在CDMA IS-95系統中用到的3種碼－短碼、長(cháng)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)習中的一個(gè)重點(diǎn)，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(gè)帖子，回復了無(wú)數個(gè)帖子的問(wèn)題。本文僅從擴頻的角度來(lái)分析這三種碼，試圖給大家一個(gè)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(wèn)哦）。
為了搞清楚這幾個(gè)問(wèn)題，我們先要明確一個(gè)概念－直序列擴頻通信。
直序列擴頻通信系統
擴頻通信是一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。他所用的傳送頻帶比任何用戶(hù)的信息頻帶和數據速率都大許多倍。用W表示傳送帶寬(單位為Hz)，用R表示數據速率(單位為bit/s)，W/R被稱(chēng)為擴展系數或處理增益。W/R的值一般可以在一百到一百萬(wàn)的范圍(20db~60db)。
講到這里，不得不把香農老先生搬出來(lái)，這個(gè)人可是咱們現代通信理論的奠基人，嚴重的崇拜（可惜他的著(zhù)作《信息論》咱實(shí)在是看不懂啊，汗?。?br>
香農容量公式(Shannon' scapacityequation)，這個(gè)公式放在這里，人老先生費半天勁搞出來(lái)的，我們不去討論其推算原理，只認為這是正確的。哦，香農還指出這是在加性高斯白噪聲的信道模型下的公式，基本上我們現在的移動(dòng)通信就是用這個(gè)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。
傳統通信系統通常壓縮信號速率至盡可能小的帶寬信道進(jìn)行傳送，cdma系統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？根據香農公式，他老人家說(shuō)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。
當一個(gè)用戶(hù)以9600bps速率進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)，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，每當用戶(hù)數增加一倍，信道處理增益下降3db，當用戶(hù)數達到32個(gè)時(shí)，信噪比接近底線(xiàn)，達到單扇區容量極限。實(shí)際上，cdma系統對單載波單扇區通話(huà)的用戶(hù)數進(jìn)行了限制，以確保系統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據與一組快速擴頻序列合成后通過(guò)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(jìn)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(zhù)往下看。
cdma系統通過(guò)碼片(chip)來(lái)傳輸信號(signal)，通常每一比特信息要占用幾個(gè)碼片。所有用戶(hù)共用cdma信道資源，每個(gè)用戶(hù)擁有自己唯一的碼型以區別于其他用戶(hù)，用戶(hù)使用自己的碼型(code pattern)與一長(cháng)組碼片進(jìn)行合成處理，從中恢復出傳給自己的信息，而其他用戶(hù)信息則被丟棄，保證了多用戶(hù)通信的安全性。
cdma信道合成了三種不同的擴頻序列以實(shí)現信息傳遞安全、穩定和獨立行。擴頻序列很容易在收發(fā)雙方間生成和合成，而不會(huì )耗費過(guò)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用于cdma系統中。沃爾什函數是相互正交(Mutual Orthogonality)的，以保證用戶(hù)信號也是互相正交的。因此對于前向鏈路，cdma系統是一個(gè)正交擴頻系統，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(shí)際上由于多徑信號和來(lái)自其他小區的信號與所需信號是不同步的，共信道干擾不會(huì )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(lái)了干擾。來(lái)自其他小區的信號也不是同步或正交的，這也會(huì )導致干擾發(fā)生。沃爾什序列在前向鏈路中用于復用目的，用來(lái)區分信道；在反向鏈路中，沃爾什碼僅用作正交調制碼。
擴頻序列之二—偽隨機序列(PN, Pseudorandom Noise)，長(cháng)PN和短PN
cdma系統中，偽隨機序列(PN)用于數據的加擾和擴譜調制。在傳送數據之前，把數據序列轉化成“隨機的”，類(lèi)似于噪聲的形式，從而實(shí)現數據加擾。接收機再用PN碼把被加擾的序列恢復成原始數據序列。
需要指出的是，如果發(fā)送數據序列經(jīng)過(guò)完全隨機性的加擾，接收機就無(wú)法恢復原始序列。換句話(huà)說(shuō)，如果接收機知道如何恢復原始數據，發(fā)送的數據序列就不可能完全隨機化。因此，在實(shí)際cdma系統中使用的是一個(gè)足夠隨機的序列，一方面這個(gè)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(gè)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：
所謂直序列擴頻,是指把低速數據經(jīng)過(guò)一定的方式擴展到較高的速率。單純從這個(gè)角度看問(wèn)題,任何一種碼在IS-95或CDMA2000-1X中,使傳送的數據達到1.2288Mcps速率,都可以稱(chēng)為擴譜。因此很多書(shū)或文章把WALSH,SHORT PN, LONG PN都經(jīng)常說(shuō)是起到了擴譜的作用。
需要注意的是，真正意義上的CDMA系統一個(gè)最基本的出發(fā)點(diǎn)或設計理念是：必須保證任何在空中出現的信號都應該是象噪聲一樣,即使不能是真正意義上的噪聲,也應該盡量接近噪聲的特性。大家都知道軍隊過(guò)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(huì )是有規律的信號,仍然無(wú)法徹底消除干擾，相互之間的干擾無(wú)法避免的,因為太有規律了。所以我們絕對看不到只有純粹的WALSH碼的CDMA系統。因此，從這個(gè)觀(guān)點(diǎn)上來(lái)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(guò)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(jìn)一步被I/O兩個(gè)支路的SHORT PN加以調制和處理，因此最終的信號出現是受SHORT PN控制的。
SHORT PN既滿(mǎn)足了信號近似噪聲的要求,同時(shí)速率也一直是1.2288Mcps(LONG PN在前向不是),而且還提供了CDMA定時(shí)同步的功能(前／反向均有)。因此說(shuō)SHORT PN在IS-95和CDMA2000-1X中起擴譜的作用更接近于專(zhuān)業(yè)說(shuō)法。
這里也有一個(gè)說(shuō)法供大家參考。
“CDMA個(gè)人通信系統的擴頻編碼采用3層結構。底層是正交擴頻編碼，碼長(cháng)64，提供CDMA信道，不同的正交碼作為不同的信道。但是，整個(gè)通信系統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(dòng)用戶(hù)碼，一個(gè)用戶(hù)一個(gè)，各不相同，它是由相當長(cháng)的擴頻碼（長(cháng)PN）加上移動(dòng)用戶(hù)自身代碼（掩碼）復合而成的。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(shí)SummerTiger給出的一個(gè)理解也放在這里供參考（我做了注釋?zhuān)?br>
從功能目的角度：物理調制時(shí)起到擴頻作用的特型碼都可以被叫做擴頻碼（短PN）
從調制技術(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（Walsh碼）
看到這里我們逐漸的可以看出CDMA的擴頻系統有三個(gè)目的，也就會(huì )出現三種擴頻碼：
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(cháng)碼（前向），短碼（前反向，進(jìn)一步使信號類(lèi)似噪聲）
調制擴頻：信號最終在調制之前編碼，短碼完成。
所以在CDMA通信系統中的擴頻通信不是一步完成的，而是由這3個(gè)碼序列共同完成的結果。
本文中所提到的很多說(shuō)法和解釋來(lái)源于眾多熱心朋友的發(fā)貼和回復，同時(shí)提出問(wèn)題的朋友也對我們的討論至關(guān)重要，Superlights深表感謝。排名無(wú)分先后（我想到誰(shuí)就寫(xiě)誰(shuí)啦，漏掉了別罵我?。?，順便說(shuō)一句“無(wú)線(xiàn)入門(mén)”現在已經(jīng)成為咱們論壇技術(shù)討論區第一大板塊（324個(gè)主題，2157個(gè)回貼），離不開(kāi)諸位熱心朋友的大力支持和熱心協(xié)助?；叵雱倓偨邮诌@個(gè)板塊只有不到15個(gè)主題（還都是站長(cháng)小強發(fā)的），十幾個(gè)回貼，短短的幾個(gè)月就發(fā)展成現在這個(gè)樣子，同時(shí)最初的一些朋友已經(jīng)從問(wèn)一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題的初學(xué)者成長(cháng)為可以為后來(lái)人解答問(wèn)題的高手了，真是倍感欣慰。大家一起努力吧！
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