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1 引言 第三代移動(dòng)通信系統是為滿(mǎn)足人們對寬帶移動(dòng)通信的要求而產(chǎn)生的，他除能提供傳統的電路數據業(yè)務(wù)（語(yǔ)音和低速數據業(yè)務(wù)）以外還能提供最高達2 Mb/s的分組數據業(yè)務(wù)。CDMA2000技術(shù)是第三代移動(dòng)通信系統的主要標準之一。本文主要探討基帶信號源中CDMA2000下行基帶信號模塊的實(shí)現方案。 CDMA2000下行鏈路物理信道分為2類(lèi)：一類(lèi)是公共物理信道，一類(lèi)是專(zhuān)用物理信道。其中公用物理信道包括：導頻信道、同步信道、尋呼信道、廣播信道、快速尋呼信道、公共功率控制信道、前向公共控制信道、公共指配信道。專(zhuān)用物理信道包括：前向專(zhuān)用輔助導頻信道、專(zhuān)用控制信道、前向基本信道、前向補充碼分信道（RC1，RC2），前向補充信道（RC3"RC9）。CDMA2000下行信道基帶處理過(guò)程如圖1所示。 基本信息比特進(jìn)行信道編碼和交織處理后進(jìn)行長(cháng)碼加擾以區分用戶(hù)，然后數據流進(jìn)行符號映射即將0變?yōu)?1，1變?yōu)?，經(jīng)變換后的數據流再進(jìn)行串并轉換，即將串行數據變?yōu)椴⑿袛祿�，再�?jīng)WALSH碼擴頻（區分信道），最后數據經(jīng)基帶濾波形成前向基帶信號。 其中的信道編碼和交織進(jìn)行的處理又包括加1位的保留位或標志位，加幀質(zhì)量指示（CRC），加8位尾比特或保留位，卷積/Turbo編碼和速率匹配等一系列操作。如圖2所示。 信道編碼和交織處理過(guò)程如圖2所示。在信息比特流加入了幀質(zhì)量指示（循環(huán)冗余校驗比特）和糾錯比特，實(shí)現檢錯。對數據進(jìn)行卷積/Turbo編碼是為了對抗傳輸信道中的隨機誤差，提高信道傳輸性能。為了適應多種速率傳輸，信道編碼方案中還增加了速率匹配功能。速率匹配是將傳輸信道上的數據比特打孔或重復，以便達到信道映射時(shí)傳輸格式要求的比特速率。在信道編碼中，采用交織技術(shù)可分散突發(fā)連續錯誤，減少信道編碼需要校正的連續錯誤，使連續誤碼離散化成隨機錯誤以便利用前面的信道編碼手段糾正。 2CDMA2000下行鏈路基帶處理的關(guān)鍵技術(shù) 2.1卷積/Turbo編碼 卷積編碼屬于信道編碼，主要用來(lái)糾正碼元的隨機誤差，他以犧牲效率換取可靠性，利用增加監督位進(jìn)行檢錯和糾錯，這對數字移動(dòng)通信十分必要。如圖3所示是編碼效率R=1 /2，約束長(cháng)度K=9的卷積碼的原理框圖。 Turbo編碼是近年來(lái)倍受矚目的一項新技術(shù)，他是在卷積編碼、級聯(lián)碼和最大后驗功率譯碼基礎上的一種推廣和創(chuàng )新,Turbo編碼后的誤碼率(BER)近似為10-5，接近Shannon極限的性能，他不僅在信噪比較低的高噪聲環(huán)境下性能優(yōu)越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力。Turb o碼的優(yōu)良性能受到移動(dòng)通信領(lǐng)域特別是第三代移動(dòng)通信體制的重視，所有的第三代無(wú)線(xiàn)接口標準都采用了Turbo編碼。但因為T(mén)urbo編碼實(shí)現復雜，所以他主要用于高速率數據信道，而卷積編碼用于低速率話(huà)音信道。如圖4為T(mén)urbo編碼的原理框圖。 2.2交織 對輸入的數據進(jìn)行交織可以改善碼距分布。交織就是用某種一一對應的確定性方法重新排列二進(jìn)制和非二進(jìn)制序列順序的過(guò)程，以此來(lái)隨機化突發(fā)錯誤的統計特性，使得信道無(wú)記憶。交織技術(shù)是為了抵抗無(wú)線(xiàn)信道的噪聲以及衰落的影響而采取的時(shí)間分集技術(shù)，他在接收技術(shù)中具有重要的作用，在編碼過(guò)程中采用交織算法是為了對信息流進(jìn)行糾錯控制。交織技術(shù)分散了隨機錯誤和突發(fā)錯誤，采用交織技術(shù)使成群錯誤趨向更隨機地分布，改善了碼組的誤碼率性能。下面僅給出對于前向同步和尋呼信道以及業(yè)務(wù)信道在RC1和RC2配置下的交織器數據輸出地址的計算公式： 其中：Ai表示被讀出符號的地址，i=1,2,…，N1，N表示交織器長(cháng)度；［x］表示向下取整；imod j表示i對j取模；BROm表示y的m位比特反轉值；m與j為交織器參數可查表得到。 2.3擾碼 擾碼技術(shù)即用PN碼與已擴頻碼相乘，實(shí)現對信號的加密。擾碼之間必須有良好的正交性。上行鏈路物理信道加擾的作用是區分用戶(hù)，下行鏈路加擾可以區分小區和信道。42位長(cháng)PN碼的特征多項式如下公式： 15位的PN短碼用于QPSK調制的I，Q支路的直接序列擴頻，兩支路的短PN碼特征多項式分別為： 2.4擴頻 擴頻操作又叫信道化操作，即用一個(gè)高速數字序列(擴頻碼)與數字信號相乘，把數據符號轉換成一系列碼片，從而大大提高了數字符號的速率，增加了信號帶寬。由信號理論知道，脈沖信號寬度越窄，其頻譜就越寬，信號的頻帶寬度和脈沖寬度近似成反比，因此，越窄的脈沖序列被所傳信息調制，可產(chǎn)生頻帶很寬的信號。擴頻碼序列就是很窄的脈沖序列。通過(guò)擴頻操作信號頻譜被大大拓寬了。在常規通信中，為了提高頻率利用率，通常都是采用大體相當帶寬的信號來(lái)傳輸信息，即在無(wú)線(xiàn)電通信中射頻信號的帶寬和所傳信息的帶寬是屬于同一個(gè)數量級的，但擴頻通信的信號帶寬與信息帶寬之比則高達100～1 000，屬于寬帶通信，這樣做是為了提高通信的抗干擾能力，這是擴頻通信的基本思想和理論依據。擴頻通信系統擴展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強。在接收端用與發(fā)送端完全相同的擴頻碼序列來(lái)進(jìn)行解擴。 2.5基帶濾波 基帶部分濾波器就是脈沖成形濾波器 (LPF)。由于輸出信號是帶寬受限的，所以擴頻調制器的輸出碼片流要利用脈沖成形濾波器進(jìn)行濾波。 2.6QPSK調制 QSPK正交調制器方框圖如圖5所示，他可以被看成是由2個(gè)BSPK 調制器構成。輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串/并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號I(t)和Q(t)，然后用載波分別進(jìn)行調制，相加后即得到QPSK信號。QPSK調制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，非常適用于CDMA移動(dòng)通信系統。其原理框圖如圖5所示。 3 CDMA2000下行鏈路處理模塊的實(shí)現 第一步在實(shí)現基帶模塊之前，首先必須根據應用系統的目標確定系統的性能指標、協(xié)議要求。 第二步是根據系統的要求進(jìn)行芯片的選擇，可供選擇的芯片包括DSP，FPGA 和單片機。其中，DSP 芯片可單獨完成整個(gè)基帶部分的處理，典型的以DSP為核心的基帶模塊的主要特點(diǎn) 是方便的可測量性、單個(gè)信道的低耗費以及簡(jiǎn)便的軟硬件升級性。也可選擇DSP與FPGA 搭配使用，FPGA+DSP結構最大的特點(diǎn)是結構靈活，有較強的通用性，適于模塊化設計，從而能夠提高算法效率，同時(shí)其開(kāi)發(fā)周期較短，系統易于維護和擴展，適合于實(shí)時(shí)信號處理。采用不同的芯片進(jìn)行處理，會(huì )導致不同的系統性能，要得到最佳的系統性能，就必須在這一步確定最佳的芯片選擇搭配。 在完成第二步之后，就是總體設計確定軟硬件分工�；鶐K的設計包括硬件設計和軟件設計2個(gè)方面。硬件設計首先要根據系統運算量的大小、對運算精度的要求、系統成 本限制以及體積、功耗等要求選擇合適芯片。然后設計芯片的外圍電路及其他電路。軟件設計和編程主要根據系統要求和所選的芯片編寫(xiě)相應的匯編程序，若系統運算量不大且有高級語(yǔ)言編譯器支持，也可用高級語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）編程。由于現有的高級語(yǔ)言編譯器的效率還比不上手工編寫(xiě)匯編語(yǔ)言的效率，因此在實(shí)際應用系統中常采用高級語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程方法，即在算法運算量大的地方，用手工編寫(xiě)的方法編寫(xiě)匯編語(yǔ)言，而運算量不大的地方則采用高級語(yǔ)言。 硬件和軟件設計完成后，需進(jìn)行硬件和軟件的調試。軟件的調試一般借助于芯片開(kāi)發(fā)工具，如軟件模擬器、開(kāi)發(fā)系統或仿真器等。硬件調試一般采用硬件仿真器進(jìn)行調試，如果沒(méi)有相應的硬件仿真器，且硬件系統不是十分復雜，也可以借助于一般的工具進(jìn)行調試。系統的軟件和硬件分別調試完成后，對軟硬件進(jìn)行系統集成。最后，完成系統調試。實(shí)現框圖如圖6所示。 4 結語(yǔ) 本設計的基帶信號發(fā)生器CDMA2000下行鏈路基帶模塊設計將移動(dòng)通信中的各種關(guān)鍵技術(shù)融為一體，形成具有整體性的CDMA數字基帶處理技術(shù)。在CDMA2000基帶設計過(guò)程中融入了軟件無(wú)線(xiàn)電的思想，提出了無(wú)線(xiàn)信號發(fā)生源CDMA2000無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的基帶處理方案，設計出信號源數字基帶處理的軟硬件實(shí)施方案，實(shí)現時(shí)運用了FPGA+DSP這樣一種靈活的現代電子技術(shù)方案。 |
