m序列与OVSF码
CDMA简介

H 4 H 22
H2 H2
1 1 1 1 0 0 H 2 1 1 1 1 0 1 H 2 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1
0 0 1 1
0 1 1 0
Hadamard矩阵与walsh矩阵对应关系:
Gold序列
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值并不都好。于 是提出了一种基于m序列的码序列,称为Gold 码序列。这种序列有较优良的自相关和互相关 特性,构造简单,产生的序列数多,因而获得 了广泛的应用。
如有两个m序列,它们的互相关函数的绝对值有界,且满足 以下条件:
1、有尖锐的自相关特性,即要有好的自相关系数,自相关 旁瓣要小; 2、有处处为零的互相关值,即要有好的互相关特性,互相 关系数要很小; 3、在保证自相关和互相关特性条件下,要有足够的不同结 构的码序列,提供足够多的地址数; 4、为保证信号的多址干扰具有近似白噪声特性,一定要选 用具有一定长度的码序列,即有尽可能大的复杂度; 5、编码器要易于实现、设备简单、成本低; 6、新地址电台接入系统的时间尽可能短,各电台更换地址 方便迅速; 7、易于实现系统的同步,捕获电台地址速度要快;
m序列
m序列是由n级线性移位寄存器产生的周期为P=2n-1的码序 列,是最长线性移位寄存器序列的简称。 码分多址系统主要采用两种长度的m序列:一种是周期为 P=215-1的m序列,又称为短PN序列;另一种是周期为 P=242-1的m序列,又称为长PN序列。
n级m序列的码序列发生器如图所示。Xi为移位寄存器,Aj 是相乘系数,对二值序列,这些序数也是二值:0或1。这 样,产生的二值序列的序列值:
1-2第三代移动通信技术的关键技术

学习目标:1、了解移动通信信道2、初步掌握扩频通信系统的技术特点3、了解数字调制技术、信源编码技术、信道编码技术4、了解功率控制技术、发送接收技术、蜂窝组网技术随着社会的不断进步、经济的飞速发展,对信息传输的需求越来越大,信息传输在工作、生活中的作用也越来越重要,“社会需求就是科学与技术发展的动力”,现代移动通信在经历了第一代模拟通信系统和第二代数字通信系统(以GSM和窄带CDMA为代表)之后,为适应市场发展的要求,由国际电信联盟(ITU)主导协调,自1996年开始了第三代(3G)宽带数字通信系统的标准化进程。
3G系统采用了无线宽带传输技术、复杂的编译码技术、调制解调技术、快速功率控制技术、多用户检测技术、智能天线技术、蜂窝组网技术等。
2.1 移动通信信道信道是信号的传输介质,可分为有线信道和无线信道两类。
移动通信中的各种新技术,都是针对无线信道的特点,优化解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性。
从移动通信信道中的电波传播来看,可分为以下几种形式:(1 )直射波(2 )反射波(3 )绕射波(4 )散射波2.1.2 接收信号的4种效应移动通信信道有3个主要特点:信号传播的开放性,接收点地理环境的复杂性和多样性,以及通信用户的随机移动性。
无线电波有3种主要传播形式:直射、反射、绕射,在它们的共同作用下,接收信号具有4种主要效应:阴影效应、远近效应、多径效应和多普勒效应。
(1)阴影效应(2)远近效应(3)多径效应(4)多普勒效应图2-1 多径效应图2-2 多普勒效应2.1.3 接收信号的3类损耗在移动通信信道的3个主要特点和无线电波传播的3种主要形式的共同作用下,接收信号又具有3类不同层次的损耗:路径传播损耗、大尺度衰落损耗和小尺度衰落损耗。
(1)路径传播损耗(2)大尺度衰落损耗(3)小尺度衰落损耗图2-3 大尺度衰落和小尺度衰落2.1.4 移动通信中的噪声和干扰在移动通信中,严重影响移动通信系统性能的主要噪声和干扰可分为四类:加性白高斯噪声(Additional White Gauss Noise,AWGN)、符号间干扰(Intersymbol Interference,ISI)、多址干扰(Multiple Access Interference,MAI)和相邻小区(扇区)干扰(Adjacent Cell (Sector) Interference,AC(S)I)。
码分多址(CDMA)移动通信

码分多址(CDMA)移动通信由于第三代移动通信的空中接口的标准大多是基于cdma技术的,本文详细的介绍了一下CDMA技术的发展历程,它的主要特点以及当前占主流地位的两种宽带cdma技术的主要异同。
以及WCDMA与第二代技术相比所具有的优点。
一、CDMA技术的发展历程CDMA即码分多址,起源于扩频技术。
由于扩频技术具有抗干扰能力强、保密性能好的特点,80年代就在军事通信领域获得了广泛的应用。
为了提高频率利用率,在扩频的基础上,人们又提出了码分多址的概念,即在同一频带内,利用不同的地址码来区分无线信道。
尽管人们已经看到这种技术的诸多优越性,但实现起来的难度较大。
1990年。
美国的Qualcomm公司在曼哈顿区进行了小型实验,虽然只有三个基站和两个原始的移动台,但已证明许多性能都是成功的,1990年7月将“CDMA数字空中接口标准窝双模式移动台一基站兼容标准”第一草案提交给有关的厂家。
1993年,美国通信工业协会(TIA)正式通过CDMA的空中接口标准--TA IS-95,Qualcomm公司已经设计开发了用于CDMA系统的超大规模集成电路芯片作为系统用户设备和基站的元件,并于1995年生产出CDMA的基础设备和配套设备。
目前,CDMA作为新兴的蜂窝移动通信技术,已被众多的通信设备制造商和移动通信运营商看好。
可提供CDMA设备的厂商已有MOTOROLA LUCENT NORTFIQUALCOMM、三星电子等四十多家。
同时,CDMA也在世界各地加快了商用化的进程。
例如,在香港世界上第一个CDMA商用网已于1995年9月向公众提供服务。
其后,韩国、美国、俄罗斯、巴西等国家也相继开通了CDMA商用网。
在中国也利用800MHZ 频段,组建了 CDMA移动通信网--一中国电信长城网",在北京、广州、上海、西安等地开通。
1998年 3月,中国联通公司的第一个CDMA试验网在天津首次开通,在上海和广州的试验网也正在建设之中。
CDMA码序列

(函数2)在除一个W周20r (期i) 内均以值外为,0其。他
Wn 2r
(i)
(n≠0)
(3)两个沃尔什函数相乘,乘积仍是沃尔什函数。
(4) 沃尔什函数集是完备的,即长度为N的沃尔什
函数(序列)有N个(相互正交)
(5) 沃尔什函数在完全同步时是完全正交的。
(6) 当不同步时,其自相关与互相关特性均不理想,
。
Ci=45时序列发生器各级变化状态,初始状态为00001。
输出:1000010010110011111000110111010
初始状态为10001的话,
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Ci=45时,输出: 1000010010110011111000110111010
Ci=67时,输出: Ci=75时,输出:
图3-3 非m序列产生电路
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m序列应该满足的条件: 周期 由反馈系数决定(最长线性)
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图3-4中反馈输出an与移位寄存器状态an-1an-2…a0的关系 可用下式所示。
an c1an1 c2an2 cna0
其中系数仅取0或1,当ck=0时,图3-4中反馈连接断开;当 ck=1
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结论:
反馈逻辑同,不同初始状态,还是m序列, 只是起始状态不同而已。
不同的反馈逻辑,n 同, m序列不同
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2. m序列的计数
对于不同的移位寄存器级数n,所能产生的m序 列数(生成多项式个数)是一定的。一般来说, n越大,所能产生的m序列数越多,其数量由下
Jn
图3-4 线性反馈移位寄存器序列发生器逻辑框图
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x2
生成多项式f(x)
WCDMA 系统扰码的规划的研究

WCDMA系统扰码规划的研究摘要本文以扰码规划对小区搜索速度,以及同扰码干扰两方面对网络影响分析为基础,提出扰码规划的原则和方法,对相关工作开展具有参考价值。
关键词:WCDMA系统、扰码、网络规划ABSTRACTBased on scrambling code planning on cell search speed, as well as with scrambling code interference two aspects influence on network analysis based on scrambling code planning, puts forward the principles and methods of the related work, has the reference value.KEY WORDS:The WCDMA system, a scrambling code, network planning目录摘要 (2)ABSTRACT (2)1扰码基础知识 (4)1.1扰码的构成 (4)1.2扰码组 (4)2扰码规划和小区搜索 (5)3扰码规划和干扰隔离 (5)4扰码规划的原则和方法 (6)4.1基本原则 (6)4.2扰码组中的扰码最小化 (6)4.3扰码组最小化 (6)4.4其他考虑 (6)5扰码规划案例 (7)参考文献 (9)附:作者简介................................................................................................. 错误!未定义书签。
1 扰码基础知识WCDMA系统中主要涉及两类码字:扰码和信道化码。
信道化码也叫正交可变扩频因子码(OVSF)。
它的作用是实现扩频和区分不同的物理信道。
这和窄带CDMA系统中的Walsh函数的作用是相似的。
现代无线通信原理:第四章 多址技术(2018)

带宽的比值来近似估算系统的扩频处理增益,
GP =
B F
4.1.1 扩频通信理论基础
iHale Waihona Puke 例2 有一个扩展频谱通信系统,信号扩频后带宽为20MHz, 原始基带信号带宽为20KHz,则系统的扩频处理增益为GP?
Gp=10 lg[20 106(20 103)]=30 (dB)。
4.1.2 扩频通信方法
◼ 目前,最基本的展宽频谱的方法有三种
2
e
1.44
令x = S/(N0B),代入上式得
lim C
B→
=
S N0
lim
B→
N0B S
log2 (1+
S )
N0 B
=
S N0
log2
e
= 1.44
S 极限值
N0
◼上式表明,保持S/N0一定,即使增加信号带宽B→ ,信 道容量C也是有限的。原因是当信号带宽B→ 时,噪声功率 N也趋于无穷大。
4.1.1 扩频通信理论基础
S )
N0 B
4.1.1 扩频通信理论基础
由香农定理可以得到如下结论:
1) 增大信号功率S可以增加信道容量,从而增加了信息传输
的极限速率Ri。若信号功率趋于无穷大,则信道容量也趋于无
穷大,即
lim
S→
C
=
lim
S→
B log2 (1+
S )
N0B
→
2) 减小噪声功率N(或减小噪声功率谱密度N0)可以增加信 道容量,若噪声功率趋于0(或噪声功率谱密度N0趋于0),则 信道容量趋于无穷大,即
4.1.3 跳频系统(4)
◼ 接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器,使 其与发端的频率作相同的改变,即收发跳频必须同 步,这样,才能保证通信的建立。解决同步及定时 是实际跳频系统的一个关键问题。
CDMA码序列

5
1
PN码
在扩频通信系统中,扩频码常采用伪随机序列。伪随机序列常 以PN表示,称为伪随机码或伪码。 PN码具有类似噪声序列的性质,是一种貌似随机但实际上有 规律的周期性二进制序列。伪随机码的码型将影响码序列的相关 性,序列的码元(称为码片CHIP)长度将决定扩展频谱的宽度。 因此伪随机码的设计直接关系到扩频通信质量的好坏。
1)PN码的产生原理
CDMA(IS-95)中就是利用了MSRG来生成m序列。 m序列的正交性不如Walsh码,这体现在同一级数m序列的互 相关特性上。m序列的互相关性大于0,这也是使用Walsh码,而 不直接使用m序列的重要原因。 m序列的自相关性很强,当级数很大的时候,不同相位的m序 列可以看成是正交的。
1)PN码的产生原理
(1)简单式码序列发生器(SSRG) 其输入由移位寄存器中若干级的输出经模2加后得到,相当于反馈 输入,这些反馈输入中至少包括最后一级的输出。 用多项式来表达反馈输入,称为m序列的生成多项式。 f(x)=C0+C1x1+C2x2+……+ Cn-1xn-1+Cnxn f(x)代表反馈输入,xn代表第n级的输出,C0~Cn代表反馈。注 意公式中的加法为模2加,m序列发生器要求C0和Cn必须为1。
任务4 CDMA编码技术 任务5 CDMA切换技术 任务6 CDMA功率控制技术
任务7 CDMA接收和检测技术
问题引入
1. 在CDMA系统中,扩频过程实现的关键是采用了合 理实用的码序列,那么在CDMA系统中采用了哪些码序 列? 2. 各种序列如何生成、有哪些特点、应用的领域是怎 样的?
3
前 言
图2-13
OVSF码树代移动通信系统WCDMA就是采用这种正交可变扩频码, 它对不同的速率和扩频因子均可保持下行信道间的正交性。 例:设用户甲信息速率为76.8kbit/s;用户乙信息速率为 153.6kbit/s;用户丙信息速率为307.2kbit/s。经扩频后3个用户扩 展到同一个码片速率1.2288Mbit/s。 不同周期长度即不同扩频比的Walsh正交设计的树形结构图如 图2-10所示:
m序列与OVSF码

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2.2 游程特性(游程分布的随机性)
我们把一个序列中取值(1 或 0)相同连在一起的元素合称为一个游程。在一个 游程中元素的个数称为游程长度。
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m序列的一个周期(p=2n-1)中,游程总数为2n-1。其中长度为 1 的游程个数 占游程总数的 1/2;长度为 2 的游程个数占游程总数的1/22=1/4;长度为 3 的游 程个数占游程总数的 1/2 3=1/8; ……一般地,长度为k的游程个数占游程总数 的 1/2k=2-k,其中 1≤k≤(n-2)。而且,在长度为k 游程中,连 1游程与连 0 游程 各占一半,长为(n-1)的游程是连 0 游程, 长为 n 的游程是连 1 游程。
记为-1,将每次取样所得极性排成序列, 可以写成 …+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,… 这是一个随机序列, (1) 序列中+1 和-1 (2) 序列中长度为 1 的游程约占 1/2, 长度为 2 的游程约占 1/4,长度为 3 的游
程约占 1/8, … 一般地, 长度为k的游程约占1/2k,而且+1, -1 游程的数目各占一半;
a1, a2, a3,, ap ( p 2n 1)
经过j次移位后,m序列为
a j1, a j2 , a j3 ,, a j p
其中ai+p=ai(以 p 为周期),以上两序列的对应项相乘然后相加, 利用所得的总和
p
a1 a j1 a2 a j2 a3 a j3 ap a j p aia ji
n=length(fbconnection)-1; N=2^n-1; tempregister=fliplr(fbconnection); register=[zeros(1,n-1),1]; mseq=zeros(1,N); for i=1:N mseq(i)=register(1); temp=mod(sum([register
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fbconnection=[1 1 0 0 0 1]; case 6
n=length(fbconnection)-1; N=2^n-1; tempregister=fliplr(fbconnection); register=[zeros(1,n-1),1]; mseq=zeros(1,N); for i=1:N mseq(i)=register(1); temp=mod(sum([register
0].*tempregister),2); for j=1:n-1 register(j)=register(j+1); end register(n)=temp;
end end
fbconnection=[1 1 0 0 0 0 1];
case 7
fbconnection=[1 0 0 1 0 0 0 1];
图 2 m序列产生器
function mseq=msequence(len) if len<=1||len>=10
disp('输入一个大于1小于10的数') mseq=0; else switch len case 2
fbconnection=[1 1 1]; case 3
fbconnection=[1 1 0 1]; case 4
1.
递推关系式又称为反馈逻辑函数或递推方程。设图10-1 所
示的线性反馈移位寄存器的初始状态为(a0 a1 …an-2 an-1), 经一 次移位线性反馈,移位寄存器左端第一级的输入为
n
an c1an1 c2an2 cn1a1 cna0 ciani
i 1
若经k次移位,则第一级的输入为
end end
temp=0; for s=2:yp+1
temp=temp+s*account(s); end account(1)=n-temp;
x15 1 (x 1)(x2 x 1)(x4 x 1) (x4 x3 1)((x4 x3 x2 x 1)
+
1
2
3
4
a3
a2
a1
a0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
ak 0
0
1
1
Hale Waihona Puke 1001
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
… … … …
m序列
1 m序列的产生 2 m序列的性质
m序列的产生
线性反馈移位寄存器
+
+
c0=1
c1
c2
1 an-1
2 an-2
+
n-1 a1
cn-1 n
a0
cn=1 输出 ak
图 1 线性反馈移位寄存器
由于带有反馈,因此在移位脉冲作用下,移位寄存器各 级的状态将不断变化,通常移位寄存器的最后一级做输出, 输出序列为
function account=youlen(seq) n=length(seq); yp=log2(n+1)-1; account=zeros(1,yp+1); account(yp+1)=1; for i=2:yp %i是游程数
for j=1:(n-i+1) %j是遍历 temp=1; %temp是是否计算游程的标志 for k=j:(j+i-2) %k游程遍历 if seq(k)~=seq(k+1) temp=0; end if j>1 if seq(j)==seq(j-1) temp=0; end end if j+i<n if seq(j+i-1)==seq(j+i) temp=0; end end end if temp==1; account(i)=account(i)+1; end
{ak } a0a1 an1
输出序列是一个周期序列。其特性由移位寄存器的级数、 初始状态、反馈逻辑以及时钟速率(决定着输出码元的宽度)所 决定。当移位寄存器的级数及时钟一定时,输出序列就由移 位寄存器的初始状态及反馈逻辑完全确定。当初始状态为全 零状态时,移位寄存器输出全 0 序列。为了避免这种情况, 需设置全 0 排除电路。
2.2 游程特性(游程分布的随机性)
我们把一个序列中取值(1 或 0)相同连在一起的元素合称 为一个游程。在一个游程中元素的个数称为游程长度。
m序列的一个周期(p=2n-1)中,游程总数为2n-1。其中长 度为 1 的游程个数占游程总数的 1/2;长度为 2 的游程个数 占游程总数的1/22=1/4;长度为 3 的游程个数占游程总数的 1/2 3=1/8; ……一般地,长度为k的游程个数占游程总数的 1/2k=2-k,其中 1≤k≤(n-2)。而且,在长度为k 游程中,连 1游 程与连 0 游程各占一半,长为(n-1)的游程是连 0 游程, 长 为 n 的游程是连 1 游程。
(3) f(x)除不尽(xq+1), q<p。
则称f(x)为本原多项式。
m序列产生器
现以n=4为例来说明m序列产生器的构成。用 4 级线性反 馈移位寄存器产生的m序列,其周期为p=24-1=15,其特征多 项式f(x)是 4 次本原多项式,能整除(x15+1)。先将(x15+1)分解 因式,使各因式为既约多项式,再寻找f(x)。
case 8
fbconnection=[1 0 1 1 1 0 0 0 1];
case 9
fbconnection=[1 0 0 0 1 0 0 0 0 1];
end
2 m 序列的性质
2.1 均衡特性(平衡性)
m序列每一周期中 1 的个数比 0 的个数多 1 个。 由于 p=2n-1 为奇数,因而在每一周期中 1 的个数为(p+1)/2=2n-1为 偶数,而0 的个数为(p-1)/2=2n-1-1 为奇数。上例中p=15, 1 的 个数为 8,0 的个数为 7。当p足够大时,在一个周期中 1 与 0 出现的次数基本相等。
n
al ciali
i 1
其中,l=n+k-1≥n, k=1,2,3,…
2. 用多项式f(x)来描述线性反馈移位寄存器的反馈连接状态:
n
f ( x) c0 c1x cn xn ci xi
i0
若一个n次多项式f(x)
(1) f(x)为既约多项式(即不能分解因式的多项式)
(2) f(x)可整除(xp+1), p=2n-1;