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800MHz CDMA移动通信系统中PN码与Walsh码的使用

浏览:7352  来源:通信人在线  日期:2018-07-09

800MHz CDMA数字移动系统中使用的码型主要有PN码与Walsh码两类3种:一是短PN码(Short PN Code),也叫短码,即周期为215-1(或码长为15位)的m序列伪随机码。二是长PN码(Long PN Code),也叫长码,即周期为242-1(或码长为42位)的m序列伪随机码。三是沃尔什码(Walsh Code),严格同步条件下为正交码。

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一、短码

1、短码的产生

800MHz CDMA数字移动系统在前向链路使用短码区分不同小区(或基站)。短码由15级移位寄存器产生,其周期为215-1(码长为15位)。为了使用方便,当每个周期出现14个连续的0时人为插入一个0。这样一来,短码的码长就变成215=32768,按每移动一位为1个时延计算,可有32768个时延。一般称15位全0状态为短码序列的零偏移短码,15级移位寄存器从全0状态开始,每循环移动1PNPseudo-Noise,伪随机噪声或伪随机码)码片,就产生一个短码。称经这样移动得到的短码与零偏移短码之间,以码片计算的差值为该短码相对于零偏移短码的相位,以PN码片为计量单位。

2、短码的选用

由于短码的周期为215,所以有215个不同相位的短码。由于空间传播的时延以及多径效应,并不是任何相位的短码都可以用作基站的识别标志,而是每隔64PN码片取一个。称这样取得的短码为基站的导频PN,利用导频PN码的相关特性,移动台可以方便地区分出不同的基站,导频PN是基站的标志。不同的基站使用不同的导频PN,但所有基站的导频PN的零参考点是相同的。IS-95中共有32768/64 =512个导频PN。为了计算方便,系统为每个导频PN编了序号,称为导频PN偏移系数k。偏移系数k也是以64PN码片为单位的,因此共有512个偏移系数。k取值范围是0~511k=0的导频PN序列从连续15个“0”结束后开始;k=1的导频PN序列从连续15个“0结束后64个码片开始,以此类推。如不考虑复用同一时刻,同一系统内不同基站的导频PN序列的相位各不相同。图1-2显示了短码周期、偏移系数k、基站导频PN、偶秒起点间的关系。

1-2:基站导频PN与导频PN偏移系数k

两个连续偏移系数k之间是64PN码片。工程应用中有时认为64PN码片间隔过小,不足以区分不同基站。于是为了保证不同导频PN之间具有足够的相位差,引入导频偏移递增指数(PILOT_INC)。PILOT_INC表示两个导频PN之间的最小相位差,也即最小相位差是64×PILOT_INCPN码片。PILOT_INC的取值范围为1~16。于是,工程中可使用的导频PN的数量为512/PILOT_INC,最多为512个,最少为32个。

3、短码的起点时间

这里要注意,所有基站使用的导频PN序列是同一个PN序列,长度是一样的,由于导频PN是循环使用的,每个基站导频PN的区别在于选取的开始点不同。

根据1.2288Mc/s的码片速率和215=32768个码片的短码周期,可计算出短码周期时间为26.67ms64个短码相位的持续时间为52.08μs。实践中,每个基站按照分给自己的偏移系数k,延迟规定的时间后开始生成自己的导频PN序列。这里的关键是时间同步,即各个基站要在同一时刻开始计时。IS-95系统中各个基站的时间是通过GPSUTC(时间协调时,以格林尼治时间为准)同步的,时间起点是19801600:00:00

在时间同步中,偶秒(偶数秒,例如:第0s2s4s,…,nsn为偶数)是基本同步单位,基站每个偶秒与UTC同步一次。根据短码的周期可知在一个偶秒(2s)时间内,短码正好重复75次(26.67ms×75=2.00025s)。短码PN序列在每个偶秒开始都是0偏移导频PN序列(即PN(0))。一个导频PN序列的偏移(用码片表示)等于其偏移系数k乘以64。例如,k=2,则导频PN序列偏移为2×64=128片,此时,该导频序列将在每个短码周期起始后的2×52.08μs=104.16μs时刻开始启动。

800MHz CDMA数字移动系统的前向链路使用2个不同的导频PN码,一个用于1支路,一个用于P支路。由于基站信号在发射前被打上导频PN标记,移动台收到此信号后便能迅速识别出服务于自己的基站。在800MHz CDMA数字移动系统的反向链路也使用2个不同的PN短码,一个用于1支路,一个用于P支路。但是这里的短码不是用作导频PN,仅仅是作为扰码,实现信号随机化。在反向链路中,所有移动台的短码相位都是相同的。关于短码的一些参数归纳如下表1-3所示。

1-3:短码的一些参数

二、长码

800MHz CDMA数字移动系统(IS-95系统)在反向链路使用长码区分不同移动台。m序列的自相关特性优异,当m序列的级数很大时,不同(延迟)相位的m序列可以看作相互正交的。因此,不同相位的m序列可以作为地址码。

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实际上,通过调整m序列发生器中各个移位寄存器的状态,可以得到不同相位的m序列。此外,还可以利用不同的掩码得到不同相位的m序列,IS-95系统就是利用掩码得到所需的长码(m序列)。此种方法的结构如图2所示。由于其码片速率仍是1.2288Mc/s,长码周期为41.4天。IS-95系统中只有一个长码。图2中的m序列输出并不是序列发生器最后一级的状态,而是所有各级的状态在掩码的控制下模2加的结果。而掩码是系统为每个移动台配备的一个互不相同的、42位码长的m序列。也就是说,每个移动台用自己的掩码与唯一的长码进行模2加,得到长码的不同偏移,这里的掩码起一个开关的作用,以便控制长码发生器各级的状态,习惯上也称此长码偏移为长码。移动台用此长码偏移(或称为长码)作为自己身份的标志。

2:利用掩码生成IS-95系统长码

IS-95系统中,长码m=242-1序列发生器的结构如图2所示,其生成多项式为

F=x42+x35+x33+x31+x27+x26+x25+x22+x21+x19+x18+x17+x16+x10+x7+x 6+x 5+x3+x2+x+1

在整个IS-95系统中,上述生成长码的多项式只有一个。在IS-95系统的前向链路使用长码为寻呼信道和业务信道数据进行加密,同时进行数据的随机化。应该注意,前向链路中各物理信道使用的长码掩码互不相同。在IS-95系统的反向链路使用长码区分移动台(在反向链路,区分了移动台也就区分了物理信道),同时进行扩频。

三、Walsh

IS-95系统在前向链路和反向链路都使用了Walsh码,但使用目的不同。在前向链路,用Walsh码区分不同的码分物理信道,同时进行扩频。在反向链路,用Walsh码对数据进行多进制正交调制。

IS-95系统的反向链路没有导频信号,各个移动台之间不容易实现良好同步,如使用Walsh码,其互相关性能将达不到要求,故不能用其作为移动台或信道的标识;再者,移动台数量大,要求大量的地址资源,Walsh码的地址数量不如长码(偏移)。

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