TD-SCDMA 系统中16QAM 调制与解调在定点DSP

1、TD-SCDMA 系统中16QAM 调制与解调在定点DSP    摘 要：TD-SCDMA 系统为了提高数据传输速率，在HSPA 阶段引入了16QAM 调制方式。本文讲述了16QAM 调制与解调在定点DSP 中的实现方法，该方法快速、准确，已应用于工程实践，得到了验证。TD-SCDMA 系统的物理层大多在DSPs 中实现，本文所述方法有助于TD-SCDMA 系统的发展。关键词：TD-SCDMA；16QAM；定点DSP中图分类号：TN911.31. 引言TD-SCDMA 系统为了满足用户日益增长的对多种数据业务的需求，为了更好地与其他无线技术的数据业务竞争

2、，引入了HSDPA 和HSUPA 技术。这两种技术都采用了高阶调制，即16QAM 调制1。16QAM 调制可有效提高数据传输速率，将TD-SCDMA 系统的下行速率提高至2.8Mbps，上行速率提高至2.2Mbps。作者对16QAM 调制与解调的方法进行了研究，并基于TI 公司的TMS320C6416 DSP芯片进行了实现，此方法已应用于实际产品中，得到了验证。2. 16QAM 调制16QAM 调制过程分为数据比特映射和信号幅度控制两个部分，本节主要介绍定点DSP中的实现方法。2.1. 数据比特映射16QAM 调制时，4 个连续的二进制比特映射成一个复数符号，映射规则如表2-12。可以看出，复

3、数符号的实部和虚部一般是无理小数。为了在定点DSP C6416 上快速实现16QAM 符号映射，将表2-1 中的复数符号都乘以5 ，则映射规则变为表2-2。按照表2-2 映射后符号的实部与虚部都为整数，但符号能量也变为原来的5 倍，即不是归一化的符号。按照表2-2 规则，完成16QAM 符号映射。-2-表2-1 标准16QAM 星座符号映射规则二进制比特 复数符号 二进制比特 复数符号000015j 10001500011 25 5 + j 10012 15 5 + j00101 25 5+ j 10102 15 5 j001135j 1011350100 15110015 j01012 15

4、 5 j 11011 25 5 j01102 15 5+ j 11101 25 5 j011135111135 j表2-2 本文16QAM 星座符号映射规则二进制比特 复数符号 二进制比特 复数符号0000 j 1000 10001 1+2j 1001 2 + j0010 1+2j 1010 2 j0011 3 j 1011 30100 1 1100 j0101 2 j 1101 12j0110 2 + j 1110 12j0111 3 1111 3 j2.2. 信号幅度控制基带控制信号功率的原理如下：基带发送幅度为A= I2+Q2的信号，实际发送功率相对射频工作功率偏移为0dB ，该过程通过

5、校准实现。基带通过控制信号幅度实现实际发送功率的变化。其中，I 为基带符号实部幅度，Q 为基带符号虚部幅度。例如，当前射频工作功率为40dBm ，如果需要发送43dBm 的信号，则基带信号幅度应当为'2A = A 。由于16QAM 映射过程中将幅度变为原来的5 倍，此处需要补偿回来。如需发送相对射频工作功率3dB 的信号，则经过16QAM 映射的符号需要乘以2 5A×。该过程的实现方法如下：-3-通过查表法得到2 和5 ，进而得到取整后的'2 5A A = × ，再将16QAM 映射后的符号逐个乘以A' ，最终得到携带目标功率信息的基带信号。2.3.

6、 仿真分析利用Matlab 仿真标准16QAM 星座图和本文方法生成的16QAM 星座图。假设上节中的A = 30 ，发送信号功率偏移为0dB ，对比结果如图2-1。图2-1 A=30 的16QAM 星座对比图假设A = 5000 ，发送信号功率偏移为0dB ，对比结果如图2-2。可以看出，当A 较小时，本文方法生成的16QAM 与标准16QAM 存在较大误差。但只要A 足够大，按照本文方法形成的基带信号与标准16QAM 信号相差无几，满足质量要求。-4-图2-2 A=5000 的16QAM 星座对比图3. 16QAM 解调16QAM 解调分为相位旋转、计算信号平均幅度和符号判决三个过程，本节

7、将介绍在定点DSP 中的实现方法。3.1. 相位旋转接收到16QAM 调制信号后，首先需要进行频偏纠正和相偏纠正，得到信号的星座图如图3-1。可见，有大量在坐标轴上的符号点，不利于符号判决。为了判决准确，将已得到的信号逆时针旋转4，进而得到图3-2 所示的星座图信号。旋转后的16QAM 信号星座点远离坐标轴，有利于符号判决。可见，通过I、Q 符号的正负可方便判决当前符号所在的象限，但无法判定是当前象限中的哪一个点。为了区分一个象限中的四个点，首先需要得到图3-2 中的E1、E2、E3、E4 四个点。可通过计算信号的平均功率得到E1、E2、E3、E4 四点，3.2 节将介绍如何求得这四个点。-5

8、-图3-1 标准16QAM 星座图图3-2 旋转后的16QAM 星座图3.2. 计算信号平均幅度如果通过计算16QAM 调制信号的平均功率得到E 点，则E 点的位置与16QAM 各个星座点出现的概率有密切关系。假设当前信号只存在0000、0100、1000、1100 四个点，则得到的E 点与当前信号点重合，判决结果也会出错。计算信号平均功率即是计算一个Burst 的平均功率，TD-SCDMA 中一个Burst 由数据域和训练序列两部分组成3，可通过计算Burst-6-中训练序列平均功率得到信号平均功率。假设接收到的训练序列符号为0 0 mi +jmq ,mi1+jmq1,.,mi143 +jm

9、q143 ， i q E =E+jE ，则1432 20( )144ik qkki qm mL E E =+= = =（1）得到E1、E2、E3、E4 分别为L + jL 、L + jL 、L jL 、L jL ， L 即是符号判决时用到的重要参数。3.3. 符号判决根据图3-2 可以看出，Y 轴正半轴两个象限符号的第一个比特都为0，Y 轴负半轴两个象限符号的第一个比特都为1， X 轴正半轴两个象限符号的第二个比特都为1， X 轴负半轴两个象限符号的第二个比特都为0。假设当前需要判决的符号为I + jQ ，Q<L则第三个比特为0，反之为1。I < L 则第四个比特为0，反之为1。据

10、此，总结出判决公式如下：假设需要判决的符号为I + jQ ， L 为3.2 节计算出的结果，判决后的四个二进制比特为0 1 2 3 b bb b ，则0 b =Q< 0 ， 1 b =I> 0 ， 2b =Q>L， 3b =I >L （2）对一串符号的判决过程需要反复进行符号判决操作，按照公式（2）进行符号判决，不使用ifelse 或switchcase，可有效利用DSPs 流水机制4，提高解调速度。3.4. 仿真分析TD-SCDMA 系统中一个Burst 长675 s ，其中数据域由704 chips 组成，训练序列长度为144chips。对于扩频因子为16 的情况，

11、一个Burst 有44 个符号。基于TMS320C6416 DSPs实现本文所述的16QAM 解调算法，消耗时钟如表3-1。表3-1 16QAM 时钟消耗符号长度 消耗时钟 速率44 符号 610 13.86 时钟/符号C6416 DSPs 为720MHz，675 s 可处理486000 时钟，则利用本文中的16QAM 解调算法，处理44 符号解调，耗时占处理能力的0.126%。4. 结论本文讲述了TD-SCDMA 系统中16QAM 调制与解调在定点DSP 中的实现方法，本方法可在DSP 芯片中高效运行，且精度符合要求。-7-参考文献1 谢显中TD-SCDMA 第三代移动通信系统技术与实现M北

12、京：电子工业出版社，20042 3GPP 25.223，Spreading and modulation（TDD）S3 3GPP 25.221，Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels（TDD）S4 李方慧，王飞，何佩琨等TMS320C6000 系列DSPs 原理与应用（第2 版）M北京：电子工业出版社，2003The Implementation of Modulation and Demodulation of16QAM in TD-SCDMA in Fixed-point DSPC

13、hi Shuai, Ling FengSchool of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts andTelecommunications, Beijing (100876)AbstractTo increase the throughput of TD-SCDMA, a new modulation scheme 16QAM has been introduced inHSPA. This essay represents the implementation of modulation and demodulation of 16QAM infixedpoint DSP. The algorithm introduced in this essay is efficient and accurate. It has already beentested and verif