CN101378294B - 低干扰多速率多小区准同步cdma通信系统的信号生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低干扰多速率多小区准同步码分多址通信系统的信号生成方法。扩频序列码组是由Bent函数与Walsh-Hadamard正交序列集构造出具有某些理想特性的Hadamard矩阵集；利用该Hadamard矩阵集与一对互为伴的互补对序列集进行运算得到具有类零相关区序列特性的序列集；最后利用该类零相关区序列集与正交序列集进行迪卡尔积运算，得到多组具有类零相关区特性的序列集。当系统最大同步误差和信道最大多径时延扩展在所规定的范围之内时，可大幅度降低系统干扰。扩频序列码组的参数和系统效率可根据实际因素实时调整，灵活选取。减小了码分多址通信系统对功率控制和同步的要求，降低了系统实现复杂性。

Description

低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法

技术领域

本发明涉及一种直接序列扩频无线通信，特别涉及低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法。

背景技术

多速率是对未来个人移动通信系统提出的基本要求，即除了需要支持现有的话音和低速数据业务外，还需要支持包括高分辨率图象、高速数据在内的更为广泛的综合业务。码分多址通信系统中多速率的实现方案有以下几种：可变处理增益方案，可变占空比方案，多载波码分多址方案及多码码分多址方案。

多码码分多址是一种并行传输技术。系统中预先设定一个基本速率和恒定的chip速率，各个基本速率数据的传输用一个扩频码来承载。用户的实际传输速率是基本速率的整数倍，通过分配给用户不同的通道数来实现不同数据速率的传输。当发送高速用户数据时，先将其经过串/并变换，分成一组并行的基本速率支流，再对每个支流分配一个扩频码分别进行扩频调制，然后将各支流数据求和后一起调制到同一射频上，通过同一信道进行传输。不同的用户采用不同的序列组实现其不同速率的传输。这样，在接收端可以用RAKE接收机将各支路数据从同一数据流中区分出来，然后再进行串/并变换恢复原始数据流。

要使多速率码分多址系统具有良好的性能，其扩频序列集要具有良好的相关特性，用数学方法来描述：即假定S为一序列集，S＝{A_i}，i＝1，2，…，U，A_i分配给不同的用户，即最多可支持U个用户，A_i包含M_i个序列，最多可支持M_i个支流，使速率扩大到M_i倍。对于不同的系统，多速率码分多址通信系统中使用的扩频序列码组S应具有如下相关特性(由于同一用户在发送数据时各支流数据之间可保持精确的同步，A_i序列组内任意两个序列保持正交)：

(1)在同步系统中，仅要求A_i序列组间在零时延处互相关值为零，即保持正交(如正交的沃尔什(Walsh)码)。对于移动通信系统，上行链路的准确同步不太容易保证，无线信道的多径传播使系统同步变得更加困难，而且由于远近效应的存在，进一步降低了同步码分多址通信系统的性能，使系统容量受到限制。为了尽量减轻远近效应的影响，在IS-95等实用系统中，采用了复杂的功率控制技术。

(2)在异步系统中，由于接入时间是随机的，因此要求A_i序列组间在所有时延处互相关值均为零。遗憾地是，对于一维扩频码设计，无论是二元、多元还是复数序列，已经证明具有这种理想相关特性的序列是不存在的。亦即对给定的序列长度与数目，最大自相关函数边峰值和最大互相关函数值不可能同时为零，它们受到一些理论限的限制，要求一个变小时，另一个必然增大，如Welch限，Sidelnikov限等。

(3)为了解决同步系统和异步系统存在的问题，近年来有人提出准同步或近似同步码分多址通信系统，使得系统的同步误差控制在一定范围(如一个或几个码片周期)之内，并在扩频码设计上展开了研究工作，设计出了具有低/零相关区的序列(该序列在零时延附近一定范围之内，具有极小或理想的相关函数)。借助于低/零相关区序列，可以实现抗多径干扰且性能优越的准同步CDMA系统。目前已有一些相关的专利，如中国专利PCT/CN98/00151(CN1175828A)，采用一种具有零相关区的三元扩频序列组；日本专利TY99002(11-023252)，采用一种具有零相关区的二元扩频序列组；等等。

将具有零相关区的序列集应用于多小区系统中，只要零相关区大于多径时延及相邻基站接入时延就可以获得很好的系统性能，但是零相关区序列与其它序列以按码片异或的方式进行级联会造成零相关区特性的丧失，而仅仅使用零相关区序列进行扩频会使得可用码字数不足，因此我们需要多组零相关区序列集。

针对这种情况，出现了一种类零相区序列集GLS序列集(Design of SpreadingCodes for Quasi-Synchronous CDMA with Intercell Interference，IEEE Journalon selected areas in communications，vol 24，no.1，January 2006，pp.84-93.)。GLS序列集具有类零相关区特性，有多个序列集，可应用于多小区准同步码分多址通信系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵活、简单的低干扰多速率多小区准同步码分多址通信系统信号生成方法，使生成的信号具有类零相关区特性，从而使码分多址通信系统在一定条件下可大幅度降低系统干扰，减小系统对功率控制和同步的要求，降低系统实现复杂性。

所设计的具有“类零相关区”的序列定义如下：

对于具有M个长度为N的序列的序列集S＝{S⁽ⁱ⁾，i＝1，2，...，M}，按下式定义类零相关区GZ_CZ：

GZ_CZ＝max{T||R_s，t(τ)|＝0，其中(T₀＜|τ|＜T，T₀＜T)}

其中T0接近于零值，R_s，t(τ)为序列S^(s)与S^(t)在时延τ的非周期互相关函数值。根据该定义，我们称该序列集S为一个类零相关区序列集。对于类零相关区序列集S，在相关函数原点周围存在着一个区域GZ_CZ，它们的相关函数在这个区域内(除部分时延外)达到理想。

本发明的上述方法是这样实现的，一种低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法，包括以下步骤：

对每个用户的原始数据分别进行串并变换，得到用于每个用户的一组并行基本速率支流；

对于每个用户，利用作为一组扩频码的具有类零相关区长度GZ_CZ的扩频序列码组中的一组序列分别对所述的一组并行基本速率支流进行扩频调制处理，然后进行求和处理，由此生成每个用户的扩频调制信号；以及

将所有用户的扩频调制信号进行求和处理后调制到同一射频上。

其中，所述有类零相关区长度GZ_CZ的扩频序列码组包括多个不同序列组，每个所述序列组包括多个不同子序列集，每个所述子序列集包括多个不同序列。

其中，在上述扩频调制处理中，对不同小区的用户采用不同序列组的序列作为扩频码；对同一小区内不同用户采用同一序列组内不同子序列集的序列作为扩频码；对同一用户采用同一序列组内同一子序列集的多个或一组序列作为扩频码。

其中，所述扩频序列码组按以下步骤生成：

(1)将Bent函数{f_i，0≤i＜2^n-1/2ⁿ，n为偶数/奇数}映射成±1值序列；

(2)利用Bent函数的所述±1值序列与Walsh-Hadamard正交序列集构造出Hadamard矩阵集；

(3)利用所述Hadamard矩阵集与一对长度为N、互为伴的互补对序列集，得到具有类零相关区特性的序列集；

(4)利用所述具有类零相关区特性的序列集与正交序列集进行迪卡尔积运算得到具有类零相关区特性的包括多个序列集的扩频序列码组。

其中，步骤(1)所述的Bent函数±1值序列为：

${\tilde{f}}_i\left(t\right)={(-1)}^{f_i(t_1,t_2,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;t_n)},0\&le;t=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{2}^{i-1}{t}_i<2^n$

其中，步骤(2)包括以下步骤：

利用一个2ⁿ×2ⁿ的Hadamard正交矩阵Hⁿ和所述Bent函数±1值序列，按照下式得到包含多个Hadamard正交矩阵的矩阵集合BH：

n为偶数

n为奇数

其中，

hⁿ _：，i表示Hⁿ的第i列元素。

其中，所述步骤(3)包括以下步骤：

将一对互为伴的互补对(C1，S1)和(C2，S2)重新组合成串联互补对(C S)及(C^⊥ S^⊥)，其中C为2^n-1个(C1 C2)的串联，C^⊥为2^n-1个(C2 C1)的串联，S为2^n-1个(S1 S2)的串联，S^⊥为2^n-1个(S2 S1)的串联，

对所述矩阵BH和串联互补对(C S)及(C^⊥ S^⊥)进行如下操作：

其中，

BH：，i表示BH的第i列元素。GS序列集有N_G＝2^n-1/2ⁿ个子序列集，每个子序列集内有M_G＝2ⁿ⁺¹个用户，序列长度为L_G＝2ⁿ⁺¹N+N-1，类零相关区长度为N，n为偶数/奇数。

其中，所述步骤(4)包括以下步骤：

将所述GS序列集中的第k组序列GS^k以矩阵形式排列为：

${\mathrm{GS}}^k=\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}^k& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{1L_G}^k\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ g_{M_{G}1}^k& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{M_G{L}_G}^k\end{array}\right]$

其中第i行第j列个元素g^k _ij表示第k组GS序列中第i个序列的第j个元素；将具有M_H个长为L_H序列的正交序列集以矩阵形式排列为H：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_{1L_H}\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ h_{M_{H}1}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_{M_H{L}_H}\end{array}\right]$

其中第i行第j列个元素h_ij表示正交序列集H中第i个序列的第j个元素；

对上述矩阵GS^k和H进行迪卡尔积运算，生成扩频序列码组或序列集GOS(N_G，M_G，M_H，L，GZ_CZ)，包含N_G个序列组，每个序列组包含M_G个子序列集，每个子序列集包含M_H个长度为L＝L_G×L_H的序列，类零相关区长度为GZ_CZ＝2N-1：

$\mathrm{GOS}={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{GOS}}_1^k\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ {\mathrm{GOS}}_{M_G}^k\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{GS}}_1^k\&CircleTimes;H\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ {\mathrm{GS}}_{M_G}^k\&CircleTimes;H\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}$

${\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}^{k}H& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{1L_G}^{k}H\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ g_{M_{G}1}^{k}H& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{M_G{L}_G}^{k}H\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}$

其中

表示迪卡尔积运算。

其中，所述的扩频序列码组中任一序列的非周期自相关函数在零时延两旁均有零相关区；所述扩频序列码组中不同序列组中的任意两个序列之间的非周期互相关值在零时延附近的某个区域内为零；对于所述的扩频序列码组中同一序列组中不同子序列集之间的任意两个序列，其非周期互相关值在零时延附近的某个区域内为零。

其中，所述的扩频序列码组中同一序列组同一子序列集之间的任意两个不同序列之间保持正交。

本发明具有以下有益效果：

1.系统最大同步误差和信道最大多径时延扩展在所规定的范围之内时，可大幅度降低系统干扰。

2.扩频序列码组的参数可根据实际因素实时调整，灵活选取。

3.减小了码分多址通信系统对功率控制和同步的要求，降低了系统实现复杂性。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的类零相关区序列集作为扩频码应用于多速率多小区码分多址通信系统；

图2是本发明的类零相关区序列集GOS(8，32，2，262，7)中的两个序列组中的三个子序列集{a¹ _1，1，a¹ _1，2}，{a¹ _32，1，a¹ _32，2}，{a² _1，1，a² _1，2}；

图3是本发明的类零相关区序列集的非周期自相关函数图(以图2中序列a¹ _1，1为例)；

图4是图3的放大图；

图5是本发明的类零相关区序列集中不同序列组间的非周期互相关函数图(以图2中序列a¹ _1，1与序列a² _1，1为例)；

图6是图5的放大图；

图7是本发明的类零相关区序列集中同一序列组的不同子序列集间的非周期互相关函数图(以图2中序列a¹ _1，1与序列a¹ _32，1为例)；

图8是图7的放大图；

图9是本发明的类零相关区序列集中同一序列组的同一子序列集间的非周期互相关函数图(以图2中序列a¹ _1，1与序列a¹ _1，2为例)；

图10是图9的放大图。

具体实施方式

图1显示了的本发明的类零相关区序列集作为扩频码应用于多速率多小区码分多址通信系统。

如图1所示，本发明的低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法包括以下步骤：

对每个用户的原始数据分别进行串并变换，得到用于每个用户的一组并行基本速率支流；

对于每个用户，利用作为一组扩频码的具有类零相关区长度GZ_CZ的扩频序列码组中的一组序列分别对所述的一组并行基本速率支流进行扩频调制处理，然后进行求和处理，由此生成每个用户的扩频调制信号；以及

将所有用户的扩频调制信号进行求和处理后调制到同一射频上。

上述的类零相关区长度GZ_CZ的扩频序列码组包括多个不同序列组，其每个所述序列组包括多个不同子序列集，每个所述子序列集包括多个不同序列。

因此在本发明的扩频调制处理中，对不同小区的用户采用不同序列组的序列作为扩频码；对同一小区内不同用户采用同一序列组内不同子序列集的序列作为扩频码；以及对同一用户采用同一序列组内同一子序列集的多个序列作为扩频码。

一般来说，在本发明的码分多址通信系统中，只要用作扩频的序列具有良好的相关特性，在接收端就能恢复出较好的数据。当各扩频序列间在一定相对位移范围内满足近似同步关系时，采用本发明具有类零相关区特性的序列集将获得近乎理想的系统性能。

下面详细说明本发明的具有类零相关区的扩频序列码组的生成，但是本发明不限于此。

本发明系统中采用的扩频序列码组由Bent函数与Walsh-Hadamard正交序列集构造出具有某些理想特性的Hadamard矩阵集；利用该Hadamard矩阵集与一对互为伴的互补对序列集进行运算得到具有类零相关区序列特性的序列集；最后利用该类零相关区序列集与正交序列集进行迪卡尔积运算，得到多组具有类零相关区特性的序列集或扩频序列码组。

本发明所提出的扩频序列码组按下述步骤生成：

1.对Bent函数{f_i，0≤i＜2^n-1/2ⁿ，n为偶数/奇数}进行变换使其成为±1值序列，

${\tilde{f}}_i\left(t\right)={(-1)}^{f_i(t_1,t_2,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;t_n)},0\&le;t=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{2}^{i-1}{t}_i<2^n---\left(1\right)$

其中t为从0到2ⁿ的十进制数，t₁，t₂…t_n为t从十进制数转换成二进制数的不同位。

2.按照下式对一个2ⁿ×2ⁿ的Hadamard正交矩阵Hⁿ和Bent函数的±1值序列进行运算得到包含多个Hadamard正交矩阵的矩阵集合BH，BH矩阵集中不同矩阵间的码间同相位互相关值的最大值达到下界2^(n-1)/2：

n为偶数

n为奇数          (2)

其中，

hⁿ _：，i表示Hⁿ的第i列元素。

3.将一对互为伴的互补对(C1，S1)和(C2，S2)重新组合成串联互补对(CS)及(C^⊥ S^⊥)，其中C为2^n-1个(C1 C2)的串联，C^⊥为2^n-1个(C2C1)的串联，S为2^n-1个(S1 S2)的串联，S^⊥为2^n-1个(S2 S1)的串联。

对BH和串联互补对(C S)及(C^⊥ S^⊥)进行如下操作：

其中，

BH_：，i表示BH的第i列元素。GS序列集有N_G＝2^n-1/2ⁿ(n为偶数/奇数)个子序列集，每个子集内有M_G＝2ⁿ⁺¹个用户，序列长度为L_G＝2ⁿ⁺¹N+N-1，类零相关区长度为N。

4.将GS序列集中的第k组序列GS^k以矩阵形式排列为：

${\mathrm{GS}}^k=\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}^k& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{1L_G}^k\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ g_{M_{G}1}^k& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{M_G{L}_G}^k\end{array}\right]$

其中第i行第j列个元素g^k _ij表示第k组GS序列中第i个序列的第j个元素；

将具有M_H个长为L_H序列的正交序列集以矩阵形式排列为H：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_{1L_H}\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ h_{M_{H}1}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_{M_H{L}_H}\end{array}\right]$

其中第i行第j列个元素h_ij表示正交序列集H中第i个序列的第j个元素。

对上述矩阵GS^k和H进行迪卡尔积运算，

$\mathrm{GOS}={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{GOS}}_1^k\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ {\mathrm{GOS}}_{M_G}^k\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{GS}}_1^k\&CircleTimes;H\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ {\mathrm{GS}}_{M_G}^k\&CircleTimes;H\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}$

$={\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}^{k}H& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{1L_G}^{k}H\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ g_{M_{G}1}^{k}H& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{M_G{L}_G}^{k}H\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}---\left(4\right)$

其中

表示迪卡尔积运算。生成的序列集或扩频序列码组GOS(N_G，M_G，M_H，L，GZ_CZ)包含N_G个序列组，每个序列组包含M_G个子序列集，每个子序列集包含M_H个长度为L＝L_G×L_H的序列，类零相关区长度为GZ_CZ＝2N-1。

例如，选择Bent函数(f₁＝0，f₂＝t₁t₂+t₃t₄，f₃＝t₁t₄+t₂t₃+t₃t₄，f₄＝t₁t₃+t₂t₃+t₂t₄+t₃t₄，f₅＝t₁t₂+t₁t₄+t₂t₃+t₂t₄，f₆＝t₁t₃+t₁t₄+t₂t₄+t₃t₄，f₇＝t₁t₂+t₁t₃+t₁t₄+t₂t₃，f₈＝t₁t₂+t₁t₃+t₂t₄)，其中t₁，t₂，t₃和t₄分别为二进制数组的第一位，第二位，第三位和第四位，利用公式(1)，得到：

${\tilde{f}}_1=\left\{\begin{array}{cccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right\}$

${\tilde{f}}_2=\left\{\begin{array}{cccccccccccccccc}1& 1& 1& -1& 1& 1& 1& -1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& -1& 1\end{array}\right\}$

${\tilde{f}}_3=\left\{\begin{array}{cccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& 1& -1& 1& -1& -1& 1& 1& -1\end{array}\right\}$

${\tilde{f}}_4=\left\{\begin{array}{cccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& -1& -1& 1& 1& 1& -1& -1& -1& 1& -1& 1\end{array}\right\}$

${\tilde{f}}_5=\left\{\begin{array}{cccccccccccccccc}1& 1& 1& -1& 1& 1& -1& 1& 1& -1& -1& -1& 1& -1& 1& 1\end{array}\right\}$

${\tilde{f}}_6=\left\{\begin{array}{cccccccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& -1& 1& -1& 1& -1& -1& 1& -1& -1& 1& 1\end{array}\right\}$

${\tilde{f}}_7=\left\{\begin{array}{cccccccccccccccc}1& 1& 1& -1& 1& -1& -1& -1& 1& -1& 1& 1& 1& 1& -1& 1\end{array}\right\}$

${\tilde{f}}_8=\left\{\begin{array}{cccccccccccccccc}1& 1& 1& -1& 1& -1& 1& 1& 1& 1& -1& 1& 1& -1& -1& -1\end{array}\right\}$

选择16×16的Walsh-Hadamard正交矩阵，利用公式(2)，得到(仅列举其中一部分序列)：

BH¹ ₁＝{1 1  1 1  1 1  1 1  1 1  1 1  1 1  1 1}

BH² ₁＝{1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1}

其中BHⁱ _j为第i组BH的第j个序列。

选择互补对(C1＝[1 1 1 -1]，S1＝[1 -1 1 1])，(C2＝[1 1 -1 1]，S2＝[1 -1-1 -1])，利用公式(3)，得到(仅列举其中一部分序列)：

GS¹ ₁＝{1 1  1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  -1 1  1   1

1    -1  1  1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1  1

1    -1  1  1  1  1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  -1  1

1    1   1  -1 1  1  -1 1  0  0  0  1  -1 1  1  1  -1 -1  -1

1    -1  1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1  1

1    1   -1 -1 -1 1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  1   -1

-1   -1  1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  1  -1 -1 -1}

GS¹ ₃₂＝{ 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1  1

1   1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  1  -1

-1  -1 1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1

-1  1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 0  0  0  1  -1 1  1  -1 1  1

1   1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1

1   1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  -1

1   1  1  1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  -1 1  1  1}

GS² ₁＝{1  1  1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1

1   1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  1  -1

1   1  -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 -1 -1 -1 1  -1 -1 1

-1  -1 -1 -1 1  1  1  -1 1  0  0  0  1  -1 1  1  1  -1 -1

-1  1  -1 1  1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1

1   1  -1 1  1  1  1  -1 1  1  1  -1 -1 -1 1  -1 1  1  -1

1   1  1  -1 1  -1 -1 -1 1  1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 -1 -1}

选择2×2的Walsh-Hadamard正交矩阵，利用公式(4)，得到：

$A={\left[\begin{array}{c}{A}_1^k\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ A_{32}^k\end{array}\right]}_{k=1,...,8}={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{GLS}}_1^k\&CircleTimes;H\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ \&CenterDot;\\ {\mathrm{GLS}}_{32}^k\&CircleTimes;H\end{array}\right]}_{k=1,...,8}---\left(5\right)$

$={\left[\begin{array}{ccc}{g}_{\mathrm{1,1}}^{k}H& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{\mathrm{1,131}}^{k}H\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ \&CenterDot;& \&CenterDot;& \&CenterDot;\\ g_{\mathrm{32,1}}^{k}H& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& g_{\mathrm{32,131}}^{k}H\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}$

A是一个GOS(8，32，2，262，7)序列集，包含8个序列组，每个序列组包含32个子序列集，每个子序列集内包含2个长为262的序列，类零相关区GZ_CZ＝7.

图2显示了本发明的类零相关区序列集GOS(8，32，2，262，7)中的两个序列组中的三个子序列集{a¹ _1，1，a¹ _1，2}，{a¹ _32，1，a¹ _32，2}，{a² _1，1，a² _1，2}。

在图2中，基于Bent函数(f₁＝0，f₂＝t₁t₂+t₃t₄，f₃＝t₁t₄+t₂t₃+t₃t₄，f₄＝t₁t₃+t₂t₃+t₂t₄+t₃t₄，f₅＝t₁t₂+t₁t₄+t₂t₃+t₂t₄，f₆＝t₁t₃+t₁t₄+t₂t₄+t₃t₄，f₇＝t₁t₂+t₁t₃+t₁t₄+t₂t₃，f₈＝t₁t₂+t₁t₃+t₂t₄)，16×16的Walsh-Hadamard正交矩阵，互补对(C1＝[1 1 1 -1]，S1＝[1 -1 1 1])，(C2＝[1 1 -1 1]，S2＝[1 -1-1 -1])和2×2的Walsh-Hadamard正交矩阵，利用类零相关区序列集构造方法构造出GOS(8，32，2，262，7)，可供8个小区使用，每个小区可容纳32个用户，每个用户可有两条支路(即速率可扩大两倍)，要求序列时延小于7。

图3是图2中序列a¹ _1，1的非周期自相关函数图，从图中可以看到其非周期自相关函数副峰在零时延附近一个区域内为零。

图4是图3在时延[-30，30]范围内的非周期自相关函数图。

图5是图2中序列a¹ _1，1与序列a² _1，1的非周期互相关函数图，从图中可以看到，其非周期互相关函数在零时延附近一个区域内(除部分时延外)为零。

图6是图5在时延[-30，30]范围内的非周期互相关函数图。

图7是图2中序列a¹ _1，1与序列a¹ _32，1的非周期互相关函数图，从图中可以看到，其非周期互相关函数在零时延附近一个区域内为零。

图8是图7在时延[-30，30]范围内的非周期互相关函数图。

图9是图2中序列a¹ _1，1与序列a¹ _1，2的非周期互相关函数图，从图中可以看到，其非周期互相关函数保持正交。

图10是图9在时延[-30，30]范围内的非周期互相关函数图。

尽管上述说明通过举例详细说明了本发明的低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统、信号生成方法、具有类零相关区的扩频序列码组生成方法，但是上述说明仅仅用于解释，而不用于限定。因此本发明的范围应当由所附权利要求所确定。

Claims (7)

1.一种低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法，其特征在于包括以下步骤：

对每个用户的原始数据分别进行串并变换，得到用于每个用户的一组并行基本速率支流；

对于每个用户，利用作为一组扩频码的具有类零相关区GZ_CZ的扩频序列码组中的一组序列分别对所述的一组并行基本速率支流进行扩频调制处理，然后进行求和处理，由此生成每个用户的扩频调制信号；以及

将所有用户的扩频调制信号进行求和处理后调制到同一射频上；

所述扩频序列码组按以下步骤生成：

(1)将Bent函数{f_i，0≤i＜2ⁿ¹/2ⁿ}映射成±1值序列，其中n为偶数/奇数；

(2)利用Bent函数的所述±1值序列与Walsh-Hadamard正交序列集构造出Hadamard矩阵集；

(3)利用所述Hadamard矩阵集与一对长度为N、互为伴的互补对序列集，得到具有类零相关区特性的序列集；

(4)利用所述具有类零相关区特性的序列集与正交序列集进行迪卡尔积运算得到具有类零相关区特性的包括多个序列集的扩频序列码组。

2.根据权利要求1所述的低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法，其特征在于，所述有类零相关区GZ_CZ的扩频序列码组包括多个不同序列组，其中：每个所述序列组包括多个不同子序列集，每个所述子序列集包括多个不同序列。

3.根据权利要求1或2所述的低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法，其特征在于在所述扩频调制处理中，

对不同小区的用户采用不同序列组的序列作为扩频码；

对同一小区内不同用户采用同一序列组内不同子序列集的序列作为扩频码；以及

对同一用户采用同一序列组内同一子序列集的多个或一组序列作为扩频码。

4.根据权利要求1所述的低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法，其特征在于步骤(1)的Bent函数±1值序列为：

${\tilde{f}}_i\left(t\right)={(-1)}^{f_i(t_1,t_2,...t_n)},0\&le;t=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{2}^{i-1}{t}_i<2^n$

其中，t为从0到2ⁿ的十进制数，t₁，t₂…t_n为t从十进制数转换成二进制数的不同位。

5.根据权利要求1所述的低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法，其特征在于所述步骤(4)包括以下步骤：

将GS序列集中的第k组序列GS^k以矩阵形式排列为：

${\mathrm{GS}}^k=\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}^k& ...& g_{{1L}_G}^k\\ ...& ...& ...\\ g_{M_{G}1}^k& ...& g_{M_G{L}_G}^k\end{array}\right]$

其中第i行第j列个元素g^k _ij表示第k组GS序列中第i个序列的第j个元素；

将具有M_H个长为L_H序列的正交序列集以矩阵形式排列为H：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& ...& h_{{1L}_H}\\ ...& ...& ...\\ h_{M_{H}1}& ...& h_{M_H{L}_H}\end{array}\right]$

其中第i行第j列个元素h_ij表示正交序列集H中第i个序列的第j个元素；

对上述矩阵GS^k和H进行迪卡尔积运算，生成扩频序列码组或序列集GOS(N_G，M_G，M_H，L，GZ_CZ)，包含N_G个序列组，每个序列组包含M_G个子序列集，每个子序列集包含MH个长度为L＝L_G×L_H的序列，类零相关区长度为GZ_CZ＝2N-1：

$\mathrm{GOS}={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{GOS}}_1^k\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{GOS}}_{M_G}^k\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{GS}}_1^k\&CircleTimes;H\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{GS}}_{M_G}^k\&CircleTimes;H\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}$

$={\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}^{k}H& ...& g_{1L_G}^{k}H\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ g_{M_{G}1}^{k}H& ...& g_{M_G{L}_G}^{k}H\end{array}\right]}_{k=1,...,N_G}$

其中

表示迪卡尔积运算。

6.根据权利要求4或5所述的低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法，其特征在于：

所述的扩频序列码组中任一序列的非周期自相关函数在零时延两旁均有零相关区；

所述扩频序列码组中不同序列组中的任意两个序列之间的非周期互相关值在零时延附近的某个区域内为零；

对于所述的扩频序列码组中同一序列组中不同子序列集之间的任意两个序列，其非周期互相关值在零时延附近的某个区域内为零。

7.根据权利要求4或5所述的低干扰多速率多小区准同步CDMA通信系统的信号生成方法，其特征在于：所述的扩频序列码组中同一序列组同一子序列集之间的任意两个不同序列之间保持正交。

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