加擾

加擾是數位訊號的加工處理方法，就是用擾碼與原始信號相乘，從而得到新的信號。與原始信號相比，新的信號在時間上、頻率上被打散。 因此，從廣義上說，加擾也是一種調製技術。加擾也有一個逆操作，就是解擾。

基本介紹

• 中文名：加擾
• 外文名：Scrambling

概述

加擾就是就是用一個偽隨機碼序列對擴頻碼進行相乘，對信號進行加密。上行鏈路物理信道加擾的作用是區分用戶，下行鏈路加擾可以區分小區和信道。

UMTS中，碼字一共有二種類型的套用，第一種稱為信道化碼（Channelization code，簡寫為CH），第二種稱為擾碼（Scrambling code，簡寫為SC）。由於在上下行鏈路中處理方式的不同，導致二種類型碼字的作用各不一樣。在下行鏈路（基站→移動台方向）上，基站向本小區傳送信息時，基站首先將各種用戶信息分別與各自的CH進行相乘運算，之後將信號疊加，再與擾碼進行相乘運算，之後在空中接口上發射。移動台側先做解擾，然後再解出自己的有用信息。用戶信息和CH進行相乘運算時，CH就是擴頻序列，通過選擇CH的正交性，來區分用戶信息。所以CH無論在上行還是下行鏈路上，它最基本的作用就是直接擴頻（Spreading），所以CH就是擴頻碼。經過擴頻後的速率都是3.84Mchip/s，再進行擾碼加密過程，擾碼的速率也是恆定的3.84Mchip/s。

CH除了作為擴頻碼外，還可以作為物理信道的ID。在UMTS中，單個用戶的業務類型，可以根據需要分配多個物理信道，理論上2M速率的實現是通過同時占用多個物理信道來實現的，而用戶正是通過識別不同的CH來獲得物理信道的服務，所以CH是用來區分在下行鏈路上的多個物理信道的。空中接口資源在分配時，相當於分配給用戶的就是多個CH。而這種分配是由RNC來完成的動態分配。作為擾碼，移動台必須首先進行解擾，然後才能獲得自己的有用信息，所以擾碼的作用相當於小區的ID。對移動台來說，由於工作在相同頻率，所以可以收到來自不同小區的無線信號，是一個自干擾系統，但通過擾碼，移動台只需要對駐紮小區進行解碼，因為有用信息只有在本小區的專用信道上傳送。在下行鏈路上，移動台首先要區分本小區和非本小區的信號，這個區分過程就是通過解本小區擾碼來實現的。所以系統中每小區對應一個擾碼。需要強調的是cell、sector和BTS概念的不同。對於BTS來說，可以是全向站、三扇區或六扇區定向站等，如果基站在發射方向是全向發射，從邏輯角度來說，基站的管理是一個小區（cell），1BTS=1cell，基站分配一個擾碼；如果基站在發射方向是三扇區定向發射，每個扇區（sector）就是一個小區（cell），故一個BTS需要3個擾碼。所以cell的概念是OMCR上的概念，邏輯上是執行相關算法的最小單位，而sector的構成是從射頻角度上講的。

在UMTS中，一個全向的BTS，可以理解為在下行鏈路上是全向發射，而上行方向則是3扇區定向接受的，採用3付天線，在發射方向三扇區發射相同的信號，相當於全向發射，而接受端是定向接受。對於相鄰小區的擾碼在分配時碼字的互相關性要低，正交性要好。但從網路角度來說，如果二個基站處於同時發射，到達移動台後，由於所處位置不同，在接受來自二個小區的信號時，由於傳播時延，信號的相位會有所偏差，形成干擾。也就是在同步條件下，完全正交的特性，由於傳播時延而遭到破壞。

WCDMA 中利用信道碼和擾碼來減少多用戶間干擾。此外，WCDMA 中上行用擾碼區分同一小區不同的用戶，用信道化碼區分物理數據信道和控制信道；下行用信道化碼區分同一小區中不同的用戶，而用擾碼區別不同的小區。

實現

CDMA系統中，偽隨機序列(PN)用於數據的加擾和擴譜調製。在傳送數據之前，把數據序列轉化成“隨機的”，類似於噪聲的形式，從而實現數據加擾。接收機再用PN碼把被加擾的序列恢復成原始數據序列。

需要指出的是，如果傳送數據序列經過完全隨機性的加擾，接收機就無法恢復原始序列。換句話說，如果接收機知道如何恢復原始數據，傳送的數據序列就不可能完全隨機化。因此，在實際cdma系統中使用的是一個足夠隨機的序列，一方面這個隨機序列對非目標接收機是不可識別的，另一方面目標接收機能夠識別並且很容易同步的產生這個隨機序列。所以把這種序列成為偽隨機序列(PN)。CDMA中用到的PN序列可以分為長PN碼（長碼）和短PN碼（短碼），長PN碼可用於區分不同的用戶，短PN碼用於區分不同的基站。具體實現如下：

長PN碼：

不同的移動台都有一個長碼生成器。其中長碼狀態暫存器(LCSR)保持與系統時間的同步，掩碼暫存器(MR)存有隻有用戶可識別的碼型。長碼狀態暫存器(LCSR)每個脈衝周期轉變一次狀態。狀態暫存器(LCSR)和掩碼暫存器(MR)合併至加和暫存器(SUMMER)，SUMMER暫存器的數字單元在每個時鐘周期內進行模2和計算，逐比特生成長碼。生成的移位長碼的是由用戶唯一的偏制(User's Offset)碼型所決定的，加擾後其他用戶將無法解調此用戶信息。

CDMA系統中的短PN碼由15階移位暫存器產生的m序列，並且每個周期在PN序列的特定位置插入一個碼片，從而加長了一個碼片。所以修正後的短PN碼周期是普通序列長度為32767再加一個碼片，也就是32768個碼片。不同基站用不同時間偏置進行區分。每個偏置是64碼片的整數倍，總共有32768/64=512個可能的偏置。可用於識別512個基站，在1.2288Mcps的速率上，序列每26.66ms重複一次，即每兩秒75次。

PN偽隨機碼前向用於區分不同基站（m序列）和加擾（長碼），反向用於區分不同用戶和反向物理信道（長碼）。

套用

加擾廣泛套用在數字通信中，主要有以下四種用途：
1. 為了原始信號避免連‘0’、‘1’，從而方便同步。
2. 加密，在PHS、GSM、WCDMA乃至LTE，通信加密都是通過加擾實現的。
3. 擴頻，在CDMA技術中，加擾用於將原始信號擴頻。
4. 區分，在CDMA技術中，擾碼用於區分不同的設備。
為了實現以上的要求，加擾採用的擾碼是偽隨機噪聲序列PN。

與加密的區別

加擾就是改變標準電視信號的特性，在傳送端按規定處理，而加密就是在加解擾系統的傳送端將信息用密碼方式處理後傳送。

術語“加擾”與“加密”，都是對數據流進行密碼處理，但這是兩個不同的概念，應以區別。

加擾（Scrambling），就是改變標準電視信號的特性，以防止非授權者接收到清晰的圖像和伴音。這種改變應在加解擾系統控制下，在傳送端按規定處理。

加密（Encryption），就是在加解擾系統的傳送端，將“與解擾相關的信息”用密碼方式處理後傳送，以防止非授權者直接利用該信息進行解擾。