WO2002001759A1

WO2002001759A1 - Procede de mise en place de groupes de codes d'etalement de spectre orthogonaux

Info

Publication number: WO2002001759A1
Application number: PCT/CN2000/000179
Authority: WO
Inventors: Daoben Li
Original assignee: Linkair Communications, Inc.
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-01-03
Also published as: AU2000253874A1; CN1142636C; CN1378727A; HK1050773A1; EP1306984A1; US20020122463A1; EP1306984A4

Description

一种正交扩频多址码组的构造方法

技术领域

本发明涉及任何扩频及码分多址（CDMA )无线通信技术领域，特别是在蜂窝移动通信领域中，从一个自相关特性良好的扩频码形成相互正交的扩频码组的方法。发明背景

随着信息化社会及个人通信时代的到来，人们对提高蜂窝移动通信系统容量及质量的要求变得越来越迫切了，而能满足上述要求的最佳选择是采用扩频及码分多址通信系统，而扩频及码分多址通信系统盾量优劣与否又决定于其扩频码的选择。

众所周知，蜂窝移动通信信道是典型的随机时变信道，其中存在着随机性的角扩散、频率扩散（由多谱勒频移产生）及时间扩散（由多径效应产生）。角扩散产生空间选择性衰落，即不同接收地点的信号会有不同的随机起伏变化；频率扩散产生时间选择性衰落，即接收信号电平会随时间而作随机起伏变化；时间扩散产生频率选择性衰落，即接收信号电平的不同频 i普分量会有不同的随机起伏变化。衰落除严重恶化系统的性能以外，还会大幅度降低系统的容量。克服衰落的唯一途径是分集，除了传统的显分集技术外, 在扩频与码分多址系统中，还可以靠选择性能良好的扩频码来达到隐分集效果。

理论与实践一致证明最佳扩频码的非周期自相关函数应该完全没有副峰，即除原点外，其非周期自相关函数值应全为零。而对性能最佳的扩频多址码组，除要求各扩频地址码的非周期自相关函数完全没有副峰外，还要求各频地址码间的非周期互相关函数处处为零，即除了无副峰外，还要求原点的值也为零。但是遗憾的是理论与计算机普遍搜索的结果均证明在复数以下域不存在最佳的扩频码及扩频多址码組。

在发明人为李道本、国际申请号为 PCT/CN00/00028、题为 "一种具有零相关窗的扩频多址编码方法" 的 PCT专利申请中，指出了在汉向同步条件下，对最佳扩频多址码的要求可以放松，即只要求扩频多址码的非周期自相关函数在某个窗口（- Δ, Δ ) 内没有副峰，扩频多址码间的非周期互相关函数在窗口（- Δ, Δ )内处处为零就可以了，这里 Δ表示信道的最大时间扩散量加最大的定时误差。该发明同时给出了构造具有上述窗口（- Δ, Δ ) (称为零相关窗）的多址码方法，但是其码已经超出了复数以下域的范畴。

在发明人仍为李道本、国际申请号为 PCT/CN00/00092、题为 "一种扩频多地址码的正交变换方法" 的另一 PCT专利申请中，披露了一种利用正交旋转变换将一个扩频码变换组成一组正交的扩频地址码组的方法，其最大特点在于经不同正交旋转变换的各码之间是正交的，同时所产生的各个码，其自相关函数除引入某些固定相移外与原码相同。发明内容

本发明的目的在于提供一种构造一组相互正交的扩频地址码的方法，使得各地址码的非周期自相关函数存在一零相关窗口，且窗口宽度可以根据实际需要而任意改变；其非周期互相关函数虽然并不一定存在一零相关窗，但是其互相关副蜂都很小，能够满足实际工程的要求。

本发明一种应用于蜂窝码分多址通信系统中构造正交扩频多址码组的方法，由以下步骤构成：

选取一个长度为 N的周期性自相关函数理想的扩频码；

对该选取的扩频码进行正交旋转变换，形成相互完全正交的共有 N 个序列的正交扩频码组；

根据零相关窗口宽度 Δ的要求，对上一步骤所产生的序列组中的每一个序列增加头尾各 Δ位，形成长度为 Ν+2Δ位的扩展新序列；

对由前述步骤所产生的正交扩频码形成长度延长为 Ν+2Δ的扩展扩频码组；

对以上步骤所产生的全部序列之间的非周期互相关函数，进行筛选淘汰，留下互相关函数较小的序列；

将经筛选淘汰留下的新序列作为正交扩频码組，在用户发射机中作扩频运算，将该正交扩频码组的长度为 Ν+2Δ位的各码去掉首尾各 Δ位，即置它们为真正的零，并用之在用户接收机中作解扩运算。

上述的扩展是将各频地址码的末、首 Δ位分别置于相应扩频地址码的首、尾部分，从而形成长度为 Ν+2Δ的扩展 T频地址码。

实施本发明的有益效果在于：

1、只要能找到一个周期性自相关函数理想的扩频码，利用本发明就可将之 4广展成一个相互正交的扩频码组。在码组内各地址码的周期自相关函数仍然保持其理想特性。

2、本发明将在实际上很难找到的非周期相关函数具有零相关窗口的扩频多址码的问题转化为寻找周期性相关函数理想的扩频码的问题。简化了寻找的方法，扩展了寻找的范围。

3、本发明所提供的正交扩频码组的性盾与各扩频码的初相基本无关。确切的说，各扩频码的自相关函数与其初相毫无关系，而对互相关函数，初相仅引入一固定的相移，这样就使得本发明所提供的正交扩频码组能容忍一定程度的多谱勒频移及信道相位抖动。附图简要说明

附图 1是表示周期性相关（含自相关与互相关）运算的关系示意图。附图 2是非周期相关运算（含自相关和互相关）的关系示意图。实施本发明的方式

下面通过实施例及附图对再本发明进行详细阐述。本发明方法的具体步骤如下：

一、任意选取一个长度为 N的周期性自相关函数理想的扩频码： b₀

周期性自相关函数理想是指：

式中： mod N是指模 N运算； *表示复数共轭;

参看附图 1 , 附图 1是表示周期性相关函数 r_bib| (k) (含自相关与互相关）运算的关系图，其中 *表示复数共轭，箭头表示移动方向，移位范围为整个码长， k为移位数。

以大区域同步 CDMA ( LAS-CDMA )系统中的广播扩频码为例，其基本序列 b。就是一个长为 21位的三元序列：

b₀ =[+ + + + + - +0 + 0 - + + -00 + -0 - -]

对其周期自相关函数运算很易证明是完全理想的， b。的任何循环移位序列也具有完全理想的自相关函数。二、对 b。实行全部正交旋转变换（具体可参见申请号为

PCT/CN00/00092的 PCT申请 "一种扩频多地址码的正交变换方法"之内容），形成相互完全正交的共有 N个序列的正交扩频码组

其中：

b, =[b₀, , b₂e^J2Av b_N_₂e ^N-^{1) (p} , — 一 ]

b₂=[b₀, b_xe^J2^ , b_N_₂e^J2{N-²⁾^ , ²^— ] b_k = \_b„ , b₂e^J2^ ,.·., b_N_₂e^MN~²^ , b_N__xe^Jk{N~¹^ ]

= [b₀， b.e^-^ , b₂e - ，··.， ₂ ^(w- - ^2)Δρ , b_N e^KN- - ] 其中： Αφ =

N

显见的，由正交旋转变换所产生的任一序列 b, ( 1=0, 1, ···, N-1) 都具有理想的周期性自相关函数。另外，由于任何两序列间的相对旋转都是整数周期，各序列间都是完全正交的。这样从一个有理想周期性自相关函数的序列，经正交旋转变换，可以产生出 N个相互正交的，均有理想周期性自相关函数的序列。

三、根据零相关窗口宽度 Δ的要求，对由步驟二所产生的序列组中的每一个序列 b, ( 1=0, 1, ···, N-1)按以下规律增加头尾各 Δ位，形成长度为 Ν+2Δ位的新序列 _a/。

a0 = Δ₊1， ^bN-A₊2， " ^bN-l ,^boA'^b2， " ^bN-2 , ^bN-\ '···, ^bA-l ]

a, =[b 原始 b,序列的末 M b₀ , b_xe^ , b₂e^J2'^ b_N— 卵- , b_N_,e 原始 b,序列 b₀, ,… Α - ^1),ΔΊ 原始序列的首 Δ位

( 7=0, 1, ···, N-l)

即新序列 ( i=0, 1, ···, N- 1)的首 Δ位为原 b, ( =0, 1， …， N-l) 序列的末 Δ位，新序列 _a/ ( 1=0, 1, ···, N- 1)的末 Δ位为原 b, (7=0, 1， ···, N-l )序列的首 Δ位，新序列 a, ( i=0, 1 , …， N-1 )的中间 N位为原 b, ( 7=0, 1, ···, N-l)序列。

例如：若原始的具有理想周期性自相关函数的序列是长为 21位的三元序列：

b。 =[+ + + + + - +0 + 0— + + -00 + -0 - -] , 所要求的零相关窗口的宽度 Δ=4，则 a_Q应为：

a₀ = [-0 - - + + + + + - +0 + 0 - + + -00 + -0-— ,+ + ++] b₀的末 4位 b₀的首 4位这样作的目的是转化非周期相关特性至周期相关运算，参看附图 2, 附图 2是非周期相关函数 r_bibi(k)运算（含自相关和互相关）的关系图，因为在通信系统中所要求的相关特性都应该是非周期相关特性。其中， *表示复数共轭，箭头表示移动方向，移位范围为整个码长， k为移位数。

显然，在相互移位使得 b,仍处在 a,之内时， 1^与 , ( 7=0, 1, ·■·, N-1 )之间的非周期互相关函数正是 b,自身的周期性自相关函数。这里 a, 头部及尾部的 Δ位确保了零相关窗口的宽度为（- Δ, Δ), 真正起到了扩频作用的仍是中间的 N位。

四、根据对零相关窗口宽度 Δ的要求，对由步骤二所产生的正交扩频码，按以下规律形成长度延长为 Ν+2Δ的扩频码组，其中： ^a0 =

, ^BN-A+2，， ^BN-l , W2 " ， ^BN-2 , ^BN-l AA，， -l ]

„ _r/, ₀J +1) .7(^-Δ+2)/Δρ _{h ρ}ΚΝ- )ΙΑφ

b₀ , , ,.'·, b_N— ^N- ， ,

( 7=0, 1, …， -l)

即 ( 1=0, 1, …， N-l)的中间部分仍是原 b, ( 7=0, 1, ···, N-l) 序列， _ai ( 7=0, 1, ···, N-l) 的末 Δ位为原 b, ( /=0, 1， …， N- 1 )序列的首 Δ位， a_; ( 7=0, 1, ···, N-l)的首 Δ位为原 b, ( 1=0, 1， ···， N-l) 序列的末 Δ位。显然，与 a,之间的非周期互相关函数，在相互移位使得 b,仍处在 a,两边界之内时，它正是 1^的周期性自相关函数。我们正是利用了这个特点将周期性相关函数转化为非周期相关函数的。

五、对全部与 , Γ =0,1,2, -,Ν-1, 1≠Γ )之间的非周期互相关函数，进行篩选淘汰，留下互相关函数较小能满足实际工程需要的 N₀≤ 个序列形成新的 }与 ,} , ( 7=0, 1, 2， ···， N-1 )

这里 7表示的新序列排序与原始序列排序无关。

六、将由步骤五中经筛选淘汰留下的新 ,}作为正交扩频码组，在用户发射机中作扩频运算，但在接收机中仅使用对应的 {b,}，即将中的头尾两个长为 Δ位的码段去掉，仅使用其中间部分作解扩运算。

Claims

权利要求书

1、一种应用于码分多址通信系统中的正交扩频码组的形成方法，其特征在于该方法至少包括以下步骤：

首先选取一个长度为 N的周期性自相关函数理想的扩频码，对之进行正交旋转变换，形成共有 N个序列的正交扩频码组；

根据零相关窗口宽度 Δ的要求，将上述正交扩频码组中的每一个序列扩展为 Ν+2Δ位，形成长度延长为 Ν+2Δ位的扩展正交扩频码组；用扩展后的正交扩频码组作扩频运算，用未扩展的正交扩频码组作解扩运算。

2、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于所述的扩展是将各扩频地址码的末、首 Δ位分别置于相应扩频地址码的首、尾部分，从而形成长度为 Ν+2Δ的扩展扩频地址码。

3、根据权利要求 2所述的方法，其特征在于将扩展后的长度为 Ν+2Δ位的各码作为扩频多址码，在用户发射机中作扩频运算；将该长度为 Ν+2Δ位的各码去掉首尾各 Δ位，即置它们为真正的零，并用之在用户接收机中作解扩运算。

4、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于所述的零相关窗口宽度 Δ大于或等于信道的最大时间扩散量加最大定时误差。

5、根据权利要求 1、 2或 3所述的方法，其特征在于对所形成的长度为 Ν+2Δ位的扩展码组进行筛选淘汰，保留性能良好的码形成正交扩频码组，在用户发射机中作扩频运算；在接收机中仅使用该码对应的去掉首尾两个长为 Δ位的码段所组成的扩频码组作解扩运算。