使用具有零相關區特性的二進制碼序列集的自適應無干擾擴頻系統的制作方法

專利名稱：使用具有零相關區特性的二進制碼序列集的自適應無干擾擴頻系統的制作方法
專利說明使用具有零相關區特性的 二進制碼序列集的自適應無干擾擴頻系統 [技術領域]本發明涉及一個二進制直接序列(DS)擴頻(SS)系統，特別是DSCDMA系統，它通過使用具有零相關區(ZCZ)特性的二進制擴頻序列集，工作于無干擾方式，以消除多址干擾和系統中的其它負面影響。未來數字通信系統將以高吞吐量、綜合業務和靈活性為特點。直接序列(DS)擴頻(SS)系統、特別是DS-SS碼分多址(CDMA)方案已經成為許多數字蜂窩移動通信和無線個人通信系統的推選技術。蜂窩CDMA比TDMA或FDMA系統有許多潛在優勢，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。
一個典型的直接序列(DS)擴頻系統，如

圖1所示，由調制器(1)和解調器(2)組成，其中擴頻是將經過編碼和交織后的輸入數據乘以一個二進制擴頻序列(3)，解擴是將接收信號乘以同一個二進制擴頻序列(3)，隨后是低通濾波器(LPF)、譯碼器和解交織器。其中每個用戶的擴頻序列的比特速率通常遠高于輸入的編碼數據的比特速率，因此擴展了系統的頻譜。擴頻序列的比特速率與輸入數據速率的比值被稱為擴頻因子(SF)。由于擴頻序列類似于沖激的自相關特性，所想要的信號到達接收端后被解擴。當解擴作用于其它用戶信號產生的干擾時，就沒有解擴。也就是說，每個擴頻信號好象是與使用同一頻帶的其它用戶信號是不相關的。因此，CDMA碼應該被設計成具有很小的自相關邊峰(最好為零邊峰)和很小的互相關(最好為零互相關)。
給定序列數目為M(該集之中的序列數)，每一個序列長度為L的序列集{a(r)n},r=1,2,3…,M,n=0,1,2,3…,L-1，則周期自相關函數(ACF,r=s)和周期互相關函數(CCF,r≠s)定義為Rr,s(τ)=Σn=0L-1an(r)an(s)+τ]]>其中下標求和n+τ為模L求和。
在理想情況下，要求ACF為沖激函數，而CCF應處處為零。但是，已經證明，不可能設計出具有理想沖激自相關函數和理想零互相關函數的擴頻碼序列集，從而導致了CDMA系統中的共信道干擾。通常，序列長度L、序列數目M、最大自相關函數邊峰值Ramax和最大互相關函數值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系統容量和系統性能的干擾，即符號間干擾(ISI)、多址干擾(MAI)與相鄰小區(或信道)干擾(ACI)。但是，所有這三種干擾都可通過使用好的多址擴頻碼來減小，甚至消除。
為減小DS CDMA系統中的干擾，已經有一些專利發表。但是，目前大多數已發表的方法是在接收端使用干擾抵消、快速準確的發射功率控制、變速率傳輸和其它復雜的技術。已有的專利之一PCT/CN98/00151(CN1175828A)使用具有有限序列數目和零相關區的三進制擴頻序列；另一專利PCT/JP97/03272(JP271858/96)使用具有梳狀頻譜的擴頻序列。本發明是基于以上情況而提出的。根據權利要求1，本發明的目的是提供一個二進制編碼的直接序列(DS)擴頻(SS)通信系統，其特征是在該系統中，所使用的長度為L、序列數目為M的二進制擴頻序列集的周期自相關函數在零移位兩旁有一個零相關區ZOZ，在包括屬于該碼序列集的任何擴頻序列對之間的零移位在內的周期互相關函數有一個零相關區ZCZ；該擴頻碼序列集的長度為L=2×2i×10j×26k，其中i,j,k可以為零或任意正整數，序列數目滿足2＜M＜L，當i,j和k取任意允許值時零相關區滿足ZCZ≤L/M+1，當j=k=0且i取任意允許值時零相關區滿足ZCZ=L/M+1；系統采用的幀格式由中心幀和附加保護序列組成，中心幀由二進制輸入與該ZCZ序列相乘得到，附加保護序列用來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、多徑干擾和其它負面影響。
而且，根據權利要求2，本發明的目的是提供具有特定長度、序列數目和所需零相關區(ZCZ)的二進制擴頻序列集，使系統可工作于無干擾狀態，并可根據信道條件自適應調整。
而且，根據權利要求3，本發明的目的是提供一種DS CDMA系統，將諸如通常的沃爾什(Walsh)正交碼或可變長正交碼等的小區內短信道化碼替換成具有零相關區的二進制序列，以消除路徑間干擾。
而且，根據權利要求4，本發明的目的是提供一種小區間同步的DS CDMA系統，其中將諸如通常的m-序列等的長加擾碼(偽噪聲碼)替換成具有大零相關區的二進制碼，以消除多址干擾。
而且，根據權利要求5，本發明的目的是提供一種小區間異步工作的DS CDMA系統，將諸如通常的高爾德(Gold)碼或卡薩密(Kasami)碼等的長加擾碼替換成如本發明的二進制ZCZ碼，以消除多址干擾。
而且，根據權利要求6，本發明的目的是提供一種自適應DS CDMA系統，通過給每個發射機分配具有不同ZCZ的序列子集，使發射機可以根據信道條件或系統指令選擇恰當的擴頻序列。
而且，根據權利要求7，上述DS CDMA系統的下行通信為同步傳輸，上行通信為異步傳輸。[發明概要]雖然不可能設計出一個具有理想沖激自相關函數與理想零互相關函數的擴頻碼集，但是設計出在ACF/CCF中具有零相關區的序列集是可能的。圖2中的零相關區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}應該注意，雖然上式假定ZACZ或ZCCZ是對稱的，一般說來，實際ZCZ可能關于零移位不對稱。
為簡單方便起見，這里將同相(τ=0)位置的自相關函數(ACF主峰)包括到零相關區內。因此，零相關區ZACZ或ZCCZ是一個奇數，即同相位置加兩邊的零位置。如果ZACZ=ZCCZ，那么ZCZ=Min{ZACZ,ZCCZ}=ZACZ=ZCCZ，這就是本發明的情形。另外，這里只考慮周期相關，其原因將在后面闡述。
為達到上述目的，在權利要求1中，該二進制編碼的直接序列擴頻通信系統的特征是在該系統中，所使用的長度為L、序列數目為M的二進制擴頻序列集的周期自相關函數在零移位兩旁有一個零相關區ZOZ，在包括屬于該碼序列集的任何擴頻序列對之間的零移位在內的周期互相關函數有一個零相關區ZCZ；該擴頻碼序列集的長度為L=2×2i×10j×26k，其中i,j,k可以為零或任意正整數，序列數目滿足2＜M＜L，當i,j和k取任意允許值時零相關區滿足ZCZ≤L/M+1，當j=k=0且i取任意允許值時零相關區滿足ZCZ=L/M+1；系統采用的幀格式由中心幀和附加保護序列組成，中心幀由二進制輸入與該ZCZ序列相乘得到，附加保護序列用來封閉該中心幀并成為中心幀的一部分。
而且，在權利要求2中，如權利要求1所述的二進制編碼的直接序列擴頻通信系統的特征是該擴頻序列是由具有長度為2、零相關區為ZCZ=1或長度L＞2、零相關區為ZCZ=L/2+1的兩個序列的初始序列集遞歸構造而成，或通過對半截短一個ZCZ序列集來得到，其中最大的截短次數等于用來構造該ZCZ序列集的遞歸次數。
而且，在權利要求3中，該蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統的特征是在同一小區內通信的所有用戶的信道化擴頻序列取自如權利要求1和2所述的ZCZ碼序列集。
而且，在權利要求4中，該蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統的特征是一個長度為L、零相關區ZCZ≥L/2+1的二進制ZCZ序列被選擇來作為用于小區間同步工作的加擾碼。
而且，在權利要求5中，該蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統的特征是用于小區間異步工作的加擾碼選取自如權利要求1和2所述的ZCZ碼序列集。
而且，在權利要求6中，根據權利要求3或5的該蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統的特征是每個基站或移動臺發射機被分配一個ZCZ擴頻序列或一個ZCZ擴頻序列子集，它們被選取自如權利要求1和2所述的ZCZ碼集。
而且，在權利要求7中，根據權利要求3,4,5或6的該蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統的下行通信為同步傳輸，上行通信為異步傳輸。圖1是DS擴頻系統的基帶模型。
圖2說明了零相關區的定義，即零自相關區ZACZ，零互相關區ZCCZ，與零相關區ZCZ=Min{ZACZ,ZCCZ}。
圖3說明了發送機端的兩級擴頻。第一級擴頻碼稱為信道化碼序列，第二級擴頻碼稱為加擾碼序列。
圖4說明了小區內與小區間碼分配。在第一級(或層)，通常給同一小區的用戶分配一組正交碼以提供區分。在第二級，對小區間同步方式通常分配m-序列，對小區間異步方式分配高爾德(Gold)碼或大卡薩密(Kasami)碼。
圖5是導致了多址干擾和多徑干擾的通常的幀格式。
圖6是擴展的幀結構，它通過使用周期ZCZ序列，克服了多址干擾和多徑干擾。
圖7是無干擾下行傳輸的一個例子。
圖8是無干擾上行傳輸的一個例子。
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)的部分周期相關函數。
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)的部分非周期相關函數。《前言》為更好地理解本發明，先說明構造具有所期望的ZCZ特性序列集的各種方法，然后詳細說明使用ZCZ碼集的自適應無干擾DS擴頻系統、抗多徑干擾DS CDMA系統、抗共信道干擾DS CDMA系統，最后提出實際實現中采用的擴展組幀格式。
關于一般的碼序列集設計方法，本發明的發明人已經發表一些著作和論文，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·達乃爾，序列設計及其在通信中的應用，研究學習出版社，約翰·威廉父子出版社，倫敦，1996年，國際書號ISBN 0-471-96557-x，共516頁)，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·達乃爾，論周期數字序列集構造與比較，IEE通信學報，第144卷，第6期，第111-117頁，1997年)。
對于具有零相關區的二進制序列設計，也有一些論文發表，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，信道沖激響應測量的最小化開銷研究，IEEE車輛技術匯刊，第47卷，第2期，第631-636頁，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，接近完備的自相關序列，IEEE信息論匯刊，第38卷，第4期，第1412-1418頁，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，｀信道沖激響應測量的最小化開銷研究｀評論，已于1998年11月遞送給IEEE車輛技術匯刊)，它們給出了單個具有短長度的ZCZ序列的某些結果，主要是以計算機查詢方式得到的。
目前，還沒有系統地構造序列數目大于2的二進制ZCZ序列集的方法。根據上述零相關區定義，本發明提出幾種系統地構造序列數目大的具有可變ZCZ值的ZCZ碼序列的方法，如下所述。《ZCZ序列集構造方法-Ⅰ》用Fn表示一個ZCZ序列集，其序列數目為M，序列長度為L，零相關區為ZCZ，或簡記為F(L,M,ZCZ)。開始設n=0，基本初始序列集為 它是一個ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)=(2,2,1)。初始序列集的序列長度為L0=2。由初始序列集，可以通過下式構造一個大的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，F1的每一行即為所要求的一個ZCZ序列。
由ZCZ序列集F1，可以按類似的公式得到另一個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序列集構造方法-Ⅱ》為擴展構造方法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按如下方式遞歸構造而成[X0,Y0]=[1,1][Xm,Ym]=[Xm-1Ym-1,(-Xm-1)Ym-1]通過使用上述遞歸式，可以得到一個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序列集構造方法-Ⅲ》使用第三種構造方法，按照一定的規則將長的序列集截短，可以得到新的ZCZ擴頻序列集。
假定通過構造方法Ⅰ或構造方法Ⅱ得到了一個ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)=(22n+mL0,2n+1,2n+m+1)，將Fn對半截短t次，就可得到具有相同序列數目和小ZCZ的較短的ZCZ碼，從而得到一個碼集F(L,M,ZCZ)=(22n+m-tL0,2n+1,2n+m-t+1)，其中，當n＞0時t≤n，或當n=0時t≤m。
設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)，通過截短可以得到兩個新的ZCZ序列集F(L,M,ZCZ)= S1={----++++ +-+--+-+++----++-++-+--+}(32,8,5) S2={++----++ -++-+--+----+++++-+--+-+}(t=0，無截短)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新的序列集F(L,M,ZCZ)= S1={++-+---+--+----+--+-+++---+----+}(32,2,17) S2={+----+---+++-+---++++-++-+++-+--}(t=0，無截短) 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序列集F(L,M,ZCZ)= S1={++-+++-+---+---+ --+-++-++++----+}(32,4,9) S2={--+-++-++++----+ ++-+++-+---+---+}(t=0，無截短)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，因為當n＞0時，有限制條件t≤n。《其它ZCZ序列集構造方法》一般而言，對任意給定長度為2m+1的初始序列集F0，可以通過構造方法Ⅰ-Ⅲ構造出ZCZ碼集F(L,M,ZCZ)=(22n+m-tL0,2n+1,2n+m-t+1)，其中L0=2，當n＞0時t≤n，或當n=0時t≤m。應該指出，在這些構造中，當L＞M＞1時ZCZ為ZCZ=L/M+1=22n+m-tL0/2n+1+1=2n+m-t+1；或當L=M時ZCZ=1。因此，當L＞M＞1時可以將ZCZ碼集記為F(L,M,ZCZ)=(L,M,L/M+1)，或當L=M時記為F(L,M,ZCZ)=(L,M,1)。
同樣，通過利用如下長度為L0=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，基本長度L0應被替代為20或52,ZCZ通常小于或等于L/M+1，即ZCZ≤L/M+1。《自適應無干擾直接序列擴頻系統》本專利公開了一種新型自適應無干擾直接序列擴頻(AIF-DS-SS)系統。該AIF-DS-SS系統是一種無干擾系統，因為該系統可工作在擴頻序列具有的零自相關函數(ACF)和零互相關函數(CCF)的狀態。該AIF-DS-SS是一種自適應系統，因為系統可以根據信道條件自適應地使用具有不同ZCZ特性的預期的擴頻序列，從而在各種信道條件下達到最優性能。如果信道條件變差，就可以通過選擇一個較小的ZCZ序列集來增大零相關區(ZCZ)，否則可以減小ZCZ以使系統能容納更多的用戶。
給定序列長度L，可以構造具有不同序列數目M和零相關區ZCZ的序列集，以便為同一個AIF-DS-SS提供不同的抗多徑能力和提供不同的系統容量。對一個實際的擴頻系統，設L=65536，表1中列出了可能的數目M和零相關區ZCZ。如果選擇M=128，那么序列集中所有的ACF和CCF都具有零相關區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，M與ZCZ之變化關系
給定ZCZ序列集的序列數目M，即固定ZCZ碼集中的序列數目，或等同地，固定AIF-DS-SS系統中的用戶數目，可以構造具有不同長度L和不同零相關區ZCZ的序列集，用以為AIF-DS-SS系統提供不同保護等級的抗多徑和抗其它干擾的能力。例如，設M=16，表2中列出了部分可能的長度L和零相關區ZCZ。假定系統中有16個用戶，每個用戶被分配一組具有不同長度L和零相關區ZCZ的序列。假如在通常的信道條件下使用長度為L=320的序列，那么序列集中所有的ACF和CCF都具有零相關區ZCZ=21。如果信道條件變好，系統就通知每個工作的用戶將他的長度L=320的擴頻序列改變成另一個長度為L=256,160,128,…的擴頻序列；如果信道條件變壞，則每個工作的用戶應將他的序列轉換成長度更大從而具有更大零相關區的另一個擴頻序列。
表2給定M時，L與ZCZ之變化關系
《使用信道化ZCZ碼的抗多徑干擾DS CDMA系統》眾所周知，在商用窄帶或寬帶CDMA系統中，為了提供靈活的系統配置和工作方式，通常采用兩級擴頻，每級分配不同的擴頻碼，如圖3與圖4所示。通過使用多級擴頻，可以使同一小區內的用戶保持波形正交性(第一級)，同時僅使不同小區內的用戶間保持隨機性(第二級)。
通常將每個用戶的二進制輸入乘以一個短擴頻序列(信道化碼)，使它與同一小區中其他用戶的擴頻序列正交，來實現第一級的正交性。第一級稱為信道化。所使用的短正交擴頻序列通常為沃爾什(Walsh)正交碼或可變長度正交碼。可變長度正交碼是一種改進的沃爾什(Walsh)碼。
但是，在第一擴頻級，在每一個DS GDMA系統中使用的沃爾什(Walsh)或擴展沃爾什(Walsh)序列只能提供同相移位時的正交性。當可分離的傳播路徑數增多時，由于增大的多徑干擾和由于沃爾什(Walsh)碼或改進的沃爾什(Walsh)碼的小零相關區(ZCZ=1)，不同用戶間的正交性將消失。
通過使用本發明的具有大ZCZ(ZCZ＞1)的ZCZ碼，即使多徑問題變得嚴重，同一小區內不同用戶間的正交性將仍然保持。也就是說，通過將本發明的ZCZ碼分配給所有的小區內用戶，DS CDMA系統將更能抵抗多徑干擾，可在很寬的信道條件范圍內保持正交性。《使用ZCZ加擾碼的抗多址干擾DS CDMA系統》通常，第二級的互隨機性通過乘以一個長的偽隨機序列(加擾碼)來實現，對于下行信道，該加擾序列對每個小區是特定的，但是為該小區內的所有用戶共用；對上行信道，該加擾碼則對每個用戶是特定的。所用的候選的共用加擾碼是最大長度碼(m-序列)、高爾德(Gold)碼和卡薩密(Kasami)碼。
由于DS CDMA系統中的小區分配了不同的加擾碼，每個小區站點可以使用與其他小區獨立的短擴頻碼。對于小區間同步方式，如基于IS-95系統或北美W-CDMA系統，不同的小區基站和移動用戶在上行和下行鏈路中分別使用同一長序列的不同時延。而對于小區間異步方式，如歐洲或日本W-CDMA系統，不同的小區基站和移動用戶使用不同的長加擾碼序列。
但是，無論是m-序列、高爾德(Gold)碼或很長的卡薩密(Kasami)碼被用作加擾序列，因為這些序列的互相關值不為零，多址干擾總是一個大問題。通過使用本發明的ZCZ碼作為加擾碼和使用下述恰當的組幀格式，系統可以實現最佳的無多址干擾。
對于小區間同步方式，可以選用長為L、ZCZ長度為ZCZ=L/2+1的單個ZCZ碼，它優于邊峰值不為零的m-序列。例如，如果將CDMA(IS-95)系統中長為L=25-1=32767的m-序列替換為長為L=25=32768的ZCZ序列，那么就有一個長度為ZCZ=16385的零相關區，還可以構造出ZCZ更大的單個ZCZ序列。對于小區間異步方式，可以選用具有所要求ZCZ值的ZCZ序列集作為加擾碼，該ZCZ序列集將優于ACF邊峰值和CCF值較大的高爾德(Gold)或卡薩密(Kasami)序列。《用于系統實現的組幀和其它技術》只有當干擾是由周期ZCZ碼序列形成時，上述使用ZCZ碼的系統才會實現無干擾工作。如圖5所示，如果接收端輸入信號是由序列A構成的有用信號vs(t)和另一個序列B構成的干擾vx(t)組成，其中序列A與B被二進制信息獨立地調制為A,-A,B,-B，而且由于異步運行或多徑效應，A比B延時了時延τ。當這個輸入在接收端解調時，使用由序列A構成的與vs(t)同步的解擴信號vD(t)。假定使用常規技術維持同步。由于vx(t)與vD(t)通常是異步的，因此解調過程中的非周期CCF將產生干擾。應該注意，上述ZCZ碼的非周期CCF不具有ZCZ或ZCZ很小。
為克服此問題，在系統設計時將時延限制在小于某個閾值，并使用一種擴展的幀格式。前者可通過在蜂窩CDMA系統的下行鏈路信道從基站向移動臺發送一些定時控制信號來實現，后者按下述方式解決。將碼片數為N的擴頻序列A納入到一個擴展幀AE中，該擴展幀AE由序列A和首尾碼段AH和AT構成，其中AH和AT分別由序列A的前L個碼片和后L個碼片構成，見圖6。所有的傳輸幀都以這種方式構成。
圖7表示了當所有信號從基站同步傳送時蜂窩CDMA下行傳輸的接收端輸入的例子，這里假定小區間干擾可以忽略。
因此，有用信號vs(t)與干擾信號vx(t)同時到達接收端。但是，考慮到多徑效應，延時了τ’之后的信號v’s(t)與v’x(t)成為解調過程中的干擾。
如果傳輸中使用擴展的幀格式，并且在接收機使用與vs(t)同步的解擴信號vD(t)，擴展后的序列BE與-BE的邊界就不會落入vD(t)的解擴序列A中。只要｜τ’｜＜LTc(Tc為碼片周期)，解調過程中干擾序列(例如BE)就可以認為是供解調之用的周期序列。
圖8是使用擴展的幀格式的又一個例子，為敘述方便這里忽略了多徑效應，上行傳輸信號從小區中的移動臺異步傳送到基站。在這種情況下，有用信號與干擾信號的到達時間差用τ”來表示。與帶有多徑的下行傳輸情況類似，只要滿足｜τ”｜＜LTc，干擾就可以認為是周期的。如果存在多徑效應，則應滿足下述條件，即 通過使用上述同步技術，使用ZCZ碼的系統可以工作于無干擾狀態。如上所述，在多徑效應存在時，無論是上行(異步)傳輸還是下行(同步)傳輸，系統都能很好地工作。
為使DS CDMA能夠適應信道條件，基站和移動臺的每個發射機可以分配一個ZCZ擴頻序列或幾個具有不同ZCZ的ZCZ擴頻序列。
應該指出，上述ZCZ擴頻碼序列不僅具有理想的零相關區，如圖9所示，而且在ZCZ區內還具有非常小的非零的非周期相關值，如圖10所示。
權利要求
1．一個二進制編碼的直接序列擴頻通信系統，其特征是在該系統中，所使用的長度為L、序列數目為M的二進制擴頻序列集的周期自相關函數在零移位兩旁有一個零相關區ZOZ，在包括屬于該碼序列集的任何擴頻序列對之間的零移位在內的周期互相關函數有一個零相關區ZCZ；該擴頻碼序列集的長度為L=2×2i×10j×26k，其中i,j,k可以為零或任意正整數，序列數目滿足2＜M＜L，當i,j和k取任意允許值時零相關區滿足ZCZ≤L/M+1，當j=k=0且i取任意允許值時零相關區滿足ZCZ=L/M+1；系統采用的幀格式由中心幀和附加保護序列組成，中心幀由二進制輸入與該ZCZ序列相乘得到，附加保護序列用來封閉該中心幀并成為中心幀的一部分。
2．如權利要求1所述的二進制編碼的直接序列擴頻通信系統，其特征是該擴頻序列是由具有長度為2、零相關區為ZCZ=1或長度L＞2、零相關區為ZCZ=L/2+1的兩個序列的初始序列集遞歸構造而成，或通過對半截短一個ZCZ序列集來得到，其中最大的截短次數等于用來構造該ZCZ序列集的遞歸次數。
3．一個蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統，其特征是在同一小區內通信的所有用戶的信道化擴頻序列取自如權利要求1和2所述的ZCZ碼序列集。
4．一個蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統，其特征是一個長度為L、零相關區ZCZ≥L/2+1的二進制ZCZ序列被選擇來作為用于小區間同步工作的加擾碼。
5．一個蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統，其特征是用于小區間異步工作的加擾碼選取自如權利要求1和2所述的ZCZ碼序列集。
6．如權利要求3或5的蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統，其特征是每個基站或移動臺發射機被分配一個ZCZ擴頻序列或一個ZCZ擴頻序列子集，它們被選取自如權利要求1和2所述的ZCZ碼集。
7．如權利要求3,4,5或6的蜂窩二進制編碼的直接序列CDMA通信系統，該通信系統的下行通信為同步傳輸，上行通信為異步傳輸。
全文摘要
本發明涉及一種直接序列(DS)擴頻(SS)系統,由調制器(1)和解調器(2)組成,其中擴頻序列(3)具有零相關區(ZCZ)特性,解擴過程包括將接收信號與相同的擴頻序列(3)相乘,隨后是低通濾波器(LPF),譯碼器和解交織器。其中,每個用戶的擴頻序列比特速率遠高于通常的輸入的編碼數據比特速率,因此擴展了系統的頻譜。因為使用了具有ZCZ特性的擴頻序列,并且ZCZ的寬度可以根據傳輸信道條件來調整,該擴頻系統(特別是相關的DS CDMA系統)工作于無干擾方式。
文檔編號H04B1/707GK1297628SQ00800435
公開日2001年5月30日 申請日期2000年1月26日 優先權日1999年1月29日
發明者范平志, 末廣直樹, 畔柳功芳 申請人:范平志, 末廣直樹, 畔柳功芳