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PN短码在CDMA网络规划中的应用研究

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第23卷第1期 江苏通信技术 2007年2月 Jiangsu Communication Technology V01.23 No.1 Feb.2007 文章编号:1007.9513(2007)01.0015.05 PN短码在CDMA网络规划中的应用研究 罗淑婉Ⅱ,杨庚 210003) (南京邮电大学a.计算机学院;b.数理学院,南京摘要:PN(伪随机噪声)短码规划是CDMA(码分多址)网络设计中特有的问题,良好的PN码规划对于实现设计良 好的网络至关重要。通过对同相偏干扰和邻相偏干扰这一对矛盾的分析和处理。介绍了PN码偏王规划的原理 以及需要满足的基本条件,并提出了可行的规划方案。 关键词:码分多址;伪随机噪声;短码;规划;同相偏干扰;邻相偏干扰;小区复用 中图分类号:,I'N929.5 文献标识码:A 0 引言 现行的移动通信系统基本是蜂窝移动通信系 统。蜂窝移动通信系统经历了几代发展:第一代是采 用频分多址(FDMA)的模拟蜂窝移动通信系统,如 美国的AMPS 英国的TACS等:第二代基本是采用 时分多址(TDMA)的数字蜂窝移动通信系统,如美 国的CDMA、欧洲的GSM系统等。 随着IS-95标准的颁布,扩频通信技术广泛应用 于移动通信和室内无线通信等各种商业应用系统, 为用户提供可靠通信[”。目前,CDMA技术已被广泛 接受为第三代移动通信系统的主要技术。CDMA包 含两个基本技术:一个是码分技术,其基础是扩频通 的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。如果 PN规划不合理。将有可能由于传播时延和PN偏置 复用距离不够,出现信号混淆的严重问题,从而引起 系统内部的干扰。所以在CDMA系统中,存在如何 尽可能地降低这种干扰,从而改善系统性能的问题, 也就是PN短码相位规划的问题。 CDMA系统中的PN短码相位规划与GSM系 统中的频率规划相类似,主要考虑两方面的问题,即 同相位短码之间的复用问题和相邻短码之间的相位 隔离问题。同相位短码之间的复用存在同相偏干扰 (co.offset interference)。相邻相位短码之间存在邻相 偏干扰(aajacent offset interference)。PN短码相位规 划的关键就在于对这一对矛盾进行合理的折中。 本文介绍PN码在CDMA网络中的作用,对PN 短码的复用问题和相位隔离问题进行分析,讨论小 信;另一个是多址技术。CDMA信道合成了3种不同 的扩频序列(Walsh码、PN长码和PN短码C2])以实 现信息传递安全、稳定和独立性。3种扩频序列各司 其职.PN短码用于区分不同基站。 CDMA网络采用同频复用,不需频率规划,但需 进行相邻小区导频PN序列的相位的规划,即PN短 码的规划。PN短码的选择直接影响到CDMA系统 区复用区群的确定,在此基础上总结PN偏置规划 的原则、步骤,最后结合规划实例进一步说明。 1 PN短码 CDMA系统中,伪随机噪声(PN)序列用于数据 收稿El期:2006-10-19 基金项目:江苏省“六大人才高峰”基金资助项目(06一E ) 庚(1961一),男,江苏盐城 作者简介:罗淑婉(1982一),女,广东潮州人,硕士研究生,研究方向为计算机通信与网间互联技术;杨人。南京邮电大学数理学院院长,教授,博士生导师,主要研究方向为计算机通信与网络,信息安全。 维普资讯 http://www.cqvip.com

16 江苏通信技术 200l7年 的加扰和扩频调制。在传送数据前,把数据序列转化 为“随机的”,类似噪声的形式,从而实现数据加扰, 接收机再用PN码把被加扰的序列恢复成原始数据 序列。 CDMA系统采用m序列作为地址码,利用它的 不同相位来区分不同小区和用户。有两个m序列, 一码数为2 5/64=512。注意:本文距离单位用码片 (chip)表示,1 chip距离为0.244km。 在实际网络中。64chip的PN偏置往往还不够, 通常取64 chip的整数倍,称为PN增量△。。商用网 络中,△。通常取3或4。以取4为例,相邻小区的最 小PN偏置为4x64 chip。PN码总数为2 5/(4x64)= 128。随着△。的增加,可用的PN偏置对应的PN码 个长度为2r一1,r=42,称为PN长码;另一个长度 为2r-1,r=15,称为PN短码。 PN长码用于在前向信道中对业务信道进行扰 码;在反向信道中则用作扩频,以标志不同用户[3]。 每个用户分配一个m序列的相位。这个相位随机分 布且不会重复,足以区分整个系统中所有的用户,不 存在复用问题。 PN短码用于对前向信道进行正交调制.以标志 小区。由于短码的周期相对而言小得多,逐段分割后 不足以区分系统中所有的基站和小区,必然存在小 区复用问题;同时,由于短码的复用容易引起系统内 部的干扰,所以在CDMA网络中,PN短码相位规划 就显得非常重要。 2 PN短码规划原理 PN短码规划是指PN短码相位的规划。由于 CDMA基站GPS同步,使得小区的识别大大简化。 在同步的情况下,PN码具有相当好的自相关性,只 要两个序列的相位差大于lchip周期(注:下文所有 计算都以CDMA 2000为例),由于其码片速率为 1.228 8 Mchip/s,其周期Tap=l/(1.228 8 Mchip/s)= 0.813 8/zs/chip),它们就可相互正交[4]。所以,所有小 区都可以使用同一个PN序列,但是使用不同的相 位,称之为PN偏置(PN_offset),它必须是码片周期 的整数倍,这样就把所有的小区区分开来。 为了区分同一小区的多径PN码和不同小区的 PN码。在PN码规划中,相邻小区需要设置足够大 的PN码间隔,使多径产生的时延远远小于相邻小 区的PN码间隔。1 chip周期对应的电波传播距离为 0.244km(cT ̄p=0.244km/chip,c为电波在空气中的 传播速度,通常取光速)。相邻小区的PN偏置最小 取64 chip(相当0.244kmx64=15.616km),总的PN 数将减少。可见,可用的PN码是有限的,所以PN码 要在一定的空间间隔条件下复用。 2.1 同相位PN短码之间的复用 如图1所示,设A、B两个基站使用相同的PN 偏置,小区半径为 、 ,移动台处于小区B的边 缘,到A、B的距离分别为D、 ,移动台计算来自 A、B的信号的相位差。 基站B 图1 PN码夏用距离 把B的信号视为有效信号.s,A的信号视为同 相偏干扰,,两个PN码的信噪比要满足大于等于 24dB的要求[5]。经计算可以得出相同PN偏置的最 小复用距离应满足 D/Rb≥10 ‰ (1) 其中n是电波在空间传播的衰减指数,其依赖于特 定的传播环境。表1给出了不同环境下典型的n值。 表1 不同环境下空间传播衰减指数 环境 衰减指数,l 自由空间 2 市区蜂窝 2.6~3.5 市区蜂窝阴影 3~5 建筑物内视距传播 1.6~1.8 被建筑物遮挡 4~6 被工厂遮挡 2~3 2.2相邻PN短码之间的相位隔离 仍以图1为例,假设A、B使用不同的PN 码.它们的信号经过路径D和路径 相应的时 维普资讯 http://www.cqvip.com

第l期 罗淑婉,杨庚:PN短码在CDMA网络规划中的应用研究 17 延到达移动台,为了使移动台能够区分开来,两 个PN码的相位差DP必须大于路径D和路径 相应的时延之差。把这两个时延用码片表示,则 有 DI ̄D-Rb (2) D=(I/0.244) 一43 chip 这表明,当实际CDMA系统中激活导频集搜索 窗宽度 不大于43chip时,系统中就不会出现同 相偏导频干扰。 2.3 PN短码规划需满足的基本条件 CDMA搜索窗在区分不同小区PN码中起着重 要作用。搜索窗宽度 由系统设定,用于区分同一 小区的多径。为了避免PN码混淆,取主服务小区的 半径 为 ,把小区半径进一步强化为R+Wd2。合 并式(1)和式(2),则有 DP≥(R+WA/2)(10 1) (3) 这个关系是CDMA PN码规划的基础。下面举个例 子。假设在市区,小区半径 为1 km,折合成码片为 (1,0.244)chip,搜索窗宽度为WA=28chip,传播指数 n=3.2.可得 DP≥(1,0.244+14)(1OW=_1)= f4.1+14)x4.62=83.6 注意:这里 和 都是以码片表示的。可以看出, 相邻小区之间PN码相位差不小于84chip。这时可 以取△。=2,因为它对应的相邻小区之间的间隔为 2x64 chip=128 chip,已经满足要求了。 2.4确定PN码复用集 确定了△。的取值之后,还要确定PN码的复用 集。可以证明,复用小区区群小区个数 应满足式 (4)t ,其中i√为正整数。 = (4) 当i=4,j=3时,则K=37。即复用小区区群中小区个 数K为37。 对于三扇区基站,小区区群[7]的组成如图2所 示。图2中,每个正六边形代表一个三扇区基站,基 站的编号k(1≤ ≤ )用中间的阿拉伯数字表示,0c、 、 代表基站的三个扇区。 确定了 以后,同相偏小区之间的距离D可以 根据式(5)确定: D 、/ (5) 由式(5)可知,当R=I km,两同相偏小区之间的 距离 图2小区复用区群组成图 3 PN偏置规划过程 下面对PN偏置规划过程进行阐述。 3.1 PN偏置规划原则 在明确PN规划步骤之前,先简单介绍一下PN 码偏置规划原则[8]: 1)相邻扇区不能分配邻近相位偏置的PN码, 相位偏置的间隔要尽可能大一些: 2)同相位偏置PN码复用时,复用基站间要有 足够的地理间隔: 3)要预留一定数目的PN码,以备扩容使用。 3.2 PN码偏置的规划步骤 PN码偏置值的规划步骤为: 1)确定PN增量△。的值,在此基础上确定可以 采用的导频集。 2)根据可以采用的导频集的数量和站点的分布 情况,对所有基站进行分组,形成基站数量不超过可 用导频集数量的复用组:以最密集区域的复用组作 为基础复用组。 3)确定各复用组中各基站和基础复用组中各基 站的PN复用情况,形成对应关系。此时需要考虑不 同复用组的相同PN之间的间隔,也就是复用距离 必须满足要求。 4)先从最稀疏复用组给每个小区分配PN资 源,稀疏区域站点间距比较大,容易出现相邻PN引 起干扰的问题,需要在规划时重点考虑。 维普资讯 http://www.cqvip.com

18 江苏通信技术 2Oo7年 5)基于稀疏区复用组的PN设置,根据各复用 小区之间的对应关系。得到其他复用组的PN规划 结果。对于个别复用组中可能存在的相邻PN引起 干扰的问题。对PN规划结果进行微调,避免影响其 他复用组的规划结果。 6)利用软件对规划结果进行检查,对于存在问 题的区域进行微调。 3.3 PN码偏置在CDMA网络中的应用 在PN规划过程中,确定PN增量△。后,对于同 一个基站的各个扇区。可以采用两种方法设置其PN 偏置,对于三扇区的基站,有以下设置结果(k代表 基站编号,如2.4节所示): 1)连续设置。同一个基站三个扇区的PN分别 为:第一扇区(3k一2)A ,第二扇区(3 一1)△ ,第三扇 区(3 )△。。 2)间隔设置。同一个基站的三个扇区的PN相 差某个常数,不同基站的对应扇区之间相差k个△。。 同一基站的三个扇区的PN偏置设为:第一扇区 △。, 第二扇区kAp+168。第三扇区kAp+336。 第二种方式应用比较广泛。 下面以间隔设置为例.参照图2的小区区群,需 分配的相位偏置个数为3x37=Ill,取Ap=4,可用PN 码数量为512/4=128。还有128一ll I=17个富余PN 码可作特别使用。 按照间隔分配的方式,对图2而言,基站a扇 区的PN偏置可设置为 △ ,卢扇区为 △ +168,y扇 区为 △。+336。这样,可将128个可用的PN偏置分 为3组a 、y,如表2所示。将a列分配给区群中小 区的a扇区,卢列分配给区群中小区的卢扇区,y列 分配给区群中小区的 扇区。表2中k表示的是图2 中的基站号。 表2 PN偏置分配表 注:娃表示分配给第1个基站的口扇区的PN俱置值 4k ̄168表示分配给第七个基站的卢扇区的PN俱置值 4k+33 ̄表示分配给第1个基站的r赢区的PN佩置值 如前所述。还有17个富余PN码可做特别使 用,这17个PN码值如表3所示,用6表示这些PN 码的集合。 表3 17个富余的PN码 17个富余的PN码其偏置值有两种用途:一是 实际系统中有些基站在选址过程中。由于受实际条 件的限制,基站天线架设较高,为避免对其他基站造 成干扰,该基站的PN偏置可以从6集合中选取;二 是个别地区由于话务量较大.需要增加个别基站以 分担某些基站的话务量。为不影响原复用区群的PN 偏置的设计.新增加的个别基站的PN偏置也可以 从6集合中选取。 4结束语 新一代移动通信网络技术先进,同时也使得网 络规划和优化变得更加复杂。PN码规划作为网络规 划的一个组成部分。其设置的好坏对网络的性能有 很大的影响.需要用心考虑和安排。上面的分析主要 针对CDMA2000系统。对其他两种标准,需要根据 PN码在系统的使用细则,以及其对系统性能的不同 影响.具体问题具体分析。 参考文献: [1] 许丽艳,李雪梅,王正彦.基于Simulink的PN码同步系统仿真 研究[C],,中国系统仿真学会第五次全国会员代表大会暨2006 年学术年会论文.北京:系统仿真学会,2OO6. [2]王珏.CDMA信道编码及结构解] ̄[EB/OL].http://www.mc21st. com/teehtleld/design/art/2004/d0422—21.htm,2004-04—22. [3] 中兴通信(CDMA网络规划与优化>编写组.CDMA网络规划与 优化[M].北京:电子工业出版社,2005. [4]孙长钢,孙保红,李猛.WCDMA无线网络规划[M].北京:人民 邮电出版社。2005. 『5]李建新.WCDMA无线网络中的扰码规划问题[J].邮电设计技 维普资讯 http://www.cqvip.com

第1期 术,2005。7(7):15—20. 罗淑婉,杨庚:PN短码在CDMA网络规划中的应用研究 报,2000,28(11):63-67. 19 [6] 张厥盛,邬国扬.移动通信技术[M].西安:西安电子科技大学 出版社.1989. [8]彭木根,王文博.3G无线资源管理与网络规划优化[M].北京 人民邮电出版社.2006. [7] 曹华俊,吴伟陵.CDMA系统中PN短码相位规划[J].电子学 Application of PN Short Code in CDMA Systems LUO Shu—wana,YANG Geng ̄ (a・College of Computer;,b.College of Mathematics and Physics,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210003,China) Abstract:PN short code planning is a particular problem in CDMA network design.A good desined gnetwork depends on the well PN offset planning.In the process of dealing with the contradiction between CO—offset interference and adjacent offset interference,the principle of PN offset plnniang is introduced and the postulate that has to be satisfied is also discussed.Finally,this paper offers a workable plnniang scheme. Key words:code division multiple access;pseudo noise;short code;plnniang;CO—offset interference; adjacent offset interference cell site reuse <>●<>●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o● o●o●o●o●o●o●o●o●o●o◆ ●o● 资料・信息 我国主导的五项NGN标准在ITU获得通过 国际电联标准化局(ITU.T)于7月28日在SG13的全会上通过了下一代网络(NGN)的两份补充文件和14份建议。这是rrU.T在NGN领 域研究历时两年多之后取得的重大成果。为全球NGN的发展提供了技术基础和指导。中国代表团在IrI’U.T NGN的研究中作出了很大的贡献。 在两年多的时间里共提交了300多篇文稿,主导了多个标准的形成。在此次通过的建议中,我国主导了5项标准:其中中国电信主导两项 (PSTN/ISDN仿真体系架构、基于呼叫服务器的PSTN/ISDN仿真实现),华为公司主导两项(NGN功能要求和体系架构、NGN中资源和接纳控制 的要求和体系架构),中兴公司主导一项(VPN业务的QoS支持的框架和特征)。信息产业部电信研究院主导的两项标准(未来分组网的总体要 求、未来分组网络的高层体系架构)技术上已经成熟。属于Release2的内容,将按计划于2006年10月份通过。 中国代表团这些成绩的取得是在信息产业部科技司的直接领导下,在n 电联办公室和ITU-TNGN相关对口组(SG11、SG13和SG19)的 有效组织和策划下,在中国通信标准化协会(CCSA)行业标准和各单位的技术研发基础之上,在研究单位(信息产业部电信研究院)、运营商(中 国电信)和设备制造商(华为、中兴、上海贝尔阿尔卡特、北京西门子等)的密切配合、分工协作、互相支持和共同推动下完成的,是整个中国代表 团集体力量的结晶和典范。 值得一提的是。我国的运营商越来越重视技术创新工作,在国际电信标准领域的地位不断提升。此次在国际电联获得通过的“PSTN/1SDN 仿真体系架构”和“基于呼叫服务器的硎,ISDN仿真的实现”两项标准,是由中国电信主导的,是根据中国制定的软交换相关行业标准和中 国电信网络实施的经验而提出的,得到了信息产业部电信研究院和国内设备制造商的大力支持,同时也得到了国际上许多运营商和设备制造 商的响应.把中国基于软交换的相关标准和技术研究成果转化为国际标准推向国际舞台,并由中国电信主导了软交换国际标准的研究,填补了 国际电联在软交换领域研究的空白。在过去的一年中,仅在NGN领域,中国电信就向国际电联等标准化组织提交了上百篇文稿。除了以上通过 的两项标准之外 中国电信还在国际电联主导了另外7项NGN领域的建议草案的制定工作,有望在2007年获得通过,体现了中国电信在下一 代网络和新技术研发上的实力。 中国代表团取得的这些成绩说明我国在NGN领域的国际标准已经从原来的参与进入到现在重点领域的推进和主导,一方面是由于我国 技术研发的水平在不断地提升。另一方面也是因为已经并正在不断造就一批国际标准化的人才,这些人才已经逐渐地熟悉和掌握国际标准化 的规则,已经真正参与到国际标准的制定工作当中。有关专家预测,中国代表团将会在未来的NGN国际标准化工作中作出更大的贡献,为未来 我国的自有知识产权国际标准的形成莫定良好的基础。 (苏言云摘编自<人民邮电)2oo6-08-08)◆ 

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