[发明专利]一种时-频混合分离子码结构的互补码CDMA系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种互补码CDMA系统。

背景技术

在众多蜂窝无线通信相关技术中，多址接入技术是最为核心的物理层技术之一，其从根本上决定了通信系统中多用户、多信道共享无线资源的方式，而该方式的选择也最终显著的影响了提供给终端用户的服务质量。因此，多址技术的发展标志着蜂窝移动通信系统的逐代演进：由第一代采频分多址（FDMA）的模拟移动通信系统，到第二代采用时分多址（TDMA）的GSM系统及采用窄带码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）的IS-95系统，到第三代广泛采用宽带CDMA技术的系统，再到采用正交频分多址的第四代移动通信系统。

虽然相比于频分、时分多址方式，CDMA具有保密安全性高、频率复用系数高、抗窄带干扰及多径衰落等诸多优势，但由于所有的CDMA系统是干扰受限的，尤其是考虑到通信系统存在多径干扰、异步传输等问题的时候。因此，CDMA多址方式正面临逐渐淡出蜂窝移动通信舞台的窘状。

顾名思义，相比于FDMA和TDMA，CDMA依赖其所采用的地址码/签名码（Signature Codes）的正交性来区分不同用户/不同信道。因此，码的选择从根本上决定了CDMA系统的性能。CDMA系统干扰受限的直接原因在于其所采用的扩频码的相关特性是非理想的，即：1）扩频序列的自相关函数除了在零位移时存在一个峰值以外，还在其他位移处存在较小的旁峰。在多径传输环境下，这些旁峰在接收端的相关器中将被收集起来，从而造成多径干扰；2）两个扩频序列的互相关函数存在非零值。在多径或用户间异步传输环境下，这些非零相关值将被接收端的相关器收集起来，从而造成多址干扰及远近效应。最终导致即使采用一系列辅助子系统或技术来解决这些问题，如复杂的功率控制、多用户检测技术等等，CDMA系统依然无法提供具有竞争力的系统性能。

为了加速码分技术的革新以促使其重返舞台，基于一类新颖的扩频码——互补码（Complementary Codes，CCs）的下一代CDMA全新解决方案被提了出来。互补码采用了结合真实通信环境的码设计理念，能够真正意义上实现理想的自相关及互相关特性，从而赋予了CDMA技术摆脱干扰受限的能力。互补码能够实现理想相关特性的根本原因在于其多子码的结构，即每个用户需要采用一个互补码所包含的多个子码进行扩频才可以实现期望的理想相关特性。然而，互补码结构的特殊性给相应的CDMA系统设计带来了新的问题。为了支持基于互补码的扩频结构并实现基于互补相关的检测过程，基于互补码的CDMA（CC-CDMA）系统需要满足：有效分离子码、子码顺序对应、子码位移同步及相关值等增益合并四个条件。目前为止，为了满足上述要求，按照分离互补码子码的方式，CC-CDMA系统结构可以归为两类：1）串行时分的CC-CDMA系统；2）并行频分的CC-CDMA系统。串行时分结构的CC-CDMA系统采用不同时间片顺序串行的发送不同子码扩频后的信号，其优点是能够在保护间隔不小于多径信道的最大时延扩展时完全消除多径干扰，从而得到优越的多径分集增益。其缺点则在于为了保障CC-CDMA系统中子码的有效分离，串行时分的CC-CDMA系统中多用户间的通信需要是同步或准同步的。也就是说由于同步误差和传播时延引起的不同用户到达接收机的相对时延必须在一个确定的范围内，方便于保护间隔的确定。而保护间隔的引入也降低了该系统的频谱效率。与之不同的是，并行频分的CC-CDMA系统采用不同载波并行的发送不同子码扩频后的信号。一组子载波可以为具有正交性的子载波也可以为没有正交性的子载波。并行频分的CC-CDMA系统在同步、异步通信中皆能够完全消除多址干扰，进而也不会存在传统CDMA系统中的远近效应问题。因此，相比于时分方案，频分的CC-CDMA系统近年来更受到研究者的欢迎。然而，并行频分的CC-CDMA系统的性能对于多径所引起的频率选择性衰落是敏感的。这是由于频率选择性衰落将导致不同子码经历相异的衰落，从而导致无法实现互补相关定义中的等增益合并。尤其在上行通信中，各种用户的不同载波经历各异的衰落，“等增益合并”将无法在接收端通过任何合并准则恢复。虽然，目前有一些新颖的检测算法被提出，来改善并行频分的CC-CDMA系统在频率选择性衰落信道下的性能。但这些方案仅适用于整个带宽内呈现频率选择性衰落，而每个子载波内部平坦衰落的情况下。当每个子载波的带宽内也出现选择性衰落时，即信道的相干带宽小于每个子载波的带宽时，这些检测算法将不再适用，相应CC-CDMA系统性能也将受到多址及多径干扰的影响而变差。

发明内容