评价网 > 科教论文 > 工学毕业论文 > 计算机应用论文 > 正文

CDMA系统中扩频序列相关性的研究(1)

2014-02-23 01:02 摘　要 扩频序列设计和选择是码分多址(CDMA) 扩频通信的关键技术之一，扩频码序列的设计就是构造不同结构的具有良好相关性的伪随机序列来满足CDMA 系统的要求。目前研究最深入的和使用最多的是m 序列和Gold 序列，另外国内一些学者还提出了真正正交的序列。文中对扩频序列的相关性和特点进行了分析， 并给出了各序列的生成方法。 关键词 CDMA； 扩频序列； 相关性； 正交序列 1 引言 CDMA(Code Division Multiple Access) ， 它是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术，它的产生和发展与扩频通信技术密切相关。扩频通信作为一种新型的通信体系，是通信领域的一个重要发展方向。它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进人信息时代的三大高技术通信传输方式，它是将待传送的信息数据用伪随机码( PN码)调制，实现频谱扩展后再进行传输，接收端则采用同样的PN 码进行相关处理及解调，恢复原始信息数据，如图1所示。扩频技术具有伪随机码调制和相关处理两大特点。正是这两大特点，使扩频通信有许多优良特性，如抗干扰性强、抗多径干扰、可以实现码分多址等。图1 扩频系统框图2 CDMA的工作原理 CDMA通信系统中，区分不同用户信息不是按照频率不同(FDMA 方式) 或者占用时隙的不同(TDMA 方式) ，而是用不同的编码序列来区分不同用户，它是利用若干不同的互相正交的码序列实现多址通信。CDMA 通信的关键是能够找到足够多的不同正交地址码来实现多用户对同一频带的共用，由于扩频通信技术中使用的扩频码序列是一组丰富的地址资源，这样就可以充分选取其中具有良好自相关性和互相关性的扩频码序列，把这些序列码作为不同用户的地址码，在收信端再利用相关检测技术进行解扩处理，依照不同码形可以恢复出与本地码序列完全相同的有用信号，因此就可以在同一宽频带上通过采用精确的功率控制技术，实现许多用户同时通信而不互相干扰，这就是CDMA 的基本通信原理。 扩频通信有多种工作方式，CDMA移动通信采用的是直接序列扩频系统，即DS-CDMA系统。它是直接利用具有高码率的扩频码序列，采用各种调制方式在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列去进行解码，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，其频谱扩展和解扩过程见图2和图3所示。图2 信息的频谱扩展图图3 扩频信号的解扩过程 3 一般扩频序列的相关性 在CDMA 系统中，扩频序列的选取对整个系统的性能影响极大，它直接关系到系统的增益、抗干扰能力、多址容量等重要参数。理想情况下，CDMA 通信系统中使用的扩频序列集应具有如下相关特性: ①每个扩频序列的自相关函数应该是一个冲激函数，即除零时延外，其值应处处为0 ②每对扩频序列的互相关函数值应该处处为0。从物理意义上讲，使自相关函数逼近一个脉冲函数的主要目的是使我们能够很容易的将信号与它的移位信号区分开来，使互相关函数恒为零的目的是使我们能够很容易的将一个信号与另一信号或它的移位信号区分开来。近年来具有良好伪随机特性和相关特性扩频序列的研究引起了广泛关注。 最大长度线性移位寄存器序列（简称 m序列）是一类重要的伪随机序列，最早应用于扩频通信，也是目前研究得最深入的伪随机序列。周期为N 的m序列，码元宽度为幅值为 1 或- 1的矩形波信号，则m序列信号周期自相关函数是:从m 序列的自相关函数表达式可以看出，序列的长度N 越大，其自相关特性越接近白噪声的自相关特性(δ函数) ，即接近于零，这样，序列和其自身的时间偏移就很容易区分，这对扩频通信是十分有利的。m序列的性能非常接近理想的伪随机序列，有很好的自相关特性，且产生m 序列的方法简单易行，受到人们的重视和应用。但在CDMA 通信系统中，伪随机序列的互相关特性与自相关特性同样重要。理想情况的互相关特性是各用户的伪随机序列相互正交(互相关为零)，但同周期的不同m序列之间存在较大的互相关峰值，如果直接用不同的m序列作为扩频地址码来区分用户，则会产生很大的多址干扰，无法保证系统的通信质量。 Gold 序列具有优良的互相关特性，序列数远远多于ｍ序列，便于扩频多址应用。Gold 码是由两个码长相等，码时钟速率相同的m序列优选对模2和构成。每改变两个m序列相对位移就可得到一个新的Gold序列，当相对位移(2n-1)位时，就可得到一族( 2n