專利名稱：使用具有零相關(guān)區(qū)特性的二進(jìn)制碼序列集的自適應(yīng)無(wú)干擾擴(kuò)頻系統(tǒng)的制作方法
專利說(shuō)明使用具有零相關(guān)區(qū)特性的 二進(jìn)制碼序列集的自適應(yīng)無(wú)干擾擴(kuò)頻系統(tǒng) [技術(shù)領(lǐng)域]本發(fā)明涉及一個(gè)二進(jìn)制直接序列(DS)擴(kuò)頻(SS)系統(tǒng)，特別是DSCDMA系統(tǒng)，它通過(guò)使用具有零相關(guān)區(qū)(ZCZ)特性的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列集，工作于無(wú)干擾方式，以消除多址干擾和系統(tǒng)中的其它負(fù)面影響。未來(lái)數(shù)字通信系統(tǒng)將以高吞吐量、綜合業(yè)務(wù)和靈活性為特點(diǎn)。直接序列(DS)擴(kuò)頻(SS)系統(tǒng)、特別是DS-SS碼分多址(CDMA)方案已經(jīng)成為許多數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信和無(wú)線個(gè)人通信系統(tǒng)的推選技術(shù)。蜂窩CDMA比TDMA或FDMA系統(tǒng)有許多潛在優(yōu)勢(shì)，比如高頻譜效率、適度惡化、抗多徑能力、頻率分集與抗干擾能力等。
一個(gè)典型的直接序列(DS)擴(kuò)頻系統(tǒng)，如

圖1所示，由調(diào)制器(1)和解調(diào)器(2)組成，其中擴(kuò)頻是將經(jīng)過(guò)編碼和交織后的輸入數(shù)據(jù)乘以一個(gè)二進(jìn)制擴(kuò)頻序列(3)，解擴(kuò)是將接收信號(hào)乘以同一個(gè)二進(jìn)制擴(kuò)頻序列(3)，隨后是低通濾波器(LPF)、譯碼器和解交織器。其中每個(gè)用戶的擴(kuò)頻序列的比特速率通常遠(yuǎn)高于輸入的編碼數(shù)據(jù)的比特速率，因此擴(kuò)展了系統(tǒng)的頻譜。擴(kuò)頻序列的比特速率與輸入數(shù)據(jù)速率的比值被稱為擴(kuò)頻因子(SF)。由于擴(kuò)頻序列類似于沖激的自相關(guān)特性，所想要的信號(hào)到達(dá)接收端后被解擴(kuò)。當(dāng)解擴(kuò)作用于其它用戶信號(hào)產(chǎn)生的干擾時(shí)，就沒(méi)有解擴(kuò)。也就是說(shuō)，每個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)好象是與使用同一頻帶的其它用戶信號(hào)是不相關(guān)的。因此，CDMA碼應(yīng)該被設(shè)計(jì)成具有很小的自相關(guān)邊峰(最好為零邊峰)和很小的互相關(guān)(最好為零互相關(guān))。
給定序列數(shù)目為M(該集之中的序列數(shù))，每一個(gè)序列長(zhǎng)度為L(zhǎng)的序列集{a(r)n},r=1,2,3…,M,n=0,1,2,3…,L-1，則周期自相關(guān)函數(shù)(ACF,r=s)和周期互相關(guān)函數(shù)(CCF,r≠s)定義為Rr,s(τ)=Σn=0L-1an(r)an(s)+τ]]>其中下標(biāo)求和n+τ為模L求和。
在理想情況下，要求ACF為沖激函數(shù)，而CCF應(yīng)處處為零。但是，已經(jīng)證明，不可能設(shè)計(jì)出具有理想沖激自相關(guān)函數(shù)和理想零互相關(guān)函數(shù)的擴(kuò)頻碼序列集，從而導(dǎo)致了CDMA系統(tǒng)中的共信道干擾。通常，序列長(zhǎng)度L、序列數(shù)目M、最大自相關(guān)函數(shù)邊峰值Ramax和最大互相關(guān)函數(shù)值Rcmax由一些理論限所限制，如威爾奇(Welch)限，斯德尼科夫(Sidelnikov)限，沙威特(Sarwate)限，列文斯坦(Levenshtein)限，等等。
除了本地噪聲不可消除外，還有其它三種影響DS CDMA系統(tǒng)容量和系統(tǒng)性能的干擾，即符號(hào)間干擾(ISI)、多址干擾(MAI)與相鄰小區(qū)(或信道)干擾(ACI)。但是，所有這三種干擾都可通過(guò)使用好的多址擴(kuò)頻碼來(lái)減小，甚至消除。
為減小DS CDMA系統(tǒng)中的干擾，已經(jīng)有一些專利發(fā)表。但是，目前大多數(shù)已發(fā)表的方法是在接收端使用干擾抵消、快速準(zhǔn)確的發(fā)射功率控制、變速率傳輸和其它復(fù)雜的技術(shù)。已有的專利之一PCT/CN98/00151(CN1175828A)使用具有有限序列數(shù)目和零相關(guān)區(qū)的三進(jìn)制擴(kuò)頻序列；另一專利PCT/JP97/03272(JP271858/96)使用具有梳狀頻譜的擴(kuò)頻序列。本發(fā)明是基于以上情況而提出的。根據(jù)權(quán)利要求1，本發(fā)明的目的是提供一個(gè)二進(jìn)制編碼的直接序列(DS)擴(kuò)頻(SS)通信系統(tǒng)，其特征是在該系統(tǒng)中，所使用的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、序列數(shù)目為M的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列集的周期自相關(guān)函數(shù)在零移位兩旁有一個(gè)零相關(guān)區(qū)ZOZ，在包括屬于該碼序列集的任何擴(kuò)頻序列對(duì)之間的零移位在內(nèi)的周期互相關(guān)函數(shù)有一個(gè)零相關(guān)區(qū)ZCZ；該擴(kuò)頻碼序列集的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2×2i×10j×26k，其中i,j,k可以為零或任意正整數(shù)，序列數(shù)目滿足2＜M＜L，當(dāng)i,j和k取任意允許值時(shí)零相關(guān)區(qū)滿足ZCZ≤L/M+1，當(dāng)j=k=0且i取任意允許值時(shí)零相關(guān)區(qū)滿足ZCZ=L/M+1；系統(tǒng)采用的幀格式由中心幀和附加保護(hù)序列組成，中心幀由二進(jìn)制輸入與該ZCZ序列相乘得到，附加保護(hù)序列用來(lái)封閉該中心幀并成為中心幀的一部分。由此，可以有效地消除多址干擾、多徑干擾和其它負(fù)面影響。
而且，根據(jù)權(quán)利要求2，本發(fā)明的目的是提供具有特定長(zhǎng)度、序列數(shù)目和所需零相關(guān)區(qū)(ZCZ)的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列集，使系統(tǒng)可工作于無(wú)干擾狀態(tài)，并可根據(jù)信道條件自適應(yīng)調(diào)整。
而且，根據(jù)權(quán)利要求3，本發(fā)明的目的是提供一種DS CDMA系統(tǒng)，將諸如通常的沃爾什(Walsh)正交碼或可變長(zhǎng)正交碼等的小區(qū)內(nèi)短信道化碼替換成具有零相關(guān)區(qū)的二進(jìn)制序列，以消除路徑間干擾。
而且，根據(jù)權(quán)利要求4，本發(fā)明的目的是提供一種小區(qū)間同步的DS CDMA系統(tǒng)，其中將諸如通常的m-序列等的長(zhǎng)加擾碼(偽噪聲碼)替換成具有大零相關(guān)區(qū)的二進(jìn)制碼，以消除多址干擾。
而且，根據(jù)權(quán)利要求5，本發(fā)明的目的是提供一種小區(qū)間異步工作的DS CDMA系統(tǒng)，將諸如通常的高爾德(Gold)碼或卡薩密(Kasami)碼等的長(zhǎng)加擾碼替換成如本發(fā)明的二進(jìn)制ZCZ碼，以消除多址干擾。
而且，根據(jù)權(quán)利要求6，本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)DS CDMA系統(tǒng)，通過(guò)給每個(gè)發(fā)射機(jī)分配具有不同ZCZ的序列子集，使發(fā)射機(jī)可以根據(jù)信道條件或系統(tǒng)指令選擇恰當(dāng)?shù)臄U(kuò)頻序列。
而且，根據(jù)權(quán)利要求7，上述DS CDMA系統(tǒng)的下行通信為同步傳輸，上行通信為異步傳輸。[發(fā)明概要]雖然不可能設(shè)計(jì)出一個(gè)具有理想沖激自相關(guān)函數(shù)與理想零互相關(guān)函數(shù)的擴(kuò)頻碼集，但是設(shè)計(jì)出在ACF/CCF中具有零相關(guān)區(qū)的序列集是可能的。圖2中的零相關(guān)區(qū)ZCZ由下列公式定義 Rr,s(τ)=Σn=0L-1an(r)an+τ(s)=0,0≤|τ|≤ZCCZ-12,r≠s]]>ZCZ=Min{ZACZ,ZCCZ}應(yīng)該注意，雖然上式假定ZACZ或ZCCZ是對(duì)稱的，一般說(shuō)來(lái)，實(shí)際ZCZ可能關(guān)于零移位不對(duì)稱。
為簡(jiǎn)單方便起見，這里將同相(τ=0)位置的自相關(guān)函數(shù)(ACF主峰)包括到零相關(guān)區(qū)內(nèi)。因此，零相關(guān)區(qū)ZACZ或ZCCZ是一個(gè)奇數(shù)，即同相位置加兩邊的零位置。如果ZACZ=ZCCZ，那么ZCZ=Min{ZACZ,ZCCZ}=ZACZ=ZCCZ，這就是本發(fā)明的情形。另外，這里只考慮周期相關(guān)，其原因?qū)⒃诤竺骊U述。
為達(dá)到上述目的，在權(quán)利要求1中，該二進(jìn)制編碼的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特征是在該系統(tǒng)中，所使用的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、序列數(shù)目為M的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列集的周期自相關(guān)函數(shù)在零移位兩旁有一個(gè)零相關(guān)區(qū)ZOZ，在包括屬于該碼序列集的任何擴(kuò)頻序列對(duì)之間的零移位在內(nèi)的周期互相關(guān)函數(shù)有一個(gè)零相關(guān)區(qū)ZCZ；該擴(kuò)頻碼序列集的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2×2i×10j×26k，其中i,j,k可以為零或任意正整數(shù)，序列數(shù)目滿足2＜M＜L，當(dāng)i,j和k取任意允許值時(shí)零相關(guān)區(qū)滿足ZCZ≤L/M+1，當(dāng)j=k=0且i取任意允許值時(shí)零相關(guān)區(qū)滿足ZCZ=L/M+1；系統(tǒng)采用的幀格式由中心幀和附加保護(hù)序列組成，中心幀由二進(jìn)制輸入與該ZCZ序列相乘得到，附加保護(hù)序列用來(lái)封閉該中心幀并成為中心幀的一部分。
而且，在權(quán)利要求2中，如權(quán)利要求1所述的二進(jìn)制編碼的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特征是該擴(kuò)頻序列是由具有長(zhǎng)度為2、零相關(guān)區(qū)為ZCZ=1或長(zhǎng)度L＞2、零相關(guān)區(qū)為ZCZ=L/2+1的兩個(gè)序列的初始序列集遞歸構(gòu)造而成，或通過(guò)對(duì)半截短一個(gè)ZCZ序列集來(lái)得到，其中最大的截短次數(shù)等于用來(lái)構(gòu)造該ZCZ序列集的遞歸次數(shù)。
而且，在權(quán)利要求3中，該蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)的特征是在同一小區(qū)內(nèi)通信的所有用戶的信道化擴(kuò)頻序列取自如權(quán)利要求1和2所述的ZCZ碼序列集。
而且，在權(quán)利要求4中，該蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)的特征是一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)、零相關(guān)區(qū)ZCZ≥L/2+1的二進(jìn)制ZCZ序列被選擇來(lái)作為用于小區(qū)間同步工作的加擾碼。
而且，在權(quán)利要求5中，該蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)的特征是用于小區(qū)間異步工作的加擾碼選取自如權(quán)利要求1和2所述的ZCZ碼序列集。
而且，在權(quán)利要求6中，根據(jù)權(quán)利要求3或5的該蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)的特征是每個(gè)基站或移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)被分配一個(gè)ZCZ擴(kuò)頻序列或一個(gè)ZCZ擴(kuò)頻序列子集，它們被選取自如權(quán)利要求1和2所述的ZCZ碼集。
而且，在權(quán)利要求7中，根據(jù)權(quán)利要求3,4,5或6的該蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)的下行通信為同步傳輸，上行通信為異步傳輸。圖1是DS擴(kuò)頻系統(tǒng)的基帶模型。
圖2說(shuō)明了零相關(guān)區(qū)的定義，即零自相關(guān)區(qū)ZACZ，零互相關(guān)區(qū)ZCCZ，與零相關(guān)區(qū)ZCZ=Min{ZACZ,ZCCZ}。
圖3說(shuō)明了發(fā)送機(jī)端的兩級(jí)擴(kuò)頻。第一級(jí)擴(kuò)頻碼稱為信道化碼序列，第二級(jí)擴(kuò)頻碼稱為加擾碼序列。
圖4說(shuō)明了小區(qū)內(nèi)與小區(qū)間碼分配。在第一級(jí)(或?qū)?，通常給同一小區(qū)的用戶分配一組正交碼以提供區(qū)分。在第二級(jí)，對(duì)小區(qū)間同步方式通常分配m-序列，對(duì)小區(qū)間異步方式分配高爾德(Gold)碼或大卡薩密(Kasami)碼。
圖5是導(dǎo)致了多址干擾和多徑干擾的通常的幀格式。
圖6是擴(kuò)展的幀結(jié)構(gòu)，它通過(guò)使用周期ZCZ序列，克服了多址干擾和多徑干擾。
圖7是無(wú)干擾下行傳輸?shù)囊粋€(gè)例子。
圖8是無(wú)干擾上行傳輸?shù)囊粋€(gè)例子。
圖9a到圖9f分別表示了ZCZ碼F(1664,16,105)、F(1280,16,81)、F(1024,16,65)、F(832,16,53)、F(640,16,41)和F(512,16,33)的部分周期相關(guān)函數(shù)。
圖10a到圖10f分別表示了ZCZ碼F(1664,16,105)、F(1280,16,81)、F(1024,16,65)、F(832,16,53)、F(640,16,41)和F(512,16,33)的部分非周期相關(guān)函數(shù)?！肚把浴窞楦玫乩斫獗景l(fā)明，先說(shuō)明構(gòu)造具有所期望的ZCZ特性序列集的各種方法，然后詳細(xì)說(shuō)明使用ZCZ碼集的自適應(yīng)無(wú)干擾DS擴(kuò)頻系統(tǒng)、抗多徑干擾DS CDMA系統(tǒng)、抗共信道干擾DS CDMA系統(tǒng)，最后提出實(shí)際實(shí)現(xiàn)中采用的擴(kuò)展組幀格式。
關(guān)于一般的碼序列集設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)表一些著作和論文，例如，“Pingzhi Fan and Michael Darnell,SequenceDesign for Communications Applications,Research StudiesPress,John Wiley ＆ Sons Ltd,London,1996,ISBN 0-471-96557-x,516 pages”(范平志，邁克·達(dá)乃爾，序列設(shè)計(jì)及其在通信中的應(yīng)用，研究學(xué)習(xí)出版社，約翰·威廉父子出版社，倫敦，1996年，國(guó)際書號(hào)ISBN 0-471-96557-x，共516頁(yè))，以及“P.Z.Fan and M.Darnell,On the construction and comparison of periodic digitalsequence sets,IEE Proceedings Communications,Vol.144,No.6,pp.111--117,1997”(P.Z.范，邁克·達(dá)乃爾，論周期數(shù)字序列集構(gòu)造與比較，IEE通信學(xué)報(bào)，第144卷，第6期，第111-117頁(yè)，1997年)。
對(duì)于具有零相關(guān)區(qū)的二進(jìn)制序列設(shè)計(jì)，也有一些論文發(fā)表，如“Y.Han,On the minimization of overhead in channel impulseresponse measurement,IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.47,no.2,pp.631-636,May 1998”(Y.韓，信道沖激響應(yīng)測(cè)量的最小化開銷研究，IEEE車輛技術(shù)匯刊，第47卷，第2期，第631-636頁(yè)，1998年5月)，“J.Wolfmann,Almost perfect autocorrelation sequences,IEEE Trans.Inform.Theory,vol.38,no.4,pp.1412-1418,July1992”(J.沃伏曼，接近完備的自相關(guān)序列，IEEE信息論匯刊，第38卷，第4期，第1412-1418頁(yè)，1992年7月)，以及“X.M.Deng andP.Z.Fan,Comment on‘On the Minimization of Overhead inChannel Impulse Response Measurement’,submitted to IEEE Trans.Veh.Technol.,September 1998“(X.M.鄧和P.Z.范，｀信道沖激響應(yīng)測(cè)量的最小化開銷研究｀評(píng)論，已于1998年11月遞送給IEEE車輛技術(shù)匯刊)，它們給出了單個(gè)具有短長(zhǎng)度的ZCZ序列的某些結(jié)果，主要是以計(jì)算機(jī)查詢方式得到的。
目前，還沒(méi)有系統(tǒng)地構(gòu)造序列數(shù)目大于2的二進(jìn)制ZCZ序列集的方法。根據(jù)上述零相關(guān)區(qū)定義，本發(fā)明提出幾種系統(tǒng)地構(gòu)造序列數(shù)目大的具有可變ZCZ值的ZCZ碼序列的方法，如下所述。《ZCZ序列集構(gòu)造方法-Ⅰ》用Fn表示一個(gè)ZCZ序列集，其序列數(shù)目為M，序列長(zhǎng)度為L(zhǎng)，零相關(guān)區(qū)為ZCZ，或簡(jiǎn)記為F(L,M,ZCZ)。開始設(shè)n=0，基本初始序列集為 它是一個(gè)ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)=(2,2,1)。初始序列集的序列長(zhǎng)度為L(zhǎng)0=2。由初始序列集，可以通過(guò)下式構(gòu)造一個(gè)大的ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)=(22nL0,2n+1,2n+1)=(8,4,3),n=1 其中(-F0ij)由序列F0ij取反得到，F(xiàn)1的每一行即為所要求的一個(gè)ZCZ序列。
由ZCZ序列集F1，可以按類似的公式得到另一個(gè)ZCZ序列集F2，即F(L,M,ZCZ)=(22nL0,2n+1,2n+1)=(32,8,5),n=2 其中F2ij與F2(i+4)(j+4),1≤i,j≤4，由下式給出Fil2=Fil1Fil1,…Fi42=Fi41Fi41,Fi52=(-Fil1)Fil1,…Fi82=(-Fi41)Fi41]]>F(i+4)12=Fi52,…F(i+4)42=F(i+1)52=Fi12,…F(i+4)82=Fi42]]>一般而言，由ZCZ序列集Fn-1或F(L,M,ZCZ)=(22(n-1)L0,2n,2n-1+1)，可以得到一個(gè)大的ZCZ序列集Fn或F(L’,M’,Z’CZ)=(22nL0,2n+1,2n+1)，如下所示 其中Fnij與Fn(i+M)(j+M),1≤i,j≤M，由下式給出Filn=Filn-1Filn-1,…FiMn=FiMn-1FiMn-1,Fi(l+M)n=(-Filn-1)Filn-1,…Fi(2M)n=(-FiMn-1)FiMn-1]]>F(i+M)1n=Fi(1+M)n,…F(i+M)Mn=Fi(2M)n,F(i+M)(l+M)n=Filn,…F(i+M)(2M)n=FiMn]]>《ZCZ序列集構(gòu)造方法-Ⅱ》為擴(kuò)展構(gòu)造方法Ⅰ，除選用基本初始序列集 之外，還可以選用下式定義的任意階為m的基本初始序列集 其中 是序列Ym的逆序列，Xm與Ym按如下方式遞歸構(gòu)造而成[X0,Y0]=[1,1][Xm,Ym]=[Xm-1Ym-1,(-Xm-1)Ym-1]通過(guò)使用上述遞歸式，可以得到一個(gè)ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)=(22n+mL0,2n+1,2n+m+1)。
例如，如果m=2,n=1，就可以得到下列ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)=(32,4,9)。
S1={++-+++-+---+---+--+-++-++++----+}S2={--+-++-++++----+++-+++-+---+---+}S3={+---+----+---+---++++---+-++-+--}S4={-++++---+-++-+--+---+----+---+--}RACF={xxxxxxxxxxxx 0000 32 0000 xxxxxxxxxxxx}RCCF={xxxxxxxxxxxx 0000 0 0000 xxxxxxxxxxxx}又如，若m=1,n=2，就可以得到下列ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)=(64,8,9)S1={---------+-+-+-+++--++--+--++--+++++----+-+--+-+--++++---++-+--+}S2={++++----+-+--+-+--++++---++-+--+---------+-+-+-+++--++--+--++--+}S3={++--++--+--++--+---------+-+-+-+--++++---++-+--+++++----+-+--+-+}S4={--++++---++-+--+++++----+-+--+-+++--++--+--++--+---------+-+-+-+}S5={-+-+-+-+--------+--++--+++--++--+-+--+-+++++-----++-+--+--++++--}S6={+-+--+-+++++-----++-+--+--++++---+-+-+-+--------+--++--+++--++--}S7={+--++--+++--++---+-+-+-+---------++-+--+--++++--+-+--+-+++++----}S8={-++-+--+--++++--+-+--+-+++++----+--++--+++--++---+-+-+-+--------}RACF={xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 0000 64 0000 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx}RCCF={xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 0000 0 0000 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx}《ZCZ序列集構(gòu)造方法-Ⅲ》使用第三種構(gòu)造方法，按照一定的規(guī)則將長(zhǎng)的序列集截短，可以得到新的ZCZ擴(kuò)頻序列集。
假定通過(guò)構(gòu)造方法Ⅰ或構(gòu)造方法Ⅱ得到了一個(gè)ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)=(22n+mL0,2n+1,2n+m+1)，將Fn對(duì)半截短t次，就可得到具有相同序列數(shù)目和小ZCZ的較短的ZCZ碼，從而得到一個(gè)碼集F(L,M,ZCZ)=(22n+m-tL0,2n+1,2n+m-t+1)，其中，當(dāng)n＞0時(shí)t≤n，或當(dāng)n=0時(shí)t≤m。
設(shè)n=2,m=0，使用上述舉例的碼集F(L,M,ZCZ)=(22n+mL0,2n+1,2n+m+1)=(32,8,5)，通過(guò)截短可以得到兩個(gè)新的ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)= S1={----++++ +-+--+-+++----++-++-+--+}(32,8,5) S2={++----++ -++-+--+----+++++-+--+-+}(t=0，無(wú)截短)S3={+-+--+-+ ----++++-++-+--+++----++}S4={-++-+--+ ++----+++-+--+-+----++++}S5={-------- +-+-+-+-++--++---++--++-}S6={++--++-- -++--++---------+-+-+-+-}S7={+-+-+-+- ---------++--++-++--++--}S8={-++--++- ++--++--+-+-+-+---------}RACF={xxxxxxxxxxxxxx 00 32 00 xxxxxxxxxxxxxx}RCCF={xxxxxxxxxxxxxx 00 0 00 xxxxxxxxxxxxxx}F(L,M,ZCZ)= S1={----++++ +-+--+-+}(16,8,3) S2={++----++ -++-+--+}(t=1，第一次截短)S3={+-+--+-+ ----++++}S4={-++-+--+ ++----++}S5={-------- +-+-+-+-}
S6={++--++-- -++--++-}S7={+-+-+-+- --------}S8={-++--++- ++--++--}RACF={xxxxxxx 0 16 0 xxxxxxx}RCCF={xxxxxxx 0 0 0 xxxxxxx}F(L,M,ZCZ)= S1={----++++}(8,8,1) S2={++----++}(t=2，第二次截短) S3={+-+--+-+}S4={-++-+--+}S5={--------}S6={++--++--}S7={+-+-+-+-}S8={-++--++-}RACF={xxxx 8 xxxx}RCCF={xxxx 0 xxxx}設(shè)n=0,m=4。由碼集F(L,M,ZCZ)=(22n+mL0,2n+1,2n+m+1)=(32,2,17)，可按下述方式得到四個(gè)新的序列集F(L,M,ZCZ)= S1={++-+---+--+----+--+-+++---+----+}(32,2,17) S2={+----+---+++-+---++++-++-+++-+--}(t=0，無(wú)截短) RACP={xxxxxxxx 00000000 32 00000000 xxxxxxxx}RCCF={xxxxxxxx 00000000 0 00000000 xxxxxxxx}F(L,M,ZCZ)= S1={++-+---+--+----+}(16,2,9) S2={+----+---+++-+--}(t=1，第一次截短) RACP={xxxx 0000 16 0000 xxxx}RCCF={xxxx 0000 0 0000 xxxx}F(L,M,ZCZ)=(8,2,5)S1={++-+---+}(t=2，第二次截短) S2={+----+--}RACF={xx 00 8 00 xx}RCCF={xx 00 0 00 xx}
F(L,M,ZCZ)=(4,2,3)S1={++-+}(t=3，第三次截短) S2={+---}RACF={x 0 4 0 x}RCCF={x 0 0 0 x}F(L,M,ZCZ)=(2,2,1) S1={++}(t=4，第四次截短) S2={+-}RACF={x 2 x}RCCF={x 0 x}設(shè)n=1，m=2。由碼集F(L,M,ZCZ)=(22n+mL0,2n+1,2n+m+1)=(32,4,9)，可按下述方式得到另一個(gè)序列集F(L,M,ZCZ)= S1={++-+++-+---+---+ --+-++-++++----+}(32,4,9) S2={--+-++-++++----+ ++-+++-+---+---+}(t=0，無(wú)截短)S3={+---+----+---+-- -++++---+-++-+--}S4={-++++---+-++-+-- +---+----+---+--}RACF={xxxxxxxxxxxx 0000 32 0000 xxxxxxxxxxxx}RCCF={xxxxxxxxxxxx 0000 0 0000 xxxxxxxxxxxx}F(L,M,ZCZ)= S1={++-+++-+---+---+}(16,4,5) S2={--+-++-++++----+}(t=1，第一次截短)S3={+---+----+---+--}S4={-++++---+-++-+--}RACF={xxxxxx 00 16 00 xxxxxx}RCCF={xxxxxx 00 0 00 xxxxxx}但是，該ZCZ碼集F(L,M,ZCZ)=(16,4,5)不能再截短，因?yàn)楫?dāng)n＞0時(shí)，有限制條件t≤n?！镀渌黌CZ序列集構(gòu)造方法》一般而言，對(duì)任意給定長(zhǎng)度為2m+1的初始序列集F0，可以通過(guò)構(gòu)造方法Ⅰ-Ⅲ構(gòu)造出ZCZ碼集F(L,M,ZCZ)=(22n+m-tL0,2n+1,2n+m-t+1)，其中L0=2，當(dāng)n＞0時(shí)t≤n，或當(dāng)n=0時(shí)t≤m。應(yīng)該指出，在這些構(gòu)造中，當(dāng)L＞M＞1時(shí)ZCZ為ZCZ=L/M+1=22n+m-tL0/2n+1+1=2n+m-t+1；或當(dāng)L=M時(shí)ZCZ=1。因此，當(dāng)L＞M＞1時(shí)可以將ZCZ碼集記為F(L,M,ZCZ)=(L,M,L/M+1)，或當(dāng)L=M時(shí)記為F(L,M,ZCZ)=(L,M,1)。
同樣，通過(guò)利用如下長(zhǎng)度為L(zhǎng)0=20或L0=52的其它基本初始序列集，可以得到其它的ZCZ序列集 在所得ZCZ碼集F(L,M,ZCZ)=(22n+m-tL0,2n+1,ZCZ)中，基本長(zhǎng)度L0應(yīng)被替代為20或52,ZCZ通常小于或等于L/M+1，即ZCZ≤L/M+1?！蹲赃m應(yīng)無(wú)干擾直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)》本專利公開了一種新型自適應(yīng)無(wú)干擾直接序列擴(kuò)頻(AIF-DS-SS)系統(tǒng)。該AIF-DS-SS系統(tǒng)是一種無(wú)干擾系統(tǒng)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)可工作在擴(kuò)頻序列具有的零自相關(guān)函數(shù)(ACF)和零互相關(guān)函數(shù)(CCF)的狀態(tài)。該AIF-DS-SS是一種自適應(yīng)系統(tǒng)，因?yàn)橄到y(tǒng)可以根據(jù)信道條件自適應(yīng)地使用具有不同ZCZ特性的預(yù)期的擴(kuò)頻序列，從而在各種信道條件下達(dá)到最優(yōu)性能。如果信道條件變差，就可以通過(guò)選擇一個(gè)較小的ZCZ序列集來(lái)增大零相關(guān)區(qū)(ZCZ)，否則可以減小ZCZ以使系統(tǒng)能容納更多的用戶。
給定序列長(zhǎng)度L，可以構(gòu)造具有不同序列數(shù)目M和零相關(guān)區(qū)ZCZ的序列集，以便為同一個(gè)AIF-DS-SS提供不同的抗多徑能力和提供不同的系統(tǒng)容量。對(duì)一個(gè)實(shí)際的擴(kuò)頻系統(tǒng)，設(shè)L=65536，表1中列出了可能的數(shù)目M和零相關(guān)區(qū)ZCZ。如果選擇M=128，那么序列集中所有的ACF和CCF都具有零相關(guān)區(qū)ZCZ=513。如果信道條件變好，就可選擇序列集F(L,M,ZCZ)=(65536,256,257)；如果信道條件變壞，就可跳到序列集F(L,M,ZCZ)=(65536,64,1025)，等等。
表1給定L時(shí)，M與ZCZ之變化關(guān)系
給定ZCZ序列集的序列數(shù)目M，即固定ZCZ碼集中的序列數(shù)目，或等同地，固定AIF-DS-SS系統(tǒng)中的用戶數(shù)目，可以構(gòu)造具有不同長(zhǎng)度L和不同零相關(guān)區(qū)ZCZ的序列集，用以為AIF-DS-SS系統(tǒng)提供不同保護(hù)等級(jí)的抗多徑和抗其它干擾的能力。例如，設(shè)M=16，表2中列出了部分可能的長(zhǎng)度L和零相關(guān)區(qū)ZCZ。假定系統(tǒng)中有16個(gè)用戶，每個(gè)用戶被分配一組具有不同長(zhǎng)度L和零相關(guān)區(qū)ZCZ的序列。假如在通常的信道條件下使用長(zhǎng)度為L(zhǎng)=320的序列，那么序列集中所有的ACF和CCF都具有零相關(guān)區(qū)ZCZ=21。如果信道條件變好，系統(tǒng)就通知每個(gè)工作的用戶將他的長(zhǎng)度L=320的擴(kuò)頻序列改變成另一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)=256,160,128,…的擴(kuò)頻序列；如果信道條件變壞，則每個(gè)工作的用戶應(yīng)將他的序列轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度更大從而具有更大零相關(guān)區(qū)的另一個(gè)擴(kuò)頻序列。
表2給定M時(shí)，L與ZCZ之變化關(guān)系
《使用信道化ZCZ碼的抗多徑干擾DS CDMA系統(tǒng)》眾所周知，在商用窄帶或?qū)拵DMA系統(tǒng)中，為了提供靈活的系統(tǒng)配置和工作方式，通常采用兩級(jí)擴(kuò)頻，每級(jí)分配不同的擴(kuò)頻碼，如圖3與圖4所示。通過(guò)使用多級(jí)擴(kuò)頻，可以使同一小區(qū)內(nèi)的用戶保持波形正交性(第一級(jí))，同時(shí)僅使不同小區(qū)內(nèi)的用戶間保持隨機(jī)性(第二級(jí))。
通常將每個(gè)用戶的二進(jìn)制輸入乘以一個(gè)短擴(kuò)頻序列(信道化碼)，使它與同一小區(qū)中其他用戶的擴(kuò)頻序列正交，來(lái)實(shí)現(xiàn)第一級(jí)的正交性。第一級(jí)稱為信道化。所使用的短正交擴(kuò)頻序列通常為沃爾什(Walsh)正交碼或可變長(zhǎng)度正交碼?？勺冮L(zhǎng)度正交碼是一種改進(jìn)的沃爾什(Walsh)碼。
但是，在第一擴(kuò)頻級(jí)，在每一個(gè)DS GDMA系統(tǒng)中使用的沃爾什(Walsh)或擴(kuò)展沃爾什(Walsh)序列只能提供同相移位時(shí)的正交性。當(dāng)可分離的傳播路徑數(shù)增多時(shí)，由于增大的多徑干擾和由于沃爾什(Walsh)碼或改進(jìn)的沃爾什(Walsh)碼的小零相關(guān)區(qū)(ZCZ=1)，不同用戶間的正交性將消失。
通過(guò)使用本發(fā)明的具有大ZCZ(ZCZ＞1)的ZCZ碼，即使多徑問(wèn)題變得嚴(yán)重，同一小區(qū)內(nèi)不同用戶間的正交性將仍然保持。也就是說(shuō)，通過(guò)將本發(fā)明的ZCZ碼分配給所有的小區(qū)內(nèi)用戶，DS CDMA系統(tǒng)將更能抵抗多徑干擾，可在很寬的信道條件范圍內(nèi)保持正交性?！妒褂肸CZ加擾碼的抗多址干擾DS CDMA系統(tǒng)》通常，第二級(jí)的互隨機(jī)性通過(guò)乘以一個(gè)長(zhǎng)的偽隨機(jī)序列(加擾碼)來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于下行信道，該加擾序列對(duì)每個(gè)小區(qū)是特定的，但是為該小區(qū)內(nèi)的所有用戶共用；對(duì)上行信道，該加擾碼則對(duì)每個(gè)用戶是特定的。所用的候選的共用加擾碼是最大長(zhǎng)度碼(m-序列)、高爾德(Gold)碼和卡薩密(Kasami)碼。
由于DS CDMA系統(tǒng)中的小區(qū)分配了不同的加擾碼，每個(gè)小區(qū)站點(diǎn)可以使用與其他小區(qū)獨(dú)立的短擴(kuò)頻碼。對(duì)于小區(qū)間同步方式，如基于IS-95系統(tǒng)或北美W-CDMA系統(tǒng)，不同的小區(qū)基站和移動(dòng)用戶在上行和下行鏈路中分別使用同一長(zhǎng)序列的不同時(shí)延。而對(duì)于小區(qū)間異步方式，如歐洲或日本W(wǎng)-CDMA系統(tǒng)，不同的小區(qū)基站和移動(dòng)用戶使用不同的長(zhǎng)加擾碼序列。
但是，無(wú)論是m-序列、高爾德(Gold)碼或很長(zhǎng)的卡薩密(Kasami)碼被用作加擾序列，因?yàn)檫@些序列的互相關(guān)值不為零，多址干擾總是一個(gè)大問(wèn)題。通過(guò)使用本發(fā)明的ZCZ碼作為加擾碼和使用下述恰當(dāng)?shù)慕M幀格式，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)最佳的無(wú)多址干擾。
對(duì)于小區(qū)間同步方式，可以選用長(zhǎng)為L(zhǎng)、ZCZ長(zhǎng)度為ZCZ=L/2+1的單個(gè)ZCZ碼，它優(yōu)于邊峰值不為零的m-序列。例如，如果將CDMA(IS-95)系統(tǒng)中長(zhǎng)為L(zhǎng)=25-1=32767的m-序列替換為長(zhǎng)為L(zhǎng)=25=32768的ZCZ序列，那么就有一個(gè)長(zhǎng)度為ZCZ=16385的零相關(guān)區(qū)，還可以構(gòu)造出ZCZ更大的單個(gè)ZCZ序列。對(duì)于小區(qū)間異步方式，可以選用具有所要求ZCZ值的ZCZ序列集作為加擾碼，該ZCZ序列集將優(yōu)于ACF邊峰值和CCF值較大的高爾德(Gold)或卡薩密(Kasami)序列?！队糜谙到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)的組幀和其它技術(shù)》只有當(dāng)干擾是由周期ZCZ碼序列形成時(shí)，上述使用ZCZ碼的系統(tǒng)才會(huì)實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾工作。如圖5所示，如果接收端輸入信號(hào)是由序列A構(gòu)成的有用信號(hào)vs(t)和另一個(gè)序列B構(gòu)成的干擾vx(t)組成，其中序列A與B被二進(jìn)制信息獨(dú)立地調(diào)制為A,-A,B,-B，而且由于異步運(yùn)行或多徑效應(yīng)，A比B延時(shí)了時(shí)延τ。當(dāng)這個(gè)輸入在接收端解調(diào)時(shí)，使用由序列A構(gòu)成的與vs(t)同步的解擴(kuò)信號(hào)vD(t)。假定使用常規(guī)技術(shù)維持同步。由于vx(t)與vD(t)通常是異步的，因此解調(diào)過(guò)程中的非周期CCF將產(chǎn)生干擾。應(yīng)該注意，上述ZCZ碼的非周期CCF不具有ZCZ或ZCZ很小。
為克服此問(wèn)題，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將時(shí)延限制在小于某個(gè)閾值，并使用一種擴(kuò)展的幀格式。前者可通過(guò)在蜂窩CDMA系統(tǒng)的下行鏈路信道從基站向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送一些定時(shí)控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，后者按下述方式解決。將碼片數(shù)為N的擴(kuò)頻序列A納入到一個(gè)擴(kuò)展幀AE中，該擴(kuò)展幀AE由序列A和首尾碼段AH和AT構(gòu)成，其中AH和AT分別由序列A的前L個(gè)碼片和后L個(gè)碼片構(gòu)成，見圖6。所有的傳輸幀都以這種方式構(gòu)成。
圖7表示了當(dāng)所有信號(hào)從基站同步傳送時(shí)蜂窩CDMA下行傳輸?shù)慕邮斩溯斎氲睦樱@里假定小區(qū)間干擾可以忽略。
因此，有用信號(hào)vs(t)與干擾信號(hào)vx(t)同時(shí)到達(dá)接收端。但是，考慮到多徑效應(yīng)，延時(shí)了τ’之后的信號(hào)v’s(t)與v’x(t)成為解調(diào)過(guò)程中的干擾。
如果傳輸中使用擴(kuò)展的幀格式，并且在接收機(jī)使用與vs(t)同步的解擴(kuò)信號(hào)vD(t)，擴(kuò)展后的序列BE與-BE的邊界就不會(huì)落入vD(t)的解擴(kuò)序列A中。只要｜τ’｜＜LTc(Tc為碼片周期)，解調(diào)過(guò)程中干擾序列(例如BE)就可以認(rèn)為是供解調(diào)之用的周期序列。
圖8是使用擴(kuò)展的幀格式的又一個(gè)例子，為敘述方便這里忽略了多徑效應(yīng)，上行傳輸信號(hào)從小區(qū)中的移動(dòng)臺(tái)異步傳送到基站。在這種情況下，有用信號(hào)與干擾信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差用τ”來(lái)表示。與帶有多徑的下行傳輸情況類似，只要滿足｜τ”｜＜LTc，干擾就可以認(rèn)為是周期的。如果存在多徑效應(yīng)，則應(yīng)滿足下述條件，即 通過(guò)使用上述同步技術(shù)，使用ZCZ碼的系統(tǒng)可以工作于無(wú)干擾狀態(tài)。如上所述，在多徑效應(yīng)存在時(shí)，無(wú)論是上行(異步)傳輸還是下行(同步)傳輸，系統(tǒng)都能很好地工作。
為使DS CDMA能夠適應(yīng)信道條件，基站和移動(dòng)臺(tái)的每個(gè)發(fā)射機(jī)可以分配一個(gè)ZCZ擴(kuò)頻序列或幾個(gè)具有不同ZCZ的ZCZ擴(kuò)頻序列。
應(yīng)該指出，上述ZCZ擴(kuò)頻碼序列不僅具有理想的零相關(guān)區(qū)，如圖9所示，而且在ZCZ區(qū)內(nèi)還具有非常小的非零的非周期相關(guān)值，如圖10所示。
權(quán)利要求
1．一個(gè)二進(jìn)制編碼的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，其特征是在該系統(tǒng)中，所使用的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、序列數(shù)目為M的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列集的周期自相關(guān)函數(shù)在零移位兩旁有一個(gè)零相關(guān)區(qū)ZOZ，在包括屬于該碼序列集的任何擴(kuò)頻序列對(duì)之間的零移位在內(nèi)的周期互相關(guān)函數(shù)有一個(gè)零相關(guān)區(qū)ZCZ；該擴(kuò)頻碼序列集的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=2×2i×10j×26k，其中i,j,k可以為零或任意正整數(shù)，序列數(shù)目滿足2＜M＜L，當(dāng)i,j和k取任意允許值時(shí)零相關(guān)區(qū)滿足ZCZ≤L/M+1，當(dāng)j=k=0且i取任意允許值時(shí)零相關(guān)區(qū)滿足ZCZ=L/M+1；系統(tǒng)采用的幀格式由中心幀和附加保護(hù)序列組成，中心幀由二進(jìn)制輸入與該ZCZ序列相乘得到，附加保護(hù)序列用來(lái)封閉該中心幀并成為中心幀的一部分。
2．如權(quán)利要求1所述的二進(jìn)制編碼的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，其特征是該擴(kuò)頻序列是由具有長(zhǎng)度為2、零相關(guān)區(qū)為ZCZ=1或長(zhǎng)度L＞2、零相關(guān)區(qū)為ZCZ=L/2+1的兩個(gè)序列的初始序列集遞歸構(gòu)造而成，或通過(guò)對(duì)半截短一個(gè)ZCZ序列集來(lái)得到，其中最大的截短次數(shù)等于用來(lái)構(gòu)造該ZCZ序列集的遞歸次數(shù)。
3．一個(gè)蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)，其特征是在同一小區(qū)內(nèi)通信的所有用戶的信道化擴(kuò)頻序列取自如權(quán)利要求1和2所述的ZCZ碼序列集。
4．一個(gè)蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)，其特征是一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)、零相關(guān)區(qū)ZCZ≥L/2+1的二進(jìn)制ZCZ序列被選擇來(lái)作為用于小區(qū)間同步工作的加擾碼。
5．一個(gè)蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)，其特征是用于小區(qū)間異步工作的加擾碼選取自如權(quán)利要求1和2所述的ZCZ碼序列集。
6．如權(quán)利要求3或5的蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)，其特征是每個(gè)基站或移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)被分配一個(gè)ZCZ擴(kuò)頻序列或一個(gè)ZCZ擴(kuò)頻序列子集，它們被選取自如權(quán)利要求1和2所述的ZCZ碼集。
7．如權(quán)利要求3,4,5或6的蜂窩二進(jìn)制編碼的直接序列CDMA通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)的下行通信為同步傳輸，上行通信為異步傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直接序列(DS)擴(kuò)頻(SS)系統(tǒng),由調(diào)制器(1)和解調(diào)器(2)組成,其中擴(kuò)頻序列(3)具有零相關(guān)區(qū)(ZCZ)特性,解擴(kuò)過(guò)程包括將接收信號(hào)與相同的擴(kuò)頻序列(3)相乘,隨后是低通濾波器(LPF),譯碼器和解交織器。其中,每個(gè)用戶的擴(kuò)頻序列比特速率遠(yuǎn)高于通常的輸入的編碼數(shù)據(jù)比特速率,因此擴(kuò)展了系統(tǒng)的頻譜。因?yàn)槭褂昧司哂衂CZ特性的擴(kuò)頻序列,并且ZCZ的寬度可以根據(jù)傳輸信道條件來(lái)調(diào)整,該擴(kuò)頻系統(tǒng)(特別是相關(guān)的DS CDMA系統(tǒng))工作于無(wú)干擾方式。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1297628SQ00800435
公開日2001年5月30日 申請(qǐng)日期2000年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月29日
發(fā)明者范平志, 末廣直樹, 畔柳功芳 申請(qǐng)人:范平志, 末廣直樹, 畔柳功芳