专利名称：一种用于码分多址系统的扩频地址编码方法
技术领域：
本发明涉及一种用于码分多址(CDMA)系统的扩频地址编码方法，尤其涉及一种针对具有零干扰窗特性的正交扩频码，可以使小区间的干扰分布均匀的CDMA系统扩频地址编码方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
传统的无线多址接入技术，如频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)，对有限的频谱资源利用率很低，不能满足高速率数据业务的要求；而CDMA系统的容量取决于信扰比，具有大容量与软容量的特点。增加用户只会减小信扰比，降低通信质量，不会被拒绝。因此能否控制系统内干扰电平将成为码分多址系统成败或好坏的关键。干扰可分为四大部分一是本地及系统内部噪声电平，对于它除了采用低噪声放大器外，没有其它方法；二是码间又称符号间干扰(ISI)；三是多址干扰(MAI)，即来自小区内其他用户的干扰；四是相邻小区或信道间干扰(ACI)。对于ISI，MAI，ACI是可以靠选择性能良好的地址码来减少乃至消除的。
在CDMA系统中，各个用户都有自己特有的供相互识别的地址码。而且各个用户的扩频地址码间还应相互正交。这种正交性的要求对任何多址系统来说都是一致的。如果信道是一个理想的线性时间频率不扩散系统，同时系统内部又有严格的同步关系，则保证各用户地址码间的正交性还是能够实现的。
而实际的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频率扩散(由多普勒效应产生)，及随机性的时间扩散(由多径传播效应产生)。前者使接收信号产生频率选择性衰落，即接收信号不同频谱分量会有不同的随机起伏变化。后者使接收信号产生时间选择性衰落，即接收信号电平会随时间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将大幅度减小系统的容量。特别是信道的时间扩散，使信号不能同时到达接收点，而使同一用户相邻符号间的信号互相重叠，产生符号间的干扰(ISI)；另外信道的时间扩散还会恶化多址干扰，这是因为当不同用户信号间的相对时延为零时，其正交性是很容易保证的，任何正交码都可以使用，但当信号间的相对时延不为零时，仍然保持其正交性将变得非常困难。
为形象起见，称扩频码原点处的自相关函数值为相关函数的主峰，原点之外的自相关或互相关函数值为相关函数的副峰。
因此CDMA系统中的干扰来自于扩频码的相关副峰，ISI来自扩频码自相关的副峰，MAI来自互相关的副峰，ACI通常来自于码组之间的不正交所带来的相关副峰。
当信号保持同步时，在随机时变信道中，各个地址码内或相互之间的相对延时，将不会超过信道的最大时间扩散量(最大多径时延差)加上最大定时误差，设该量为Δ秒，那么，只要在(-Δ，Δ)内地址码间相关函数及互相关函数没有副峰。就可以保证使符号间干扰(ISI)及多址干扰(MAI)为零。具有这样性质的地址码，就是具有“零相关窗”的地址码。显然只要地址码的相关特性具有“零相关窗”且窗口宽度大于信道的最大时间扩散量(最大多径时延差)加最大定时误差，则对应的码分多址(CDMA)系统的性能就将是理想的，同时传统码分多址(CDMA)系统中致命的“远近效应”将随之消失。
在专利CN1156094C(“一种具有零相关窗的扩频多址编码方法”)中公开了一种具有零相关窗的扩频多址码，在此称之为LS码。LS码是一种带有零相关窗的扩频多址码，其由C部和S部组成；利用C部的相关函数值与S部的相关函数值的和为0的性质形成零相关窗，所以LS码是正交互补码，其应用于LAS-CDMA系统中。图1是四个LS码构成的LS码组，每个LS码共32个码片，前16个码片为C部，后16个码片为S部，“+”号表示1，“-”号表示-1。由于LS是正交互补码，进行扩频时应该尽量保证C部和S部之间的独立性，因此，实际应用中，在C部和S部后还需插入一定码片的间隙，图1插入的间隙为4个码片。另外，LS码可以由位数少的正交基根据一定的规则扩展而成。例如，设正交基A和B分别为“++-+”和“+++-”，则可扩展得到AB、AB、BA和BA，即“++-++++-”，“++-+---+”，“+++-++-+”和“+++---+-”这四个更长的码。
图2是图1所示的LS码组的相关值表。其中，函数Rij(τ)为码j和码i之间在延迟为τ时的相关值，τ的单位是码片。可见，当|τ|≤1码片时，图1所示的LS码组内的所有码字的相关副峰均为0，只有相关主峰存在，因此，此LS码组的零相关窗口的宽度是3个码片。
从图2中还可以看出，LS码的相关副峰分布很不均匀。例如码0相对于码1右偏移4个码片时互相关函数值为24，达到了码长的75％，相关副峰很大；而相关偏移为5或者3个码片时，相关值却为0。相关副峰分布很不均匀，是LS码的相关特性。
在CDMA系统中，在小区或者扇区间，不同地点对应着相邻基站发射信号间的不同延迟，相关副峰分布不均匀将导致用户在小区或扇区间的不同地点受到干扰的强度不同。而小区或扇区间干扰分布的不均匀，可能导致在某些地方因遭遇大相关副峰，卷积码等信道编码将无法纠错，进而无法正常通信。
如果能使扩频多址码的相关副峰分布变得比较均匀，且不存在大相关副峰，虽然先前相关副峰很小的地方干扰会增加，但利用纠错码，可以将干扰造成的通信错误纠正过来；先前相关副峰很大的地方，相关值减小，干扰降低。若使扩频多址码的相关副峰分布变得比较均匀，利用信道编码技术，在小区或扇区间将不会出现某些地方因大相关副峰而无法正常通信的情况。
LS码作为扩频码虽然可解决LAS-CDMA系统的小区内ISI和MAI的问题。但相邻的两个小区间或者不同的LS码组之间的相关副峰分布极其不均匀。这样在相邻小区间，来自不同基站的信号的相互干扰分布也非常不均匀，可能导致某些地域无法正常通信。
在专利CN1175828A(“一种扩频地址编码技术”)中，提供一种编码技术，在此称为LA码，用以解决这一问题。LA码是由归一化幅度与宽度均为1的具有极性的基本脉冲组成，基本脉冲个数由实际因素确定，基本脉冲在时间坐标上的间隔不等且不同。LA码的相关函数的副峰值最多为+1或-1，自相关主峰值为脉冲的个数。在LAS-CDMA中，LA码的脉冲相当于一个时隙，为提高LA码的传信率，基本脉冲由LS码填充，由于相邻脉冲的间隔不等，其相当于在时域上相邻的两个LS码序列之间加入不等的间隙。相邻的小区使用不同的LA码，这样就降低了遭遇LS码大相关副峰的概率。
LA码和LS码的配合使用，虽然在统计规律上使得干扰得以平均，但对于一个时隙内的某一具体的LS码字，小区间的LS扩频码互相关特性和LS码自相关特性没有变化。因此，在一个码字长度的周期内，相关副峰所造成的干扰分布依然是不均匀的。
在现有的LAS-CDMA系统中，有时会在扩展的过程中，在相邻的两个正交基之间插入一定长度的间隙，例如A0B、A0B、B0A和B0A，即“++-+0+++-”，“++-+0---+”，“+++-0++-+”和“+++-0--+-”。这样会使得LS码组的零相关窗在一定程度上得以扩展，但实际上并没有改变LS码的基本构造，也没有在本质上改变LS码在零相关窗之外的相关特性。而且，在同一码组中，此种方法在LS码内插入间隙的位置是相同的，且均在正交基之间。
发明内容
本发明的目的在于针对上述的问题，提出一种适用于CDMA系统的扩频地址编码方法。该方法改变了现有技术的惯常做法，用简单巧妙的技术手段使扩频码的相关副峰均匀化，使小区间的干扰分布均匀，利于组网。
为实现上述的发明目的，本发明采用了下述的技术方案一种用于码分多址系统的扩频地址编码方法，所述码分多址系统中各个用户都有地址码，而且各个用户的扩频地址码间相互正交，其特征在于步骤1)选择各个用户的扩频地址码作为扩频码字；步骤2)在扩频码字内插入设定长度的间隙，形成相关副峰均匀化的扩频码，用于对各用户信号进行扩频。
其中，所述步骤2)中在扩频码字内插入设定长度的间隙，包括在同一时刻，在不同的扩频码字的相同或不同位置中插入设定长度的间隙；也包括，在不同时刻，在同一扩频码字中不同位置插入间隙。
较优地，在一个扩频码内插入的间隙个数总和为设定长度。
较优地，所述在不同的扩频码字的不同位置中插入设定长度的间隙，是指在一个扩频码的选定的码片的前面或后面插入间隙；在另一扩频码内以相同的方法插入该设定长度的间隙，但插入的相应间隙的具体位置在两个扩频码内不全相同。
所述扩频码字是带零干扰窗的扩频码，包括LAS码和CCK码。
另外，所述步骤1)中在扩频码字内插入设定长度的间隙，是指在LS码的C部、S部或C部和S部同时插入设定长度的间隙。
一种利用上述用于码分多址系统的扩频地址编码方法进行网络规划的方法，其特征在于步骤A)为相邻小区或扇区分配相同或不同的扩频码；步骤B)如果相邻小区或扇区使用相同的扩频码，则在同一时刻，对相邻的各小区或扇区的扩频码的不同位置插入设定长度的间隙；如果相邻小区或扇区使用不同的扩频码，则在同一时刻，对相邻各小区或扇区的扩频码的相同或不同位置插入设定长度的间隙。
其中，所述步骤B)中在同一时刻，对相邻的各小区或扇区的扩频码的不同位置插入设定长度的间隙，包括在不同时刻，对相邻的各小区或扇区的扩频码中插入间隙的位置进行改变。
较优地，所述在不同时刻，对相邻的各小区或扇区的扩频码中插入间隙的位置进行改变，是指根据设定的插入间隙的长度，在某一时刻，在一扩频码的某些码片的前面或后面插入间隙；而在另一时刻，在同一扩频码内不同位置插入间隙。
插入的间隙个数总和为设定长度。
本发明所述的用于码分多址系统的扩频地址编码方法通过改变扩频地址码字之间进行相关运算时各位的对应关系，进而改变了相关副峰的分布，可以使相关副峰分布不均匀的扩频码之间的相关副峰变得均匀，达到小区间ACI白化的目的。
本方法特别适用于具有零干扰窗特性的正交扩频码，如LS码、CCK码等，可以确保其码组内的零相关窗依然保留。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1是现有的一种具有零相关窗特性的扩频多址编码-LS码的示例图。
图2是图1中所示的四个LS码的相关值图。
图3是本发明方法得到的在图1中的LS码组内插入间隙的插入方案a。
图4是本发明图3中依据插入方案a所生成码组的相关值图。
图5是本发明方法得到的在图1中的LS码组内插入间隙的插入方案b。
图6是本发明图5中依据插入方案b所生成码组的相关值图。
图7是本发明图3、图5码表之间的相关值图。
具体实施例方式
前面已经提到，本发明所述的方法主要针对具有零干扰窗特性的正交扩频码，如LS码、CCK码等实施。相比较而言，LS码的零相关窗特性要比CCK码好，因为其零相关窗不仅数量多，而且宽度可控，最重要的是满足零相关窗条件的码字数量远远大于CCK码。因此，公认目前最具有实际组网价值的是LS码。下面将以LS码为例对本方法的具体步骤加以详细说明。
概括地说，本发明的核心技术思想是在现有LS码字内插入间隙。该间隙可以插入到多个码字中的不同位置，但其长度必须是一致的。在插入间隙的情况下，原有扩频地址码字之间进行相关运算时各位的对应关系发生了改变，从而改变了相关副峰的分布，其结果是使相关副峰分布不均匀的扩频码在插入间隙之后相关副峰变得更均匀一些。
在LS码字内插入间隙后出现副峰均匀化效果的原因简单解释如下在原有的LS码字中，两个扩频码间在某一延迟时产生大相关副峰的原因是对齐的码片中，正负极性相同位置的个数与极性相反位置的个数差异较大，这样互相关运算值也较大。而在该扩频码内插入间隙后，原码字在时域上得以扩展，其中的一部分码片将偏移先前的位置。当两个码字插入间隙的位置不同时，在不同的延迟时，两码字对齐的码片中极性相同和不同位数的比例，与插入间隙前的比例分布不同，这样两码字插入间隙后的互相关副峰的分布将会改变。当选择合适的插入间隙的方式，会使相关副峰得以平均，且不存在大的互相关副峰。这里所说的合适的插入间隙方式是通过遍历搜索和相关运算来获得的，其约束条件是插入间隙后的码字相关运算结果满足相关副峰得以平均的条件。对LS码而言，其相关运算的算法都是公开的，因此，这里的遍历搜索和相关运算是本领域一般技术人员都能解决的技术问题，在此就不赘述了。由数学上的运算可知，由于LS码字本身互相关运算值较大，相关副峰也会较大，这是由LS码自身的特性所决定的。当在LS码字中插入间隙后，降低了互相关运算值，副峰也会明显比原有的LS码字小。因此，可以将插入间隙后的LS码字视为一个新的码字，称为均匀化LS码字，插入间隙的过程称为均匀化过程。
前面已经提过，LS码可以由位数少的正交基根据一定的规则扩展而成，因此，均匀化LS码字可以由现有LS码插入间隙后搜索获得，也可以由插入间隙的扩展正交基再经过扩展获得。例如，设C部和S部长度均为2位的LS码，即LS的两位正交基为C11C21、C12C22、S11S21、S14S22。其中，C11C21和S11S21分别构成码字A的C部和S部，C12C22和S12S22分别构成码字B的C部和S部。如果码字A和码字B满足正交互补，要求C11C12+C21C22=0S11S12+S21S22=0C11C21+S11S21=0C12C22+S12S22=0C11C22+S11S22=0C12C21+S12S21=0---(1)]]>
上述方程组可以获得多个解，现有LS码中，C11、C21、C12、C22、S11、S21、S12、S22的取值范围是-1和1，此时，可以获得的解如C11C21、C12C22、S11S21、S12S22分别为++、-+、+-、--。
此时，若在此正交基中插入一位间隙，即C11C21C31和S11S21S31分别构成码字A的C部和S部，C12C22C32和S12S22S32分别构成码字B的C部和S部，而C和S的各位的取值范围是-1、0、1。则正交互补方程组(1)变成C11C12+C21C22+C31C32=0S11S12+S21S22+S31S32=0C11C21+C21C31+S11S21+S21S31=0C12C22+C21C32+S12S22+S22S32=0C11C22+C21C32+S11S22+S21S32=0C12C21+C22C31+S12S21+S22S31=0---(2)]]>此时可以获得更多的解，例如，C11C21C31、C12C22C32、S11S21S31、S12S22S32分别为++-、-0-、-0-、+--。在获得了插入间隙后的扩展正交基后，可以进一步扩展得到更长的均匀化LS码组。
通过数学推导可以证明，经过均匀化处理之后的LS码字同样能够保留其零相关窗的特性。LS码由C部和S部组成。在零相关窗内，C部的相关函数值与S部的相关函数值的和为0。均匀化过程本身并不改变LS码字的正交互补特性，因此其零相关窗仍然得以保留。均匀化LS码字与现有LS码字相比码字变长，其长度为原码字长度加上间隙位数。这使得均匀化LS码字在LAS-CDMA系统中同样能够得到使用，其使用方式与等长度(插入间隙后的总长度)扩频码的使用方式相同。
图3显示了根据本发明方法得到的在图1中现有LS码字内插入间隙的插入方案a，所构成的码字称为码字a，在码0、码1、码2、码3内插入了4码片的间隙，构成了码a0、码a1、码a2、码a3。在此实施例中，码a0和码a1插入间隙的方式相同，两位间隙插在C部第一位之前，一位间隙插在C部的第14位之前，一位间隙插在S部的第14位之前；码a2和码a3插入间隙的方式相同，两位间隙插在C部第一位之前，一位间隙插在C部的第16位之后，一位间隙插在S部的第16位之后。图4显示了图3中插入方案a对应码字的相关值表。从图4可见，插入间隙后的码字，零相关窗依然存在，宽度是3码片。与图2所示的插入间隙之前的LS码字的相关值对比，可以看出，插入间隙后的码字，在零相关窗之外的相关副峰已经分布得更加均匀。
图5显示了根据本发明方法得到的在图1中现有LS码字内插入间隙的插入方案b，所构成的码字称为码字b，在码0、码1、码2、码3内插入了4码片的间隙，构成了码b0、码b1、码b2、码b3。在此实例中，码b0、码b1、码b2和码b3的插入间隙的方式相同，一位间隙插在C部第一位之前，三位间隙插在C部的第16位之后。图6显示了图5中插入方案b对应码字的相关值表。从图5可见，插入间隙后的码字，零相关窗依然存在，宽度是3码片。
从图6与图2和图4对比的情况可以看出，插入方案b与插入方案a相比，在零相关窗之外的相关副峰不及插入方案a那么分布均匀，但比插入间隙之前的原LS码字的分布依然要均匀一些。另外，从图3可以看出，同一个码组内的各码字插入间隙的方式可以相同，也可以不同。其中，同一码组内各码字插入间隙的方式互不相同时，码字之间的互相关副峰分布得要更具均匀些。
图7显示了插入方案a和插入方案b所对应的码字a和b的相关值表。码字a和b由图1所示的同一LS码字演变而来，其中方案a是对一组中各个码字的插入间隙的方式不全相同；方案b是对同一组中各个码字的插入间隙的方式全部相同，但不同于方案a中的任一插入间隙的方式。对比图7和图2，可以看出，即使是同一码字使用不同的插入间隙方案，所获得新码字之间的相关副峰分布也变得更加均匀。
另外，不同的扇区或小区可以使用相同或不同的扩频码字，例如IS-95中各小区使用相同的Walsh码字，但在LAS-CDMA中，相邻小区可以使用不同的LS码组。在实际应用中，同一时刻，相邻扇区或小区所使用的插入方案应该来自于同一插入方案组，即同一插入方案组的各插入方案分别应用在相邻扇区或小区间。这些插入方案可以由同一个码组得来，也可以由不同的码组得来。另外，可以根据系统性能的需求选择插入间隙的位数，并且码字内可以有不同位置可以插入间隙。在不同时刻，相邻扇区或小区可以使用不同的插入方案组。例如，系统可以以几帧为周期，改变其使用的插入方案组。
本发明所提供的副峰均匀化的LS码字具有重要的实际应用价值。前面已经提到，对于CDMA系统而言，不同地点对应着相邻基站发射信号间的不同延迟，某些地方如果遭遇大相关副峰，卷积码等信道编码将无法纠错，进而无法正常通信。而经过均匀化处理之后的LS码可以避免大相关副峰的出现，其互相关副峰均匀分布，使零相关窗外的干扰可以通过信道编码自身的纠错机制来解决，从而确保通信的质量。
LA码和LS码的配合使用，虽然在统计规律上使得干扰得以平均，但是在一个码字长度的周期内，相关副峰所造成的干扰分布依然是不均匀的。本发明使用经过均匀化处理之后的LS码在保留零干扰窗特性的前提下，让一个码字长度周期内的相关副峰所造成的干扰分布更加均匀，以利于信号恢复。
本发明可以用于其他码分多址系统，在扩频码中不同位置加入等长度的间隙，改善扩频码的相关副峰分布。
上面虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，所附的权利要求将包括这些变形和变化。
权利要求
1.一种用于码分多址系统的扩频地址编码方法，所述码分多址系统中各个用户都有地址码，而且各个用户的扩频地址码间相互正交，其特征在于步骤1)选择各个用户的扩频地址码作为扩频码字；步骤2)在扩频码字内插入设定长度的间隙，形成相关副峰均匀化的扩频码，用于对各用户信号进行扩频。
2.如权利要求1所述用于码分多址系统的扩频地址编码方法，其特征在于所述步骤2)中在扩频码字内插入设定长度的间隙，包括在同一时刻，在不同的扩频码字的相同或不同位置中插入设定长度的间隙；也包括，在不同时刻，在同一扩频码字中不同位置插入间隙。
3.如权利要求2所述用于码分多址系统的扩频地址编码方法，其特征在于在一个扩频码内插入的间隙个数总和为设定长度。
4.如权利要求2所述用于码分多址系统的扩频地址编码方法，其特征在于所述在不同的扩频码字的不同位置中插入设定长度的间隙，是指在一个扩频码的选定的码片的前面或后面插入间隙；在另一扩频码内以相同的方法插入该设定长度的间隙，但插入的相应间隙的具体位置在两个扩频码内不全相同。
5.如权利要求1所述用于码分多址系统的扩频地址编码方法，其特征在于所述扩频码字是带零干扰窗的扩频码，包括LAS码和CCK码。
6.如权利要求5所述用于码分多址系统的扩频地址编码方法，其特征在于所述步骤1)中在扩频码字内插入设定长度的间隙，是指在LS码的C部、S部或C部和S部同时插入设定长度的间隙。
7.一种利用如权利要求1所述用于码分多址系统的扩频地址编码方法进行网络规划的方法，其特征在于步骤A)为相邻小区或扇区分配相同或不同的扩频码；步骤B)如果相邻小区或扇区使用相同的扩频码，则在同一时刻，对相邻的各小区或扇区的扩频码的不同位置插入设定长度的间隙；如果相邻小区或扇区使用不同的扩频码，则在同一时刻，对相邻各小区或扇区的扩频码的相同或不同位置插入设定长度的间隙。
8.如权利要求7所述的进行网络规划的方法，其特征在于所述步骤B)中在同一时刻，对相邻的各小区或扇区的扩频码的不同位置插入设定长度的间隙，包括在不同时刻，对相邻的各小区或扇区的扩频码中插入间隙的位置进行改变。
9.如权利要求8所述的进行网络规划的方法，其特征在于所述在不同时刻，对相邻的各小区或扇区的扩频码中插入间隙的位置进行改变，是指根据设定的插入间隙的长度，在某一时刻，在一扩频码的某些码片的前面或后面插入间隙；而在另一时刻，在同一扩频码内不同位置插入间隙。
10.如权利要求9所述的进行网络规划的方法，其特征在于插入的间隙个数总和为设定长度。
全文摘要
本发明公开了在码分多址及扩频技术的无线数字通信系统中的一种扩频多址编码技术，在扩频码组中，以不同的方法在扩频码内部插入间隙，使得插入间隙后的多个扩频码组间的相关副峰均匀化分布且较大相关副峰减少，使得邻小区干扰分布变得均匀，使得扩频码组更加适合于组网。当被插入间隙的扩频码为LS码时，能够在插入间隙后保持LS码组内的零相关窗依然存在。
文档编号H04J13/02GK1798001SQ20041009889
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月20日 优先权日2004年12月20日
发明者师延山, 邵健 申请人:方正通信技术有限公司