基于LS碼的MC-CDMA系統(tǒng)抗多址干擾分析

弓美桃，劉凌云

（內(nèi)蒙古集寧師范學(xué)院，內(nèi)蒙古 集寧 012000）

0 引言

對于碼分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）系統(tǒng)來說，接入碼的相關(guān)性能非常重要，如果接入碼的自相關(guān)性能和互相干性能良好，系統(tǒng)的大部分干擾就會(huì)消除。李道本教授發(fā)明了一種新型的擴(kuò)頻碼一零相關(guān)窗互補(bǔ)碼（LS碼，Link Space code）。此碼在一定的相對偏移內(nèi)具有理想的自相關(guān)與互相關(guān)，構(gòu)成零相關(guān)窗。應(yīng)用零相關(guān)窗LS碼的同步CDMA系統(tǒng)將完全消除系統(tǒng)的多址干擾（MAI，Multiple access interference）與符號間干擾（ISI，inter-symbol interference）。

LS碼的相關(guān)性能是應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中性能優(yōu)良與否的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，在研究LS碼性質(zhì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將其應(yīng)用于多載波碼分多址（MC-CDMA，系統(tǒng)中，能夠更好地抑制系統(tǒng)的多址干擾。

1 LS碼生成及特性仿真

LS碼是一種具有互補(bǔ)相關(guān)性質(zhì)的碼。每個(gè)碼字都包含兩部分，分別叫做C部和S部，同一碼字的C部和S部互補(bǔ)，而不同碼字的C部與C部，C部與S部之間也互補(bǔ)，這個(gè)性質(zhì)就是LS碼的優(yōu)勢所在，這種互補(bǔ)性質(zhì)使得LS碼的自相關(guān)性和互相關(guān)性比較理想，達(dá)到了未來移動(dòng)通信的要求。

LS碼[1-2]的產(chǎn)生首先要選擇兩個(gè)完全互補(bǔ)正交碼作為基礎(chǔ)碼組，每個(gè)基礎(chǔ)碼的最短長度是 4，其中C碼和S碼的長度分別為2。這里選擇一個(gè)二進(jìn)制的基礎(chǔ)碼組如下：

其中，C和S分別表示C碼和S碼。

可以通過名為“生成樹”的擴(kuò)展方法來獲得更多數(shù)量的碼組，通過此方法來獲得數(shù)量更多、長度更大的碼組既方便又有效。

生成樹的結(jié)構(gòu)如下所示：

以上述方法得到的長為64的LS碼，插入長為4的零串。根據(jù)相關(guān)函數(shù)的定義可以得到其相關(guān)函數(shù)仿真圖，如圖1所示。

圖1 LS碼和Walsh碼的相關(guān)函數(shù)仿真圖

由圖1可知，LS碼的相關(guān)函數(shù)在原點(diǎn)附近是零，這個(gè)區(qū)域被稱作無干擾窗（IFW，Interference free window），在此干擾窗口內(nèi)可以減小甚至消除符號間干擾和多址干擾，而Walsh碼的自相關(guān)函數(shù)峰值幅度波動(dòng)較大沒有零相關(guān)區(qū)，互相關(guān)函數(shù)的原點(diǎn)附近有微小的波動(dòng)相比 LS碼的零相關(guān)區(qū)還是有一定的干擾。從兩者的相關(guān)函數(shù)對比圖可知LS碼的相關(guān)性能較為優(yōu)良，對系統(tǒng)的干擾有很強(qiáng)的抑制作用。

2 抗多址干擾的理論分析

由于MC-CDMA系統(tǒng)具有很好的抗多址干擾能力，因此在MC-CDMA系統(tǒng)，采用LS碼來當(dāng)作擴(kuò)頻序列，可以使MC-CDMA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與LS碼的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)集中于一體，更好的減小系統(tǒng)的多址干擾，這個(gè)采用 LS碼的 MC-CDMA系統(tǒng)被稱為MC-LS-CDMA系統(tǒng)。以下基于MC-CDMA系統(tǒng)[3-4]發(fā)射模型進(jìn)行抗多址干擾的理論分析。

如圖4所示，comsol計(jì)算得到的A處（頂部、中部）溫度數(shù)值與現(xiàn)場實(shí)測曲線基本吻合，數(shù)值相差不大，comsol仿真所得到的數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)誤差均在5%以內(nèi)，證明該comsol模型具有一定可靠性，可以用來分析在不同影響因素下筏形基礎(chǔ)內(nèi)溫度場變化。

一個(gè)小區(qū)內(nèi)擁有多個(gè)用戶，以用戶的發(fā)射機(jī)模型[3,5]（如圖2所示）來分析該系統(tǒng)抗多址干擾接入能力。接收機(jī)模型與發(fā)射機(jī)模型相反，本文不再畫圖說明。若小區(qū)內(nèi)有 k(k=1,2,…,U)個(gè)用戶，以第 m個(gè)用戶為參考用戶，來分析第 1,2,m-1,m+1,…,U個(gè)用戶對第m個(gè)用戶的干擾。分配給第k(k=1,2,…,U)個(gè)用戶的擴(kuò)頻LS碼為ks，碼長為J。

定義第k(k=1,2,…,U)個(gè)用戶發(fā)送端到第m個(gè)用戶接收端的物理信道等效抽頭延時(shí)線信道模型表示為：其中，分別表示第l徑的復(fù)振幅和時(shí)延，l=0,1,…,L-1。在此假定=,lk是實(shí)數(shù)，Tc是一個(gè)符號周期。

圖2 MC-CDMA系統(tǒng)發(fā)射模型

式中：

故在任意時(shí)刻 iTc（i= 1 ,2,…） ，第 k(k=1,2,…,m-1,m+1,…,U)個(gè)用戶對第m個(gè)用戶的多址接入干擾總和為：

在基于LS碼的MC-CDMA系統(tǒng)中，無線信道是單徑或者多徑的情況下，擴(kuò)頻碼LS碼的自相關(guān)性和互相關(guān)性仍然保持不變。故相關(guān)解擴(kuò)后，從理論上而言，多址接入干擾為零。不過，由于相關(guān)性能在零相關(guān)窗內(nèi)才能使得系統(tǒng)的MAI在理論上為零，因此系統(tǒng)一般用于同步或者準(zhǔn)同步的情況下。

3 抗多址能力仿真

圖3表示的是MC-LS-CDMA系統(tǒng)和MC-walsh-CDMA系統(tǒng)在容納不同用戶數(shù)時(shí)的BER曲線圖，系統(tǒng)仿真條件為：采用的原始數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為 10000，調(diào)制方式為BPSK，高斯白噪聲信道，MC-LS-CDMA系統(tǒng)采用的是68個(gè)子載波，MC-walsh-CDMA采用的是64個(gè)子載波。本文考慮的用戶數(shù)為1，4，8。從圖可以看出，隨著信噪比的增大，兩個(gè)系統(tǒng)的誤碼率都在減小，但是LS碼擴(kuò)頻的系統(tǒng)減小的速度較快，故本文提出的 MC-LS-CDMA的誤碼率性能優(yōu)勢很明顯可以得到驗(yàn)證。

圖3 MC-LS-CDMA系統(tǒng)和MC-walsh-CDMA系統(tǒng)的誤碼率曲線對比

同時(shí)也可以看到不同數(shù)目的用戶數(shù)的 BER曲線基本上重合，驗(yàn)證了 LS碼和 walsh碼的MC-CDMA系統(tǒng)的抗MAI能力都很強(qiáng)，但是LS碼的誤碼率較walsh碼低，又由于LS碼具有零相關(guān)窗，它的相關(guān)性能要比walsh碼優(yōu)良，故LS碼的未來發(fā)展可由此得到驗(yàn)證。

4 結(jié)語

LS碼的優(yōu)勢在于其相關(guān)性能存在IFW，使得系統(tǒng)在抗MAI和ISI能力增強(qiáng)，將其應(yīng)用于MC-CDMA系統(tǒng)中進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗MAI能力，通過仿真驗(yàn)證了基本的理論推導(dǎo)，MC-LS- CDMA系統(tǒng)的性能比傳統(tǒng)的MC-walsh-CDMA系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢。

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