CN1454411A

CN1454411A - 码分多址系统中扩频多地址码的变换方法

Info

Publication number: CN1454411A
Application number: CN00819644.3A
Authority: CN
Inventors: 李道本
Original assignee: Linkair Communications Inc
Current assignee: Linkair Communications Inc
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2003-11-05
Also published as: EP1304813A4; EP1304813A1; WO2002007338A1; AU2000255196A1

Abstract

本发明公开了在码分多址(CDMA)系统中利用LA码将扩频多地址码在时间上不均匀排列的小区/扇区地址码的变换方法。它利用了LA码非零元素间隔的重新排列，以及LA码的正交旋转及扰码变换，结合基本多地址码的正交旋转变换、跳码变换、扰码变换等手段，可以使相邻小区/扇区用户间的干扰降低到远低于现有系统的低电平。

Description

码分多址系统中扩频多地址码的变换方法技术领 ^戈

本发明涉及码分多址（CDMA)蜂窝移动通信系统中的小区或扇区（以下简记为小区 /扇区）地址码的变换方法，其用于码分多址系统的组网，可以极大的降低相邻小区 /扇区间的干扰。发明背景

随着信息化社会及个人通信时代的到来，人们对无线通信技术的需求变得越来越迫切了，这种需求主要表现在： 1)更高的频谱效率，超大的通信容量； 2)高速及变速的数据传输； 3)更高的月艮务盾量，更低的译码率； 4)更低的可截获率； 5)更可靠的保密性及更高的安全性等方 '面。

码分多址 (CDMA)是目前为止解决上述需求的最佳技术，本申请中，码分多址系统是指使用了码分多址及扩频技术的系统，包括码分多址与时分多址或频分多址等的结合。在码分多址系统中，系统的容量或服务质量主要决定于信扰比，因此能否控制或降低系统内的干扰电平将成为码分多址（CDMA)系统成败的关键。这里所说的干扰一般由四部分组成：一是本地及系统内部的噪声电平，对于它除了采用低噪声放大器外，没有别的方法，而且噪声电平的降低也极为有限；二是码间又称符号间干扰（ISI) ; 三是多址干扰 (MAI) ; 四是相邻小区或信道间的干扰（ACI)。对于 ISI及 MAI是可以靠选择小区 /扇区内性能良好的多地址码来減小乃至消除的， '而 ACI 则必须靠小区 /扇区间地址码间的变换技术来減小乃至消除的。

^认本码分多址（CDMA)系统与其它任何多址系统一样，不同地址的信号在经过移动信道传输后应尽量保持其正交性，否则就会出现相互间的干扰。这种正交性在时分多址（TDMA)系统内，在小区 /扇区内是以互不重叠的时隙（Time Slot)来保证的，在频分多址（FDMA)系统内，在小区 /扇区内是以互不重叠的频隙（Frequency Slot)来保证的，对不相邻小区，无论时分或是频分多址则是以互相正交的载波频率来保证的。而码分多址系统，所有这些正交性完全由所选用的地址码间的正交性来保证。

在发明人为李道本的另外几项 PCT 国际专利申请 (PCT/CN98/00151 ,题为：一种扩频多地址码编码技术； PCT/CN00/00028, 题为：一种具有零相关窗的扩频多址编码方法；以及 PCT/CN00/00092 , 题为：一种扩频多地址码的正交变换方法）中，曾对符号间干扰（ISI) , 多址干扰 (MAI)进行了描述，并公开了若干使它们减小至零的编码方法。特别是 PCT/CN98/00151 , 题为：一种扩频多地址码编码技术的国际专利申请中，披露了一种扩频多址码的编码方法，这种扩频码具有良好的自相关和互相关特性，为简明起见，以下在本发明的描述中将这种扩频码简称为 LA码。

本发明主要涉及邻小区干扰（ACI)。因为随着通信容量的增加，小区 /扇区覆盖面积将变得越来越小，从而 ACI 问题将变得越来越突出，因为在一般情况下，一个用户站（基站）除了接收本小区 /扇区基站（用户站）的信号外，还会接收到相邻小区 /扇区基站（用户站）的信号，而这些信号的传播时延相对较大而且难以控制，在某些特定情况下，它们甚至有可能是地址码长的整倍数，从而产生很大的小区间干扰（ACI) , 因此如何控制并减小邻小区干扰（ACI)是码分多址（CDMA)系统中所面临的一个关键问题。

目前最常用的降低邻小区干扰 (ACI)的方法是利用一个长伪随机序列（Long PN Sequence)的不同偏移段（Offset)来对基本正交扩频多地址码进行扰码 (Scrambl ing) , 但是扰码除了能保持基本正交扩频多地址码间在无相对时延情况下的正交性外，基本扩频多地址码及它们之间的自相关性及互相关（含非周期、周期及混合相关）特性均不能被保持。另外，具有 "零相关窗" 特性的多地址码（参见 PCT/CN00/00028)根本不允许对之扰码，因此扰码有很大的局限性，同时它对减小邻小区干扰 (ACI)的作用也相当有限，码长越短，效果越差，这是被理论上的 Welch 界所限定的。

事实上，减小相邻小区干扰的方法，不是只有扰码一种，正交旋转变换法（参见 PCT/CNG0/00092)就是另一种方法。

在 PCT/CN00/00092中，公开了一种扩频多地址码的旋转生成方法，其可以使任何长度的非零实数及复数序列经适当旋转生成一个正交扩频多地址码组。

在 PCT/CN00/00092 中，还公开了一种扩频多地址码组的正交旋转变换方法，其可以使任何实数及复数正交码组经过变换，生成多组与原码组保持基本一致特性的正交码组，并且变换前后的码之间相互正交。

无论扰码或是正交变换的处理方式，它们都是孤立地对扩频码进行处理，因而这种处理方法也有局限性。若将扩频多地址码间以某种编码方式先行约束起来，而且约束长度很长，然后再进行变换处理，则有可能得到更好的效果，因为无论从编码基本原理或是信息处理的基本原理出发，编码的 "约束，，长度越长，处理效果将越好。发明内容

本发明的目的在于提供一种用于码分多址系统中扩频多地址码变换方法。

本发明的目的还在于提供一种使用码分多址及扩频技术的蜂窝无线通信系统的组网方法。

本发明的目的进一步在于提供一种码分多址系统中降低相邻小区 / 扇区间干扰的方法，其可使相邻小区 /扇区间的干扰电平比现有系统有大幅度的降 4氐。本发明的一种码分多址系统中相邻小区 /扇区的扩频多地址码的变换方法，其用于码分多址系统的组网，可以降低相邻小区 /扇区间的干扰，本方法在不同的相邻小区 /扇区中，分配不同的 LA码（可以是一个也可以是多个），并且将基本扩频多地址码按分配的 LA码的规律在时间轴上进行不均匀重复排列，成为新的用于扩频调制的复合正交码。

所迷分配给每一个小区 /扇区的 LA码，可以是并行的正交的 LA码组，基本扩频多地址码按所述分配的正交 LA码组的规律在时间轴上进行不均匀重复排列，成为新的用于扩频调制的复合正交码组，用于并行发送数据。

还可以每一个小区 /扇区分配一个 LA码，用于串行发送数据。

为将相邻小区 /扇区间干扰降低到尽可能小的程度，在分配 LA码时，可以考虑以下三点原则，该三点原则可以单独使用，也可以组合使用。

1)不同的小区 /扇区的 LA码分配不同的非零元素间隔排列。

2)不同的小区 /扇区的 LA码分配不同的正交旋转变换、等效变换、扰码变换等，或它们之间的组合。

3)不同小区 /扇区的基本多地址码 C_fc 2, ... , 分配不同的正交旋转变换、跳码变换、等效变换、扰码变换等，或它们之间的组合。本发明的核心在于：对码分多址系统中扩频多地址码首先按 LA码的结构约束起来，利用 LA码的良好的互相关特性，并增加处理的约束长度，从而大幅度的降低相邻小区 /扇区用户间的干扰。

因为 LA码是一种自相关与互相关特性俱佳的一种同时具有扩频增益及扩时增益的新型地址码（参见 PCT/CN98/00151)。特别是 LA码组内非零元素间隔的重新排列对其自相关和互相关的基本特性没有影响，这种特性可以被用来作小区 /扇区分配。另外，若非零元素间隔排列选取适当，不同排列 LA码组间的互相关特性又非常良好，其互相关副峰既小又稀疏，最大副峰的绝对值只有 2/L, 这里 L表示 LA码组内非零元素的个数，这种特性可以确保相邻小区 /扇区用户间的干扰电平被压低，如果再结合其它降低相邻小区 /扇区干扰的技术，如扩频多地址码的正交旋转变换法（参见 PCT/CN00/00092)、跳码法及扰码法等，干扰电平有望大幅度的降低。附图简要说明

为使本发明的目的、方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的优选实现方式给以详细描述。

图 1中的表格是当 L = 4时， LA码间隔排列举例；

图 2中的表格是当 L = 16时， LA码间隔排列举例；

图 3是作为本发明的较佳实施例的 LA与 ^ck复合正交码组的形成示意图，其中 LA脉冲的极性按正交码排列， ^ck ( k=l, 2, ... , τ 即扩频多址码， ^是 ^ck的反码 (极性相反），图中阴影部分表示间隙（无符号）；图 4是作为本发明的较佳实施例的串并变换示意图，其中 L即 LA 脉冲个数， r = log₂ S， S为调制波形的电平数 (BPSK S=2, QPSK S=4等）；图 5是作为本发明的较佳实施例的并行传输发送端结构图；图 6是作为本发明的较佳实施例的串行传输 LA与^复合码形成示意图；

图 7是作为本发明的较佳实施例的串行传输的发送端结构图。实施本发明的方式在选择分配给各个相邻小区 /扇区的 LA码时，可以考虑 LA码满足以下条件：所述 LA码的最小非零元素间隔大于或等于基本扩频多地址码 (k=l, 2, 的长度。所述 LA 码的非零元素数目 L 满足，

201og 大于或等于所需的相邻小区干扰抑制度。

L

1)不同的小区 /扇区的 LA码分配不同的非零元素间隔排列。

3)不同小区 /扇区的基本多地址码 C_fc =Λ 2, 分配不同的正交旋转变换、跳码变换、等效变换、扰码变换等，或它们之间的组合。较佳地，所述分配给各个相邻小区 /扇区的 LA码的生成方式为：以一个 LA码或者一个正交 LA码组为基础，进行正交旋转变换、等效变换、扰码变换、非零元素间隔排列顺序变换、或者该等变换的组合，以生成多个 LA码或者多个正交 LA码组，从中选择 LA码（可以是一个也可以是多个）分配给各个相邻小区 /扇区，其中进行所述的非零元素间隔排列顺序变换的规则是，不同间隔排列的 LA码序列之间在相互移位时，不能同时出现两个或两个以上的同一间隔相遇。较佳地，可以对基本扩频多地址码实施正交旋转、跳码、扰码变换，或它们的组合变换，不同小区 /扇区的用户分配不同的多地址码的变换码。较佳地，不同的相邻小区 /扇区的 LA码分配不同的非零元素间隔排列，并且不同间隔排列的 LA码序列之间在相互移位时，不能同时出现两个或两个以上的同一间隔相遇；不同的相邻小区 /扇区的 LA码分配不同的正交旋转变换、等效变换、扰码变换、或其组合；并且不同的相邻小区 /扇区的基本扩频多地址码分配不同的正交旋转变换、跳码变换、等效变换、扰码变换、或其组合。以最大限度的降低相邻小区 /扇区间的干扰。作为本发明的一个较佳实施例，所述分配给每一个小区 /扇区的 LA 码，可以是并行的正交的 LA码组，基本: T频多地址码按所述分配的正交 LA码组的规律在时间轴上进行不均匀重复排列，成为新的用于扩频调制的复合正交码组，用于并行发送数据。

较佳地，同一小区 /扇区中分配的所述正交 LA码组的非零元素间隔排列相同。由此可以降低实现的复杂程度。

较佳地，同一小区 /扇区中的所述新的用于扩频调制的复合正交码组，可以用于并行地为一个用户发送数据，并且在并行发送数据之前，首先将数据流进行串并变换。

以下进一步详细列出本较佳实施例的具体步骤，其既是一种扩频多地址码的变换方法，实际上也是一种码分多址系统的组网方法，及降低相邻小区 /扇区间干扰的方法。

1) 针对某一种码分多址系统，对用户 k (k=l, 2, ... , Κ; Κ 为总的用户数)将其扩频码 (^的最后一位视为 LA码的非零元素的位置，并按某种 LA码非零元素的排列规律进行排列，这样在对实行匹配滤波 (相关)运算后其输出就是所需的 LA码。

2) 由扩频多地址码的长度，确定 LA码中参数 N_Q，. N。是最小非零元素间隔， N_Q应大于或等于的长度。

3) 根据系统对相邻小区用户间干扰抑制度的要求，确定 LA 码中的参数 L即非零元素的个数， L 目前就是由 LA码所约束的扩频多地址码 (^的个数，所确定的应保证 201og2/L大于或等于所需的干扰抑制度 (dB)。例如： Z=18时，所提供的干扰抑制度为 18dB。

通常取偶数或取 2的幂次方，如 4 , 8 , 16， 32…等。

4) 将 LA码中的非零元素按某种正交矩阵，如 Hardmard阵， Wal sh阵等进行排列，以形成 L个正交的 LA码，在排列时若非零元素为 "+，，，则 (^取正码，为 "- "，则 (^取反码。

5) 对由步骤 4)所形成的正交 LA码组进行正交旋转变换（参见

PCT/CN00/00092)或等效变换，以形成 ¥个新的正交码组，这里为可执行的上述变换的总数。或对由上述步骤 4)所形成的正交 LA 码组以某个长 PN序列的某个移位段进行扰码变换，以形成个新的正交 LA码组，这里为可用的移位段数。经正交旋转变换、等效变换、扰码变换等变换（包括它们及它们之间的组合变换）的 LA码组可分配给不同的小区 /扇区。

6) 将 LA码组中的非零元素间隔重新排列，以形成新的 LA正交码组，一般说来，有 L个非零元素的 LA码，共有 L个非零元素间隔，间隔排列数应有 L!个，但是并不是所有间隔排列都可以使用。有用间隔排列的选取规则是：在相互移位时，它们之间至多只有一个间隔相遇。图 1与图 2中的表格是 L=4及 16时的间隔排列举例。图中每一个数字表示某个特定的非零元素间隔，由表可见，表中的各行（列）相互移位时，不会有多于一个的相同数字（即间隔）相遇。对每一个小区 /扇区分配一种非零元素排列。

7) 对用户 r的扩频多地址码进行跳码变换、正交旋转变换（参见 PCT/CNOO/00092)、等效变换、扰码变换等（包括它们及它们之间的组合变换）。不同的小区 /扇区分配不同的变换。

8) 参见图 3, 对由步骤 6)所形成的 LA正交码组用步骤 7)所形成的扩频多地址码 (^进行填充，这样对用户 k (k=l, 2， .·· , K) 在同一小区 /扇区内，有 L个正交的 LA 与复合扩频扩时地址码可供使用。

9) 参见图 4 , 对某一小区 /扇区，对用户 k (k=l, 2, ... , Κ) 的输入数据流进行串并变换，形成个并行的数据流。

10) 参见图 5 , 对由步骤 9) 产生的用户 k (k=l, 2, ... , Κ) 的并行数据流分别由 L个正交的 LA与 C_A 0：= 2, ^复合扩频扩时码进行扩频、扩时及调制。

11) 参见图 5 , 对步骤 10)所形成的扩频、扩时、调制后的波形相加以最终形成某一小区 /扇区第 k (k=l, 2, U个用户数据的扩频及扩时调制波形。以上是对某一小区 /扇区，第 k (k=l, 2, ^个地址用户的数据流在发送端进行扩频、扩时、调制的基本过程，由于 LA码中包含了 L 个码，所以必须以并行传输来确保传信率不变，在接收端解调与解扩的过程完全相反，不再赘述。作为本发明的另一个较佳实施例，每一个小区 /扇区分配一个 LA 码，用于串行发送数据。

较佳地，可以对数据流进行前向纠错编码，其中编码的输出比特流中的比特约束长度恰好为一个 LA码的长度。

较佳地，可以将多电平多相位调制的比特流，按照在该多电平多相位调制中符号与比特之间的倍数关系拆开，用编码器分别将它们约束起来，其约束长度之和为一个 LA码的长度。以降低实现的复杂程度。

与并行 LA码处理法不同的是串行 LA码处理法并不需要把各用户的数据流改用并行传输方式，但是与并行 LA码处理法方式一样，它主要也是利用 LA码的非零元素间隔的不同排列来降低小区 /扇区间用户干扰的，只是 LA码的性质需要经过特定的前向纠错编码来体现，其具体步骤如下：

1) 针对某一种码分多址系统，对用户 k (k=l , 2, ... , Κ; Κ 为总的用户数)将其扩频码 (^的最后一位视为 LA码的非零元素的位置，并按某种 LA码非零元素的排列规律进行排列，这种在对实行匹配滤波 (相关)运算后其输出就是所需的 LA码。

2) 由扩频多地址码 (^的长度，确定 LA码中参数 N。， N。是最小非零元素间隔， N。应大于或等于 (^的长度。

3) 根据系统对相邻小区用户间干扰抑制度的要求，确定 LA 码中的参数 L即非零元素的个数， L 目前就是由 LA码所约束的扩频多址码 C₄的个数，所确定的 Z应保证 201og2/L大于所需的干扰抑制度（dB)。例如：时，所提供的干扰抑制度为 18dB。通常取偶数或取 2的幂次方，如 4， 8 , 16 , 32…等。

4) 对所选的 LA码（其非零元素恒为正）中的非零元素间隔重新排列以形成新的 LA码，间隔排列的选取规则同于并行 LA码处理法中的步骤 6) ,不同小区 /扇区分配不同的间隔排列的 LA码。

5) 对由步骤 4)所形成的 LA码进行正交旋转变换、等效变换，扰码变换等或它们的混合变换，以形成个新的 LA码，这里 l为可执行变换的总数。不同的小区 /扇区分配不同变换的 LA码。

6) 参见图 6 , 对 LA与 C_t复合码中的 C₄码进行正交旋转变换、跳码变换、等效变换或扰码变换等（含它们及它们之间的组合变换）。不同的小区 /扇区分配不同变换的 C_fc码。

7) 参见图 7 , 对用户 k (k=l, 2, D的输入数据流实行前向纠错，前向纠错的方法不限，它可以是分組码、卷积码 . Trel l i s 码、 Turbo码等，但其码率及约束长度必须保证编码的输出比特流中的比特约束长度恰好为一个 LA码的长度。

例如：所选 LA码的 =16 , 调制方式为 QPSK, 则编码输出比特流的约束长度应为 2x16=32。这样在码率为 1/4时，编码约束长度必须为 8; 在码率为 1 /2时，编码约束长度为 16 , 码率为 3/4时，编码约束长度必须是 24。

为了减小编码的约束长度和编译码器的复杂度，可以将 QPSK 调制中的比特对拆开，用编码器分别将它们约束起来，这样编码的约束长度可以减半，因为编码输出比特流的约束长度减半了。本办法也可推广于任何其它多电平调制方式。以上是对某一小区，第 k (k=l， 2, ^个地址用户数据流在发端进行前向纠错编码，扩频及调制的基本过程，其中纠错编码后的每个符号用进行扩频， LA码内传送个符号。在接收端，解调、解扩与译码的过程完全相反，不用赘述。相对于传统的只对多地址码进行扰码变换的一种小区 /扇区分配技术，本发明由于可以对多地址码同时实施多种变换，不仅选择的空间大大扩展了，而且对不同的小区 /扇区用户间的干扰也将有更大的抑制度。这里起重要作用的是 LA码的良好的互相关特性， LA码的长度越长, 对相邻小区 /扇区用户干扰的抑制度也越大。

另外，在并行传输处理时，由于 LA码的引入直接对用户数据流实施了扩频及扩时的同时运算。而在串行传输处理时，前向纠错（FEC)与 LA码一起也间接地对用户数据流实施了扩频与扩时的同时运算。这就可以使得系统不但具备了对抗由信道的时间扩散（多径效应）所引起的频率选择性衰落的能力，也具备了对抗由信道的频率扩散 (多语勒效应）所引起的时间选择性衰落的能力。系统的抗衰落的能力，即传输可靠性从而得到了大幅度的提高。

Claims

权利要求书

1、一种码分多址系统中相邻小区 /扇区的扩频多地址码的变换方法，其特征在于：

在不同的相邻小区 /扇区中，分配不同的 LA码，并且

将基本扩频多地址码按分配的 LA码的规律在时间轴上进行不均匀重复排列，成为新的用于扩频调制的复合正交码。
2、如权利要求 1所述方法，其特征在于：

不同的相邻小区 /扇区的 LA码分配不同的非零元素间隔排列，并且不同间隔排列的 LA码序列之间在相互移位时，不能同时出现两个或两个以上的同一间隔相遇。
3、如权利要求 1或 2所述的方法，其特征在于：

不同的相邻小区 /扇区的 LA码分配不同的正交旋转变换、等效变换、扰码变换、或其组合。
4、如权利要求 1所述的方法，其特征在于：

不同的相邻小区 /扇区的基本扩频多地址码分配不同的正交旋转变换、跳码变换、等效变换、扰码变换、或其组合。
5、如权利要求 1所述的方法，其特征在于：

不同的相邻小区 /扇区的 LA码分配不同的非零元素间隔排列，并且不同间隔排列的 LA码序列之间在相互移位时，不能同时出现两个或两个以上的同一间隔相遇；

不同的相邻小区 /扇区的 LA码分配不同的正交旋转变换、等效变换、扰码变换、或其组合；并且

不同的相邻小区 /扇区的基本扩频多地址码分配不同的正交旋转变换、跳码变换、等效变换、扰码变换、或其组合。 6、如权利要求 1所述的方法，其特征在于所述 LA码满足以下条件：所述 LA 码的最小非零元素间隔大于或等于基本扩频地址码的长度。
7、如权利要求 1所述的方法，其特征在于所述 LA码满足以下条件：所述 LA码的非零元素数目 L满足， 201og 大于或等于所需的相邻

L

小区干扰抑制度。
8、如权利要求 1 所述的方法，其特征在于所述分配给各个相邻小区 /扇区的 LA码的生成方式为：

以一个 LA码或者一个正交 LA码组为基础，进行正交旋转变换、等效变换、扰码变换、非零元素间隔排列顺序变换、或者该等变换的组合，以生成多个 LA码或者多个正交 LA码组，从中选择 LA码分配给各个相邻小区 /扇区， '

其中进行所述的非零元素间隔排列顺序变换的规则是，不同间隔排列的 LA码序列之间在相互移位时，不能同时出现两个或两个以上的同一间隔相遇。
9、如权利要求 1所述的方法，其特征在于：

所述分配给每一个小区 /扇区的 LA码，可以是并行的正交的 LA码组，基本扩频多地址码按所述分配的正交 LA码组的规律在时间轴上进行不均匀重复排列，成为新的用于扩频调制的复合正交码组，用于并行发送数据。
10、如权利要求 9所述的方法，其特征在于：

同一小区 /扇区中分配的所述正交 LA码组的非零元素间隔排列相同。
11、如权利要求 9所述的方法，其特征在于：同一小区 /扇区中的所述新的用于扩频调制的复合正交码组，用于并行地为一个用户发送数据，并且在并行发送数据之前，首先将数据流进行串并变换。
12、如权利要求 1所述的方法，其特征在于：

每一个小区 /扇区分配一个 LA码，用于串行发送数据。
13、如权利要求 1或 12所述的方法，其特征在于：

对数据流进行前向纠错编码，其中编码的输出比特流中的比特约束长度恰好为一个 LA码的长度。
14、如权利要求 13所述的方法，其特征在于：

可以将多电平多相位调制的比特流，按照在该多电平多相位调制中符号与比特之间的倍数关系拆开，用编码器分别将它们约束起来，其约束长度之和为一个 LA码的长度。