扩频、加扰的定义与作用

扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）简称扩频通信，其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，在收端以相关解调技术收信，这一过程使其具有诸多优良特性：

　　1、 抗干扰性能好：它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，有利于电子反对抗。如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波，可以使多径干扰消除，这对军用和民用移动通信是很有利的。

　　2、隐蔽性强、干扰小：因信号在很宽的频带上被扩展，则单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度，也很少对其它电讯设备构成干扰。扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽，从而降低了系统在单位频带内的电波“通量密度”，这对空间通信大有好处。国际无线电咨询委员会及国际电信联盟规定了空间通信系统在地面上产生“通量密度”的国际标准，以防止对地面通信的干扰。例如规定在S波段内每4KHz频带内“通量密度”为-154dB/m2。

　　3、易于实现码分多址：扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频谱资源呢？其实正相反，是提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分的利用。

　　常规的无线电通信是在频率上分配（称为频分）或从时间上分配（称为时分）给通信用户，使之在频段上或时间上互不相同，以使彼此互不干扰共用频谱资源。扩频通信是以各用户使用不同的扩频编码来共用同一频率。采用扩频通信多址方式的频谱利用率高于采用频分多址方式的频谱利用率。而且扩频码分多址还易于解决增加新用户的问题。

扰码就是就是用一个伪随机码序列对扩频码进行相乘，对信号进行加密。上行链路物理信道加扰的作用是区分用户，下行链路加扰可以区分小区和信道。
UMTS中，码字一共有二种类型的应用，第一种称为信道化码（Channelization code，简写为CH），第二种称为扰码（Scrambling code，简写为SC）。由于在上下行链路中处理方式的不同，导致二种类型码字的作用各不一样。在下行链路（基站→移动台方向）上，基站向本小区发送信息时，基站首先将各种用户信息分别与各自的CH进行相乘运算，之后将信号叠加，再与扰码进行相乘运算，之后在空中接口上发射。移动台侧先做解扰，然后再解出自己的有用信息。用户信息和CH进行相乘运算时，CH就是扩频序列，通过选择CH的正交性，来区分用户信息。所以CH无论在上行还是下行链路上，它最基本的作用就是直接扩频（Spreading），所以CH就是扩频码。经过扩频后的速率都是3.84Mchip/s，再进行扰码加密过程，扰码的速率也是恒定的3.84Mchip/s。CH除了作为扩频码外，还可以作为物理信道的ID。在UMTS中，单个用户的业务类型，可以根据需要分配多个物理信道，理论上2M速率的实现是通过同时占用多个物理信道来实现的，而用户正是通过识别不同的CH来获得物理信道的服务，所以CH是用来区分在下行链路上的多个物理信道的。空中接口资源在分配时，相当于分配给用户的就是多个CH。而这种分配是由RNC来完成的动态分配。作为扰码，移动台必须首先进行解扰，然后才能获得自己的有用信息，所以扰码的作用相当于小区的ID。对移动台来说，由于工作在相同频率，所以可以收到来自不同小区的无线信号，是一个自干扰系统，但通过扰码，移动台只需要对驻扎小区进行解码，因为有用信息只有在本小区的专用信道上发送。在下行链路上，移动台首先要区分本小区和非本小区的信号，这个区分过程就是通过解本小区扰码来实现的。所以系统中每小区对应一个扰码。需要强调的是cell、sector和BTS概念的不同。对于BTS来说，可以是全向站、三扇区或六扇区定向站等，如果基站在发射方向是全向发射，从逻辑角度来说，基站的管理是一个小区（cell），1BTS＝1cell，基站分配一个扰码；如果基站在发射方向是三扇区定向发射，每个扇区（sector）就是一个小区（cell），故一个BTS需要3个扰码。所以cell的概念是OMCR上的概念，逻辑上是执行相关算法的最小单位。而sector的构成是从射频角度上讲的。在UMTS中，一个全向的BTS，可以理解为在下行链路上是全向发射，而上行方向则是3扇区定向接受的，采用3付天线，在发射方向三扇区发射相同的信号，相当于全向发射，而接受端是定向接受。对于相邻小区的扰码在分配时码字的互相关性要低，正交性要好。但从网络角度来说，如果二个基站处于同时发射，到达移动台后，由于所处位置不同，在接受来自二个小区的信号时，由于传播时延，信号的相位会有所偏差，形成干扰。也就是在同步条件下，完全正交的特性，由于传播时延而遭到破坏。
WCDMA 中利用信道码和扰码来减少多用户间干扰。此外，WCDMA 中上行用扰码区分同一小区不同的用户，用信道化码区分物理数据信道和控 制信道；下行用信道化码区分同一小区中不同的用户，而用扰码区别不同的 小区。
 cdma系统中，伪随机序列(PN)用于数据的加扰和扩谱调制。在传送数据之前，把数据序列转化成“随机的”，类似于噪声的形式，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。
需要指出的是，如果发送数据序列经过完全随机性的加扰，接收机就无法恢复原始序列。换句话说，如果接收机知道如何恢复原始数据，发送的数据序列就不可能完全随机化。因此，在实际cdma系统中使用的是一个足够随机的序列，一方面这个随机序列对非目标接收机是不可识别的，另一方面目标接收机能够识别并且很容易同步的产生这个随机序列。所以把这种序列成为伪随机序列(PN)。CDMA中用到的PN序列可以分为长PN码（长码）和短PN码（短码），长PN码可用于区分不同的用户，短PN码用于区分不同的基站。具体实现如下： |  国内领先的通信技术论坛4N8k:L/y5E#r.n.i
   长PN码：MSCBSC 移动通信论坛:A0f:g%M7q
   不同的移动台都有一个长码生成器。其中长码状态寄存器(LCSR)保持与系统时间的同步，掩码寄存器(MR)存有只有用户可识别的码型。长码状态寄存器(LCSR)每个脉冲周期转变一次状态。状态寄存器(LCSR)和掩码寄存器(MR)合并至加和寄存器(SUMMER)，SUMMER寄存器的数字单元在每个时钟周期内进行模2和计算，逐比特生成长码。生成的移位长码的是由用户唯一的偏制(User's Offset)码型所决定的，加扰后其他用户将无法解调此用户信息。
   cdma系统中的短PN码由15阶移位寄存器产生的m序列，并且每个周期在PN序列的特定位置插入一个码片，从而加长了一个码片。所以修正后的短PN码周期是普通序列长度为32767再加一个码片，也就是32768个码片。不同基站用不同时间偏置进行区分。每个偏置是64码片的整数倍，总共有32768/64=512个可能的偏置。可用于识别512个基站，在1.2288Mcps的速率上，序列每26.66ms重复一次，即每两秒75次。
PN伪随机码前向用于区分不同基站（m序列）和加扰（长码），反向用于区分不同用户和反向物理信道（长码）

转自：http://www.mscbsc.com/41892/viewspace-19765.html