（通信与信息系统专业论文）第三代移动通信系统tdscdma移动台数字基带测试.pdf

创靳性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及所取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 中不包含其它人已发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学 或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志所做的任何 贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：耋至塑 日期：加口1 手 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：聋a 、樨 导师签名：伍笪 予，；7 i l l 期：? 册，i ； 日期：垒型：兰， 摘要 在第三代移动通信发展过程中，我国第一次提出自己的建议：t d - s c d m a 并在无线传输技术的基础上与国际合作，完成了t d - s c d m a 标准，成为c d m a t d d 的一员。 t d 。s c d m a 移动台样机现阶段是为验证t d s c d m a 系统而设计的，并为最 终形成产品打下基础。文中首先进行了t d s c d m a 系统的系统综述。概述了系统 的结构，介绍了相关的概念及其关键技术和发展前景；然后对移动台样机数字基 带方案设计进行了分析介绍。根据硬件平台的设计，提出了硬件平台的测试的整 体方案和思想；在硬件设计过程中，通过对基带各部分芯片的结构和特点的研究， 设计了基带平台中基带的自举方案；并且通过对数字基带中外部数字信号处理器 t m s 3 2 0 v c 5 5 1 0 的c p u 和外设结构特点及接口的研究，提出了外部d s p 的测试 方案及各部分的流程。目的是用以验证硬件平台及其接口的设计的正确性，保证 开发的顺利进行。 关键词：测试数字基带数字信号处理器t m s 3 2 0 v c 5 5 1 0t d s c d m a 第三代移动通信 w l t l lt h ed e v e l o p m e n to ft h e3 gm o b i lc o m m u n i c a t i o n ，o u ro w np r o p o s a l ， t d - s c d m a i sb r o u g h tf o r w a r db yo u rn a t i o nf o rt h ef i r s tt i m e i th a sb e e nt h ep a r to f t h ec d m at d dv i at h ei n t e m a t i o n a lt e a m w o r ko nt h eb a s i so f r t t t h et d s c d m am o b i l es t a t i o n p r o t o t y p e i sd e s i g n e dt od e m o n s t r a t et h e f u n c t i o n a l i t yo ft h et d - s c d m as y s t e m i ti st h eb a s i sf o rt h el a t e rp r o d u c t f i r s t i y ， s o m ec o n c e p t sr e l a t e d f o r e g r o u n da n dk e yt e c h n i q u e so ft d s c d m aa r ei n t r o d u c e di n t h i sp a p e r t h e n t h eb a s e b a n dh a r d w a r ed e s i g ns c h e m ei sm e n t i o n e d 1 1 1 eh a r d w a r et e s t s c h e m ei sp u tf o r w a r da c c o r d i n gt ot h eh a r d w a r eb o a r dd e s i g n t h et e s ts c h e m ea n dt e s t f l o wo ft h ee x t e r n a ld s pi nt h ed i g i t a lb a s e b a n dh a r d w a r eb o a r di sr a i s e do nt h eb a s i so f s t u d y i n gt h eb a s e b a n dh a r d w a r eb o a r d ，t h ep e r i p h e r a l sa n dc p us t r u c t u r eo ft h e t m s 3 2 0 v c 5 5 l o w h i c hi su s e dt ov a l i d a t et h ed e s i g no f t h eb a s e b a n dh a r d w a r eb o a r d a n dt h ei n t e r f a c e m o r e o v e r , b a s e b a n db o o ts c h e m ei sa d v a n c e di n t h i s p a p e rb y s t u d y i n gt h es t r u c t u r eo f 血ec h i pu s e di nt h eb a s e b a n d k e y w o r d s ：t e s t d i g i t a lb a s e b a n d d s pt m s 3 2 0 v c 5 5 1 0t d s c d m a 3 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o n 第一章绪论 第一章绪论 第三代移动通信系统最初称为未来公众移动通信系统( f p l m t s ) 后改为 i m t 2 0 0 0 ，意指在2 0 0 0 年左右开始并工作在2 0 0 0 m 频段上的国际移动通信系统。 第三代移动通信系统i m t 2 0 0 0 不但满足多速率多环境，多业务的要求，还应能 将现有的通信系统集成为统一的可替代的系统。 1 1 第三代移动通信将是移动通信发展的必然趋势 第三代移动通信系统具有以下特点：提供全球无缝覆盖和漫游：能提供窄带 和宽带多媒体业务：适应多种运行环境，如陆地、航空、和海域；服务质量达到 固定网水平，收费合理：系统管理和配置灵活，业务组织灵活：移动终端轻便， 成本低；支持系统平滑升级和现有系统的演进；频谱利用率高。 从移动通信业务发展的角度来看，虽然目前的移动电话网主要以话音业务为 主，而且相当长的时间内话音业务仍将占据主导地位。但移动通信和i p 两大发展 最快的领域的结合，也就是移动多媒体通信，无疑是移动通信的发展方向。而要 实现移动中的多媒体业务，现有的第二代技术能力仅能满足话音和低、中速数据 业务的需求，难以满足中高速数据业务的要求，以提供移动多媒体业务为特征的 第三代移动通信，恰恰能适应这一发展方向，提供高达2 m b s 的业务。三代移动 通信在频谱利用率和业务能力上都有明显得提高，运营者会争取尽早提供第三代 业务，以取得竞争的优势。第三代移动通信将是发展的必然趋势。 1 2 当前国内外研发现状 经过世界各国数年的努力，1 9 9 9 年1 1 月国际电联( i t u ) 完成了i m t 2 0 0 0 无 线接入( r t t ) 标准的制定工作。第三代移动通信具有广阔的市场前景，将获得广 泛的应用。i t u 确定的i m t - 2 0 0 0r t t 技术规范的建议如下：两种c d m af d d 建议，即d s c d m a 、m c - c d m a ；一种c d m at d d 建议，即t d s c d m a 和u t r a t d d ；一种t d m af d d 建议，即u m c l 3 6 ；一种t d m a 建议，即e - d e c t 。由 于世界各地区第二代移动通信发展情况的不同以及各国利益的冲突，最后未能达 到全球统一标准的目的。i t u 通过“家族”的概念实际上是对第二代的折衷和妥协。 应该看到，国外大公司的强强联手，实际上是重新瓜分了世界市场。但不容讳言， i m t - 2 0 0 0 的主要技术还是欧洲日本提出的w - c d m a 和北美提出的e d m a 2 0 0 0 ，中 国提出的t d s c d m a 能纳入规范中不能不说是一个重大的突破。 第三代移动通信系统t d b c d m a 移动台数字基带测试 近2 0 年来，中国移动通信技术和产业从无到有，经历了一个艰苦奋斗的历程。 在第三代移动通信( 正式名称为i m t 2 0 0 0 ) 标准的制定过程中，通过我国通信科技 和产业界的合作和努力，中国提出的t d s c d m a 无线传输技术建议已经被i t u 接 受为i m t - 2 0 0 0 标准的一个组成部分，为今后十余年移动通信的发展打下了基础。 目前，t d s c d m a 技术已受到国际移动通信界，包括研究部门、设备开发商和移 动通信营运商的高度关注。可以预料，在未来5 1 0 年在内，它将成为移动通信中 的一个主要成员。 我国正在进行i m t 2 0 0 0 的研究与开发。中国关于第三代移动通信发展的走向 对世界移动通信发展的影响有举足轻重的作用，成为各国都关注的十分敏感的问 题。大力发展第三代移动通信是建立我国移动通信产业和占领未来移动通信市场 十分难得的机遇。应把第三代移动通信未来的发展与第二代移动通信当前的发展 联系起来一同加以考虑，使二者既能满足当前国内市场的需求又能适应向未来发 展平稳过渡；容量和频谱利用率的问题是发展移动通信的根本性问题。从长远和 全局的观点出发，我们应尽量采用先进的频谱利用率高的系统，而避免只顾眼前 利益盲目发展落后的频谱利用率低的系统。在这个问题上，有关专家认为，国家 应作宏观调控而不能听任各企业自行其是。发展第三代移动通信，必须要有我国 自己的知识产权。因此，无论是自主开发，还是国际合作，力求具有真正的中国 品牌。 1 3 本文来源和研究的主要内容 本文所研究的课题属于我国某公司的第三代移动通信系统t d s c d m a 移动 台样机系统的开发项目，用于验证t d s c d m a 系统。文中首先进行了t d s c d m a 系统的系统综述，概述了系统的结构，介绍了相关的概念及其关键技术：然后对 移动台样机硬件平台的方案设计进行了总体分析介绍，并着重分析介绍了基带的 硬件设计方案。根据硬件平台的设计，提出了硬件平台的测试的整体方案和思想； 并在硬件设计过程中，通过对基带各部分芯片的结构和特点的研究，设计了基带 平台中基带的自举方案：并且通过对数字基带中外部d s pt m s 3 2 0 v c 5 5 1 0 的结构 特点及其硬件接口的研究，提出了外部d s p 的测试方案及所测试各部分的流程。 关于外部d s p ( 外部d s p 是数字基带中相对于套片p c f 5 0 8 7 的内部数字信号 处理芯片r d l 6 0 2 而言的) 的测试是指德州仪器( t i ) 公司的两片数字信号处理 芯片t m s 3 2 0 v c 5 5 1 0 的内部的各部分的测试流程及它们之间和它们与基带其他部 分之间的接口的测试流程，用以验证硬件平台及其接口的设计的正确性，保证开 发的顺利进行。 第二章t d s c d m a 系统综述 在第三代移动通信的标准的制定过程中，我国第一次提出了自己的建议：t d - - s c d m a ，并在此无线传输技术的基础上与国际合作，完成了t d - - s c d m a 标 准，成为c d m at d d 标准的一员。这是我国移动通信界的一次创举，也是中国对 第三代移动通信发展的贡献。 2 1t d s c d m a 系统的相关概念 在第三代移动通信发展中，主要有频分双工( f d d ) 和时分双工( t d d ) 两 种工作方式的系统。由两种工作方式的技术特点可知，f d d 适用于大区制的全国 系统，适合于对称业务，如：话音、交互式实时数据业务等；而t d d 适合于高密 度用户地区、城市及近郊区的局部覆盖，适合于对称及不对称的数据业务，如： 话音、实时数据业务及互联网方式的业务。与f d d 相比，t d d 可大幅度节省频率 资源，能提供成本低的设备。t d s c d m a 将作为3 g p pt d d 模式的低码片速率选 项，与u t r a t d d 进行融合工作，形成i m t - 2 0 0 0 c d m a t d d 标准。作为c d m a t d d 标准的一员，t d s c d m a 与3 g p p 融合的关键参数如下： ( 1 ) 单一载波工作； ( 2 ) 带宽：1 6 m h z ( 在5 m h z 中安排3 个载波) ； ( 3 ) 码片速率： 1 2 8 m c p s ； ( 4 ) 时隙数：7 时隙； ( 5 ) 扩频系数：1 6 ； ( 6 ) 调制方式：q p s k + 8 p s k ； ( 7 ) 信道编码：内码为卷积码r = l 2 至1 3 ：外码为t u r b o 码； ( 8 ) 交织：内交织为1 0 m s ；外交织为2 0 4 0 8 0 m s ； ( 9 ) 支持移动速度：1 2 0 k m h ： ( 10 ) 抗多径和干扰措施：智能天线加上多用户检测： ( 1 1 ) 实现技术：软件无线电。 2 1 1t d s c d m a 系统的结构 现阶段，t d s c d m a 系统的结构由三部分组成：核心网络、基站子系统和用 户终端。如图2 1 所示，核心网与基站予系统通过a 接口相连每一基站子系统 由一个基站控制台( b s c ) 和几个t d - s c d m a 基站收发信台( b t s ) 组成。在 t d - s c d m a 模式中，基站控制台与b t s c 通过a b i s + 接口相连b t s c 与终端( u e ) 第三代移动通信系统t d 。s c d m a 移动台数字基带测试 图2 ，1 t d ，s c d m a 系统结构 之间通过u u 空中接口相连用于交换数据。对于g s m 模式而言，基站控制台与基 站收发信台通过a b i s 接口相连，b t s c 与u e 之间通过u m 空中接口相连。 2 1 2 帧结构 物理信道4 层结构：超帧、无线帧、子帧和时隙码道，如图2 2 所示。一个 超帧长7 2 0 m s ，由7 2 个无线帧组成，每个无线帧长1 0 m s 。t d s c d m a 将每个无 线帧分为两个5 m s 的子帧。每个子帧由7 个主时隙( 长度6 7 5 us ) 和3 个特殊时 隙：下行导引时隙( d w p t s ) 、上行导引时隙( u p p t s ) 和保护时隙( g p ) 构成。 主时隙空发结构见图2 2 。此突发类型由两个数据符号，一个1 4 4 码片的中间 码和一个1 6 码片的保护区。数据区共7 0 4 码片长，数据区中每个比特用q p s k 调 制，扩频系数为1 至1 6 。中间码是作为训练序列，供多用户检测( 联合检测或干 扰抵销) 时信道估值使用。 下行导引时隙( d w p t s ) 由6 4 比特正交码组成，它是无线基站的导引( p i l o t ) 信号，也是下行同步的信号。而上行导引时隙( u p p t s ) 由1 2 8 比特正交码组成，它 是用户终端的导引信号，主要用作随机接入。保护时隙( g p ) 用于区分上下行时 隙，使距离较远的终端能实现上行同步。在t d s c d m a 系统中，此时隙的宽度保 证了小区的最大半径可能达到1 0 k m 以上。 在t d s c d m a 系统中使用独立的下行导引时隙( d w p t s ) 的原因是解决在蜂 窝和移动环境下，t d d 系统的小区搜索问题。当邻近小区使用相同的载波频率， 用户终端在一个小区交汇区域移动状态下开机的条件下，本系统的d w p t s 设计能 保证用户终端能够在很短时间内完成小区搜索并完成初始接入。使用独立的上 第二章t i j - s c d m a 系统综述 超帧( 7 2 0 m s ) i ：1 曲，r ； “一、。、。 i f ol 疗a m e 7 l 已子帧( 5m s )。| 、 i 1r i“- - - 、 f ；u b f r a m e 0l 蜘觚 | “”。_ _ ”_ “ “、。+ 。 | r s o h 目f r s 十f r s 锋t 峰i r s 4 + | r s 5 r i s 6l | |，、d p t s e w p t s i d a t as y m b o l s m i d a m b l e d a t as y m b o l sg p i 3 5 2c h i p s1 4 4c h i p s3 5 2c h 秘1 6c h i p s 图2 2 帧结构和突发结构 行导引时隙( u p p t s ) 的原因是用户终端在随机接入时。并未达到上行同步，发 射功率是用开环控制的。 2 1 3 调制解调技术 在t d s c d m a 系统中的基本调制技术是q p s k ，在调制之后和脉冲形成之前 进行扩频。它分两步完成首先用扩频码对数据信号扩频，其扩频系数在l 到1 6 之间。第二步是加扰码( s c r a m b l i n g ) ，将扰码加到扩频后的信号。扩频码是正交可 变扩频系数码( o v s f 码) 。w a l s h 函数，它用来区分同一时隙中的不同用户。扰 码是用来区分基站的。由于要尽可能的和u t r at d d 融合，此扰码的长度也为1 6 。 在上行信道，所使用的中间码是根据小区确定的范围从基本序列中推算出来 的：在下行信道，此中间码可以是小区共用的，也可以是用户指定的。扩频后进 行脉冲成形，脉冲成形滤波器是频率域中滚降系数为0 2 2 的升余弦滤波器。此滤 波器将在发射和接收方均可使用。此外，对2 m b p s 业务，将使用8 p s k 调制方式。 2 1 4 基站与终端 第三代移动通信系统f d s c d m a 移动台数字基带测试 t d s c d m a 系统采用时分双工( n ) d ) 、t d m a c d m a 多址方式工作，基 于同步c d m a 、智能天线、多用户检测、正向可变扩频系数等技术，工作在2 0 1 0 m h z 到2 0 2 5 m h z 。 2 1 4 1 基站 t d s c d m a 系统基站采用基站高集成度、低成本设计，采用t d s c d m a 的 物理层和基于改进的g s m 二、三层，并支持基本的g p r s 业务。基站具有以下主 要特点： ( 1 ) 基站采用3 载波设计，每载波带宽1 6 m h z ，共占用5 m h z 带宽； ( 2 ) 采用低中频数字合成技术，以解决多载波的有关问题： ( 3 ) 公用一套智能天线，达到增强所需信号，抑制干扰信号，成倍扩展通信 系统容量的目的； ( 4 ) 公用射频收发信机单元： ( 5 ) 基于软件无线电数字信号处理技术： ( 6 ) 低功耗设计，每个载波基站耗电不超过2 0 0 w ： ( 7 ) 具有高可靠性、可维护性等特点。 2 1 4 2 终端 t d s c d m a 系统采用双频双模( g s m9 0 0 和t d s c d m a ) 终端，支持 t d s c d m a 系统内切换，支持t d s c d m a 系统到g s m 系统的切换。在 t d - s c d m a 系统覆盖范围内优先选择t d s c d m a 系统，在t d s c d m a 系统覆盖 范围以外，采用现有的g s m 系统。终端具有以下主要特点： ( 1 ) t d s c d m a 系统采用双频双模终端，g s m 一9 0 0 m h z 和t d s c d m a 2 0 0 0 m h z ： ( 2 ) 采用固定台和车载台，多载波工作，外接天线，提供3 8 4 k b i t s 2 m b i t s 业务，有大尺寸的显示屏幕： ( 3 ) 终端有6 个发射功率l c d 等级； ( 4 ) 使用g s m 的s i m 卡； ( 5 ) 语音编译码，g s m 3 g ，8 k b i t s ； ( 6 ) 终端配备数据接口或大尺寸l c d 显示屏幕： ( 7 ) t d s c d m a 系统的价位，平均每户价格将比g s m 扩容降低至少2 0 ， 与g s m 系统同基站安装不需另投资。 第二章t d s c d m a 系统综述 2 2 1 智能天线 2 2t d s c d m a 的关键技术 t d s c d m a 系统中所用的智能天线采用波束赋形技术，方向图随移动台的移 动而动态跟踪( 基站装配智能天线) 。由于它的波束很窄，对其他用户的干扰也很 小，因而大大提高了系统容量。同时，基站的发射功率也大大降低。另一方面， 由于t d s c d m a 系统中的波束很窄，下行链路的多径问题也得到了很好的解决。 2 2 2 上行同步 t d s c d m a 系统中，上行链路和下行链路一样，都采用正交码扩频。移动台 动态调整发往基站的发射时间，使上行信号到达基站时保持同步，保证了上行信 道信号的不相关，降低了码间干扰。这样，系统的容量由于码间干扰的降低大大 提高，同时基站接收机的复杂度也大为降低。 2 2 3 联合检测 联合检测是t d s c d m a 系统中使用的又一重要技术。在基站侧，由于信号从 移动台多径到达基站，因此上行同步技术只能保证主径在一定范围内的同步。联 合检测技术把同一时隙中多个用户的信号及多径信号一起处理，精确地解调出各 个用户的信号。在移动台侧，基站智能天线的波束赋形，虽然极大地降低了多用 户干扰的强度，但是多用户干扰依然存在，尤其是当用户的位置非常靠近时，多 用户干扰问题仍很严重。联合检测技术能很好地解决多用户干扰问题。 2 2 4 软件无线电 软件无线电是近几年发展起来的技术，它把许多以前需要硬件实现的功能用 软件来实现。由于软件修改较硬件容易，在设计、测试方面非常方便，不同系统 间的兼容性也易于实现，所以这一技术在t d s c d m a 系统中也被采用。 2 2 5 接力切换 由于t d s c d m a 系统中智能天线的使用，系统可得到移动台所在的位置信 息。接力切换就是利用移动台的位置信息，准确地将移动台切换到新的小区。接 力切换避免了频繁的切换，大大提高了系统容量。在切换时可根据系统需要，采 用硬切换或软切换的机理。 2 2 6 低速率模式 8 第三代移动通信系统t d - s c d 、t ：移功台数字基带测试 一气一 t d s c d m a 系统码片速率( c 1 1 i p r a t e ) 采用的是1 2 8 m h z ，为u t r at d d 码 片速率的1 3 ，这有利于和u t r at d d 系统的兼容。低的码片速率，在硬件上也 容易实现，可大大降低成本。另外，1 2 8 m h z 码片速率的单个载频占用1 6 m h z 的带宽，较之5 m h z 的u t r at d d 和u t r af d d ，由于占用带宽窄，在频谱安排 上有着很大的灵活性。对于利用将来要空置出的第二代频谱开展第三代业务，可 有效地使用日益宝贵的频谱资源( g s m 频点为2 0 0 k h z 间隔，8 个连续的g s m 频 点可安排一个t d s c d m a 载波) 。安排1 6 m h z 的t d s c d m a 系统，与安排5 m h z 的u t r a t d d 和u t r af d d 相比就容易得多。 2 3t d s c d m a 是向第三代移动通信演进的首选技术 2 3 1 时分双工方式在三代移动通信系统中的重要地位 在第三代移动通信的标准的制定程中，时分双z ( t d d ) 方式获得了充分的肯定 和高度的重视，在c d m a 和t d m a 中均制定了t d d 标准。它具有下列优点： ( 1 ) 第三代移动通信需要约4 0 0 m h z 的频谱资源，在3 g h z 以下很难实现。 而t d d 则能使用各种频翠资源，不需要成对的频率； ( 2 ) 在第三代移动通信中，数据业务将占主要的地位，尤其是不对称的i p 业务。t d d 方式特别适用于上下不对称、不同传输速率的数据业务； ( 3 ) t d d 上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性便于智能天线等新 技术的应用，可达到提高性能、降低成本的目的； ( 4 ) t d d 系统设备成本低，比f d d 系统低2 0 5 0 。 时分双i ( t d d ) 系统的主要缺陷在于终端的移动速度和覆盖距离；采用多时隙 不连续的传输方式，抗快衰落和多普勒效应的能力比连续传输的频分双i ( f d d ) 方式差，故i t u 要求t d d 系统用户终端的移动速度达1 2 0 k 州h ，而f d d 系统则 要求达到5 0 0 h n & ；t d d 系统的平均功率与峰值功率之比随时隙数的增加而增加， 考虑到耗电和成本的因素，用户的小区半径可达到数1 0 k i n 。 2 3 2t d s c d m a 是向第三代移动通信演进的首选技术 据有关专家预测，第三代移动通信市场的发展至少分为以下三个阶段： ( i ) 初期( 2 0 0 1 2 0 0 5 年) 第二代移动通信网( 主要是g s m 和i s 9 5c d m a ) 继续发展和扩大；局部地 区( 城市等用户密集区) 开始提供第三代移动通信业务。数据传输速率局限在3 8 4 k b s 以下；地区和国际漫游仍依赖第二代移动通信系统； ( 2 ) 中期( 2 0 0 4 2 0 1 0 年) 第二章t d - s c d m a 系统综述 9 第三代系统的高速成长期，第二代网络和系统停止发展，全国或全球覆盖的 第三代移动通信网建设成功全面达到i m t 2 0 0 0 的各项要求。 ( 3 ) 后期( 2 0 1 0 年) 全球2 5 以上人口使用第三代系统，开始推出第四代设备，提供更高速率的 多媒体业务。上述市场预测也是制定第二代移动通信向第三代演进策略的依据。 演进过程可分以下两阶段进行： ( 1 ) 在第二代网络中提供第三代业务 当现有g s m 网络扩容时，使用t d s c d m a 的基站子系统( b s s ) ：在用户集 中地区的g s m 基站中，增加t d s c d m a 基站。用户使用t d - s c d m a g s m 双 频双模用户终端，在t d s c d m a 基站覆盖区内，可以享受三代服务；在覆盖区域 外。则以g s m 方式通信。初期用户享受3 g 服务时，只能在同一b s s 的t d - s c d m a 基站之间实现越区切换，但g s m 功能不受影响。用此方式，能以比简单的g s m 网络扩容更低的费用改造网络，不仅可解决频谱资源不足造成的容量问题，满足 用户密集区的移动通信需求，还可为最急需的用户提供第三代业务。同时，为今 后全网进入第三代打下基础。按此步骤，第三代移动通信的覆盖范围可逐步扩大 到城市一级。大城市将有几十到上百个第三代b t s 系统将支持不同b s s 之间的 自动越区切换。在没有达到全国和全球覆盖之前自动漫游当然还得依靠g s m 系统。 上述解决方案不仅可以在g s m 系统中采纳，同样可以在i s 一9 5 标准的第二代 c d m a 系统中采纳。在c d m a 系统中使用t d s c d m a 技术，主要目的是在用户 密集区，解决用户高密度的话音和数据业务需求：此外，在提供数据业务方面( 特 别是各种因特网接a t i l t 务) t d s c d m a 将是一种更经济灵活的方式。这些特点 也是目前北美运营商关心t d s c d m a 的原因所在。 ( 2 ) 过渡到第三代移动通信网络 2 0 0 4 2 0 0 5 年，第三代移动通信进入高速发展期，各国运营商将开始建设完 整的第三代网络。此时，网络中投资最大的基站收发信台部分已经在第一阶段建 设完毕，唯一需要投入的费用就是基站子系统软件升级，以此满足第三代对无线 网络控制器( r n c ) 的全部要求；加上第三代m s c ，网络中不仅有时分双工的基 站，也将有频分双工的基站。形成一个全国覆盖、国际漫游的完整第三代网络。 在不大量增加新投资的情况下，完成向第三代的演进。 在过去两年问，我国首次大规模参加了制定和评估第三代移动通信技术和标 准的工作。我国提出的t d s c d m a 建议，已成为i m t - r s p c 的组成部分。在第三 代移动通信技术中，时分双工模式的无线传输技术在频谱灵活性、提供不对称业 务和低价格等方面的优势已被国际上认可。根据我国提出的t d s c d m a 技术标准 开发的设备，可达到提供高频谱利用率、灵活和低成本的目标。在市场上将有较 强的竞争能力。本世纪初( 2 0 0 l 2 0 0 4 年) ，在第二代移动通信网用户密集区或 l o 第三代移动通信一统t d - s c d m a 移动台数字基带测试 要求数据和多媒体业务的地区，将依托第二代移动通信网，以t d - s c d m a 的技术 为主，使用双频双模终端，开通第三代移动通信业务，平稳地向第三代移动通信 过渡，并将收到巨大的经济效益。 第三章移动台样机基带硬件设计方案 第三章移动台样机基带硬件设计方案 移动台的设计不同于基站，要求具有外型美观。人机界面友好，体积小和功 耗低等特点，其中功耗低是主要的难点问题，功耗和处理速度一直是很难平衡的 问题。故在移动台硬件设计时，在速度达到要求的前提下，要尽可能选择功耗低 的元件。t d ，s c d m a 移动台样机系统在研发的第一阶段主要是用于验证 t d s c d m a 系统的功能，优化原有的算法和过程，故现阶段对器件的功耗问题要求 不是太高，但为迸一步的开发作好良好的准备，在满足处理速度的前提下尽量降 低功耗，为最终产品打下基础。 3 1 移动台的结构 t d s c d m a 移动台样机系统主要是基于g s m 和同步c d m a 设计技术。由 于要求在双模式下工作，所以，终端在一个硬件平台上要具备双频双模的功能。 在移动台样机系统里，终端在g s m 模式下工作在9 0 0 m h z 频带，在t d - s c d m a 模式下工作在2 0 0 0 m h z 频带。为降低成本，它需要不同射频前端处理电路，但共 用一个基带平台。 t d s c d m a 在基站收发信台应用智能天线，在基站收发信台和终端中都应 用了联合检测技术，每一码道中的任一时隙同时解调，这就需要终端设备具有很 强的基带数据处理能力，为以后的延伸和特性尽可能地提供硬件模块。由于g s m 移动台设计技术是相对成熟的方案，本文主要讨论t d s c d m a 部分的设计。与 其他系统模式移动台相似。t d s c d m a 系统的移动台也是主要由两部分组成：射 频部分和基带部分。其中射频部分包括：天线、射频功率放大模块和射频收发模 块；而基带部分包括：模拟基带模块和数字基带模块。移动台的结构如图3 1 所示。 以下将对各单元作简单说明。 射频单元 天线：天线只是一个简单的全向天线。 射频功率放大模块：射频功率放大模块在t d - s c d m a2 0 0 0 m h z 频带提供功率放 大，带通滤波器和收发切换功能。 射频收发模块：射频收发信机模块为射频信号的接收和发送。它具有自己的发送 器，接收器和频率合成器。 1 2 第三代移动通信系统t r ) - , q c d m a 移动台数字基带测试 图3 1 移动台的结构设计图 基带部分 模拟基带模块：主要是完成与射频部分的接口，同时话音频带的输入输出0 j o ) t 和相关的辅助控制输入输出，t d s c d m a 模式下模拟基带电路 与射频和数字基带的i o1 3 ，模块中f p g a 的功能为数字滤波器、定 时、卷积解码、联合检测( j d ) 的矩阵运算和辅助控制i o 口。 数字基带包括：商用的基带集成芯片，内有m c u 和d s p 用于主控制器和高层信 令；两个t i 公司的数字信号处理芯片用于物理层的一个时隙调制 解调( m d md s p ) 和编解码( c o d e cd s p ) 。 人机接口单元：l c d 显示、键盘、麦克风蜂鸣器，扬声器和s i m 卡等等。 3 2t d - s c d m a 移动台基带硬件设计方案 移动台的基带部分包括：模拟基带模块和数字基带模块。 3 2 1 模拟基带模块 设计模拟基带模块是用来获得用户终端所有接1 3 功能，如：基带1 1 01 3 ，辅助 控制i o 口( 功率控制) ，话音频带i o1 3 。如图3 2 所示，它由一些用于双模式操 作的集成电路组成。在下一开发阶段，将设计为双模式大规模专用集成电路芯片 ( a s i c ) 。模拟基带模块的结构框图如图3 2 所示。 第三章移动台样机基带硬件设计方案 r 3 2 1 1 功能描述 图3 2 模拟基带设计结构圈 到射频的接口： ( 1 ) t d s c d m a 的i q 数据接口； ( 2 ) t d s c d m a 射频控制信号：接收和发送切换，自动功率控制，自动增益 控制； ( 3 ) t d s c d m a 模式的自动频率控f l $ 1 j ( a f c ) 和电池充电： ( 4 ) 备用模式控制。 到数字基带模块的接口： ( 1 ) t d s c d m a 的i q 数据接口； ( 2 ) t d s c d m a 辅助控制i ，o 接口： ( 3 ) t d s c d m a 射频定时； ( 4 ) t d s c d m a 模式话音基带i o 接口； ( 5 ) 加载数据的接口。 话音终端的接口：设计此接口直接连接终端用于话音业务的扬声器，麦克风 和蜂鸣器等。 第三代移动通信系统t d - s c d m a 移动台敬字彗带：! i = ：土 3 2 1 2t d s c d m a 模式中的f p g a 叫f i r 滤波器，- 一 汴 一一 脉冲整形| 一 ll i 联合检测l i 控制单兀1 1 j 协处理器j i 士 l 溜卜怔矗呻 冈 * ；1 1 f p 一l _ j x c v l 0 0 0 e ) 幽 图3 3f p g a 的结构设计图 模拟基带模块中f p g a 中的的功能为： ( 1 ) t d s c d m a 射频定时控制。 ( 2 ) t d s c d m a 的i oa d 变换、d a 变换和定时控制： ( 3 ) t d s c d m ai q 比特流传递； ( 4 ) t d s c d m a 数字滤波： ( 5 ) 卷积码解码； ( 6 ) 联合检测( j d ) 的矩阵运算： ( 7 ) 中断管理。 3 2 1 3 时钟的生成 1 3 m h z 的主时钟由射频模块产生。锁相环p l l 产生1 2 2 8 8 m h z 的时钟供给 f p g a 。f p g a 将产生模拟基带和数字基带其他部分所需的时钟如：5 1 2 m h z 、 1 0 2 4 m h z 、2 0 4 8 m h z 、3 2 7 6 8 k h z 的频率将通过外部晶振在p c f s 0 8 7 中将产生。 3 2 1 4 信号流程和处理功能 终端中模拟基带模块是混合信号处理器，它也提供其他模块的接口。在下行 方向，两个模数变换器将由射频模块过来的i q 信号变换成数字信号，采样速率为 码片速率的4 倍。通过f i r 滤波后，i ，q 数据写入f p g a 中的d p r a m 然后，f p g a 发中断给m d md s p 。m d md s p 进行信道估计，与f p g a 中的联合检测协处理 辩二墨移动台样机丝带顺件改计方蹇 器共同逆行联合枪测运算。联合榆测协处理器的输出数据送入c o d e cd s p ，经 过解交织，再由c o d e cd s p 送入f p g a 进行v i t e r b i 解码。解码后的数据然后经 由t xi i n w c o n l r o l v tl i n k 送入c o d e ( d s p 。 上行方向，c o d e cd s p 送出的的成帧信号送入f i r 滤波器进行脉冲整7 髟，整 形后的数槲通过双路数摸变换器变换成模拟信号。然后传送入射撷模块。 dbbmodule 0i l r k j dhr ：, k fi ds e o i l 盅 _ r ”lf 。： - 10 s p _ ：h f p g a 7 a i ll 、 j 一 ，；j l i c 一：、：j ：。1 ，1 卜_ h 、- ：1 、h 、一 c 0 0 e ( 1t0 s o 蠢 i ：、- 3 “。t - 、 ：、二：j 1 。、1 、 、。 f ：g jb 0 0 l if i k s i o jlt d s p ，b l o c kp s p ：e o r e 坼叫s i o y1 。l 一一， i1 s c 昌c k l _ 1 1 。”j 17 一一 。e m 叫嚣裴毫1 鲁： i , p a r t l l i - ； 】g p i o 鲁l 坚蟹j _ - k b si k e j f p ll s s _ 一el _ ji i 【= s r a m | ， j 晤习、 j ”a b ”l ， 3 22 数字基带模块 划34 数字基带的结掏网 数字基带挺蛱提供所有基于r i d s c d m a 功能的相关空中接口，如；接收和发 送基带的数据处翌| ! 用户终端的主要的控制功能。t d s c d m a 模式下，模块中的 1 6 ：i 互代移动通信系统t d s c d m a 移动台数字基带测试 数据处理功能主要包括：同步检测；信道估计；调制和扩频；小区搜索；联合检 测( 每时隙内最多可同时解调1 6 个码道) ：发送功率控制和接收增益控制； 频率跟踪和随机接入信道处理等。 3 2 2 1 数字基带模块的结构 数字基带模块如图3 4 所示。t d s c d m a 数字基带的物理层的数字信号处理 主要是在两个外部数字信号处理器和部分f p g a 中实现。两个外部数字信号处理 器( d s p ) 分别为m d md s p 和c o d e cd s p ，m d md s p 用于实现一个时隙的 调制解调，主d s p 为c o d e cd s p ，用于实现信道编码，成帧和部分射频控制。 p c f 5 0 8 7 中的d s p 用于实现语音编解码。下行方向，在f p g a 控制下，由模拟基 带送出i ，o 数据被写入f p g a 中的d p r a m ，m d md s p 通过与f p g a 中的j d 协 处理器合作完成联合检测运算。i q 数据和j d 数据通过i q l i n k j d l i n k 传送，f p g a 的i q l i n k j d 1 i n k 连接到m d md s p 的e m i f 接口。f p g a 中的联合检测协处理器 的输出数据通过v i t 1 i n k 送入c o d e c d s p ，v i t 一 i n k 连接到c o d e c d s p 的e m i f 接口，经过c o d e cd s p 实现解交织，再送入f p g a 进行v i t e r b i 解码后，送回 c o d e cd s p 。业务数据和相关的信令在c o d e cd s p 中分离。在数据业务情况下， 数据进入a r m 7 后，可以转换成为所需的输出格式。在话音业务情况下，话音数 据通过c o d e cd s p 和m c u 中的d s p 之间的串口送入m c u 中的d s p 。信令在 两种情况下，通过c o d e cd s p 和m c u 中的d s p 之间的串口送入m c u 中的 d s p 。然后，m c u 中的d s p 进行语音解码和传送相关信令到m c u 核。 3 2 2 2 主要接口的设计原理框图 ( 1 ) c o d e cd s p 与d s pr d l 6 0 2 之间的通信设计 f s r 2 - 厂 s e n 瞬$ o x e n c l k r 2 c l 麒2 ll s j o x c l k d r 2 j r s o x 1 - d s 9 2 d x 2s 1 6 0 2 d s p c l k s 2呻 图3 5c o d e cd s p 与d s pr d l 6 0 2 之间的通信设计 第三章移动台样机基带硬件设计方案 1 7 ( 2 ) f p g a 与e x t e r n a ld s p 的接口 图3 6f p g a 与e x t e r n a l d s p 的接口 ( 3