CN1738228A - 组间正交互补码的产生方法及应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组间正交互补码的产生方法及应用组间正交互补码扩频的多载波DS－CDMA蜂窝移动通信系统。由初始正交互补码和正交矩阵运算得到的组间正交互补码具有理想的自相关和互相关特性，每个码的自相关函数和组内任两个码的互相关函数均具有零相关窗，组间任两个码的互相关函数完全互补。应用组间正交互补码扩频于多载波DS－CDMA蜂窝移动通信系统，可以实现无多址接入干扰和无邻小区干扰。

Description

组间正交互补码的产生方法及应用系统

技术领域

本发明涉及一种互补码的产生方法以及多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，特别地，涉及一种组间正交互补码产生方法，以及应用组间正交互补码扩频的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统。

背景技术

由于频谱资源的有限和多媒体业务需求的增加，提高未来无线通信系统的频谱效率日益迫切。和传统多址接入技术，如FDMA，TDMA相比，CDMA具有大容量，软容量的特点，被2G和3G移动通信系统采纳。

由于无线信道的多径延迟和多普勒频移特性，CDMA系统性能主要受多径导致的符号间干扰(Inter symbol interference，ISI)，多址接入干扰(Multi-accessinterference，MAI)，邻小区干扰(Adjacent cell interference，ACI)等干扰和衰落影响。目前提高频谱效率主要有两大方向，一是通过采用具有良好相关特性的扩频码来抑制干扰，提高系统容量；一是将CDMA和OFDM结合，充分利用多载波传输和OFDM的子载波频率设置来抵抗多径影响和提高频谱利用效率。

目前，CDMA系统所使用的扩频码主要有两类。一类是单码，如Walsh码，Gold序列等。Welch界表明，单码的互相关函数和自相关函数非零旁瓣无法同时为零，因此干扰无法完全消除。一类是以互补码为代表的多码，首先由Golay等人提出互补码的概念，在此基础上提出了一些基于互补码的应用系统，可实现无MAI、无MI，见论文“A signal design without co-channel interference forapproximately synchronized CDMA systems”(N.Suehiro，IEEE Journal of SelectedAreas in Communications，vol.12，pp.837-841，June，1994)和“A multicarrierCDMA architecture based on orthogonal complementary codes for new generationsof wideband wireless communications”(H.Chen et al.IEEE CommunicationsMagazine，vol.IT-10，pp.126-135，2001)。但在给定PG时，互补码的个数，即可支持用户数有限。专利PCT/CN00/00028，PCT/JP00/00373等提出具有零相关窗(Interference-free window，IFW)的码，根据信道条件设置合适的IFW可消除多径导致的ISI、MAI、ACI等干扰，给定处理增益(PG)下码的个数和IFW成反比。在IFW不大的情况下，用户数得到提高。但这样的码对用户间同步要求较高，任两用户的时间偏移必须控制在IFW内，若时延超过了IFW，由于码的相关特性在IFW外不可控制，干扰难以抑制。

CDMA和OFDM的结合有时域扩频和频域扩频两大类。论文”MulticarrierDS-CDMA：A multiple access scheme for ubiquitous broadband wirelesscommunications”(Lie-Liang Yang，Hanzo.L，IEEE Communication Magazine，vol41，pp.116-124，Oct，2003)对SCDS-CDMA，MC-CDMA和MCDS-CDMA三种系统进行了分析比较，认为MCDS-CDMA有更高的频谱效率和更高的灵活性，可在不同信道条件下提供相近的(ubiquitous)传输能力。但传统MCDS-CDMA系统在所能容纳的用户数和所能提供的分集度间需要作一个平衡，论文中提出的时、频两域扩频可以使得系统容纳的用户数不受分集度影响，但是需要复杂的多用户检测(MUD)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组间正交互补码的产生方法，使得所产生的不同组间的正交互补码互相关函数完全互补，组内各码的互相关函数具有零相关窗，且在窗外的非零旁瓣稀疏的等间隔分布。

本发明目的是通过如下技术方案来实现的：一种组间正交互补码的产生方法，该方法包括以下步骤

(1)选取一个初始正交互补码集合，集合中有M个互补码，每个互补码含M个子码，子码长为N；

(2)选取一个K×K维正交矩阵A；

(3)产生组间正交互补码，这些组间正交互补码由所述的初始正交互补码和所述的正交矩阵运算而得。

本发明的目的还在于提供一种应用该组间正交互补码扩频的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，利用组间互补码的相关特性消除MAI；通过不同码组区分小区，频率复用系数为1，且在同步或异步条件下均可实现无邻区干扰；在下行链路，能提供分集增益，且不会同时系统可支持的用户数不会因为分集度的提高减少。

本发明目的是通过以下技术方案来实现的：

所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统采用所述的组间正交互补码作为扩频序列。所述的组间正交互补码集合内的一个码组只能分配给一个小区，不多于M个小区组成一个小区簇，簇内各小区分得的码组来自同一个组间正交互补码集合。

所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，组间正交互补码的M个子码在频带相邻的M个子载波上同时传送，该M个子载波构成的子载波组占用带宽小于信道相干带宽

所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，还可以采用偏移的扩频多址方式，即在M个频带相邻的子载波组成的子载波组上，P个用户信号可用同一个组间正交互补码的M个子码扩频，扩频后，每个子载波上的P条信号流依次偏移1个码片周期后叠加发送

所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，系统包含多个子载波组，所述的分配给该小区的组间正交互补码的码组在各子载波组上重复使用

所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，一个用户可占用一个或多个衰落独立的子载波组

本发明具有以下技术效果：本发明产生的组间正交互补码可以作为CDMA系统的用户识别码和小区的识别码。一个组间正交互补码集合由M个码组构成，每个码组包含K个码，每个码由M个长为KN的子码组成。该码具有以下相关特性：每个组间正交互补码的自相关函数具有长为2N-1的零相关窗；码组内的任两个码的互相关函数具有长为2N-1的零相关窗；属于不同码组的任两个码的互相关函数完全互补，即具有长为2KN-1的零相关窗。

应用本发明提出的组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，利用码的零相关窗特性，可以消除MAI；用不同码组区分不同小区，频率复用系数为1，组网频谱效率高，且在同步或异步条件下均可实现无邻区干扰；下行链路中，通过给用户分配多个衰落独立的子载波组提供分集增益，采用偏移的扩频方式使得系统可支持的用户数不会因为分集度的提高而减少，且接收端无须多用户检测，实现简单。

附图说明

图1为本发明产生组间正交互补码的相关特性示意图；

图2为本发明应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统的小区簇示意图；

图3为本发明应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统的子载波组扩频模块示意图；

图4为本发明应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统的子载波组解扩模块示意图；

图5为本发明应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统的子载波组偏移扩频模块示意图；

图6为本发明应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统的子载波组偏移解扩模块示意图；

图7为本发明应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统的发送接收结构示意图；

图8为本发明应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统的采用偏移扩频方式的发送接收结构示意图；

图9为本发明应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统的用户占用资源和频率分集示意图；

具体实施方式

下面结合实施例详细叙述组间正交互补码(M，K，G)集合的产生方法。参数M表示码组个数，K表示每组包含的码的个数，G表示一个组间正交互补码的各子码长度和，即处理增益。

第一步，选取一个初始正交互补码集合，集合中有M个互补码C₁，C₂…C_M，每个互补码C_j含M个子码C_j1，C_j2…C_jM，每个子码长为N＝G/(M×K)，第m个子码 $C_{\mathrm{jm}}=(C_{\mathrm{jm}}^1{C}_{\mathrm{jm}}^2\·\·\·C_{\mathrm{jm}}^N);$

第二步，选取一个K×K维正交矩阵A，

A＝[a_ij]；|a_ij|＝1，for i，j＝1，2，…，K；

第三步，由初始互补码集合和正交矩阵A运算得组间正交互补码(M，K，G)。第g个码组的第k个组间正交互补码E_g，k＝[E_g，k，1，E_g，k，2，…E_g，k，M]，其第m个子码E_g，p，m表示为

E_g，k，m＝(a_k1C_gm，a_k2C_gm，…a_kKC_gm)g，m＝0，1…M，k＝0，1…K。

现给出组间正交互补码(4，4，32)的产生实例。首先，选择一包含4个码的子码长度为2的初始正交互补码集合CC，表示如下，其中’+’、’-’分别表示’1’、’-1’，子码用逗号隔开，

C₁＝(++，+-，++，-+)

C₂＝(+-，++，+-，--)

C₃＝(++，+-，--，+-)

C₄＝(+-，++，-+，++)

然后选取一4×4维正交矩阵

$A=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right]$

将正交互补码集合CC和矩阵A运算得组间正交互补码(4，4，32)，表示如下，

E_1，1＝(++++++++，+-+-+-+-，++++++++，-+-+-+-+)

E_1，2＝(++--++--，+--++--+，++--++--，-++--++-)

E_1，3＝(++++----，+-+--+-+，++++----，-+-++-+-)

E_1，4＝(++----++，+--+-++-，++----++，-++-+--+)

E_2，1＝(+-+-+-+-，++++++++，+-+-+-+-，--------)

E_2，2＝(+--++--+，++--++--，+--++--+，--++--++)

E_2，3＝(+-+--+-+，++++----，+-+--+-+，----++++)

E_2，4＝(+--+-++-，++----++，+--+-++-，--++++--)

E_3，1＝(++++++++，+-+-+-+-，--------，+-+-+-+-)

E_3，2＝(++--++--，+--++--+，--++--++，+--++--+)

E_3，3＝(++++----，+-+--+-+，----++++，+-+--+-+)

E_3，4＝(++----++，+--+-++-，--++++--，+--+-++-)

E_4，1＝(+-+-+-+-，++++++++，-+-+-+-+，++++++++)

E_4，2＝(+--++--+，++--++--，-++--++-，++--++--)

E_4，3＝(+-+--+-+，++++----，-+-++-+-，++++----)

E_4，4＝(+--+-++-，++----++，-++-+--+，++----++)

图1显示所产生的组间正交互补码(4，4，32)的相关特性，其自相关函数具有长为3的零相关窗，且在零相关窗外非零旁瓣稀疏的等间隔分布，如图1(a)所示；组内两码的互相关函数具有长为3的零相关窗，且在零相关窗外的非零旁瓣稀疏的等间隔分布，如图1(b)所示；属于不同码组的任两个码的互相关函数具有长为15的零相关窗，如图1(c)所示。

若要产生其他参数组合的组间正交互补码，可以根据上述步骤，确定相应的初始正交互补码和正交矩阵运算得到。

应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统

本发明公开了一种应用组间正交互补码作为扩频码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统。该系统采用不同的码组区分小区簇内的不同小区，由于组间正交互补码具有较长的组间零相关窗，只要邻小区的信号最大延迟控制在零相关窗内，邻小区干扰能够完全消除。图2显示了一个小区簇内的码组分配情况，以4小区的小区簇为例，G_i表示第i个码组。

下面以单小区下行链路为例，说明系统扩频、解扩和发送接收结构。本系统中，组间正交互补码的M个子码在频带相邻的M个子载波上传送，为保证各子码经历相同的衰落，该M个子载波构成的子载波组占用带宽应小于信道相干带宽。图3显示了第i个子载波组上的扩频示意图。一个子载波组最多同时容纳K个用户，每个用户分配各不相同的属于同一码组的K个组间正交互补码。各用户扩频后的M路符号流对应叠加后发送。在接收端，以接收第j个用户数据为例，M个子载波上的符号流与分配给第j个用户的码的M个子码分别作相关后累加并归一化，即得第j个用户数据的判决符号。图4显示了第i个子载波组第j个用户的解扩示意图。

下行链路中，还可以通过偏移的扩频方式进一步提高系统容纳的用户数。如图5所示，在M个频带相邻的子载波组成的子载波组上，同一组间正交互补码同时分配给P个用户，P个用户数据用同一码的M个子码分别扩频后，每个子载波上的P条信号流依次偏移1个码片周期后叠加发送。因此，子载波组同时容纳的用户数提高了P倍，用户由分配得到的组间正交互补码以及所在的偏移支路共同区分。图6显示了相应的第i个子载波组分配第l个码和第p条偏移支路的用户的解扩示意图。图7显示了系统的发送和接收框图。该系统在有效抵抗干扰的同时，还能通过给用户分配多个衰落独立的子载波组得到分集增益，进一步提高性能。图8显示了采用偏移扩频模块和解扩模块的系统发送接收框图，由图可见系统所容纳的用户数比图7提高了P倍。图9显示了基于图8所示系统的用户占用资源和频率分集示意图。图中，三个坐标轴分别代表用户占用的偏移支路序号、子载波组序号以及扩频码序号。系统的可分配资源为P条偏移支路×S个子载波组×K个码，图中两个长方体示意了一个用户的资源分配例子，该用户分别占用了第s₁和s₂个子载波组上的第k个组间正交互补码的第p条偏移支路，则频率分集度为2。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种组间正交互补码的产生方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，

(1)取一个初始正交互补码集合，集合中有M个互补码，每个互补码含M个子码，每个子码长为N。

(2)选取一个K×K维正交矩阵A，每个元素的绝对值为1，K为正整数。

(3)产生组间正交互补码，这些组间正交互补码由所述的初始正交互补码集合和所述的正交矩阵运算而得。

2.根据权利要求1所述的组间正交互补码的产生方法，其特征在于，所产生的组间正交互补码集合包含M个码组，每个码组包含K个码，每个码包含M个子码，子码长为KN。

3.根据权利要求1所述的组间正交互补码的产生方法，其特征在于，所产生的组间正交互补码的自相关函数在零移位两旁有一个长为2N-1的零相关窗，窗外非零旁瓣的位置稀疏的等间隔分布；组内任两个码的互相关函数有一个长为2N-1的零相关窗，窗外非零旁瓣的位置稀疏的等间隔分布；属于不同组的任两个码的互相关函数完全互补，即零相关窗长为2KN-1。

4.一种应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，系统所用扩频序列为权利要求1所述方法产生的组间正交互补码。

5.根据权利要求4所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，所述的组间正交互补码集合内的一个码组只分配给一个小区，不多于M个小区组成一个小区簇，簇内各小区分得的码组来自同一个组间正交互补码集合。

6.根据权利要求4和5所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，组间正交互补码的M个子码在频带相邻的M个子载波上同时传送，该M个子载波构成的子载波组占用带宽小于信道相干带宽。

7.根据权利要求4和5所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，在M个频带相邻的子载波组成的子载波组上，P个用户信号用同一个组间正交互补码的M个子码扩频，扩频后，每个子载波上的P条信号流依次偏移1个码片周期后叠加发送。

8.根据权利要求4，5，6或4，5，7所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，系统包含多个子载波组，所述的分配给该小区的组间正交互补码的码组在各子载波组上重复使用。

9.根据权利要求4，5，6，8或4，5，7，8所述的应用组间正交互补码的多载波DS-CDMA蜂窝移动通信系统，其特征在于，一个用户可占用一个或多个衰落独立的子载波组。

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