加扰

数字信号加工处理方法

加扰是数字信号的加工处理方法，就是用扰码与原始信号相乘，从而得到新的信号。与原始信号相比，新的信号在时间上、频率上被打散。因此，从广义上说，加扰也是一种调制技术。加扰也有一个逆操作，就是解扰。

基本介绍

加扰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。

实现

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：

长PN码：

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）。

应用

加扰广泛应用在数字通信中，主要有以下四种用途：

1. 为了原始信号避免连‘0’、‘1’，从而方便同步。

2. 加密，在PHS、GSM、WCDMA乃至LTE，通信加密都是通过加扰实现的。

3. 扩频，在CDMA技术中，加扰用于将原始信号扩频。

4. 区分，在CDMA技术中，扰码用于区分不同的设备。

为了实现以上的要求，加扰采用的扰码是伪随机噪声序列PN。

与加密的区别

加扰就是改变标准电视信号的特性，在发送端按规定处理，而加密就是在加解扰系统的发送端将信息用密码方式处理后传送。

术语“加扰”与“加密”，都是对数据流进行密码处理，但这是两个不同的概念，应以区别。

加扰（Scrambling），就是改变标准电视信号的特性，以防止非授权者接收到清晰的图像和伴音。这种改变应在加解扰系统控制下，在发送端按规定处理。