CN1297628A - 使用具有零相关区特性的二进制码序列集的自适应无干扰扩频系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直接序列(DS)扩频(SS)系统,由调制器(1)和解调器(2)组成,其中扩频序列(3)具有零相关区(ZCZ)特性,解扩过程包括将接收信号与相同的扩频序列(3)相乘,随后是低通滤波器(LPF),译码器和解交织器。其中,每个用户的扩频序列比特速率远高于通常的输入的编码数据比特速率,因此扩展了系统的频谱。因为使用了具有ZCZ特性的扩频序列,并且ZCZ的宽度可以根据传输信道条件来调整,该扩频系统(特别是相关的DS CDMA系统)工作于无干扰方式。

Description

使用具有零相关区特性的 二进制码序列集的自适应无干扰扩频系统

[发明背景]

[技术领域]

本发明涉及一个二进制直接序列(DS)扩频(SS)系统，特别是DSCDMA系统，它通过使用具有零相关区(ZCZ)特性的二进制扩频序列集，工作于无干扰方式，以消除多址干扰和系统中的其它负面影响。

[背景技术说明]

未来数字通信系统将以高吞吐量、综合业务和灵活性为特点。直接序列(DS)扩频(SS)系统、特别是DS-SS码分多址(CDMA)方案已经成为许多数字蜂窝移动通信和无线个人通信系统的推选技术。蜂窝CDMA比TDMA或FDMA系统有许多潜在优势，比如高频谱效率、适度恶化、抗多径能力、频率分集与抗干扰能力等。

一个典型的直接序列(DS)扩频系统，如图1所示，由调制器(1)和解调器(2)组成，其中扩频是将经过编码和交织后的输入数据乘以一个二进制扩频序列(3)，解扩是将接收信号乘以同一个二进制扩频序列(3)，随后是低通滤波器(LPF)、译码器和解交织器。其中每个用户的扩频序列的比特速率通常远高于输入的编码数据的比特速率，因此扩展了系统的频谱。扩频序列的比特速率与输入数据速率的比值被称为扩频因子(SF)。由于扩频序列类似于冲激的自相关特性，所想要的信号到达接收端后被解扩。当解扩作用于其它用户信号产生的干扰时，就没有解扩。也就是说，每个扩频信号好象是与使用同一频带的其它用户信号是不相关的。因此，CDMA码应该被设计成具有很小的自相关边峰(最好为零边峰)和很小的互相关(最好为零互相关)。

给定序列数目为M(该集之中的序列数)，每一个序列长度为L的序列集{a^(r) _n},r=1,2,3…,M,n=0,1,2,3…,L-1，则周期自相关函数(ACF,r=s)和周期互相关函数(CCF,r≠s)定义为： $R_{r,s}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{n=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^{\left(r\right)}{a}_n^{\left(s\right)}+\mathrm{\τ}$ 其中下标求和n+τ为模L求和。

在理想情况下，要求ACF为冲激函数，而CCF应处处为零。但是，已经证明，不可能设计出具有理想冲激自相关函数和理想零互相关函数的扩频码序列集，从而导致了CDMA系统中的共信道干扰。通常，序列长度L、序列数目M、最大自相关函数边峰值R_amax和最大互相关函数值R_cmax由一些理论限所限制，如威尔奇(Welch)限，斯德尼科夫(Sidelnikov)限，沙威特(Sarwate)限，列文斯坦(Levenshtein)限，等等。

除了本地噪声不可消除外，还有其它三种影响DS CDMA系统容量和系统性能的干扰，即符号间干扰(ISI)、多址干扰(MAI)与相邻小区(或信道)干扰(ACI)。但是，所有这三种干扰都可通过使用好的多址扩频码来减小，甚至消除。

为减小DS CDMA系统中的干扰，已经有一些专利发表。但是，目前大多数已发表的方法是在接收端使用干扰抵消、快速准确的发射功率控制、变速率传输和其它复杂的技术。已有的专利之一PCT/CN98/00151(CN1175828A)使用具有有限序列数目和零相关区的三进制扩频序列；另一专利PCT/JP97/03272(JP271858/96)使用具有梳状频谱的扩频序列。

[发明目的]

本发明是基于以上情况而提出的。根据权利要求1，本发明的目的是提供一个二进制编码的直接序列(DS)扩频(SS)通信系统，其特征是：在该系统中，所使用的长度为L、序列数目为M的二进制扩频序列集的周期自相关函数在零移位两旁有一个零相关区Z_OZ，在包括属于该码序列集的任何扩频序列对之间的零移位在内的周期互相关函数有一个零相关区Z_CZ；该扩频码序列集的长度为L=2×2ⁱ×10^j×26^k，其中i,j,k可以为零或任意正整数，序列数目满足2＜M＜L，当i,j和k取任意允许值时零相关区满足Z_CZ≤L/M+1，当j=k=0且i取任意允许值时零相关区满足Z_CZ=L/M+1；系统采用的帧格式由中心帧和附加保护序列组成，中心帧由二进制输入与该ZCZ序列相乘得到，附加保护序列用来封闭该中心帧并成为中心帧的一部分。由此，可以有效地消除多址干扰、多径干扰和其它负面影响。

而且，根据权利要求2，本发明的目的是提供具有特定长度、序列数目和所需零相关区(ZCZ)的二进制扩频序列集，使系统可工作于无干扰状态，并可根据信道条件自适应调整。

而且，根据权利要求3，本发明的目的是提供一种DS CDMA系统，将诸如通常的沃尔什(Walsh)正交码或可变长正交码等的小区内短信道化码替换成具有零相关区的二进制序列，以消除路径间干扰。

而且，根据权利要求4，本发明的目的是提供一种小区间同步的DS CDMA系统，其中将诸如通常的m-序列等的长加扰码(伪噪声码)替换成具有大零相关区的二进制码，以消除多址干扰。

而且，根据权利要求5，本发明的目的是提供一种小区间异步工作的DS CDMA系统，将诸如通常的高尔德(Gold)码或卡萨密(Kasami)码等的长加扰码替换成如本发明的二进制ZCZ码，以消除多址干扰。

而且，根据权利要求6，本发明的目的是提供一种自适应DS CDMA系统，通过给每个发射机分配具有不同ZCZ的序列子集，使发射机可以根据信道条件或系统指令选择恰当的扩频序列。

而且，根据权利要求7，上述DS CDMA系统的下行通信为同步传输，上行通信为异步传输。[发明概要]

虽然不可能设计出一个具有理想冲激自相关函数与理想零互相关函数的扩频码集，但是设计出在ACF/CCF中具有零相关区的序列集是可能的。图2中的零相关区Z_CZ由下列公式定义：

$R_{r,s}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{n=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^{\left(r\right)}{a}_{n+\mathrm{\τ}}^{\left(s\right)}=\mathrm{0,0}\≤\left|\mathrm{\τ}\right|\≤\frac{Z_{\mathrm{CCZ}}-1}{2},r\≠s$

Z_CZ=Min{Z_ACZ,Z_CCZ}应该注意，虽然上式假定Z_ACZ或Z_CCZ是对称的，一般说来，实际ZCZ可能关于零移位不对称。

为简单方便起见，这里将同相(τ=0)位置的自相关函数(ACF主峰)包括到零相关区内。因此，零相关区Z_ACZ或Z_CCZ是一个奇数，即同相位置加两边的零位置。如果Z_ACZ=Z_CCZ，那么Z_CZ=Min{Z_ACZ,Z_CCZ}=Z_ACZ=Z_CCZ，这就是本发明的情形。另外，这里只考虑周期相关，其原因将在后面阐述。

为达到上述目的，在权利要求1中，该二进制编码的直接序列扩频通信系统的特征是：在该系统中，所使用的长度为L、序列数目为M的二进制扩频序列集的周期自相关函数在零移位两旁有一个零相关区Z_OZ，在包括属于该码序列集的任何扩频序列对之间的零移位在内的周期互相关函数有一个零相关区Z_CZ；该扩频码序列集的长度为L=2×2ⁱ×10^j×26^k，其中i,j,k可以为零或任意正整数，序列数目满足2＜M＜L，当i,j和k取任意允许值时零相关区满足Z_CZ≤L/M+1，当j=k=0且i取任意允许值时零相关区满足Z_CZ=L/M+1；系统采用的帧格式由中心帧和附加保护序列组成，中心帧由二进制输入与该ZCZ序列相乘得到，附加保护序列用来封闭该中心帧并成为中心帧的一部分。

而且，在权利要求2中，如权利要求1所述的二进制编码的直接序列扩频通信系统的特征是：该扩频序列是由具有长度为2、零相关区为Z_CZ=1或长度L＞2、零相关区为Z_CZ=L/2+1的两个序列的初始序列集递归构造而成，或通过对半截短一个ZCZ序列集来得到，其中最大的截短次数等于用来构造该ZCZ序列集的递归次数。

而且，在权利要求3中，该蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统的特征是：在同一小区内通信的所有用户的信道化扩频序列取自如权利要求1和2所述的ZCZ码序列集。

而且，在权利要求4中，该蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统的特征是：一个长度为L、零相关区Z_CZ≥L/2+1的二进制ZCZ序列被选择来作为用于小区间同步工作的加扰码。

而且，在权利要求5中，该蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统的特征是：用于小区间异步工作的加扰码选取自如权利要求1和2所述的ZCZ码序列集。

而且，在权利要求6中，根据权利要求3或5的该蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统的特征是：每个基站或移动台发射机被分配一个ZCZ扩频序列或一个ZCZ扩频序列子集，它们被选取自如权利要求1和2所述的ZCZ码集。

而且，在权利要求7中，根据权利要求3,4,5或6的该蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统的下行通信为同步传输，上行通信为异步传输。

[附图简要说明]

图1是DS扩频系统的基带模型。

图2说明了零相关区的定义，即零自相关区Z_ACZ，零互相关区Z_CCZ，与零相关区Z_CZ=Min{Z_ACZ,Z_CCZ}。

图3说明了发送机端的两级扩频。第一级扩频码称为信道化码序列，第二级扩频码称为加扰码序列。

图4说明了小区内与小区间码分配。在第一级(或层)，通常给同一小区的用户分配一组正交码以提供区分。在第二级，对小区间同步方式通常分配m-序列，对小区间异步方式分配高尔德(Gold)码或大卡萨密(Kasami)码。

图5是导致了多址干扰和多径干扰的通常的帧格式。

图6是扩展的帧结构，它通过使用周期ZCZ序列，克服了多址干扰和多径干扰。

图7是无干扰下行传输的一个例子。

图8是无干扰上行传输的一个例子。

图9a到图9f分别表示了ZCZ码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)的部分周期相关函数。

图10a到图10f分别表示了ZCZ码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)的部分非周期相关函数。

[实施本发明的最佳方式]《前言》

为更好地理解本发明，先说明构造具有所期望的ZCZ特性序列集的各种方法，然后详细说明使用ZCZ码集的自适应无干扰DS扩频系统、抗多径干扰DS CDMA系统、抗共信道干扰DS CDMA系统，最后提出实际实现中采用的扩展组帧格式。

关于一般的码序列集设计方法，本发明的发明人已经发表一些著作和论文，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，迈克·达乃尔，序列设计及其在通信中的应用，研究学习出版社，约翰·威廉父子出版社，伦敦，1996年，国际书号ISBN 0-471-96557-x，共516页)，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，迈克·达乃尔，论周期数字序列集构造与比较，IEE通信学报，第144卷，第6期，第111-117页，1997年)。

对于具有零相关区的二进制序列设计，也有一些论文发表，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.韩，信道冲激响应测量的最小化开销研究，IEEE车辆技术汇刊，第47卷，第2期，第631-636页，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，接近完备的自相关序列，IEEE信息论汇刊，第38卷，第4期，第1412-1418页，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.邓和P.Z.范，｀信道冲激响应测量的最小化开销研究｀评论，已于1998年11月递送给IEEE车辆技术汇刊)，它们给出了单个具有短长度的ZCZ序列的某些结果，主要是以计算机查询方式得到的。

目前，还没有系统地构造序列数目大于2的二进制ZCZ序列集的方法。根据上述零相关区定义，本发明提出几种系统地构造序列数目大的具有可变ZCZ值的ZCZ码序列的方法，如下所述。《ZCZ序列集构造方法-Ⅰ》

用Fⁿ表示一个ZCZ序列集，其序列数目为M，序列长度为L，零相关区为Z_CZ，或简记为F(L,M,Z_CZ)。开始设n=0，基本初始序列集为：

它是一个ZCZ序列集F(L,M,Z_CZ)=(2,2,1)。初始序列集的序列长度为L₀=2。由初始序列集，可以通过下式构造一个大的ZCZ序列集F(L,M,Z_CZ)=(2²ⁿL₀,2ⁿ⁺¹,2ⁿ+1)=(8,4,3),n=1：其中(-F⁰ _ij)由序列F⁰ _ij取反得到，F¹的每一行即为所要求的一个ZCZ序列。

由ZCZ序列集F¹，可以按类似的公式得到另一个ZCZ序列集F²，即F(L,M,Z_CZ)=(2²ⁿL₀,2ⁿ⁺¹,2ⁿ+1)=(32,8,5),n=2：其中F² _ij与F² _(i+4)(j+4),1≤i,j≤4，由下式给出： $F_{\mathrm{il}}^2=F_{\mathrm{il}}^1{F}_{\mathrm{il}}^1,\…F_{i4}^2=F_{i4}^1{F}_{i4}^1,F_{i5}^2=(-F_{\mathrm{il}}^1)F_{\mathrm{il}}^1,\…F_{i8}^2=(-F_{i4}^1)F_{i4}^1$ $F_{(i+4)1}^2=F_{i5}^2,\…F_{(i+4)4}^2=F_{(i+1)5}^2=F_{i1}^2,\…F_{(i+4)8}^2=F_{i4}^2$

一般而言，由ZCZ序列集F^n-1或F(L,M,Z_CZ)=(2^2(n-1)L₀,2ⁿ,2^n-1+1)，可以得到一个大的ZCZ序列集Fⁿ或F(L’,M’,Z’_CZ)=(2²ⁿL₀,2ⁿ⁺¹,2ⁿ+1)，如下所示：

其中Fⁿ _ij与Fⁿ _(i+M)(j+M),1≤i,j≤M，由下式给出：     $F_{\mathrm{il}}^n=F_{\mathrm{il}}^{n-1}{F}_{\mathrm{il}}^{n-1},\…F_{\mathrm{iM}}^n=F_{\mathrm{iM}}^{n-1}{F}_{\mathrm{iM}}^{n-1},F_{i(l+M)}^n=(-F_{\mathrm{il}}^{n-1})F_{\mathrm{il}}^{n-1},\…F_{i\left(2M\right)}^n=(-F_{\mathrm{iM}}^{n-1})F_{\mathrm{iM}}^{n-1}$ $F_{(i+M)1}^n=F_{i(1+M)}^n,\…F_{(i+M)M}^n=F_{i\left(2M\right)}^n,F_{(i+M)(l+M)}^n=F_{\mathrm{il}}^n,\…F_{(i+M)\left(2M\right)}^n=F_{\mathrm{iM}}^n$ 《ZCZ序列集构造方法-Ⅱ》

为扩展构造方法Ⅰ，除选用基本初始序列集

之外，还可以选用下式定义的任意阶为m的基本初始序列集：

其中

是序列Y^m的逆序列，X^m与Y^m按如下方式递归构造而成：[X⁰,Y⁰]=[1,1][X^m,Y^m]=[X^m-1Y^m-1,(-X^m-1)Y^m-1]通过使用上述递归式，可以得到一个ZCZ序列集F(L,M,Z_CZ)=(2^2n+mL₀,2ⁿ⁺¹,2^n+m+1)。

例如，如果m=2,n=1，就可以得到下列ZCZ序列集F(L,M,Z_CZ)=(32,4,9)。

S₁={++-+++-+---+---+--+-++-++++----+}

S₂={--+-++-++++----+++-+++-+---+---+}

S₃={+---+----+---+---++++---+-++-+--}

S₄={-++++---+-++-+--+---+----+---+--}

R_ACF={xxxxxxxxxxxx 0000 32 0000 xxxxxxxxxxxx}

R_CCF={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,Z_CZ)=(64,8,9)：S₁={---------+-+-+-+++--++--+--++--+++++----+-+--+-+--++++---++-+--+}S₂={++++----+-+--+-+--++++---++-+--+---------+-+-+-+++--++--+--++--+}S₃={++--++--+--++--+---------+-+-+-+--++++---++-+--+++++----+-+--+-+}S₄={--++++---++-+--+++++----+-+--+-+++--++--+--++--+---------+-+-+-+}S₅={-+-+-+-+--------+--++--+++--++--+-+--+-+++++-----++-+--+--++++--}S₆={+-+--+-+++++-----++-+--+--++++---+-+-+-+--------+--++--+++--++--}S₇={+--++--+++--++---+-+-+-+---------++-+--+--++++--+-+--+-+++++----}S₈={-++-+--+--++++--+-+--+-+++++----+--++--+++--++---+-+-+-+--------}R_ACF={xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 0000 64 0000 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx}R_CCF={xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 0000 0  0000 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx}《ZCZ序列集构造方法-Ⅲ》

使用第三种构造方法，按照一定的规则将长的序列集截短，可以得到新的ZCZ扩频序列集。

假定通过构造方法Ⅰ或构造方法Ⅱ得到了一个ZCZ序列集F(L,M,Z_CZ)=(2^2n+mL₀,2ⁿ⁺¹,2^n+m+1)，将Fⁿ对半截短t次，就可得到具有相同序列数目和小ZCZ的较短的ZCZ码，从而得到一个码集F(L,M,Z_CZ)=(2^2n+m-tL₀,2ⁿ⁺¹,2^n+m-t+1)，其中，当n＞0时t≤n，或当n=0时t≤m。

设n=2,m=0，使用上述举例的码集F(L,M,Z_CZ)=(2^2n+mL₀,2ⁿ⁺¹,2^n+m+1)=(32,8,5)，通过截短可以得到两个新的ZCZ序列集：

F(L,M,Z_CZ)=     S₁={----++++ +-+--+-+    ++----++-++-+--+}

(32,8,5)：       S₂={++----++ -++-+--+    ----+++++-+--+-+}

(t=0，无截短)    S₃={+-+--+-+ ----++++    -++-+--+++----++}

                 S₄={-++-+--+ ++----++    +-+--+-+----++++}

                 S₅={-------- +-+-+-+-    ++--++---++--++-}

                 S₆={++--++-- -++--++-    --------+-+-+-+-}

                 S₇={+-+-+-+- --------    -++--++-++--++--}

                 S₈={-++--++- ++--++--    +-+-+-+---------}

                 R_ACF={xxxxxxxxxxxxxx 00 32 00 xxxxxxxxxxxxxx}

                 R_CCF={xxxxxxxxxxxxxx 00 0  00 xxxxxxxxxxxxxx}

F(L,M,Z_CZ)=      S₁={----++++ +-+--+-+}

(16,8,3)：       S₂={++----++ -++-+--+}

(t=1，第一次截短)S₃={+-+--+-+ ----++++}

                 S₄={-++-+--+ ++----++}

                 S₅={-------- +-+-+-+-}

              S₆={++--++-- -++--++-}

              S₇={+-+-+-+- --------}

              S₈={-++--++- ++--++--}

              R_ACF={xxxxxxx 0 16 0 xxxxxxx}

              R_CCF={xxxxxxx 0 0  0 xxxxxxx}

F(L,M,Z_CZ)=      S₁={----++++}

(8,8,1)：           S₂={++----++}

(t=2，第二次截短)   S₃={+-+--+-+}

                    S₄={-++-+--+}

                    S₅={--------}

                    S₆={++--++--}

                    S₇={+-+-+-+-}

                    S₈={-++--++-}

                    R_ACF={xxxx 8 xxxx}

                    R_CCF={xxxx 0 xxxx}

设n=0,m=4。由码集F(L,M,Z_CZ)=(2^2n+mL₀,2ⁿ⁺¹,2^n+m+1)=(32,2,17)，可按下述方式得到四个新的序列集

F(L,M,Z_CZ)=         S₁={++-+---+--+----+--+-+++---+----+}

(32,2,17)：             S₂={+----+---+++-+---++++-++-+++-+--}

(t=0，无截短)           R_ACP={xxxxxxxx 00000000 32 00000000 xxxxxxxx}

                        R_CCF={xxxxxxxx 00000000  0 00000000 xxxxxxxx}

F(L,M,Z_CZ)=         S₁={++-+---+--+----+}

(16,2,9)：              S₂={+----+---+++-+--}

(t=1，第一次截短)       R_ACP={xxxx 0000 16 0000 xxxx}

                        R_CCF={xxxx 0000 0  0000 xxxx}

F(L,M,Z_CZ)=(8,2,5)：S₁={++-+---+}

(t=2，第二次截短)       S₂={+----+--}

                        R_ACF={xx 00 8 00 xx}

                        R_CCF={xx 00 0 00 xx}

F(L,M,Z_CZ)=(4,2,3)：    S₁={++-+}

(t=3，第三次截短)           S₂={+---}

                            R_ACF={x 0 4 0 x}

                            R_CCF={x 0 0 0 x}

F(L,M,Z_CZ)=(2,2,1)：       S₁={++}

(t=4，第四次截短)           S₂={+-}

                            R_ACF={x 2 x}

                            R_CCF={x 0 x}

设n=1，m=2。由码集F(L,M,Z_CZ)=(2^2n+mL₀,2ⁿ⁺¹,2^n+m+1)=(32,4,9)，可按下述方式得到另一个序列集

F(L,M,Z_CZ)=     S₁={++-+++-+---+---+ --+-++-++++----+}

(32,4,9)：       S₂={--+-++-++++----+ ++-+++-+---+---+}

(t=0，无截短)    S₃={+---+----+---+-- -++++---+-++-+--}

                 S₄={-++++---+-++-+-- +---+----+---+--}

                 R_ACF={xxxxxxxxxxxx 0000 32 0000 xxxxxxxxxxxx}

                 R_CCF={xxxxxxxxxxxx 0000 0  0000 xxxxxxxxxxxx}

F(L,M,ZCZ)=      S₁={++-+++-+---+---+}

(16,4,5)：       S₂={--+-++-++++----+}

(t=1，第一次截短)S₃={+---+----+---+--}

                 S₄={-++++---+-++-+--}

                 R_ACF={xxxxxx 00 16 00 xxxxxx}

                 R_CCF={xxxxxx 00 0  00 xxxxxx}但是，该ZCZ码集F(L,M,Z_CZ)=(16,4,5)不能再截短，因为当n＞0时，有限制条件t≤n。《其它ZCZ序列集构造方法》

一般而言，对任意给定长度为2^m+1的初始序列集F⁰，可以通过构造方法Ⅰ-Ⅲ构造出ZCZ码集F(L,M,Z_CZ)=(2^2n+m-tL₀,2ⁿ⁺¹,2^n+m-t+1)，其中L₀=2，当n＞0时t≤n，或当n=0时t≤m。应该指出，在这些构造中，当L＞M＞1时ZCZ为Z_CZ=L/M+1=22^n+m-tL₀/2ⁿ⁺¹+1=2^n+m-t+1；或当L=M时Z_CZ=1。因此，当L＞M＞1时可以将ZCZ码集记为F(L,M,Z_CZ)=(L,M,L/M+1)，或当L=M时记为F(L,M,Z_CZ)=(L,M,1)。

同样，通过利用如下长度为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码集F(L,M,Z_CZ)=(2^2n+m-tL₀,2ⁿ⁺¹,Z_CZ)中，基本长度L₀应被替代为20或52,ZCZ通常小于或等于L/M+1，即Z_CZ≤L/M+1。《自适应无干扰直接序列扩频系统》

本专利公开了一种新型自适应无干扰直接序列扩频(AIF-DS-SS)系统。该AIF-DS-SS系统是一种无干扰系统，因为该系统可工作在扩频序列具有的零自相关函数(ACF)和零互相关函数(CCF)的状态。该AIF-DS-SS是一种自适应系统，因为系统可以根据信道条件自适应地使用具有不同ZCZ特性的预期的扩频序列，从而在各种信道条件下达到最优性能。如果信道条件变差，就可以通过选择一个较小的ZCZ序列集来增大零相关区(ZCZ)，否则可以减小ZCZ以使系统能容纳更多的用户。

给定序列长度L，可以构造具有不同序列数目M和零相关区ZCZ的序列集，以便为同一个AIF-DS-SS提供不同的抗多径能力和提供不同的系统容量。对一个实际的扩频系统，设L=65536，表1中列出了可能的数目M和零相关区Z_CZ。如果选择M=128，那么序列集中所有的ACF和CCF都具有零相关区Z_CZ=513。如果信道条件变好，就可选择序列集F(L,M,Z_CZ)=(65536,256,257)；如果信道条件变坏，就可跳到序列集F(L,M,Z_CZ)=(65536,64,1025)，等等。

    表1：给定L时，M与Z_CZ之变化关系

序号	码长L	码字数目M	零相关区ZCZ
				1	65536	65536	1
2	65536	32768	3
				3	65536	16384	5
4	65536	8192	9
				5	65536	4096	17
6	65536	2048	33
				7	65536	1024	65
8	65536	512	129
				9	65536	256	257
10	65536	128	513
				11	65536	64	1025
12	65536	32	2049
				13	65536	16	4097
14	65536	8	8193
				15	65536	4	16385
16	65536	2	32769
				17	65536	1	65535

给定ZCZ序列集的序列数目M，即固定ZCZ码集中的序列数目，或等同地，固定AIF-DS-SS系统中的用户数目，可以构造具有不同长度L和不同零相关区Z_CZ的序列集，用以为AIF-DS-SS系统提供不同保护等级的抗多径和抗其它干扰的能力。例如，设M=16，表2中列出了部分可能的长度L和零相关区Z_CZ。假定系统中有16个用户，每个用户被分配一组具有不同长度L和零相关区Z_CZ的序列。假如在通常的信道条件下使用长度为L=320的序列，那么序列集中所有的ACF和CCF都具有零相关区Z_CZ=21。如果信道条件变好，系统就通知每个工作的用户将他的长度L=320的扩频序列改变成另一个长度为L=256,160,128,…的扩频序列；如果信道条件变坏，则每个工作的用户应将他的序列转换成长度更大从而具有更大零相关区的另一个扩频序列。

    表2：给定M时，L与Z_CZ之变化关系

序号	码长L	码字数目M	零相关区ZCZ
				1	16	16	1
2	32	16	3
				3	64	16	5
4	128	16	9
				5	160	16	7
6	256	16	17
				7	320	16	21
8	416	16	27
				9	512	16	33
10	640	16	41
				11	832	16	53
12	1024	16	65
				13	1280	16	81
14	1664	16	105

《使用信道化ZCZ码的抗多径干扰DS CDMA系统》

众所周知，在商用窄带或宽带CDMA系统中，为了提供灵活的系统配置和工作方式，通常采用两级扩频，每级分配不同的扩频码，如图3与图4所示。通过使用多级扩频，可以使同一小区内的用户保持波形正交性(第一级)，同时仅使不同小区内的用户间保持随机性(第二级)。

通常将每个用户的二进制输入乘以一个短扩频序列(信道化码)，使它与同一小区中其他用户的扩频序列正交，来实现第一级的正交性。第一级称为信道化。所使用的短正交扩频序列通常为沃尔什(Walsh)正交码或可变长度正交码。可变长度正交码是一种改进的沃尔什(Walsh)码。

但是，在第一扩频级，在每一个DS GDMA系统中使用的沃尔什(Walsh)或扩展沃尔什(Walsh)序列只能提供同相移位时的正交性。当可分离的传播路径数增多时，由于增大的多径干扰和由于沃尔什(Walsh)码或改进的沃尔什(Walsh)码的小零相关区(Z_CZ=1)，不同用户间的正交性将消失。

通过使用本发明的具有大ZCZ(Z_CZ＞1)的ZCZ码，即使多径问题变得严重，同一小区内不同用户间的正交性将仍然保持。也就是说，通过将本发明的ZCZ码分配给所有的小区内用户，DS CDMA系统将更能抵抗多径干扰，可在很宽的信道条件范围内保持正交性。《使用ZCZ加扰码的抗多址干扰DS CDMA系统》

通常，第二级的互随机性通过乘以一个长的伪随机序列(加扰码)来实现，对于下行信道，该加扰序列对每个小区是特定的，但是为该小区内的所有用户共用；对上行信道，该加扰码则对每个用户是特定的。所用的候选的共用加扰码是最大长度码(m-序列)、高尔德(Gold)码和卡萨密(Kasami)码。

由于DS CDMA系统中的小区分配了不同的加扰码，每个小区站点可以使用与其他小区独立的短扩频码。对于小区间同步方式，如基于IS-95系统或北美W-CDMA系统，不同的小区基站和移动用户在上行和下行链路中分别使用同一长序列的不同时延。而对于小区间异步方式，如欧洲或日本W-CDMA系统，不同的小区基站和移动用户使用不同的长加扰码序列。

但是，无论是m-序列、高尔德(Gold)码或很长的卡萨密(Kasami)码被用作加扰序列，因为这些序列的互相关值不为零，多址干扰总是一个大问题。通过使用本发明的ZCZ码作为加扰码和使用下述恰当的组帧格式，系统可以实现最佳的无多址干扰。

对于小区间同步方式，可以选用长为L、ZCZ长度为Z_CZ=L/2+1的单个ZCZ码，它优于边峰值不为零的m-序列。例如，如果将CDMA(IS-95)系统中长为L=2⁵-1=32767的m-序列替换为长为L=2⁵=32768的ZCZ序列，那么就有一个长度为Z_CZ=16385的零相关区，还可以构造出ZCZ更大的单个ZCZ序列。对于小区间异步方式，可以选用具有所要求ZCZ值的ZCZ序列集作为加扰码，该ZCZ序列集将优于ACF边峰值和CCF值较大的高尔德(Gold)或卡萨密(Kasami)序列。《用于系统实现的组帧和其它技术》

只有当干扰是由周期ZCZ码序列形成时，上述使用ZCZ码的系统才会实现无干扰工作。如图5所示，如果接收端输入信号是由序列A构成的有用信号v_s(t)和另一个序列B构成的干扰v_x(t)组成，其中序列A与B被二进制信息独立地调制为A,-A,B,-B，而且由于异步运行或多径效应，A比B延时了时延τ。当这个输入在接收端解调时，使用由序列A构成的与v_s(t)同步的解扩信号v_D(t)。假定使用常规技术维持同步。由于v_x(t)与v_D(t)通常是异步的，因此解调过程中的非周期CCF将产生干扰。应该注意，上述ZCZ码的非周期CCF不具有ZCZ或ZCZ很小。

为克服此问题，在系统设计时将时延限制在小于某个阈值，并使用一种扩展的帧格式。前者可通过在蜂窝CDMA系统的下行链路信道从基站向移动台发送一些定时控制信号来实现，后者按下述方式解决。将码片数为N的扩频序列A纳入到一个扩展帧A_E中，该扩展帧A_E由序列A和首尾码段A_H和A_T构成，其中A_H和A_T分别由序列A的前L个码片和后L个码片构成，见图6。所有的传输帧都以这种方式构成。

图7表示了当所有信号从基站同步传送时蜂窝CDMA下行传输的接收端输入的例子，这里假定小区间干扰可以忽略。

因此，有用信号v_s(t)与干扰信号v_x(t)同时到达接收端。但是，考虑到多径效应，延时了τ’之后的信号v’_s(t)与v’_x(t)成为解调过程中的干扰。

如果传输中使用扩展的帧格式，并且在接收机使用与v_s(t)同步的解扩信号v_D(t)，扩展后的序列B_E与-B_E的边界就不会落入v_D(t)的解扩序列A中。只要｜τ’｜＜LT_c(T_c为码片周期)，解调过程中干扰序列(例如B_E)就可以认为是供解调之用的周期序列。

图8是使用扩展的帧格式的又一个例子，为叙述方便这里忽略了多径效应，上行传输信号从小区中的移动台异步传送到基站。在这种情况下，有用信号与干扰信号的到达时间差用τ”来表示。与带有多径的下行传输情况类似，只要满足｜τ”｜＜LT_c，干扰就可以认为是周期的。如果存在多径效应，则应满足下述条件，即

通过使用上述同步技术，使用ZCZ码的系统可以工作于无干扰状态。如上所述，在多径效应存在时，无论是上行(异步)传输还是下行(同步)传输，系统都能很好地工作。

为使DS CDMA能够适应信道条件，基站和移动台的每个发射机可以分配一个ZCZ扩频序列或几个具有不同ZCZ的ZCZ扩频序列。

应该指出，上述ZCZ扩频码序列不仅具有理想的零相关区，如图9所示，而且在ZCZ区内还具有非常小的非零的非周期相关值，如图10所示。

Claims (7)

1．一个二进制编码的直接序列扩频通信系统，其特征是：在该系统中，所使用的长度为L、序列数目为M的二进制扩频序列集的周期自相关函数在零移位两旁有一个零相关区Z_OZ，在包括属于该码序列集的任何扩频序列对之间的零移位在内的周期互相关函数有一个零相关区Z_CZ；该扩频码序列集的长度为L=2×2ⁱ×10^j×26^k，其中i,j,k可以为零或任意正整数，序列数目满足2＜M＜L，当i,j和k取任意允许值时零相关区满足Z_CZ≤L/M+1，当j=k=0且i取任意允许值时零相关区满足Z_CZ=L/M+1；系统采用的帧格式由中心帧和附加保护序列组成，中心帧由二进制输入与该ZCZ序列相乘得到，附加保护序列用来封闭该中心帧并成为中心帧的一部分。

2．如权利要求1所述的二进制编码的直接序列扩频通信系统，其特征是：该扩频序列是由具有长度为2、零相关区为Z_CZ=1或长度L＞2、零相关区为Z_CZ=L/2+1的两个序列的初始序列集递归构造而成，或通过对半截短一个ZCZ序列集来得到，其中最大的截短次数等于用来构造该ZCZ序列集的递归次数。

3．一个蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统，其特征是：在同一小区内通信的所有用户的信道化扩频序列取自如权利要求1和2所述的ZCZ码序列集。

4．一个蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统，其特征是：一个长度为L、零相关区Z_CZ≥L/2+1的二进制ZCZ序列被选择来作为用于小区间同步工作的加扰码。

5．一个蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统，其特征是：用于小区间异步工作的加扰码选取自如权利要求1和2所述的ZCZ码序列集。

6．如权利要求3或5的蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统，其特征是：每个基站或移动台发射机被分配一个ZCZ扩频序列或一个ZCZ扩频序列子集，它们被选取自如权利要求1和2所述的ZCZ码集。

7．如权利要求3,4,5或6的蜂窝二进制编码的直接序列CDMA通信系统，该通信系统的下行通信为同步传输，上行通信为异步传输。

Images