CDMA系统中搜索准最优和准最差扰码组的方法

摘要

本发明提供了一种在CDMA系统中搜索准最优和准最差扰码组的方法。本发明根据扰码的互相关统计特性，采用搜索所有可能复合码对的方式，对准最佳和准最差扰码组进行优化搜索。从而为TD－SCDMA网络中扰码规划和优化以及单项关键技术的网络性能评定奠定了理论基础。

说明书

技术领域

本发明涉及CDMA系统中准最优和准最差扰码组搜索方法。

背景技术

TD-SCDMA系统中的小区扰码主要由于标示小区的属性，共有32组128个长度为16位的扰码，每组4个扰码。当TD-SCDMA系统采用同频组网时，不需频率规划，但需进行相邻小区扰码的规划，用以区分各小区。由于3GPP协议没有规定扰码选择的方法，现有的扰码规划方法是将若干个基站组成一簇无线区，在簇里每个基站被分配不同的扰码，在簇外可进行扰码的复用。由CDMA系统链路级分析可知，多用户干扰(MAI)是表征系统性能的决定因素，而干扰水平与信道环境、复合码的相关特性以及扰码的分配方案密切相关。根据TD-SCDMA扰码特性统计结果以及链路级仿真结果可知：不同扰码性能之间存在较大的差异性，同频组网时，相邻小区的扰码必须进行相应的规划，如果规划不当，将会因为邻小区干扰的增加而影响网络性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种在CDMA系统中搜索准最优和准最差扰码组的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种在CDMA系统中搜索准最优扰码组的方法，包括以下步骤：a.在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Even_Max}，对扰码组进行搜索，当一个扰码对偶周期互相关的最大值≤T_{Even_Max}时，该扰码对为第一轮备选准最优扰码对，得到准最优第一轮备选扰码组，其中T_{Even_Max}表示两个复合码偶周期互相关值的最大值，T_{Even_Max}的取值源于不同码组扰码之间的偶相关函数互相关最大值统计规律；b.在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Even_Mean}，对准最优第一轮备选扰码组进行搜索，当一个扰码对偶周期互相关的平均值≤T_{Even_Mean}时，该扰码对为第二轮备选准最优扰码对，得到准最优第二轮备选扰码组，其中其中T_{Even_Mean}表示两个复合码偶周期互相关值的平均值，T_{Even_Mean}的取值源于不同码组扰码之间的偶周期相关函数互相关平均值统计规律；c.在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Odd_Max}，对准最优第二轮备选扰码组进行搜索，当一个扰码对奇周期互相关的最大值≤T_{Odd_Max}时，则该扰码对为第三轮备选准最优扰码对，得到准最优第三轮备选扰码组，其中T_{Odd_Max}表示两个复合码奇周期互相关值的最大值，T_{Odd_Max}的取值源于不同码组扰码之间的奇周期相关函数互相关最大值统计规律；d.在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Odd_Mean}，对准最优第三轮备选扰码组进行搜索，当一个扰码对奇周期互相关的平均值≤T_{Odd_Mean}，时，则该扰码对为第四轮备选准最优扰码对，得到准最优第四轮备选扰码组，其中T_{Odd_Mean}表示两个复合码奇周期互相关值的平均值，T_{Odd_Mean}的取值源于不同码组扰码之间的奇周期相关函数互相关平均值统计规律；e.对经过上述四轮搜索后得到的准最优第四轮备选扰码对，分别以复用因子为i²+ij+j²进行搜索，其中i，j为正整数。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在CDMA系统中搜索准最差扰码组的方法，包括以下步骤：a.在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Even_Max}，对扰码组进行搜索，当一个扰码对偶周期互相关的最大值≥T_{Even_Max}时，该扰码对为第一轮备选准最差扰码对，得到准最差第一轮备选扰码组，其中T_{Even_Max}表示两个复合码偶周期互相关值的最大值，T_{Even_Max}的取值源于不同码组扰码之间的偶相关函数互相关最大值统计规律；b.在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Even_Mean}，对准最差第一轮备选扰码组进行搜索，当一个扰码对偶周期互相关的平均值＞T_{Even_Mean}时，该扰码对为第二轮备选准最差扰码对，得到准最差第二轮备选扰码组，其中其中T_{Even_Mean}表示两个复合码偶周期互相关值的平均值，T_{Even_Mean}的取值源于不同码组扰码之间的偶周期相关函数互相关平均值统计规律；c.在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Odd_Max}，对准最差第二轮备选扰码组进行搜索，当一个扰码对奇周期互相关的最大值≥T_{Odd_Max}时，则该扰码对为第三轮备选准最差扰码对，得到准最差第三轮备选扰码组，其中T_{Odd_Max}表示两个复合码奇周期互相关值的最大值，T_{Odd_Max}的取值源于不同码组扰码之间的奇周期相关函数互相关最大值统计规律；d.在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Odd_Mean}，对准最差第三轮备选扰码组进行搜索，当一个扰码对奇周期互相关的平均值＞T_{Odd_Mean}时，则该扰码对为第四轮备选准最差扰码对，得到准最差第四轮备选扰码组，其中T_{Odd_Mean}表示两个复合码奇周期互相关值的平均值，T_{Odd_Mean}的取值源于不同码组扰码之间的奇周期相关函数互相关平均值统计规律；e.对经过上述四轮搜索后得到的准最差第四轮备选扰码对，分别以复用因子为i²+ij+j²进行搜索，其中i，j为正整数。本发明中的准最优和准最差扰码搜索方法与以往方法的不同主要体现在：(1)分别使用奇互相关和偶互相关函数作为评判扰码互相关性能的依据；(2)分别使用最大值和平均值作为扰码优劣的参考统计量。从而本发明的方法使扰码互相关性能的评定更为全面。

本发明根据扰码的互相关统计特性，采用搜索所有可能复合码对的方式，对准最佳和准最差扰码组进行优化搜索。从而为TD-SCDMA网络中扰码规划和优化以及单项关键技术的网络性能评定奠定了理论基础。

附图说明

图1表示AWGN(加性白高斯噪声)信道下，所有复合码之间非周期互相关性累计概率分布图。

图2表示AWGN信道下，采用所有扩频码时非周期互相关特性分布概率(单一复合码，不同扰码组统计)。

图3为偶周期相关函数和奇周期相关函数示意图。

图4示出了所有扩频码下偶周期互相关特性分布概率(不同扰码组31码片最大值统计)

图5示出了所有扩频码下奇周期互相关特性分布概率(不同扰码组31码片最大值统计)

图6示出了所有扩频码下偶周期互相关特性分布概率(不同扰码组31码片平均值统计)

图7示出了所有扩频码下奇周期互相关特性分布概率(不同扰码组31码片平均值统计)

具体实施方式

下面结合附图介绍本发明的具体实施方式。

扰码性能对小区干扰的影响

假设在TD-SCDMA系统中存在K个用户，则无论是BS(基站)还是UE(用户设备)，其接收信号R(t)都可以表示为：

$R\left(t\right)=\underset{p=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}^{\left(p\right)}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k^{\left(p\right)}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{u}_j^{\left(p\right)}{p}_j^{\left(p\right)}(t-{\mathrm{jT}}^{\left(p\right)}-{\mathrm{\τ}}_k^{\left(p\right)})+v\left(t\right)---\left(1\right)$

其中，v(t)表示为加性高斯白噪声；u_j^(p)表示用户p(p＝1，2，.......，K)的第j个传输符号，对于TD-SCDMA QPSK而言，$u_j^{\left(p\right)}\∈\{\±1,\±j\};$p_j^(p)(t)表示用户p的第j个传输符号的扩频信号；β^(p)表征用户p的传输信号功率衰减因子；α_k^(p)和τ_k^(p)分别表示用户p传播信道模型中的幅度和延迟；M表示传播信道的脉冲响应长度。

设复合码$v_n^{\left(p\right)}=S{c}_n^{\left(p\right)}C{h}_n^{\left(p\right)},$Sc和Ch表示小区扰码和不同UE对应的信道化码，长度都为16，考虑到扰码和信道化码的周期性特点，相应的用户p的第j个符号扩频信号可以表示为：

$p_j^{\left(p\right)}\left(t\right)=p^{\left(p\right)}\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}{v}_n^{\left(p\right)}g(t-\mathrm{nTc})---\left(2\right)$

其中，g(t)表示TD-SCDMA的发射脉冲波形。

为了便于分析，假定用户接收机采用RAKE接收方式。假设第n个用户RAKE接收机具由L个匹配滤波器(α_k^(p)*p_i^(p)*(t-iT^(p)-τ_k^(p)))组成，且L＝M，则RAKE接收机第i位符号判决输入信号可以表示为：

$U_i^{\left(n\right)}\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_k^{{\left(n\right)}^{*}}\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}R\left(t\right)p_i^{\left(n\right)}{(t-{\mathrm{iT}}^{\left(n\right)}-{\mathrm{\τ}}_k^{\left(n\right)})}^{*}\mathrm{dt}---\left(3\right)$

将R(t)表达式代入上式后，经过推导可以看到：U_i⁽ⁿ⁾(t)由有用信号S_i⁽ⁿ⁾(t)、其他用户干扰信号I_i⁽ⁿ⁾(t)以及热噪声n_i⁽ⁿ⁾(t)三部分信号组成，其中，

$S_i^{\left(n\right)}\left(t\right)={\mathrm{\β}}^{\left(n\right)}{u}_i^{\left(n\right)}{\mathrm{\ρ}}_{i,i}^{(n,n)}---\left(4\right)$

$I_i^{\left(n\right)}\left(t\right)=\underset{p\≠1}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\β}}^{\left(p\right)}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{u}_j^{\left(p\right)}{\mathrm{\ρ}}_{j,i}^{(p,n)}---\left(5\right)$

$n_i^{\left(n\right)}\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_l^{\left(p\right)}\∫v\left(t\right)p_i^{\left(n\right)}{(t-{\mathrm{iT}}^{\left(n\right)}-{\mathrm{\τ}}_l^{\left(n\right)})}^{*}\mathrm{dt}---\left(6\right)$

其中，${\mathrm{\ρ}}_{j,i}^{(p,n)}=\underset{k,l}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_l^{\left(p\right)}{\mathrm{\α}}_k^{{\left(n\right)}^{*}}\mathrm{\Π}{p}_{j,i}^{(p,n)}({\mathrm{iT}}^{\left(n\right)}-j{T}^{\left(p\right)}+{\mathrm{\τ}}_k^{\left(n\right)}-{\mathrm{\τ}}_l^{\left(p\right)})---\left(7\right)$

如果同时考虑符号间干扰(ISI)，则其它用户干扰信号I_i⁽ⁿ⁾(t)可以进一步表示为：

$I_i^{\left(n\right)}\left(t\right)={\mathrm{\β}}^{\left(n\right)}\underset{m\≠0}{\mathrm{\Σ}}{u}_{i+m}^{\left(n\right)}{\mathrm{\ρ}}_{i+m,i}^{(n,n)}+\underset{p\≠1}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\β}}^{\left(p\right)}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{u}_j^{\left(p\right)}{\mathrm{\ρ}}_{j,i}^{(p,n)}---\left(8\right)$

其中，∏_j，i^(p，n)(t)表示p_j^(p)(t)和p_j^(p)(-t)^*的卷积运算。

在理想功率控制情况下，DS/CDMA(直接序列码分多址)系统的归一化信噪比E_b/N₀可以表示为：

${\left(\frac{E_b}{N_0}\right)}_n=\frac{P_n/R_n}{\left(\underset{p\≠n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ξ}}_{p,n}{P}_p\right)/R_c+N_0}---\left(9\right)$

其中，p_n表示用户n的有用信号功率；R_n表示用户n的符号速率；R_c表示用户n的码片速率；ξ_p，n表示用户n和用户p之间的干扰因子。

任意两个用户之间的多用户干扰(MAI)的归一化形式为：

${\mathrm{\η}}_{p,n}=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{u}_j^{\left(p\right)}{\mathrm{\ρ}}_{j,i}^{p,n}/{\mathrm{\ρ}}_{i,i}^{n,n}---\left(10\right)$

相应的ξ_p，n可以定义为：

${\mathrm{\ξ}}_{p,n}=E\left[{\left|{\mathrm{\η}}_{p,n}\right|}^2\right]=E\left[{\left|\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{u}_j^{\left(p\right)}{\mathrm{\ρ}}_{j,i}^{(p,n)}/{\mathrm{\ρ}}_{i,i}^{(n,n)}\right|}^2\right]---\left(11\right)$

由此可见：CDMA系统链路级分析中，多用户干扰(MAI)是表征系统性能的E_b/N₀的决定因素，而干扰水平与信道环境、复合码的相关特性以及扰码的分配方案密切相关。

扰码特性分析

TD-SCDMA中扰码长度为16，无论是上行链路还是下行链路都是用来区分小区。依据3GPP协议，有128个码长为16的扰码和16个扩频因子SF＝16的用于区分信道的OVSF(正交可变扩频因子）码。扰码和OVSF码的组合共有128×16＝2048种，即：可以生成2048个复合码。

首先介绍相关函数的定义。令S_i(k)∈[-1，+1]，i∈[0，127]，为TD-SCDMA系统中第i个扰码第k位数值，且S_i(k+N)＝S_i(k)，N＝16。

非周期相关函数(Aperiodic Autocorrelation Function)定义如下：

相应的非周期互相关函数(Aperiodic Crosscorrelation Function)定义如下：

偶周期互相关函数(Even Crosscorrelation Functions)定义如下：

$C_{S_i{S}_j\_\mathrm{EP}}\left(l\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i\left(k\right)S_j(k+1)=C_{S_i{S}_j\_\mathrm{NP}}\left(l\right)+C_{S_i{S}_j\_\mathrm{NP}}(l-N),-N\<l\<N---\left(14\right)$

奇周期互相关函数(Odd Crosscorrelation Functions)定义如下：

$C_{S_i{S}_j\_\mathrm{OP}}\left(l\right)=C_{S_i{S}_j\_\mathrm{NP}}\left(l\right)+C_{S_i{S}_j\_\mathrm{NP}}(l-N),-N\<l\<N---\left(15\right)$

下面介绍在AWGN信道中，在统计所有OVSF码情况下，不同扰码组的复合码之间互相关特性。

图1表示AWGN信道下，所有复合码之间非周期互相关性累计概率分布图。图2表示AWGN信道下，所有复合码之间非周期互相关特性分布概率由图1到图2可以看出：在TD-SCDMA系统中，不同的复合码之间互相关值的分布存在较大不平衡性。

当本地码与接收到的自身多径信号进行相关操作时，主要考察不同扰码组的自相关特性。一个完美的码需具有理想的自相关和互相关特性。理想的自相关特性是指，当l＝0(其中l表示两个码字之间的位移)时自相关函数具有最大值，而当l≠0时的自相关函数之为零。理想的互相关特性是指不管任何位移l，包括零位移，理想互相关函数值永远为零。

不论自相关函数还是互相关函数，都会因为不同路径产生时间上的位移。周期性相关函数分为偶周期相关函数(Even Cross correlationFunctions)与奇周期相关函数(Odd Cross correlation Functions)。参见图3，当前后两个符号的相位相同时，此时为偶相关，当前后两个符号的相位相反时，此时为奇相关。

下面介绍不同扰码组互相关特性概率分布根据周期性相关函数的定义，任意两个长度为16的复合码将对应于31个不同码片位移的互相关取值。考虑到在实际的TD-SCDMA网络中，由于环境和小区规划的不同，上述31个不同位移的互相关取值都存在影响TD-SCDMA系统性能的可能性，因此，本搜索方案将以位移为31码片的所有复合码之间的互相关值，作为统计对象。

本搜索方案中互相关统计，分别采用平均值和最大值两个统计量。平均值统计反映出TD-SCDMA系统扰码之间互相关特性的平均性能。最大值统计反映出TD-SCDMA系统不同扰码之间互相关特性的极限性能。

根据3GPP相关协议规定，TD-SCDMA系统中同一扰码组中的不同扰码不能同时使用，而根据统计规律可以看出：同一扰码组和不同扰码组中扰码特性并不存在显著差异，本搜索方案中尊重相关协议规定。对于单个扰码而言，将对应于124个不同扰码对(TD中规定不同扰码组中的扰码方可以配置相邻小区，因此对与一个扰码组中的一个特定扰码而言，存在和其它31个扰码组，共31×4＝124个扰码相邻配置的可能)，同时每对扰码对应于16×16＝256个复合码对(TD中扰码由于区分小区，而扩频码用于区分小区中的用户，用于区分语音用户的扩频码为16个，相应每个小区存在16个复合码(扰码×扩频码)，那每对扰码也就对应16×16个复合码)，TD-SCDMA系统中所有复合码对为128×124×256＝4063232个。

搜索每个复合码对，分别对其偶周期互相关函数和奇周期互相关函数进行平均值和最大值统计，相应的统计结果如图4-7所示。图4示出了所有扩频码下偶周期互相关特性分布概率(不同扰码组31码片最大值统计)(互相关评定中，位移以码片作为基本单位，两个长度为16为的码的互相关值共31个，对应于31个码片长度的位移)。图5示出了所有扩频码下奇周期互相关特性分布概率(不同扰码组31码片最大值统计)。图6示出了所有扩频码下偶周期互相关特性分布概率(不同扰码组31码片平均值统计)。图7示出了所有扩频码下奇周期互相关特性分布概率(不同扰码组31码片平均值统计)。

准最优和准最差扰码组搜索方案。

本发明的搜索方案将根据扰码的互相关统计特性(位移为0～30码片)，采用搜索所有可能复合码对的方式，对准最佳和准最差扰码组进行搜索。

基本步骤如下：

(1)在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Even_Max}＝0.5和T_{Even_Max}＝1，对不同扰码组的扰码对进行第一轮搜索，当一个扰码对偶周期互相关的最大值≤0.5时，则该扰码对为第一轮备选准最优扰码对，当一个扰码对偶周期互相关的最大值＝1时，则该扰码对为第一轮备选准最差扰码对，其中T_{Even_Max}表示两个复合码偶周期互相关值(位移为31码片)的最大值，T_{Even_Max}的取值源于不同码组扰码之间的偶相关函数互相关最大值统计规律(由图4所有扩频码下偶周期互相关特性分布概率可以看出：最大值明显只存在0.5、0.75和1三个取值)；

(2)在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Even_Mean}＝0.2，对准最优和准最差第一轮备选扰码对进行第二轮搜索，当一个扰码对偶周期互相关的平均值5≤0.2时，则该扰码对为第二轮备选准最优扰码对，当一个扰码对偶周期互相关的平均值＞0.2时，则该扰码对为第二轮备选准最差扰码对，其中T_{Even_Mean}表示两个复合码偶周期互相关值(位移为31码片)的平均值，T_{Even_Mean}的取值源于不同码组扰码之间的偶周期相关函数互相关平均值统计规律；

(3)在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Odd_Max}＝0.625和T_{Odd_Max}＝1，对准最优和准最差第二轮备选扰码对进行第三轮搜索，当一个扰码对奇周期互相关的最大值≤0.625时，则该扰码对为第三轮备选准最优扰码对，当一个扰码对奇周期互相关的最大值＝1时，则该扰码对为第三轮备选准最差扰码对。其中T_{Odd_Max}表示两个复合码奇周期互相关值(位移为31码片)的最大值，T_{Odd_Max}的取值源于不同码组扰码之间的奇周期相关函数互相关最大值统计规律；

(4)在使用所有扩频码的情况下，设置T_{Odd_Mean}＝0.2，对准最优和准最差第三轮备选扰码组进行第四轮搜索，当一个扰码对奇周期互相关的平均值≤0.2时，则该扰码对为第四轮备选准最优扰码对，当一个扰码对偶周期互相关的平均值＞0.2时，则该扰码对为第四轮备选准最差扰码对，其中T_{Odd_Mean}表示两个复合码奇周期互相关值(位移为31码片)的平均值，T_{Odd_Mean}的取值源于不同码组扰码之间的奇周期相关函数互相关平均值统计规律；

(5)对经过上述四轮搜索后得到的准最优和准最差第四轮备选扰码对，分别以复用因子(复用因子即TD-SCDMA蜂窝网络规划中不同扰码复用数量，如：复用因子为3，表示以3个不同扰码为单位规划网络。)为3、4、7(i²+ij+j²，i，j为正整数)(蜂窝网络中，只有符合上述公式的整数值方能在规划中使用)等，进行搜索。

下面介绍根据以上准最优和准最差扰码组搜索的基本方案，分别进行准最优码组和准最差扰码组的搜索的结果。

准最优扰码组

设置T_{Even_Max}＝0.5、T_{Even_Mean}＝0.2、T_{Odd_Max}＝0.625和T_{Odd_Mean}＝0.2，共搜索到符合门限要求的扰码对5948对，以复用因子为3进行搜索，找到符合要求的7106组扰码组合(复用因子为3的扰码组合)，不存在复用因子超过3的扰码组合。

准最差扰码组

设置T_{Even_Max}＝1、T_{Even_Mean}＝0.2、T_{Odd_Max}＝1和T_{Odd_Mean}＝0.25，共搜索到符合门限要求的扰码对1460对，以复用因子为3进行搜索，找到符合要求的2813个扰码组合，以复用因子为4进行搜索，找到符合要求的7752个扰码组合，不存在复用因子超过4的扰码组合。

以上根据TD-SCDMA系统所有复合码位移为31码片的统计特性，以平均值合最大值为统计量，分别得到复用因子为3的准最优扰码组合以及复用因子为3和4的准最差扰码组合。

现有的最优扰码的搜索方法是根据公式12所示的非周期互相关值作为评定标准，而且评定准则中以位移为0的互相关值最为评定扰码优劣的判断依据，而实际中随着相邻小区半径和多径的影响，扰码的优劣并不是仅仅由位移为0的扰码互相关值决定的，这与本专利存在较大的差异，因而搜索结果也就存在差异。

根据上述的准最优扰码组和准最差扰码组中分别选取扰码样本，在不同的环境中进行相应的测试，从而评价扰码对TD-SCDMA系统的影响和扰码的选择对系统性能的改善程度。同时，准最优和准最差扰码组合也为TD-SCDMA网络中扰码规划和优化以及单项关键技术的网络性能评定奠定了理论基础。

本发明的方法可以扩展到任意CDMA系统。TD-SCDMA中扰码长度较小，其互相关性存在较差的差异性，因此本发明对TD-SCDMA系统更有意义。