采用多级码分多址扩频通信实现信息高效传送的方法 本发明涉及一种码分多址的通信技术，确切地说，涉及一种采用二级或多级码分多址扩频通信实现信息高效传送的方法，属于扩频通信技术领域。
在一个多用户通信系统中所有用户是共享通信信道的，因此必须有一种机制来区分不同的用户。目前主要有三种区分方法：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。在FDMA情况下，是把整个系统的带宽分成频率信道安排给每个用户应用；在TDMA情况下，是把信道分成时隙，每个用户则安排在各自的一个时隙中；在CDMA情况下，是通过给每个用户安排一个不同的扩频码，利用扩频码之间的正交性或准正交性来分辨不同用户。
CDMA系统的扩频码组应具有良好的相关性质。因扩频码组中扩频码的长度都一样，所以扩频码的自相关均为常数，即码长。如果任何两个不同的扩频码之间的互相关为“0”，则称为正交码组，如Walsh码等。如果不同扩频码的互相关不为“0”，但是相对于扩频码长度来说很小，那么称为准正交码，如伪随机码、Gold码等。使用正交码组扩频，各用户之间无干扰；使用准正交码组扩频，各用户之间存在相互干扰，但很小，仍然能够分辨出来。互相关较大的码组不能用作CDMA扩频码。
多用户通信系统中，不同用户、不同业务对信息速率(即带宽)的需求往往是不同的。FDMA通信系统中为不同地速度需求是分配带宽不等的频带，即高速需求分配较宽的频带。TDMA系统中为不同的速度需求是分配不同数量的时隙，即高速需求分配较多数量的时隙。在CDMA系统中也可以采用为不同的速度需求分配不同数量的扩频码的方法，即对高速需求分配数量较多的扩频码。但是，这种方法在不同用户或业务的速率需求相差很大时就不适用了。比如在某一CDMA扩频通信系统中，只存在两种速率需求，其中高速需求的速率是v，低速需求的速率是v/100。按照上述方案，对每个低速需求分配1个扩频码，对每个高速需求分配100个扩频码，这就造成扩频码的长度非常长，将是只有高速需求情况下的100倍，从而造成接收解扩的复杂化。因为高速需求要同时对100个长度极长的扩频码解扩，无论在时间和空间上都要占用百倍的资源，甚至根本不能实现。
还有一种简单的方法就是对高速和低速的两种需求都按高速需求分配同样速率的扩频码，这样扩频码长度与只存在高速需求时扩频码的长度相当或增加很少，能够解决上一种方法时间和空间的极度膨胀问题。但是为低速需求分配一个高速码道，同样造成带宽的浪费。上述两种方法中，前者是高效利用了系统的带宽，但造成设备复杂化，甚至不可能实现；后者是实现简单，但浪费了系统的带宽资源。例如，在很多CDMA(码分多址)系统的应用中，用户的上行信息分为高速的数据信息和低速的维护信息两部分，其中维护信息的内容是用户当前信道的状况等。而从局端到用户端的下行过程中，除高速的数据信息外，也要传送低速的控制信息，以与用户端完成互动。
首先考虑上行的方向。每个用户发送的两种信息(数据信息和维护信息)是混合在一起，必须运用某种方法把它们分辨出来。TDMA(时分多址)技术是依靠预先定义的不同时隙来确定收到的信息是数据信息还是维护信息，FDMA(频分多址)技术则是对不同的信息分配给不同的频率范围，以此来分辨用户的数据信息和维护信息。而CDMA技术只能依靠不同的扩频码字来分辨上述两种信息，这样每个用户就需要分配两个码字，即两条信息通道。在CDMA系统中，每个码字代表的信息通道都有相同的带宽。但是维护信息只需要相对极低的码率(约为数据信息码率的1～5％)，如果占用与数据信息通道同样带宽的话，势必造成极大的浪费。而且，CDMA系统是一个自干扰系统，为了上传维护信息，码字增加了一倍，势必对数据信息的传送造成较大的影响，使得接收机成本增加。而在下行方向上，局端同样需要有两条信息通道传送数据信息和控制信息，而且控制信息的码率也远远低于数据信息的码率，它也会遇到与上行方向同样的问题。
有一种解决的方法是把维护控制信息按照某种格式嵌入到数据信息中去，这样就必须对数据信息重新进行编码，从而影响各种业务传递的透明性。
本发明的目的是提供一种采用多级码分多址扩频通信实现信息高效传送的方法，该方法能够使低速信息实现高效传送，提高通信效率；且可高效利用系统带宽，并保持设备实现的简易性。
本发明的目的是这样实现的：一种采用多级码分多址扩频通信实现信息高效传送的方法，其特征在于：在系统中的用户或业务的速度需求分为：高速和低速两种时，需要分配2级扩频码；包括有下列步骤：
1、首先，为有高速需求的用户或业务分配一套扩频码组{C1,C2,C3,……}，并逐一将该扩频码分配给每个高速需求的用户或业务，但要留下至少一个扩频码(记为Cg)分配给低速需求的用户或业务应用；
2、使所有有低速需求的用户或业务共享经第1步分配后留下的上述一个扩频码Cg，完成第一级CDMA扩频码的分配；
3、再为低速用户或业务分配一套二级CDMA扩频码组{B1,B2,B3,……}，使上述每个低速用户或业务得到一个不同的二级扩频码，从而解决这些低速用户或业务公用一个扩频码(Cg)而造成相互之间的干扰；
4、发送时，将上述高速应用直接以一级扩频码{C1,C2,C3,……}进行扩频发送；而对低速应用则先以二级扩频码{B1,B2,B3,……}分别进行一次CDMA二级扩频，使扩频后的低速信息达到高速信息通道的码速率，再用一级扩频码Cg对其进行二次扩频，然后发送出去；
5、接收时，首先直接对一级扩频码{C1,C2,C3,……}解扩，得到所要的高速用户或业务发出的信息；而对低速用户或业务的信息，则先用一级扩频码Cg解扩，得到所有混叠在一起的低速用户或业务信息；然后，进行第二步解扩，使用第二级扩频码Bk(k=1,2,3,…)对Cg通道上混叠在一起的低速用户或业务信息解扩，就能得到每个低速用户或业务发送的信息，完成对低速信息的接收。
上述方法适用于正交码的情况，也适用于伪随机码、Gold码类准正交码的情况。这时正交性变差，可以通过适当增加码的长度，将扩频码不完全正交带来的各通道互相干扰的情况控制在可以容忍的范围内。
上述方法在异步实现时，如果扩频码组之间的互相关性，即码道之间的互相干扰太大时，以至于给检测判决带来困难，在上行方向需要与多用户检测(MUD)技术结合起来使用，以消除掉扩频码字之间的互干扰。
上述方法在下行方向，发送点是完全同步的，可以选择完全正交的扩频码。
上述方法的上下行通道既可以是对称的，也可以是不对称的，即其上下行可以分别采用不同的扩频码组。
上述方法可以与TDMA、FDMA技术结合起来使用，如下行采用TDMA，上行采用本发明的方法；或下行采用本方法，上行使用其他方法。
上述方法可以用在无线、同轴电缆类的双极性信道，也同样适用于光纤类的正极性信道。
上述方法用于光纤类的单极性信道时，在向单极性信道发送时采用{0,1}单极性码，而在接收解扩时可以采用对应的{-1,1}的双极性码。
上述多级扩频通信系统中，高档次扩频码组为下一档次应用预留的扩频码的数目是根据其与下一档次用户或业务的信息的两种速率之比和下一档次的应用需求而确定的；在下一档次的应用数目较多的情况下，可以预留2个或2个以上高档次扩频码给下一档次的应用共享。
上述多级扩频通信的应用中，最佳需求档次之间的速率比在几十倍至数百倍之间，此时，划分为高、低两种速率。
上述多级扩频通信的应用中，当档次之间的速率比在十倍之内的应用是划归为同一个档次，同档次之间的速率需求不同是以分配不同数量的同档次扩频码来解决的。
上述不同档次的应用是用多级扩频封装来解决相互间的干扰。
当第二级扩频倍数与第一级扩频码的长度相等时，上述同一用户的1级扩频码和2级扩频码可以是相同的，以节省扩频码信息的存储空间。
本发明的目的也可以是这样实现的：一种采用多级码分多址扩频通信实现信息高效传送的方法，其特征在于：在系统中的用户或业务的速度需求分为3个档次：高速需求、中速需求和低速需求时，那么需要分配3级扩频码；包括有下列步骤：
1、首先，为有高速需求的用户或业务分配一套扩频码组{C1,C2,C3,……}，并逐一将该扩频码分配给每个高速需求的用户或业务，但要留下至少一个扩频码(记为Cg)分配给中速需求的用户或业务应用；
2、使所有有中速需求的用户或业务共享经第1步分配后留下的上述一个扩频码Cg，完成第一级CDMA扩频码的分配；
3、再为中速用户或业务分配一套二级CDMA扩频码组{B1,B2,B3,……}，使上述每个中速用户或业务得到一个不同的二级扩频码，以解决这些中速用户或业务公用一个扩频码(Cg)而造成相互之间的干扰；但是必须要留下至少一个二级扩频码(记为Bg)分配给低速需求的用户或业务应用；
4、再为低速用户或业务分配一套三级CDMA扩频码组{A1,A2,A3,……}，使上述每个低速用户或业务得到一个不同的三级扩频码，以解决这些低速用户或业务公用一个扩频码(Bg)而造成相互之间的干扰；
5、发送时，首先对上述第1档次的高速应用直接以分配给其的扩频码，即为集合{C1,C2,C3,……}其中之一进行扩频发送；而对第2档次的中速应用，则先以其二级扩频码{B1,B2,B3,……}进行一次CDMA二级扩频，使扩频后的中速信息达到上述高速信息通道的码速率，再用一级扩频码Cg对其进行二次扩频，以完成对二级扩频码的“封装”，然后发送出去；而对第3档次的低速应用则先用分配给自己的三级扩频码，即为集合{A1,A2,A3,……}其中之一扩频，使扩频后的低速信息达到上述中速信息通道的码速率，再用二级扩频码Bg进行二次扩频，以完成二级扩频码对三级扩频码的封装，最后用一级扩频码Cg扩频，完成一级扩频码对二级扩频码的封装后，才发送出去。
6、接收时，首先对上述第1档次的高速应用直接以分配给其的一级扩频码，即为集合{C1,C2,C3,……}其中之一进行解扩，得到所需要的高速用户或业务发出的信息；对第2档次的中速应用是先用一级扩频码Cg解扩，解出所有混叠在一起的第2档次的中速应用信息，再用分配给它的二级扩频码Bk进行第二步解扩，得到其需要的中速用户或业务发送的信息；而对第3档次的低速应用是先用一级扩频码Cg解扩，解出混叠在一起的第2档次中速应用信息，再用二级扩频码Bg继续解扩，解出混叠在一起的第3档次的低速应用信息，最后用分配给其的三级扩频码解扩，就能得到每个低速用户或业务发送的信息，完成对低速信息的接收。
本发明的目的还可以是这样实现的：一种采用多级码分多址扩频通信实现信息高效传送的方法，其特征在于：如果该CDMA系统可分为n个不同速率档次的应用，则该系统分配有n级扩频码，从第1级到第n-1级扩频码组中都要预留一个或一个以上的扩频码(假设为每级1个，分别是G1,G2,……,Gn-1)，分别用作为较其下一速率档次的信息传送所共享；且该系统再对该下一速率档次的应用分配下一级扩频码，使其与该下一速率档次的信息通道逐一对应；在发送第m(m∈{1,2,…,n})速率档次的应用时，先用分配给其本身的第m级扩频码扩频发送，再逐一用Gm-1,Gm-2,…,直到G1进行扩频，然后发送；在接收第m档次的信息时，则逐一用G1,G2,…,Gm-1进行解扩，最后用分配给其本身的第m级扩频码解扩，即可得到所需信息。
本发明是一种二级或多级CDMA扩频的方法，其特点是在每个扩频码所代表的信息通道内再划分低速的子通道。其划分方法是利用二级或多级CDMA扩频码，将速率较低的一级信息通道用上一级通道的扩频码封装到一起。每一级信息通道都可以划分为多个速率更低的子通道，而每个子通道之间都是用低一级的扩频码来分辨。
本发明方法的实际应用是相当广泛的，例如可在CDMA通信中，用户与局端上下行存在的维护控制信息的传输中，提供一种高效的多级CDMA解决方案。例如可在光纤同步接入网的小区接入中应用，当要为100个以上的用户提供1M到8M的数据信息带宽时，其维护控制信息的带宽则只有8K，都可以利用多级CDMA扩频技术将混叠在一起的100个用户的维护控制信息都用Cg扩频的维护控制信息进行解扩，使之与各用户一一对应，使低速信息实现高效传输，提高通信效率；且能够高效利用系统带宽，并保持设备实现的简易性。
下面结合附图详细介绍本发明的实现方法、特点和功效：
图1是使用本发明的方法，在多级CDMA扩频通信系统中发送第m级应用信息的示意框图。
图2是使用本发明的方法，在多级CDMA扩频通信系统中接收第m级应用信息的示意框图。
图3是使用本发明的方法单个用户接收局端发来的数据信息和控制信息的示意框图。
图4是使用本发明的方法单个用户向局端发送数据信息和维护信息的示意框图。
图5是使用本发明的方法多用户同时向局端发送数据信息和维护信息的示意框图。
图6是使用本发明的方法局端分离各用户信息的示意框图。
本发明是一种采用多级码分多址扩频通信实现信息高效传送的方法，当在系统中的用户或业务的速度需求分为高速和低速两种时，需要分配2级扩频码；包括有下列步骤：
1、首先，为有高速需求的用户或业务分配一套扩频码组{C1,C2,C3,……}，并逐一将该扩频码分配给每个高速需求的用户或业务，但要留下至少一个扩频码(记为Cg)分配给低速需求的用户或业务应用；
2、使所有有低速需求的用户或业务共享经第1步分配后留下的上述一个扩频码Cg，完成第一级CDMA扩频码的分配；
3、再为低速用户或业务分配一套二级CDMA扩频码组{B1,B2,B3,……}，使上述每个低速用户或业务得到一个不同的二级扩频码，从而解决这些低速用户或业务公用一个扩频码(Cg)而造成相互之间的干扰；
4、发送时，将上述高速应用直接以{C1,C2,C3,……}进行扩频发送；而对低速应用则先以二级扩频码{B1,B2,B3,……}进行一次CDMA二级扩频，使扩频后的低速信息达到高速信息通道的码速率，再用一级扩频码Cg对其进行二次扩频，实际上就是用一级扩频码Cg完成对二级扩频码组{B1,B2,B3,……}的“封装”，使其不干扰其他一级扩频码{C1,C2,C3,……}，然后发送出去；
5、接收时，首先直接对一级码{C1,C2,C3,……}解扩，得到所要的高速用户或业务发出的信息；而对低速用户或业务的信息，则先用一级码Cg解扩，得到所有混叠在一起的低速用户或业务信息；然后，进行第二步解扩，使用第二级扩频码Bk对Cg通道上混叠在一起的低速用户或业务信息解扩，就能得到每个低速用户或业务发送的信息，完成对低速信息的接收。
本发明的方法可以扩充到多级码分多址的扩频通信，以实现信息的高效传送：如果该CDMA系统可分为n个不同速率档次的应用，则该系统分配有n级扩频码，从第1级到第n-1级扩频码组中都要预留一个或一个以上的扩频码(假设为每级1个，则分别是G1,G2,……,Gn-1)，分别用作为较其下一速率档次的信息传送所共享；且该系统再对该下一速率档次的应用分配下一级扩频码，使其与该下一速率档次的信息通道逐一对应；在发送第m(m∈{1,2,…,n})速率档次的应用时，先用分配给其本身的第m级扩频码扩频发送，再逐一用Gm-1,Gm-2…,直到G1进行扩频，然后发送；在接收第m档次的信息时，则逐一用G1,G2,…,Gm-1进行解扩，最后用分配给其本身的第m级扩频码解扩，即可得到所需信息。
图1和图2分别展示了使用本发明的方法，在多级CDMA扩频通信系统中第m级应用信息的发送示意框图和对第m级应用信息的接收示意框图。而图3和图4则分别展示了使用本发明的方法，单个用户接收局端发来的数据信息和控制信息的示意框图，以及单个用户向局端发送数据信息和维护信息的示意框图。
上述多级扩频通信的应用中，最适合需求的两种档次之间的速率比是在几十倍至数百倍之间，此时，可划分为高、低两种速率。不同档次的应用是用多级扩频封装来解决相互间的干扰。上述多级扩频通信的应用中，当档次之间的速率比在十倍之内的应用是划归为同一个档次，同档次之间的速率需求不同是以分配不同数量的同档次扩频码来解决的。
参见图5所示的本发明的一个实施例，其为N个不同用户的数据信息(D1D2…DN)各分配了一个一级扩频码(C1C2…CN)，使各用户的数据信息互不干扰。同时，为各用户的维护信息(M1M2…MN)分配一个公共的一级扩频码C0和不同的二级扩频码(B1B2…BN)。这样，维护信息(M1M2…MN)先以各自的二级扩频码(B1B2…BN)扩频，接着再用一级扩频码C0扩频，这样就完成了对二级维护信息的“封装”。然后，每个用户将其维护信息和数据信息分别进行叠加，这样就得到叠加后的N个用户的维护信息与数据信息S，其中的两种信息互不干扰。
参见图6所示的本发明的又一个实施例，局端分别用一级扩频码(C1C2…CN)和C0与接收到的信号做相关运算，可以直接解出各用户的数据信息(D1D2…DN)和公共维护通道的混叠信息。再对该公共维护通道的混叠信息分别用二级扩频码(B1B2…BN)作相关运算，即可将混叠的维护信息分离，解得属于各用户自己的维护信息(M1M2…MN)。
上述维护控制通道是双向的，从用户到局端的上行方向是由用户提供当前状态信息，而从局端到用户的下行方向则是把控制信息传给用户。所以，局端到用户的方向也可以使用图5的结构，不同的是，发送给N个用户信息的叠加不是发生在信道中，而是发生在局端。用户接收局端传来的控制信息时采用图3的结构。
本发明给各用户维护控制信息分配的2级扩频码可以有其他形式，但在特殊的应用场合，如第二级扩频倍数正好等于第一级扩频码的长度时，上述实施例中的2级扩频码可以采用与1级扩频码相同的形式，即同一用户的1级扩频码和2级扩频码是相同的，这样可以节省扩频码信息的存储空间。所以第k个用户的1级和2级扩频码都是Ck。这样，某一用户k向局端发送信息时，其数据信息直接用Ck扩频，而其维护信息是先用Ck扩频，再用Cg1扩频，完成1级公用扩频码Cg1对2级自身扩频码Ck的“封装”，叠加后发送出去。用户k从局端接收信息时，直接用Ck解扩，可以得到局端传来的数据信息；在用Cg1解扩后再用Ck解扩，就得到局端送出来的控制信息。在本实施例中，有Bk=Ck,C0=Cg1。
局端的情况类似，接收所有用户发送的混叠信息，经一级解扩得到数据信息，经二级解扩得到与数据信息对应的维护信息。发送时，数据信息经一级扩频，控制信息经二级扩频，所有用户的数据信息和控制信息叠加在一起发送。
上述对本发明的分析都是基于正交码的情况，但在伪随机码、Gold码等准正交码的情况下同样适用，只是正交性变差后会给其他通道带来干扰，只要适当增加码的长度，就能将扩频码不完全正交带来的各通道互相干扰的问题控制在可以容忍的范围内。
本发明在同步的情况下可以直接实现，在异步情况时，如果扩频码组之间的互相关性可以接受(即码道之间的互相干扰可以容忍)，那么不成为问题。如果互干扰太大，以至于给检测判决带来困难，上行需要与多用户检测(MUD)技术结合起来使用，以消除掉扩频码字之间的互干扰。
在下行方向，即局端到用户端方向不存在异步和码字不正交问题，发送点是完全同步的，本发明可以选择完全正交的扩频码。
本发明的上下行通道既可以是对称的，也可以是不对称的。所以在上行速率较低，下行速率较高的网络结构中也同样适用，此时，上下行可以分别采用不同的扩频码组，其最高信息速率受限于数模和模数变换的速率。
本发明提供了双向CDMA的解决方法，但是，也可以与其他技术结合起来使用，如下行采用TDMA，上行采用本发明的方法；或下行采用本发明方法，上行使用其他方法。本发明的上下行数据信息的速率是可调的。如果有高速需求，则应分配多个CDMA扩频码。
本发明的方法可以用在无线、同轴电缆Cable等存在正负极性的信道，也同样适用于光纤这样的单极性的信道。例如可用于光纤同步接入网的小区接入中。此时，如有100个以上的用户要提供1M到8M的数据信息带宽，其维护控制信息的带宽为8K。其中提供给用户数据信息的基本带宽是1M，但并不是所有用户都同时在网上。如果有用户空闲，可以将分配给它的扩频码收回而提供给其他有高速需求的用户使用。这样，一个用户最多可以同时拥有8个扩频码，相当于8M的数据信息带宽。在用户数不足125而有一些空闲的扩频码时，也可用上述方法进行同样的处理，即将之分配给有高速需求的用户。可以为公共维护控制通道分配两个1级扩频码，但通常情况使用一个即可；在维护控制信息量增加时，可以同时使用两个公共扩频码，使得维护控制信息带宽增加到16K。
本发明的方法用于光纤类的单极性信道时，在向单极性信道发送时采用{0,1}单极性码，而在接收解扩时则可以采用对应的{-1,1}的双极性码。
根据后面有关单极性信道的理论分析，多级CDMA扩频通信系统可以同步应用于光纤这样的单极性信道，所以可以选择完全正交的Walsh码组。根据其特性，选择128阶的Walsh码。根据理论分析，N阶Walsh码中N-1个都满足“0”、“1”各半的条件，能够应用于单极性多级CDMA扩频通信领域。舍去1个全“0”码不用，再预留2个(记为Cg1,Cg2)给维护控制信道共享，其余的125个码(记为C1,C2,…,C125)可以最多分配给125个用户的数据信息使用，如此完成1级扩频码的分配。
给各用户维护控制信息分配的2级扩频码可以有其他形式，但为简单起见，本实施例中的2级扩频码采用与1级扩频码相同的形式，即同一用户的1级扩频码和2级扩频码是相同的，这样可以节省扩频码信息的存储空间。所以第k个用户的1级和2级扩频码都是Ck。
某一用户k向局端发送信息时，数据信息直接用Ck扩频，维护信息先用Ck扩频，再用Cg1扩频，完成1级公用扩频码Cg1对2级自身扩频码Ck的“封装”，叠加后发送出去。用户k从局端接收信息时，直接用Ck解扩，可以得到局端传来的数据信息；用Cg1解扩后再用Ck解扩，就得到局端出来的控制信息。局端情况类似，接收所有用户发送的混叠信息，经一级解扩得到数据信息，经二级解扩得到与数据信息对应的维护信息。发送时，数据信息经一级扩频，控制信息经二级扩频，所有用户的数据信息和控制信息叠加在一起发送。
以上过程参见图3-图6。在本实施例中，有Bk=Ck,C0=Cg1。
下面简要说明本发明在光纤等正极性(单极性)信道的理论分析，相当于正负极性信道的扩频码元Di(k)∈{-1,1}，相应正极性信道的码元为Si(k)∈{0,1}，变换关系为
Si(k)=[Di(k)+1)]/2
所以，以Si来扩频和发送，以Di来解扩，则有如下形式(SiDi)=Σk=1LSi(k)•Di(k)]]>=Σk=1L[(Di(k)+1)/2]•Di(k)]]>=12Σk=1LDi2(k)+12Σk=1LDi(k)]]>=L2+12Σk=1LDi(k)]]>
式中L是扩频码长度。结果由两项组成，第一项为常数，对应正负极性码的情况，只差一个无关紧要的系数1/2；第二项为扩频码Di的各码元之和，是干扰项。正交码以Walsh码为例，N阶Walsh码中的N-1个都满足正负1各半的情况，即上式的第二项为0，各码道之间无互相干扰。准正交码多数正负1个数只差1，如果码字足够长的话，互干扰也是很小的。常用的准正交码中伪随机码都满足上述条件，Gold码中的75％满足上述条件。所以只要按上面的规则选取扩频码，CDMA方法在单极性如光纤信道中是同样适用，多级CDMA方法的分析也同样适用。
本发明已在计算机上进行多次仿真模拟试验，基本实现了发明目的。