TD-SCDMA系统扰码规划算法及仿真

张治元， 蒋清泉， 宋燕辉

（①长沙通信职业技术学院 计算机信息工程系，湖南 长沙 410015；②北京邮电大学 信息与通信工程学院，北京 100876）

0 引言

TD-SCDMA系统是中国主导开发的第3代移动通信技术，随着技术的演进和大规模网络建设的展开，一些网络规划的实际问题就摆在了面前，扰码规划就是其一[1]。因为TD-SCDMA与其它第三代移动通信标准一样，均采用 CDMA的多址接入技术，所以扩频是其物理层很重要的一个步骤。扩频操作位于调制之后和脉冲形成之前。扩频调制主要分为扩频和加扰两步。首先用扩频码对数据信号扩频，其扩频系数在 1-16之间。第二步操作是加扰码，将扰码加到扩频后的信号中。如果定义扩频码和扰码的乘积为复合码[2]，则扩频和加扰的过程可以等效为与复合码相乘，如图1所示。

小区间用户的扩频码和扰码长度都是 16个码片，两者相乘生成得到的复合码的长度也是 16码片[3]。TD-SCDMA系统共128个扰码，每个扰码和31个扩频码相乘后一共得到128×31＝3968个编码码片的复合码，这些复合码中存在重码和相关性很强的码对。当相邻小区采用这样的码对后，如果相邻小区用户的数据域相重合时，双方将无法正确解调[4]。由此可见，复合码序列的相关性强弱最终对数据符号的解调起作用。所以，在扰码分配时要着重考虑复合码之间有无重码或相关性很强的码对，并且不将这些码对分配到覆盖区交叠的相邻小区。

图1 扩频加扰过程等效为复合码过程示意

本文分析研究了所有扰码对的复合码相关性，提出了基于码字相关值的扰码规划算法，并以此构建扰码对的互相关值评价矩阵，在这个矩阵中相关性强的扰码对数值大，相关性小的码字数值小，并在多径衰落环境下加以仿真验证。在TD-SCDMA系统扰码规划时，依据这个矩阵内的码字相关值来判断两个扰码是否可以分配为邻小区。

1 扰码规划算法

1.1 扰码相关性

扰码循环相关特性的数学描述如下：

复合码由正交可变扩频码（OVSF）与扰码（SC）逐位相乘得到，扩频码个数是31个。当每个复扰码和对应的31复扩频码相乘之后形成的复合码中，有一些重码（完全相关或完全负相关），其中不重复的扩频码共有 21个，用 Ck表示， k =1 ,2… 2 1。扰码i和21个扩频码相乘后会有21个复合码；同样，扰码j和21个扩频码相乘后会有21个复合码。

组网中决定系统性能的是复合码的相关性而不是简单的扰码间的相关性。因此，需要考察复合码 S Ci,k和复合码的循环相关特性 corr_value(i,j,kxm,16)，对于一个扰码对（i，j）共有21*21=441个corr_value值，每个corr_value都是由小区i的一个复合码和小区j的一个复合码的循环相关序列，长度是16。其计算公式为：

式中，符号⊗表示循环相关。

1.2 码字相关值

归一化码字相关值的数学描述如下：

由于16个相关值的可能取值是{0、4、8、12、16}，将441个16值序列的前4个元素和后4个元素的最大值大于8（即12、16）的个数统计出来，分别是12n、16n，并加权求平均。其计算公式为：

441个16 值序列的均值为：

式中，,16kn ，k=1,2,…,4表示441个16值序列第k个值等于16的个数，,16ka ,k=1,2,…,4表示,16kn ，k=1,2,…,4加权求和时所对应的加权系数，16β表示16值相关序列中值为16的权重。

根据多次实验结果，扰码相关性计算时取：

441个16 值序列的前4个元素和后4个元素均值的均值：

再将前两者加权（权值w1，w2）相加的值作为衡量扰码对（i，j）的相关性的码字相关值（归一化）：

2 仿真分析

2.1 仿真参数设置

在 3GPP TS25.102协议给出的 1.28 Mc/sTDD Option的三种多径衰落信道[5]环境下，如表1所示。小区间干扰基本仿真参数的参数为：码片速率：1.28 Mc/s；业务速率：12.2 kb/s；每小区用户数：1；干扰小区用户功率和本小区用户功率的比值：2干扰小区时，ρ=[0.3,0.3]选取三种情况用于仿真测试[6]，其对应的扰码组合如下：

①同步相关性 0.25的扰码中互相关性好的扰码组合：{4（小区 1），58，62}和{48（小区 1），122，127}；

②同步相关性0.5的扰码中互相关性差的扰码组合：{0（小区 1），19，23}和{4（小区 1），3，8}；

③同步相关性1的扰码中互相关性很差的扰码组合：{4（小区 1），33，39}和{0（小区 1），25，54}。

表1 多径衰落环境参数

2.2 下行12.2 KB/S业务的仿真结果

从上面（1）、（2）、（3）中分别选一组扰码{4（小区 1），58，62}、{0（小区 1），19，23}、{4（小区 1），33，39},并选取信道化码都是（0，1）（SF=16）,仿真下行 12.2kb/s业务信道在不同多径衰落信道条件下的 BLER性能。仿真中设置了三小区,每小区一个用户,干扰小区功率和期望小区功率的比值为 0.4。注意，这三种不同的扰码选择时同步相关系数不同，分别是：{4（小区 1），58，62}的同步相关性为 0.25；{0（小区 1），19，23}的同步相关性为 0.5；{4（小区1），33，39}的同步相关性为1.0。因此在仿真结果图中，分别用corre0.25（同步相关性=0.25）、corre0.5、corre1.0分别表示三种扰码选择时的性能曲线，同步时仿真结果如图2～图4所示。

图2 CASE1、三小区单用户三组扰码的BLER比较

图3 CASE2、三小区单用户三组扰码的BLER比较

图4 CASE3下、三小区单用户三组扰码的BLER比较

从图2～图4可得，三种场景下corre0.25的BLER都明显较低，这充分说明扰码间扰码相关值越小系统性能越好。

3 结语

本文在分析 TD-SCDMA系统相邻小区扰码对相关特性的基础上，采用对扰码对的相关值进行统计并加权求平均的方式，构造了反映扰码对相关性能好坏的归一化码字相关值，仿真结果证明，扰码相关值好的扰码对，其 BLER值明显较低。这样，TD-SCDMA系统在运行时只需根据扰码对矩阵中的码字相关值，通过查表就可得到相邻小区所需要分配的扰码对，大大提高了运行效率。美中不足的是，由于α、β的取值受到场景的限制，有待进一步研究。

[1] 胡妍,陈曦.TD-SCDMA系统扰码相关性分析及规划建议[J].上海电力学院学报,2007,23(03):265-268.

[2] Amandine M, Bertrand I, François V D ,et al.An Efficient Methodology for Modeling Complex Computer Codes with Gaussian Processes[J].Computational Statistics and Data Analysis,2008,52(10):4731-4744.

[3] 罗建迪,万俊青,朱雪田.TD-SCDMA系统中的复合码分析[J].电信科学,2007(07):104-108.

[4] 李小文,李贵勇,陈贤亮. TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现[M].北京：人民邮电出版社, 2004.101-102.

[5] 李成杰,裴峥.无线信号服从瑞利分布的验证方法[J].通信技术,2009,42(05):51-53.

[6] 李莉,王珂,韩力.多径衰落信道MIMO-OFDM系统容量分析与仿真[J].计算机仿真,2008,25(02):141-144.