(jù)符號占用8個(gè)chip,16chip的擾碼與OVSF碼按位相乘,這兩個(gè)符號上復(fù)合碼重合是出現(xiàn)在相同的OVSF碼上的。表2 擴(kuò)頻因子SF=8和16時(shí),擾碼分組的對應(yīng)關(guān)系SF 分組8 16 A C B F I D E G L H K JSF=4時(shí),長度為16的擾碼對應(yīng)4個(gè)復(fù)合碼,每個(gè)長度為4chip,用于擴(kuò)頻4個(gè)符號?？疾斓谝粋€(gè)符號使用的復(fù)合碼,長度為4的復(fù)合碼可以分為2組。分析其他符號使用的復(fù)合碼,可以得到完全相同的結(jié)論。當(dāng)SF=1和2時(shí),復(fù)合碼的分組集合情況進(jìn)一步減少,TD-SCDMA系統(tǒng)不同SF取值時(shí)所對應(yīng)的出現(xiàn)復(fù)合碼相同集合的擾碼分組如表3所示。在3GPP 協(xié)議中,廣播信道固定采用SF=

9、16時(shí)的前兩個(gè)信道化碼3,因此在SF=16時(shí)的同一復(fù)合碼集中,若不同擾碼生成的前兩組復(fù)合碼一樣,即使相鄰小區(qū)使用了不同的擾碼,但由于P-CCPCH 的復(fù)合碼相同的,仍會(huì)引起沖突。因此使用相同廣播信道復(fù)合碼的兩個(gè)小區(qū),需要有足夠的空間間隔距離以降低相互之間的干擾。表3 擴(kuò)頻因子SF=8和16時(shí),擾碼分組的對應(yīng)關(guān)系Group Group Group Group GroupSF =1 SF=2 SF=4 SF=8 SF=16擾碼標(biāo)識11 5 26 27 29 30 34 40 42 43 49 53 5557 85 90133 4 7 12 13 18 23 24 35 36 37 39 4651

10、66 873 49 10 14 15 19 20 25 28 33 38 45 6871 105 117 1187 54 81 92 101 121512 74 75 91 99 104 112 115 120 12217 10 63 69 70 77 109 12322 6 8 11 16 21 41 47 48 50 62 65 76 83119 1276 52 59 103 12829 58 78 82 89 97 98 1024 517 22 31 32 44 60 79 86 93 95 100106 108 110 125 1268 56 61 72 84 88 113 1161

11、12611 64 67 73 80 94 96 107 111 114 124通過遍歷SF=16時(shí)出現(xiàn)的復(fù)合碼重碼表,可以得到前兩組復(fù)合碼相同的擾碼號,即出現(xiàn)廣播信道沖突的擾碼對,因?yàn)門D-SCDMA的廣播信道SF固定為16,因此不需要對其余SF值的情況下的分組進(jìn)行廣播信道考慮。表4 出現(xiàn)PCCPCH沖突的擾碼1,26 2,119 3,7 4,66 5,34 6,488,83 9,68 10,45 11,41 12,23 13,3714,28 15,117 16,62 17,93 18,87 19,3320,105 21,127 22,108 24,35 25,71 27,5729,53 30

12、,90 31,106 32,44 36,39 38,11840,43 42,85 46,51 47,65 49,55 50,7656,116 59,103 60,125 61,72 63,69 64,12467,73 79,100 81,121 86,126 88,113 91,12294,96 95,110 99,104 111,114112,1154 擾碼和復(fù)合碼之間的相關(guān)性常用偽隨機(jī)碼序列的相關(guān)性有自相關(guān)性和互相關(guān)性之分4。自相關(guān)性反映了序列與它自身移位以后的相似性問題,互相關(guān)性反映了兩個(gè)序列(及其有相對偏移時(shí)之間的相似性問題。對于雙極性碼序列而言,相關(guān)系數(shù)的正負(fù)號只表示相關(guān)的方向,絕對

13、值表示相關(guān)的程度。序列的相關(guān)性為零時(shí),即為正交。通常按下是這樣認(rèn)為的:±0.00-±0.30 微相關(guān)±0.30-±0.50 實(shí)相關(guān)±0.50-±0.80 顯著相關(guān)±0.80-±1.00 高度相關(guān)4.1 擾碼的相關(guān)性TD-SCDMA 擾碼為短碼,因此擾碼的相關(guān)性并不好,特別是在由于傳輸距離的差異而產(chǎn)生碼片偏移的情況下。相鄰小區(qū)使用的擾碼的相關(guān)性差,會(huì)產(chǎn)生較大的干擾,嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能,因此需要對擾碼的相關(guān)性進(jìn)行分析,以便在進(jìn)行擾碼規(guī)劃的時(shí)候充分考慮擾碼間相關(guān)性的影響,獲得更為合理的擾碼分配方案。TD-SCDMA 系統(tǒng)

14、的128 個(gè)擾碼均為雙極性碼,擾碼相關(guān)性計(jì)算公式:11i Nab ii R a b N = (1 式中N 是碼a 和b 的長度,在TD SCDMA 系統(tǒng)中N =165。由于實(shí)際系統(tǒng)中多徑信號的影響,接收到的信號會(huì)產(chǎn)生一定延遲。 擾碼的自相關(guān)性主要分析延遲一定碼片后的擾碼的自相關(guān)性6。可以用下式計(jì)算擾碼序列的循環(huán)移位自相關(guān)性。1(mod 01,(mod ,(mod 0i Na M i N i m N R a a M i m N i m N N =+=+ (2 式中N 是碼的長度,在TD SCDMA 系統(tǒng)中N =16。m 是擾碼序列之間的偏移碼片數(shù),為-N +1到N -1之間的整數(shù)考慮TD 系統(tǒng)擾

15、碼的移位相關(guān)性,由于擾碼長度為16 個(gè)碼片,以碼片移位0-15 為考察范圍,在實(shí)際的通信系統(tǒng)中,兩個(gè)擾碼出現(xiàn)碼片偏移的原因是使用兩個(gè)擾碼的小區(qū)到達(dá)接收點(diǎn)的距離存在差異5?？梢杂孟率接?jì)算兩個(gè)擾碼序列之間的循環(huán)移位互相關(guān)性。1(mod 01,(mod ,(mod 0i Nab M i N i m N R a b M i m N i m N N =+=+ (3 式中N 是碼a 和b 的長度,在TD SCDMA 系統(tǒng)中N =16。m 是擾碼序列a 和b 之間的偏移碼片數(shù),為-N +1到N -1之間的整數(shù)。4.2 復(fù)合碼集合之間的相關(guān)性由于實(shí)際用來區(qū)分和識別用戶是由擾碼和信道化碼逐位相乘所得到的復(fù)合碼,

16、因此當(dāng)擾碼不同時(shí),仍有可能由于復(fù)合碼相同而產(chǎn)生無法區(qū)分用戶的現(xiàn)象。即使是復(fù)合碼不同的情況下,如果不同復(fù)合碼之間的互相關(guān)性較大,仍會(huì)造成較強(qiáng)的干擾,因此復(fù)合碼之間的互相關(guān)性比單獨(dú)的研究擾碼之間的互相關(guān)特性更有必要。對于復(fù)合碼兩個(gè)復(fù)合碼序列x =(x 1,x 2,x N 和y =(y 1,y 2,y N ,可以采用下式來計(jì)算之間的互相關(guān)性:10*10(0N m n m n n xy yx x y m N R m R m m +=< (4 根據(jù)之前已經(jīng)得出的不同SF 下的擾碼序號出現(xiàn)復(fù)合碼重碼的集合情況可以得到不同SF 下復(fù)合碼集合之間的復(fù)合碼序列最大互相關(guān)值,集合之間的復(fù)合碼互相關(guān)特性并不相

17、同。在SF=16時(shí),某些擾碼組間的最大互相關(guān)可能較大(如0.875, 0.9375,如果相鄰小區(qū)使用這樣的擾碼對可能導(dǎo)致較強(qiáng)的小區(qū)間干擾,在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中須盡量加以避免。 表5 擴(kuò)頻因子SF=16時(shí),復(fù)合碼集合之間的最大互相關(guān)值 復(fù)合碼組 最大互相關(guān) 復(fù)合碼組 最大互相關(guān) 復(fù)合碼組 最大互相關(guān)1,2 0.5625 3,5 0.5625 5,12 0.9375 1,3 0.875 3,6 0.6875 6,7 0.875 1,4 0.875 3,7 0.6875 6,8 0.75 1,5 0.5625 3,8 0.5625 6,9 0.5625 1,6 0.5625 3,9 0.5625 6,10

18、0.625 1,7 0.5625 3,10 0.5625 6,11 0.75 1,8 0.5625 3,11 0.6875 6,12 0.625 1,9 0.5625 3,12 0.5625 7,8 0.625 1,10 0.5625 4,5 0.5625 7,9 0.625 1,11 0.5625 4,6 0.6875 7,10 0.5625 1,12 0.5625 4,7 0.6875 7,11 0.875 2,3 0.5625 4,8 0.5625 7,12 0.5625 2,4 0.5625 4,9 0.5625 8,9 0.75 2,5 0.75 4,10 0.5625 8,10 0

19、.875 2,6 0.5625 4,11 0.6875 8,11 0.5625 2,7 0.5625 4,12 0.5625 8,12 0.875 2,8 0.8125 5,6 0.6875 9,10 0.875 2,9 0.9375 5,7 0.5625 9,11 0.75 2,10 0.9375 5,8 0.9375 9,12 0.875 2,11 0.6875 5,9 0.8125 10,11 0.625 2,12 0.8125 5,10 0.8125 10,12 0.75 3,4 0.75 5,11 0.5625 11,12 0.625同樣可以根據(jù)SF=8的復(fù)合碼分組集合來計(jì)算此時(shí)各碼

20、組之間的最大互相關(guān)值,只是碼長變?yōu)榱?位而已。SF=8時(shí)復(fù)合碼集合之間的最大互相關(guān)值見表6。在SF=4時(shí),只有兩個(gè)復(fù)合碼集合,它們之間的最大互相關(guān)為0.75,而在SF=1和2時(shí),只有一個(gè)復(fù)合碼集合,顯然相關(guān)性退化為自相關(guān)值,最大為1。表6 擴(kuò)頻因子SF=8時(shí),復(fù)合碼集合之間的最大互相關(guān)值 復(fù)合碼組 最大互相關(guān) 復(fù)合碼組 最大互相關(guān) 復(fù)合碼組 最大互相關(guān)1,2 0.625 2,4 0.625 3,7 0.625 1,3 0.75 2,5 0.75 4,5 0.875 1,4 0.625 2,6 0.625 4,6 0.875 1,5 1,6 1,7 2,3 0.625 0.625 0.625 0

21、.625 2,7 3,4 3,5 3,6 0.875 0.625 0.875 0.875 4,7 5,6 5,7 6,7 0.625 0.75 0.625 0.75 5 擾碼的最小復(fù)用距離 擾碼規(guī)劃中的一個(gè)關(guān)鍵方面是確定可以使用相同的一套碼組的最小距離, 這個(gè)距離也稱 作復(fù)用距離.假設(shè)第 i 個(gè)和第 j 個(gè)小區(qū)使用相同的碼組,小區(qū)間的(可以認(rèn)為是基站之間的 距離為 Lij,兩個(gè)小區(qū)的半徑為 Ri 和 Rj,則 Lij 必須足夠遠(yuǎn),才能滿足較遠(yuǎn)處基站發(fā)送信號的 功率遠(yuǎn)小于主基站的功率7.因此有 10log( Lij max( Ri , R j 10log(max( Ri , R j > p

22、assloss (5 圖 2 距離為 Lij 的兩個(gè)小區(qū) 其中 是路徑損耗系數(shù),passloss 是路徑損耗差值,10log(Lij -max(Ri,Rj表示遠(yuǎn)處基站 信號的最小路徑損耗, 減號后的式子表示主基站的最大路徑損耗. 從上式可兩個(gè)基站之間 的最小距離,即 passloss 10 Lij > m ax( R i , R j (1 + 10 (6 當(dāng)選取網(wǎng)絡(luò)中最大的小區(qū)半徑時(shí)的 Lreuse 就是碼的最小復(fù)用距離8. 6 TD-SCDMA 擾碼規(guī)劃應(yīng)注意的基本問題 通過以上的分析,可知在TD-SCDMA系統(tǒng)的擾碼進(jìn)行規(guī)劃時(shí),需要注意以下基本方面: (1由于擾碼和復(fù)合碼之間的互相關(guān)

23、性不同,因此相鄰小區(qū)的擾碼盡量選取相關(guān)性較小的擾 碼和復(fù)合碼組; (2不要出現(xiàn)廣播信道沖突, 相同廣播信道的復(fù)合碼復(fù)用距離應(yīng)該足夠大; (3 應(yīng)以碼組為規(guī)劃單位,每個(gè)下行同步碼對應(yīng)的4個(gè)擾碼不能同時(shí)使用9;(4擾碼復(fù)用距離應(yīng) 盡可能大,至少要在擾碼最小復(fù)用距離以上. 7 結(jié)論 本文分析了 TD-SCDMA 系統(tǒng)信道化碼與擾碼形成的復(fù)合碼集合在不用 SF 情況下出現(xiàn) 重碼的情況,擾碼和復(fù)合碼之間的相關(guān)特性以及擾碼的最小復(fù)用距離,通過這些方面得到 TD-SCDMA 系統(tǒng)擾碼規(guī)劃時(shí)應(yīng)注意的基本問題.當(dāng)然,在實(shí)際規(guī)劃中還應(yīng)有更多的細(xì)節(jié)方 面的約束也必須給予考慮. -6- 參考文獻(xiàn) 1 張健明,楊大成.

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