（信号与信息处理专业论文）wcdma系统的femtocell接收机的多核dsp实现.pdf

悔 l l u l l l l l l l l l l l l l l l l l l l111 1 1 1 1ii i ii l l i y 17 5 8 5 4 3 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 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 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：望! l 蕴 本人承担一切相关责任。 日期： 旌 芝：；：! 兰 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 未。f 旁翮 舞西药ii i l 一叠 适用本授权书。 日期：丝! 堡：! ：! 兰 日期： 出! ! ：曼：兰 北京邮电人学硕一i ：毕业论文w c d m a 系统的f e m t o o e l l 接收机的多核d s p 实现 w c d m a 系统的f e m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现 摘要 随着3 g 技术的广泛应用，f e m t o c e l l 的概念迅速兴起。f e m t o c e l l ， 即“家庭基站 ，已成为增强室内通信覆盖，提高楼宇内通信质量的 一种有效解决方案。另外，近几年出现的一种新的多核d s p 技术以 低成本、低功耗的优点被越来越多人所关注。本文所做的工作是利用 多核d s p 器件设计并实现w c d m a 系统的f e m t o c e l l 接收机。 本文介绍了w c d m a 技术的发展情况，以及f e m t o c e l l 概念兴起 的背景；阐述了与f e m t o c e l l 接收机密切相关的w c d m a 系统f d d 模式下的物理层信道结构、时序关系及加扰和扩频等基本原理；介绍 了整个f e m t o c e l l 接收机的系统构架和各个木块的功能及原理；论述 了小区搜索算法、多径搜索的算法以及频偏补偿算法的基本原理；其 中小区搜索分为三步：主同步码同步，辅同步码同步和扰码同步，通 过这三个步骤可以达到帧同步及扰码的同步；多径搜索算法主要是借 助于p c p i c h 信道的主扰码检测信道的多径信息，为r a k e 接收机 的b c h 解码提供基础；而频偏补偿模块采用c o r d i c 算法，通过相 位补偿来实现对频偏的纠正9 本文还论述了实现时所采用的p i c o c h i p 公司提供的多核d s p 器件，包括其芯片结构、处理器的类型与特性、 多核处理器的并行工作原理及数据传输速率及方式；基于对上述算法 的研究及多核d s p 器件的特点，给出了小区搜索模块、多径搜索模 块以及频偏补偿模块的设计方案和实现方法，包括数据处理的流程设 计、关键参数的设定、硬件资源的划分以及端口速率的设定；并在最 后给出了f e m t o c e l l 接收机的测试结果。 本文所设计实现的f e m t o c e l l 接收机已通过p i c o c h i p 公司的各项 测试并已进入商用化阶段，这对于提高w c d m a 系统的通信质量， 推动f e m t o c e l l 概念的实用化以及采用多核d s p 器件设计开发通信设 备都具有一定的参考意义。 关键词：w c d m af e m t o c e l l 多核d s p 小区搜索多径搜索频偏 补偿 1 2 北京邮电人学硕f j 毕业论文w c d m a 系统的f e m t o c e h 接收机的多核d s p 实现 m u 姗一c o r ed s pi m p l e m e n m 鲴盯0 n o ff e m t o c e l l r e c e i v e ro fw c d 【as y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ew i d e a p p l i c a t i o n o f3 g t e c h n i q u e s ，t h ec o n c e p t o f f e m t o c e l li s g a i n i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n f e m t o c e l lr e c e i v e r ， n a m e l y “f a m i l yb a s es t a t i o n ，h a sb e c o m ea ne f f i c i e n ts o l u t i o no ft h e p r o b l e mo fe n h a n c i n gt h ei n d o o rs i g n a lc o v e r a g ea n di m p r o v i n gt h e c o m m u n i c a t i o nq u a l i t yi n s i d eb u i l d i n g s a tt h es a m et i m e ，ak i n do f n o v e lt e c h n o l o g y ，m u l t i c o r ed s p d e v i c e s ，h a sb e e np u tm o r ef o c u sd u e t oi t sc h a r a c t e r i s t i c so fl o wc o s ta n dl o wp o w e r t h et o p i co ft h i s d i s s e r t a t i o ni st od e s i g na n di m p l e m e n taw c d m af e m t o c e l lr e c e i v e r u s i n gm u l t i c o r ed s p d e v i c e s t h i s p a p e rd i s c u s s e s t h ep i c t u r eo f d e v e l o p m e n to fw c d m a t e c h n o l o g ya n dt h eb a c k g r o u n do ft h ea p p e a r a n c eo ft h ec o n c e p to f f e m t o c e l l a n dt h ed e t a i l sa b o u tt h ep h y s i c a lc h a n n e l so fw c d m a dm o d e ) a r es t u d i e d ，i n c l u d i n g t h ef r a m es t r u c t u r e ，t i m i n go f d i f f e r e n tc h a n n e l s ，t h ep r o c e d u r eo fs p r e a d i n ga n ds c r a m b l i n g t h i sp a p e r a l s oi n t r o d u c e st h es t r u c t u r eo ff e m t o c e l lr e c i v e r ，a n dt h et h e o r ya n d f u n c t i o no fe a c hc o m p o n e n t t h i sa r t i c l ea l s oe x p l a i n st h ea l g o r i t h mo f t h ec e l ls e a r c hp r o c e d u r e ，m u l t i - p a t hs e a r c hp r o c e d u r ea n dt h ef r e q u e n c y o f f s e tc o m p e n s a t i o n t h ep r o c e d u r eo fc e l ls e a r c hi sc o m p r i s e do ft h r e e s t e p s ：p s cs y n c h r o n i z a t i o n ，s s cs y n c h r o n i z a t i o na n ds c r a m b l i n gc o d e s y n c h r o n i z a t i o n m u l t i - p a t hs e a r c hm e a n st od e t e c tt h ei n f o r m a t i o no f m u l t i p a t h so ft h ec e l lu s i n gs c r a m b l i n gc o d ec a r d e db yp c p i c h t h e m u l t i p a t h si n f o r m a t i o nw i l lb eu s e df o rb c hd e c o d i n gp e r f o r m e db y r a k er e c e i v e r t h ef r e q u e n c yo f f s e tc o m p e n s a t i o na d o p t sc o r d i c a l g o r i t h mt oc a l c u l a t et h ep h a s ea n dr e s i s tt h ef r e q u e n c yo f f s e te f f e c tb y 3 _ 。1 。一 北京邮l u 人学颁l ：毕业论文 p h a s ec o r r e c t i o n b e s i d e st h e w c d m a 系统的f e m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现 d e v i c e sp r o v i d e db yp i c o c h i p c h a r a c t e r i s t i c so ft h em u l t i c o r ed s p a r ea l s od e s c r i b e d ，i n c l u d i n gi t sc h i p s t u r c u t r e ，t h et y p eo fi t sp r o c e s s o ra n dt h ec o r r e s p o n d i n gc h a r a c t e r i s t i c s ， t h ef o r mt h a tm a n yp r o c e s s o r sw o r ki n d e p e n d e n t l ya n dt h ed a t at r a n s f e r r a t e b a s e do nt h es t u d ya b o u tt h ea l g o r i t h m sa n dt h ed s pd e v i c e c h a r a c t e r i s t i c s ，t h ep a p e re x p l a i n s i nd e t a i l sa b o u tt h e d e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o n t h ec o n t e n ti n c l u d e sh a r d w a r er e s o u r c ea l l o c a t i o n ， s i g n a lp r o c e s s i n gp r o c e d u r ea n dd e t e r m i n a t i o no ft h ek e yp a r a m e t e r sa n d t h er a t eo fd a t at r a n s f e r a n dt h et e s tr e s u l ti sg i v e na tt h ee n d t h ef e m t o c e ur e c e i v e rh a sp a s s e da l lt h et e s to fp i c o c h i pa n dh a s b e e np u tf o r w a r di n t om a r k e ta sam a t u r ep r o d u c t t h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no f t h i sf e m t o c e l lr e c e i v e ri s m e a n i n g f u l f o rt h e i m p r o v e m e n to ft h ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t yo fw c d m as y s t e m sa n dt h e r e a l yu s eo ft h ec o n c e p to ff e m t o c e l l ，a n di ti sag o o dr e f e r e n c 冠f o r i m p l e m e n t a t i o no fc o m m u n i c a t i o ns y s t e mu s i n gm u l t i c o r ed s p d e v i c e s k e yw o r d s - w c d m af e m t o c e l lm u l t i c o r ed s pc e l ls e a r c h m u l t i p a t hs e a r c hf r e q u e n c yo f f s e tc o m p e n s a t i o n 4 北京邮电 目录 第一章 1 1 1 2 1 3 1 4 第二章 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 第三章 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 第四章 4 1 北京邮f 【1 人学硕i ：毕业论文w c d m a 系统的f c m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现 4 1 3 辅同步码( s s c ) 同步。2 8 4 1 4 扰码同步2 9 4 2 多径搜索算法3 3 4 3 频偏补偿算法3 5 第五章f c m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现4 0 5 1p i c o c h i p 多核d s p 器件。4 0 5 1 1p i c o a r r a y 的结构4 0 5 1 2a e 结构4 2 5 1 3 功能加速单元4 3 5 2 小区搜索的实现。4 3 5 2 1 主同步码同步的实现4 4 5 2 2 辅同步码同步的实现5 1 5 2 3 扰码同步模块的实现6 0 5 3 多径搜索的实现6 6 5 3 1 多径搜索模块的前处理单元6 8 5 3 2 多径搜索模块的后处理单元7 0 5 4 频偏补偿的实现7 2 5 4 1 频偏补偿模块的c o r d i c 计算器7 2 5 4 2 频偏补偿模块相位补偿器7 4 5 5 模块性能的测试结果7 7 5 5 1 小区搜索模块的测试7 7 5 5 2b c h 接收测试7 9 5 5 3 频偏补偿模块的测试8 0 第六章总结与展望。8 2 参考文献8 3 致谢8 5 在读期间发表论文8 6 n 北京邮电人学硕i ：毕业论文w c d m a 系统的f c m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现 1 1 移动通信的技术发展 第一章绪论 1 8 9 7 年，m g 马可尼在陆地与一艘拖船之间进行的无线电通信实验的成功， 开创了通信技术发展的先河。 现代移动通信技术始于2 0 世纪2 0 年代。在2 0 年代到7 0 年代这大约半个世 纪的时间中，是现代通信技术的早期发展阶段，这一时期是移动通信系统逐步尝试、 改进与完善的阶段。从4 0 年代的以美国底特律市警察使用的车载无线电系统为典 型的专网到5 0 年代美国，西德，英国及法国等实现的公用移动通信网，再到6 0 年代实现的大区制、中小容量的通信系统，通信系统的公用化逐渐成熟。 2 0 世纪7 0 年代，第一代移动通信系统( 1 g ) 逐步形成，典型代表是美国的 a m e s 系统与英国的t a c s 系统。这一阶段的特点是采用了蜂窝网的网络结构， 即所谓小区制。以蜂窝式网络结构实现载频重用，解决了公用移动通信系统要求 容量大与频率资源有限的矛盾。 借助于微处理器以及计算机技术的发展，第二代移动通信技术( 2 g ) 于2 0 世纪8 0 年代中后期兴起，以数字化为主要特征。其代表有欧洲的采用时分多址 ( t d m a ) 技术的g s m 系统，以及美国的采用码分多址( c d m a ) 的技术。 第三代移动通信系统( 3 g ) 在国际上统称为i m t - 2 0 0 0 ，是国际电信联盟( u ) 提出的工作在2 0 0 0 m h z 频段的系统，在2 0 0 0 左右投入商用。与前两代的通信系 统相比较，第三代以提供移动多媒体业务为主要特征。第三代移动通信的主流技 术标准主要有三种：i m t - 2 0 0 0c d m a - d s ( i m t - 2 0 0 0 直接扩频c o m a ) ，即有日 本和欧洲提出的w c d m a ：l m 2 0 0 0 c d m a _ m c ( i m t - 2 0 0 0 多载波c d m a ) ，即 美国高通主导提出的c d m a 2 0 0 0 ；以及i m t - 2 0 0 0c d m a - t d d ( i m t - 2 0 0 0 时分双 工c o m a ) ，即由中国提出的t d s c d m a ( 时分同步码分多址) 。 目前，3 g p p 的h i g hs p e e dp a c k e d a c c e s s ( h s p a ) ，w i m a x ( 8 0 2 1 6 e ) 以及长 期演进计划( l t e ) 等后3 g 技术也在标准化与实现的过程中。 1 2c d m a 技术的发展 如上文所述，当前第三代移动通信的几大主流系统均是以宽带c d m a 1 】系统 为主，所谓c d m a ，名为c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，即码分多址接入技术， 是2 0 世纪9 0 年代中期提出的一种接入方式。多址技术实际上就是指基站周围的 北京邮i u 人学硕? l ：毕业论文w c d m a 系统的f c m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现 移动台以何种方式抢占信道进入基站和从基站接收信号的技术，移动台只有占领 了某一信道，才有可能完成移动通信。因此，对于移动通信系统来讲，由于要扩 大系统容量，需要采用多址技术，已经广泛运用的多址技术主要是频分多址 ( f d m a ) 、时分多址( t d m a ) 和窄带码分多址( c d m a ) 三种。f d m a 是不 同的用户占用不同的频段资源。t d m a 是不同的用户按照不同的时间占用同一 频段资源。c d m a 是不同的用户可以在同一时间占用同一频段资源，而各自由 不同的伪随机码进行区分，因此同一频率所能服务的用户数量是由随机码的数量 来决定的。与f d m a 和t d m a 系统相比，c d m a 系统具有很多优势： ( 1 ) 抗干扰能力强。由于c d m a 采用了扩频技术，因此其频带很宽，所 以即使其信号带宽内的某一窄带内有较强的干扰，对信号整体的影响不大。它可 以和同频带的窄带共存，而不影响其正常工作。 ( 2 ) 抗多径衰落能力强。保证移动通信质量的最关键的问题之一是要克服 多径衰落的影响，c d m a 系统使用的r a k e 接收机采用多径分集技术，将各条 多径信号叠加起来，充分利用各径的能量，可以很大程度的提高通信质量。 ( 3 ) 系统容量大。由于c d m a 是干扰受限系统，在指定的干扰电平下，即 使用户数已达到限定数目时，也还允许增加个别用户。相对于传统所采用的单纯 一维的时域或频域划分，c d m a 系统拥有的接入地址要多得多。 ( 4 ) 功率谱密度低。对于c d m a ，其扩频增益越大，信号能量被分配到得 带宽也就越大，从而功率谱密度就越低，对周围通信设备的干扰也就越小。 ( 5 ) 安全性高。正由于其很低的功率谱密度，所以c d m a 的信号更难以被 捕捉到。因此可以有效防止窃听。 本文中主要讨论w c d m a 系统，其系统优势主要在于：业务灵活，频谱效 率高，容量和覆盖范围大，每个连接可提供多种业务，无缝的g s m u m t s 接入 以及终端的经济性和简单性等优势。 1 3f e m t o c e l l 技术的兴起 随着3 g 技术的蓬勃发展，3 g 网络在室内覆盖问题上也逐渐突显出其缺陷， 其主要的缺陷在于： ( 1 ) 盲覆盖。由于大部分3 g 网络的选择的传输频段比较高，导致其无线 电信号的对于建筑物墙壁的穿透力下降，因此，在换用了3 g 系统之后，以前很 多2 g 系统能够覆盖到的室内位置在3 g 部署下成为了盲区。 ( 2 ) 覆盖深度不够。当使用的数据业务速率越高，室内信号比室外效果就 越差。由于3 g 系统均采用采用c d m a 技术，而c d m a 不可避免的存在呼吸效 2 北京邮i 【1 人学硕i j 毕业论文w c d m a 系统的f e m t o e e u 接收机的多核d s p 实现 应，因此，一旦并发业务量较多，宏蜂窝小区覆盖范围将会迅速降低，导致室内 服务质量的下降。 在这样的背景下，f e m t o e e l l 应运而生。f e m t o c e l l ，即微小区。f e m t o c e u 设 备页可以被称作超小型手机基站设备，可以在家庭及办公室能小范围的室内环境 下使用，手机在f e m t o c e l l 和c e l l 之间能够进行切换。是近年来根据3 g 发展 和移动宽带化趋势推出的超小型化移动基站。目前，在包括世界知名的设备商及 运营商的合作下，f e m t o f o r u m 已成为推进其产品化的组织。 f e m t o e e l l 使用i p 协议，通过a d s l 等宽带接入网，经过路由器接入运营商 移动通信核心网，这样一方面解决了家庭及办公室等地点的室内覆盖问题，保证 了服务质量；又能提高链路传输性能，提高传输速率。在使用方面，其与a d s l 调制解调器相似，具有安装方便、自动配置、自动网络规划、即插即用的特点。 1 4 本文的结构安排 本文所做的工作是利用多核d s p 器件，对于w c d m a 系统的f e m t o c e l l 接 收机进行设计与实现。整个工作过程包括：对于w c d m a 系统的相关介绍，尤 其是与f e m t o e e l l 接收机的密切相关的物理层结构与信道的研究，对于整个 f e m t o c e u 接收机的功能需求的分析，对于所采用的多核d s p 器件的结构与特性 的分析，对于各个关键模块算法的研究以及各个模块实现的具体方案。 本文的主要结构如下： 第一章：绪论。介绍c d m a 技术以及3 g 技术的发展现状。介绍f e m t o c e l l 诞生的背景。 第二章：w c d m a 系统物理层信号的研究。主要是针对与f e m t o c e l l 接收机 系统关系紧密的几条w c d m a 系统中的公共物理信道进行介绍，包括其帧结构， 时序，以及w c d m a 系统中的加扰扩频等过程的实现。 第三章：w c d m a 的f e m t o e e l l 接收机的结构描述。对整个f e m t o c e l l 接收 机的各个模块进行概括的介绍，包括各模块的工作原理以及实现功和其对整个接 收系统的意义。 第四章：f e m t o c e u 接收机部分模块的算法设计。针对详细阐述小区搜索、 多径搜索以及频偏补偿模块的具体算法设计以及关键参数的设定。 第五章：f e m t o e e u 接收机的多核d s p 实现。首先介绍所采用的p i c o a r r a y 芯片的性能与特点。在此基础上，具体阐述小区搜索、多径搜索以及频偏补偿模 块的d s p 设计方案。详细论述了设计时考虑的时序、接口速率、资源分配等因 素，并在最后给出测试结果。 3 w c d m a 系统的f c m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现 文的工作进行总结，指出不足之处以及进一步 4 北京邮i u 人学硕l j 毕业论文w c d m a 系统的f e m t o c e l 接收机的多核d s p 实现 第二章w c d m a 系统相关物理层信道介绍 f e m t o c e l l 接收机在功能主要实现小区搜索以及对小区的广播信道( b c h ) 的解码工作，它在功能上类似于一个用户终端( u e ) ，要对基站的信号进行接收。 但是与真正的终端相比，它所实现的功能相对较少，这也正是f e m t o c e l l 接收机 在实现上可以做到低成本的一个原因。正由于f e m t o c e l l 接收机的以上功能决定 了它主要是利用w c d m a 系统中的下行链接几条公共物理信道，这些公共物理 信道在接收端与基站建立通信时起着非常重要的作用。本章主要介绍这些与 f e m t o c e l l 接收机密切相关的公共物理信道，同时介绍w c d m a 系统中的信号处 理流程，如加扰和扩频等操作，是后文阐述f e m t o c e l l 接收机的原理、设计和实 现的基础。 2 1w c d m a 系统无接口中的传输信道与物理信道 w c d m a 无线接口【2 】又被称为p 接口，它指的是移动终端( u e ) 与无线接 入网( i 瓜a n ) 之间的无线接口，按照无线接口协议中所做的定义，无线接口 的结构可以分为三个层次t 即物理层( l 1 层) ，数据链路层( l 2 层) 以及网络 层( 玛层) 。其中数据链路层又分为2 个子层：媒体接入控制协议层( m a c ) 以及无线链路控制协议层( r l c ) 。不同层次之间是由不同的信道进行信息的传 输。逻辑信道负责的是r l c 层传输与m a c 层之间的信息传输。而m a c 层与物 理层之间通过传输信道来传输信息。物理层信道则是数据在空中传输时的最基本 的载体。本文所做的工作主要集中于物理层的物理信道。因此，对于m a c 层及 其以上的层次和层次之间的信道不作具体描述。下面对传输信道以及本文中所涉 及到的物理信道进行介绍。 传输信道是物理层对m a c 层提供的服务的接口。传输信道根据其所传输的 信息的使用者的不同，可以分为专用信道和公共信道两大类。它们之间的主要区 别在于公共信道资源可由小区内的所有用户或一组用户共同分配使用，而专用信 道则只能够被专门的单独用户所使用。 传输信道到达物理层以后映射成为不同的物理信道。 2 2 传输信道与物理信道的映射关系 图2 - 1 显示了部分传输信道与物理信道时间的映射关系，如图所示。 5 本小节主要对于本文工作中所涉及的几条w c d m a 系统的物理层信道进行 描述，其中的几条公共物理信道是f e m t o c e l l 接收机所必须使用的物理信道，以 达到同步和译码的目的。这些信道包括：主同步信道p s c h 、辅同步信道s - s c h 、 公共导频信道c p i c h 和公共控制物理信道c c p c h 。下面逐一进行介绍p l 。 1 ) s c h ( 同步信道) 由两部分组成：如下图所示：p s c h ( 主同步信道) 和s s c h ( 辅同步信道) 。 主同步信道 辅同步信道 ：时隙0 - l 冈 1 1 一 l 时隙i i 罔 1 一 回团 舅：。 ：2 - 5 6 i 码片 r 孺嘶一 i 时隙1 4 固 一团 1 个无线帧( t o m s ) 图2 - 2 同步信道的无线帧结构【3 l 图2 2 描述了主同步信道和辅同步信道的物理帧结构。可以看到，它们都是 长度为2 5 6 个码片的码片序列，都是位于每一帧( f r a m e ) 内的每一时隙( s l o t ) 的起始位置。在实际进行无线传输时，主同步信道和辅同步信道是叠加在一起进 行传输的。两条同步行道分别承载了不同的码字，即分别是主同步码( p s c ) 和 6 北京邮电人学硕l ：毕业论文w c d m a 系统的f e m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现 辅同步码( s s c ) 。以下详细介绍主、辅同步码的产生方法。这两种码字在同步 模块中非常重要。 p s c h ( 主同步信道) 的2 5 6 个连续的码片在每个时隙的发送内容都是相同 的。这2 5 6 个码片被称为主同步码( p s c ) 。首先，定义两个1 6 比特的序列a 和 v 如下： a = v = 那么实际中p - s c h 信道上承载的主同步码为c p s c = ( 1 + j ) x a v ，这里 代 表k r o n c c k e r 乘积。( 1 + j ) 分别表示正交的两路信号。可以看到，同相分量和正 交分量两路的上的p s c 码是相同的。 对于s s c ( 辅同步码) 的定义，先定义如下序列： u = b = 定义2 5 6 长度序列：z = u b ，此处。为k r o n e c k e r 乘积。 再定义h 。是k 阶哈达马矩阵( h a d a m a r d ) ，哈达马矩阵的定义式可以由如 下的迭代计算式得到： 风一( 1 ) 帆院裳。卜l 式( 2 - 1 ， 如果定义表示k 阶哈达马矩阵以得第m 行，则实际中s s c h 信道上承 载的主同步码为： c 岛k = ( 1 + d j i l 。t 0 ) z i ) ，h m ( 1 ) z ( 1 ) ，| i i 艉c 2 ) z c 2 ) ，k ( 2 5 5 ) xz 2 5 5 ) 其中m = 1 6 ( k 一1 ) ，k = 1 ，2 ，3 ，1 6 。由此可知，s s c 码总共有1 6 个。( 1 + j ) 分别表示正交的两路信号。可以看到，同相分量和正交分量两路的上的s s c 码 是相同的。 对于同一帧内的1 5 个不同的时隙，每个时隙头起始位置上的2 5 6 个码片上 承载的都是这1 6 个s s c 码中的一个，不同的时隙头上面的s s c 码可以相同，也 可以不同。协议中详细规定了对于一个完整的帧结构中的1 5 个s s c h 位置，共 有6 4 种可能s s c 码组合。 7 北京邮l u 人学硕i ：毕业论文w c d m a 系统的f e m t o c e l l 接收机的多核d s p 实功 表2 - 1 辅同步码分布表h 1 扰码组时隙号码 柏毋1舵 船 舶 朽舶舸粕灼 参1 0誊1 1誊1 2 撑1 3 襻1 4 g r o u p 0 112891 01 581 01 6271 571 6 g r o u p1 1 151 6731 41 631 051 21 4 1 21 0 g r o u p 2 1211 55 5 1 2 1 6 61 121 61 11 51 2 g r o u p 3 1 231865258 44 637 g r o u p 4 121 6 8 6 1 11 551 2 1 1 5 1 21 61 12 g r o u p6 3 91 21 01 51 31 491 41 51 11 11 31 21 61 0 g r o u p5 9 51 01 2651 28976781 11 19 g r o u p6 0 51 31 51 51 48 6 71 6871 31 451 6 g r o u p 6 1 91 01 31 01 11 51 591 61 21 41 31 61 4 1 1 2 ) c p i c h ( 公共导频信道) c p i c h 扩频因子2 5 6 ，数据速率3 0 k b i t s ，其无线帧结构如图2 3 所不。 c p i c h 信道分为两种：p c p i c h ( 主公共导频信道) 和s c p i c h ( 辅公共与 频信道) 。其中，每个小区有且只有一个p c p i c h ，它一定是由该小区的主扰砭 于信道估计以及小区主扰码的搜索，十分重要。与p c p i c h 相比，s c p i c h 可 以由任一个扩频因子s f = 2 5 6 的扩频码扩频，可以由小区的主扰码或者辅扰码加 扰，而且每个小区可以有0 个、1 个或者多个s c p i c h 信道。 另外，需要说明的是，c p i c h 信道存在两种不同的发射方式，即单天线和 双天线两种发射方式。在发送分集模式下，两根天线的发射功率降为单天线时的 一半，2 号天线上的码片信息成为0 1 交替的方式。如图2 4 所示。 1 2 2 5 6 。c i ：! 一7 s l o t 舯s l o t 襻1s l o t 撑is l o t # 1 4 1r a d i of r a m e ： i f 21 0m s 图2 - 3c p i c l t 信道的无线帧结构1 3 1 8 北京邮l 乜人学硕i ：毕业论文 w c d m a 系统的f e m t o c e l l 接收机的多核d s p 实现 a a t e a m a1 a n t e n n a2 0 i o0 1 0州。州o0 1 00 i o0 l o4 0 1 4 忡州o4 0 1 4 00 i o 1 0 0 l o4 0d o1 。 0 i o - 1 1- i -州o- 1 1 ll 0 l 。4 0- i -忡- i -0 | 。0 l o l1ll 0 l o - lll 0 l o0 | o - lll s l o t # 1 4 s l o t 舯s l o t 撑l 图2 - 4 在发送分集模式下的c p i c h 信道的双天线发送样式口1 3 ) c c p c h 信道( 公共控制物理信道) 与s c h 和c p i c h 类似，公共控制信道包含p c c p c h ( 主公共控制物理信 道) 和s c c p c h ( 辅公共控制物理信道) ，其中p c c p c h 承载b c h ：s c c p c h ， 承载f a c h 和p c h ，这里只介绍p c c p c h 。 p c c p c h 上承载的b c h 信息是整个小区内的广播信息。p c c p c h 的扩频 因子s f = 2 5 6 、o v s f 码为c 2 5 6 l 。p c c p c h 在每个时隙的前2 5 6 码片内无数据发 送。具体结构参见图2 5 所示。 2 5 6c h i p s + | ( t xo f f ) ln d 删d ：a 。t 8 ab i t s 1 弋7 ls i o t 釉 s 1 0 t 群1s l o t 衔s l o t # 1 4 l - 一- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1r a d i of r a m e ：t f 21 0m s 图2 - 5p - - c c p c h 的无线帧结构嘲 4 ) d p c h ( 下行专用物理信道) ：分为d p d c h 和d p c c h 两个物理信道。 d p d c h 传输用户数据，并具有可变扩频增益，比特速率因此也是可变的。而 d p c c h 传输包含已知导频信息、功率控制命令和一个可以选择的传输组合格式 指示器组成的控制信息，比特速率恒定。从图2 6 给出的d p c h 帧结构中可以看 出d p d c h 和d p c c h 采用时分方式传送。当t f c i 被传送时，d p c h 可以包含 几个同时发生的业务；或t f c i 没传送时，d p c h 包含一个固定速率的业务。 需要说明的是，f e m t o c e l l 接收机并不涉及到对d p c h 信道的接收和检测工 作。但是，在定点仿真时，数据源的产生按照3 g p p 协议【5 】中的规定进行生成， 其中包多了6 4 条d p c h 信道，因此在此处做以介绍。 9 l d a t a l i t p c l t f c i l d a t a 2 l p i l o t i in 出妇lb i t s l n 1 1 p cb i t s ln r f ab i t si n d 。t _ 2b i t s ln p i | o lb i t s l 1 峨1 0 吃7 ls h 加is l o ll 跚册l l s 删- 4 l 图2 _ 6d p d c h d p c c h 信道结构1 3 1 2 4w c d m a 系统中的扩频与加扰 在w c d m a 系统中，信道化码用于区分同一小区中的不同信道。信道化码 又被称为o v s f 码，是因为它采用了o v s f 技术f 6 j 。 扰码的作用是将不同的终端或者基站区分开来。加扰操作是在扩频之后，所 以它不会改变信号带宽。正因为扰码的存在，不同用户的信号可以在同一频段上 发送。 图2 7 表示了下行链路的扩频与加扰过程。图中的胛一为m 号信道使用的 o v s f 码，。为扰码。编码后0 1 序列经过串并转换，映射到正交的两路，成 为符号，每路符号再进行扩频，信号的时间长度从符号级降为码片级，再由扰码 加扰。 下行物 理信道 s 图2 - 7 下行链路物理信道( 不包括s c h ) 的扩频与加扰雠木托爿彻霹 下面介绍一下o v s f 码的生成，其主要参数是扩频因子s f ，s f 表示了将一 个符号扩展成码片序列的长度，变扩频因子取值可变，由于w c d m a 系统中而 各种业务速率不同，对不同业务信道使用不同的s f 扩频来保证3 8 4 m c p s 恒定。 1 0 北京邮l 乜人学硕1 ：毕业论文 w c d m a 系统的f e m t o c e u 接收机的多核d s p 实现 o v s f 码的生成如图2 - 8 以及式( 2 - 2 ) ，式( 2 3 ) ，式( 2 4 ) 所示： s f = 1s f = 2s f = 4 图2 - 820 v s f 码的产生4 1 1 o - 1 式( 2 - 2 ) 瞄h 乏薯。h 二1 】 一， 辨 c d ，2 i 吨 c j 。2 1 + 1 1 1 c c 2 l l + t 1 2 c d 2 l 。- b c d 2 i “1 2 “1 l 2 c 矗。2 ( - 1 t 2 i 1 l l c d ， c d ，2 i ， c 曲。一j c 曲。，t i c 曲。2 1 一c 碡，。 c 曲。2 1 一c 曲2 l ，l c 曲。，- lc 曲，2 - l c d ，1一c 曲。2 1 ，i r ( 2 4 ) 斑 图2 - 91 8 位移位寄存器产生的g o l d 码的结构图h 1 图2 - 1 2 为w c m d a 下行链路的调制过程，调制器的输入信号是码片复值序 北京邮i 乜人学硕