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在CDMA IS-95系統(tǒng)中用到的3種碼－短碼、長碼和Walsh碼,。有關(guān)這三種碼各自在前反向信道中的作用是學(xué)習(xí)中的一個重點,，也是CDMA理論模型的精華之一，同樣也是咱們論壇上爭論了好幾個帖子,，回復(fù)了無數(shù)個帖子的問題,。本文僅從擴頻的角度來分析這三種碼，試圖給大家一個比較完整和清晰的認識（我盡量吧,，有不明白的大家還是要問哦）,。
為了搞清楚這幾個問題，我們先要明確一個概念－直序列擴頻通信,。 直序列擴頻通信系統(tǒng) 擴頻通信是一種無線通信技術(shù),。他所用的傳送頻帶比任何用戶的信息頻帶和數(shù)據(jù)速率都大許多倍。用W表示傳送帶寬(單位為Hz),，用R表示數(shù)據(jù)速率(單位為bit/s),，W/R被稱為擴展系數(shù)或處理增益。W/R的值一般可以在一百到一百萬的范圍(20db~60db),。 講到這里,，不得不把香農(nóng)老先生搬出來，這個人可是咱們現(xiàn)代通信理論的奠基人,，嚴重的崇拜（可惜他的著作《信息論》咱實在是看不懂啊,，汗！） 香農(nóng)容量公式(Shannon' scapacityequation),，這個公式放在這里,，人老先生費半天勁搞出來的，我們不去討論其推算原理,，只認為這是正確的,。哦,，香農(nóng)還指出這是在加性高斯白噪聲的信道模型下的公式,，基本上我們現(xiàn)在的移動通信就是用這個東東啦,。 C=Blog2[1 + S/N] 其中：B為傳送帶寬(單位為Hz)； C為信道容量(單位為bit/s),； S/N為信號噪聲功率比,。 傳統(tǒng)通信系統(tǒng)通常壓縮信號速率至盡可能小的帶寬信道進行傳送，cdma系統(tǒng)則采用寬帶信道傳送信號,，以獲得處理增益,，提高信道容量。為什么哪,？根據(jù)香農(nóng)公式,，他老人家說增加信道帶寬可以換取更高的信道容量或者是更低的信噪比，以提高收發(fā)雙方通信的可靠性,。 當(dāng)一個用戶以9600bps速率進行語音通信時,，cdma的信道帶寬是1,228,800hz，處理增益為1,228,800hz/9600=128=21dB,。以此推算,，每當(dāng)用戶數(shù)增加一倍，信道處理增益下降3db,，當(dāng)用戶數(shù)達到32個時,，信噪比接近底線，達到單扇區(qū)容量極限,。實際上,，cdma系統(tǒng)對單載波單扇區(qū)通話的用戶數(shù)進行了限制，以確保系統(tǒng)處理增益可以保持在理想的水平,。 發(fā)信者把需傳送的低速數(shù)據(jù)與一組快速擴頻序列合成后通過發(fā)射機發(fā)射出去,，接收者從空中借口截取信息流后，用同一快速擴頻序列進行解擴頻,，從而得到原始信息,。 好，擴頻的概念有了,。我們再接著往下看,。 cdma系統(tǒng)通過碼片(chip)來傳輸信號(signal)，通常每一比特信息要占用幾個碼片,。所有用戶共用cdma信道資源,，每個用戶擁有自己唯一的碼型以區(qū)別于其他用戶，用戶使用自己的碼型(code pattern)與一長組碼片進行合成處理,，從中恢復(fù)出傳給自己的信息,，而其他用戶信息則被丟棄,，保證了多用戶通信的安全性。 cdma信道合成了三種不同的擴頻序列以實現(xiàn)信息傳遞安全,、穩(wěn)定和獨立行,。擴頻序列很容易在收發(fā)雙方間生成和合成，而不會耗費過多的處理資源,。 擴頻序列之一—沃爾什碼(Walsh Codes) 沃爾什序列廣泛的應(yīng)用于cdma系統(tǒng)中,。沃爾什函數(shù)是相互正交(Mutual Orthogonality)的，以保證用戶信號也是互相正交的,。因此對于前向鏈路,，cdma系統(tǒng)是一個正交擴頻系統(tǒng)，沃爾什序列可以消除或抑制多址干擾(MAI),。理論上,，如果在多址信道中信號是相互正交的，那么多址干擾可以減少至零,。然而實際上由于多徑信號和來自其他小區(qū)的信號與所需信號是不同步的,，共信道干擾不會為零。異步到達的延遲和衰減的多徑信號與同步到達的原始信號不是完全正交的,，這些信號就帶來了干擾,。來自其他小區(qū)的信號也不是同步或正交的，這也會導(dǎo)致干擾發(fā)生,。沃爾什序列在前向鏈路中用于復(fù)用目的,，用來區(qū)分信道；在反向鏈路中,，沃爾什碼僅用作正交調(diào)制碼,。 擴頻序列之二—偽隨機序列(PN, Pseudorandom Noise)，長PN和短PN cdma系統(tǒng)中,，偽隨機序列(PN)用于數(shù)據(jù)的加擾和擴譜調(diào)制,。在傳送數(shù)據(jù)之前，把數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)化成“隨機的”,，類似于噪聲的形式,，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)加擾。接收機再用PN碼把被加擾的序列恢復(fù)成原始數(shù)據(jù)序列,。 需要指出的是,，如果發(fā)送數(shù)據(jù)序列經(jīng)過完全隨機性的加擾，接收機就無法恢復(fù)原始序列,。換句話說,，如果接收機知道如何恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)序列就不可能完全隨機化,。因此,，在實際cdma系統(tǒng)中使用的是一個足夠隨機的序列,，一方面這個隨機序列對非目標接收機是不可識別的，另一方面目標接收機能夠識別并且很容易同步的產(chǎn)生這個隨機序列,。所以把這種序列成為偽隨機序列(PN),。 偽隨機序列特性： 1) 自身的完全相關(guān) 2) 移位近似正交 小結(jié)： 所謂直序列擴頻,是指把低速數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的方式擴展到較高的速率。單純從這個角度看問題,任何一種碼在IS-95或CDMA2000-1X中,使傳送的數(shù)據(jù)達到1.2288Mcps速率,都可以稱為擴譜,。因此很多書或文章把WALSH,SHORT PN, LONG PN都經(jīng)常說是起到了擴譜的作用,。 需要注意的是,，真正意義上的CDMA系統(tǒng)一個最基本的出發(fā)點或設(shè)計理念是：必須保證任何在空中出現(xiàn)的信號都應(yīng)該是象噪聲一樣,即使不能是真正意義上的噪聲,也應(yīng)該盡量接近噪聲的特性,。大家都知道軍隊過橋一定不能齊步走.為什么,就是要亂七八糟,不要造成共震。CDMA也一樣,如果空中信號都是WALSH碼,即使是有正交特性,，但是仍舊會是有規(guī)律的信號,仍然無法徹底消除干擾,，相互之間的干擾無法避免的,因為太有規(guī)律了。所以我們絕對看不到只有純粹的WALSH碼的CDMA系統(tǒng),。因此,，從這個觀點上來看，WALSH碼不能是最終的擴頻碼,。 LONG PN是偽隨機碼,，符合CDMA要求信號近似為噪聲的要求，但在前向信道,其速率遠低于1.2288Mcps（經(jīng)過抽取器降速）,，不能算是擴譜,。 在反向信道LONG PN的速率是1.2288Mcps，可以算是擴譜的作用,。 但仍然要注意的是LONG PN是在SHORT PN之前加入的,，后面進一步被I/O兩個支路的SHORT PN加以調(diào)制和處理，因此最終的信號出現(xiàn)是受SHORT PN控制的,。 SHORT PN既滿足了信號近似噪聲的要求,同時速率也一直是1.2288Mcps(LONG PN在前向不是),而且還提供了CDMA定時同步的功能(前／反向均有),。因此說SHORT PN在IS-95和CDMA2000-1X中起擴譜的作用更接近于專業(yè)說法。 這里也有一個說法供大家參考,。 “CDMA個人通信系統(tǒng)的擴頻編碼采用3層結(jié)構(gòu),。底層是正交擴頻編碼，碼長64,，提供CDMA信道,，不同的正交碼作為不同的信道。但是,，整個通信系統(tǒng)都使用這一組正交擴頻碼,。第2層是基站碼，也是擴頻編碼（短PN）,不同的基站使用具有不同相位狀態(tài)的擴頻碼,。第3層是移動用戶碼,，一個用戶一個,，各不相同，它是由相當(dāng)長的擴頻碼（長PN）加上移動用戶自身代碼（掩碼）復(fù)合而成的,。這3層編碼中,，對通信特性影響最大的是底層正交擴頻編碼的選取。“ 同時SummerTiger給出的一個理解也放在這里供參考（我做了注釋）： 從功能目的角度：物理調(diào)制時起到擴頻作用的特型碼都可以被叫做擴頻碼（短PN） 從調(diào)制技術(shù)角度：對通信特性影響最大的底層正交擴頻編碼更多地被強調(diào)（Walsh碼） 看到這里我們逐漸的可以看出CDMA的擴頻系統(tǒng)有三個目的,，也就會出現(xiàn)三種擴頻碼： 正交化擴頻：使信號間彼此正交,，由Walsh碼完成； 噪聲化或加擾“擴頻”：使得信號更像噪聲,，由長碼（前向）,，短碼（前反向，進一步使信號類似噪聲） 調(diào)制擴頻：信號最終在調(diào)制之前編碼,，短碼完成,。 所以在CDMA通信系統(tǒng)中的擴頻通信不是一步完成的，而是由這3個碼序列共同完成的結(jié)果,。 本文中所提到的很多說法和解釋來源于眾多熱心朋友的發(fā)貼和回復(fù),，同時提出問題的朋友也對我們的討論至關(guān)重要，Superlights深表感謝,。排名無分先后（我想到誰就寫誰啦,，漏掉了別罵我啊）,，順便說一句“無線入門”現(xiàn)在已經(jīng)成為咱們論壇技術(shù)討論區(qū)第一大板塊（324個主題,，2157個回貼），離不開諸位熱心朋友的大力支持和熱心協(xié)助,?；叵雱倓偨邮诌@個板塊只有不到15個主題（還都是站長小強發(fā)的），十幾個回貼,，短短的幾個月就發(fā)展成現(xiàn)在這個樣子,，同時最初的一些朋友已經(jīng)從問一些簡單的問題的初學(xué)者成長為可以為后來人解答問題的高手了，真是倍感欣慰,。大家一起努力吧,！ |
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