国家高技术研究发展计划计划课题申请书

1、二、 课1.主要研究内容、拟解决的技术难点，以及预期达到的目标、主要技术指标和水平以网络通信、软件和微电子为主要标志的信息产业的飞速发展，为我们提供了一 个前所未有的发展机遇、营造了一个难得的市场与产业环境。集成电路作为电子工业 乃至整个信息产业的基础得益于这一难得的机遇，呈现出快速发展的态势。以软硬件 协同设计(Software/Hardware Co-Design)、具有知识产权的内核(Intellectual Property Core ,简称IP核)复用和超深亚微米(VeryDeepSub-Micron ,简称 VDSM/ 术为支撑的系统级芯片(System on Chip ,简称SO

2、C是国际超大规模集成电路的发 展趋势和新世纪集成电路的主流。现代通信技术的发展正在向个人化、宽带化和移动化方向发展。伴随着第三代移 动通信时代的到来，网络提供的业务将变得丰富多彩，包括话音、数据、定位、音频、 视频以及一些人们现在还想象不到的业务。用户手中的移动终端不再是仅能通话的手 机，而更像一台多媒体电脑终端。为了实现这些业务，同时满足人们对移动终端体积 小、耗电省、价格低的要求，研发工作的焦点将集中在第三代移动终端SOC平台的设计开发方面，3G终端系统对系统级芯片(SOC行业的推动作用日益显现，也给所有 从事这一领域工作的科技人员带来了挑战。第三代移动通信存在三种标准： WCDM ACD

3、MA2000TD-SCDMA从长期来看，WCDM 在全球经济规模上将要比CDMA2000g有优势。当更多的厂商生产 WCDMA机和系统， 加入竞争，必然导致产品的性价比迅速上升，进而导致更多白运营商采用 WCDMA络， 吸引更多的用户使用 WCDMA机，催生出更大的市场，进而吸引更多的厂家参与到 WCDMA济圈中，最终形成一种良性循环。尤其在中国，由于中国移动已拥有庞大的 GSM/GPRS络，在发展3G时，除选择 WCDMA外，中国移动几乎难以有其它第二种选择。而作为新参与者的中国电信与中 国网通，由于没有这种路径依存特征，既可以选择 WCDMA可以选择CDMA200Q0他 们在选择标准投资时

4、，必须考虑在经济上有所收益。唯有选择WCDMAt能站在比联通更高的技术起点，才能获取更大的胜算。可以预见，除了联通公司，其它的运营商 都有极有可能选择WCDMA因此，本项目将定位于 WCDMA/GSM真终端的基带处理 SOCCF台。北京星河亮点通信软件有限责任公司（以下简称星河亮点公司）将与北京邮电大学无线新技术研究室（以下简称WTI研究室）合作，抓住SOU业链的关键环节（SOCS计）,共同申请该项目。同时星河亮点公司为了振兴民族企业、带动国内SOCT业链的发展、抓住商机，还与位于产业链上、下端的国内多家通信企业（见附录 1）建立了伙伴关系，达 成合作协议，走国有化道路，力争在2004年底推出

5、具有国内自主知识产权的 WCDMA/GSM 多模终端基带处理SOC该项目的实施将会带动国内企业的发展、推进第三代移动通信SOC的开发、给国内的移动通信厂商的无线通信及网络通信设备的开发和产业化提供新一代专业解决方功能概述本项目将研究第三代移动通信SOC台，定位于WCDMA/GSM终端的基带处理SOC 的开发。该平台同时支持 WCDMAGSM GPRS统的通信标准；集成高性能嵌入式微处 理器、高性能数字信号处理器、大容量非挥发存储器、若干个数据存储器、若干个数 模、模数转换器、其他类型的外设接口和驱动器、嵌入式操作系统以及必要的应用程 序接口；该SOCF台可以根据需要进行重构和再配置；利用该 S

6、OCF台可以实现至少两 种应用。拟解决的技术难点如下：1、软硬件协同设计技术软硬件协同设计技术，是在系统级上比较不同实现结构的选择对产品性能的影响， 从而进行设计的权衡。它覆盖设计过程的许多方面，包括：系统说明与建模、异构系 统的协同仿真、软硬件划分、协同验证、总线和处理器负载分析，性能和耗费评估等。2、多模式的实现在未来一段时间内，2 G、2 . 5 G将与3 G共存，也就是说 WCDMA机必须能 向后兼容 GS防口 GPRSfU式、向前能支持 3GPP勺 Release99、Release4、Release5 版 本。实现互连互通、实现全球漫游、实现多模式多标准兼容在 WCDMA机的开发中

7、显 得尤为重要。支持多模式需要在基带处理芯片中使用更为复杂的 MClfHD S P。在发 射机和接收机部分继续使用硬件的同时，在语音、数据和网络功能方面将更多地使用 软件，也就是说将软件无线电技术用于多模移动终端的开发。3、提高集成度第三代移动终端正向着小型化、高存储能力、低功耗的方向发展。为了实现这些 目标，就需要研制出高集成度的芯片：除了嵌入的处理器和基带处理所需的相关外围 逻辑电路外，还要集成声码器、DSP核等IP核，以实现话音编译码、基带模拟发送 和接收、A /D转换、D / A转换和P L L功能。未来WCDMA机处理的数据量将大大高于现有的移动终端，因此是否拥有大量的 存储空间也是

8、WCDMA机的重要特征。另外，WCDMA模终端SOCCF台还将包含多个 MCU及DSP,计算强度高于现今普通PC ,其功耗大大提高。功耗问题影响着终端 的小型化、通话时间的长短、功能的强弱等诸多方面。因此功耗的降低成为技术难点 之一o4、丰富的接口能力对于WCDMA机而言，为了实现更多的多媒体功能以及越来越丰富的应用，超强 的接口能力成为设计的重点。 WCDMA机至少应该具有一个I r D A或U S B的接口， IrDA接口和USB口是目前最常用的接口； U S B接口可以实现与P C和外围设 备的高速连接。还应该具有键盘接口、语音接口、USIM口、UARTR、测试接口等等。技术指标技术指标

9、将按遵照如下协议：GSM Release 1999 specificationgeneral description of a gsm public land mobile networkabbreviations and acronymsgprs requirementstypes of mobile stationsmobile station featuretechnical performance objectivesdiscontinuous reception in the gsm systemfunctions related to mobile station in idle

10、modecharacterization. test mothods and quality assessment for handfree mobile stations overall description of GPRS radio interfacemobile station-base station system interface general aspects and principlesgsm public land mobile network access reference configurationmobile station-base station system

11、 interface channel structure and access capabilitylayer1-general requirementperformance requirements on mobile radio interfacerate adaption on the mobile station-base station system interfacephysical layer on the radio pathmultiplexing and pultiple accsee on the radio pathchannel codingmodulationrad

12、io transmission and receptionradio subsystem link controllink adaptationradio subsystem synchronizationbackgroud for RF requirementfull rate speech processing functionsfull rate speech transcodingcomfort noise aspecets for full rate traffic channeldiscontinuous transmission for full rate speech traf

13、fic channelsvoice activity detectionenhanced full rate speech processing functionANSI-C code for enhanced full rate speech codetest sequece for GSM enhances full rateperformance characterization of the GSM EFR speech codecenhanced full rate speech transcodingsubstitution and muting of lost frame for

14、 enhances full rate speech trafficchannelcomfort noise aspect for enhanced FULL RATE speech traffic channelsANSI-C code of the selectd AMR-NS algorithmdiscontinuous transmission fr enhanced full rate speech tranffic channelsvoice activity detection for enhances full rate speech traffic channelsAT co

15、mmand set for gsm mobile equipmentconformance specificationmobile station conformance specification -icsmobile station conformance specification -abstract test suitesspecification of subscriber identity module-mobile equipment interfacespecification of the volt subscriber identity module-mobile equi

16、pmemtinterfaceattachment requirement for GSM mobile station:accessattachment requirement for GSM mobile station:accessattachment requirement for mobile stations in the DCS1800 band and additionalGSM 900 band:accessattachment requirement for mobile stations in the DCS1800 band and additionalGSM 900 b

17、and:access attchment requirements for GSM:General pachet radio service:mobilestation:accessReport on multi-mode UE issues; ongoing work and identified additional workUE Capability Requirements (UCR)Multi-mode UE issues; categories, principles and handover requirements between UMTS and GSM or other r

18、adio sytemMan-Machine Interface (MMI) of the Mobile Station (MS)Mobile Station Application Execution Environment (MExE); Stage 1General Packet Radio Service (GPRS); Stage 1Organisation of subscriber datahandover proceduressupport of dual tone multi frequency signallingbasic call handling-technical r

19、ealizationmultiple subscriber profile(msp):stage2UE Radio transmission and reception (FDD)UTRA (BS) FDD; Radio transmission and receptionRequirements for support of radio resource management (FDD)channelsPhysical layer -General DescriptionPhysical channels and mapping of transport channels onto phys

20、ical (FDD)Multiplexing and channel coding (FDD)Spreading and modulation (FDD)Physical layer procedures (FDD)Physical layer; Measurements (FDD)Radio Interface Protocol ArchitectureServices provided by the physical layerUE functions and inter-layer procedures in connected modeUEProcedures in Idle Mode

21、and Procedures for Cell Reselection in ConnectedModeUE Radio Access capabilities definitionRequirements on UE supporting a release-independent frequency bandPhysical layer items not for inclusion in Release 99Radio Interface for Broadcast/Multicast ServicesRF system scenariosChannel coding and multi

22、plexing examplesAMR speech Codec; General descriptionAMR speech Codec; C-source codeAMR speech Codec; Test sequencesAMR speech Codec; Transcoding FunctionsAMR speech Codec; Error concealment of lost framesAMR speech Codec; comfort noise for AMR Speech Traffic ChannelsAMR speech Codec; Source Control

23、led Rate operationAMRSpeech Codec; Voice Activity Detector for AMR Speech Traffic ChannelsAMR speech Codec; Frame StructureAMR speech Codec; Interface to Iu and UuCodec listsAMR speech Codec; Floating point C-CodeEcho Control For Speech and Multi-Media ServicesGeneral on Terminal Adaptation Function

24、s (TAF) for Mobile Stations (MS)AT command set for 3G user equipmentGPRS mobile station supporting GPRSterminal equipment to user equipment multiplexer protocol user equipmentCommon Test Environments for User Equipment (UE) Conformance TestingLogical Test Interface (TDD and FDD)Terminal Conformance

25、Specification, Radio Transmission and Reception (FDD)UE Conformance Specification, Part 1Conformance specificationUE Conformance Specification, Part 2ICSUE Conformance Specification, Part 3Abstract Test suitesElectromagnetic compatibility (EMC) requirements for Mobile terminals and ancillary equipme

26、nt技术方案SOCS 计本项目对于SOCCF台的主要研究重点放在对设计流程、软硬件协同设计方法、可 测试性设计方法以及低功耗设计方法的研究与探索。SOCS计流程：SoC设计是一个非常复杂的工艺流程。 本项目是针对无线通信的SoC设计，所以在 设计的过程中会涉及通信、计算机和微电子等相关学科。在每个学科中都有不同的研 究对象和研究方法。如果在设计中使用一个单一的、跨学科的仿真验证平台是不现实 的。我们将使用分析的方法，将 SOCS计分解成以下不同的步骤，根据每个步骤中的 不同的研究对象采用不同的研究方法和实现工具，对每一个步骤的成果进行科学审慎 的验证和评估，最终实现 WCDMA摸终端的SOCS

27、计。具体的设计步骤包括系统需求分析、算法开发、系统分析、系统划分、软硬件协 同设计、系统集成、物理综合、后端物理设计和流片等，下图是整个设计流程的示意 图。星河亮点公司与WTI研究室在WCDMA模终端SOC的研发方面已经具备一定的积 累，已经基本完成了设计流程中前两个步骤的工作，目前正在积极进行第三步的系统分析工作。图1SOCS计流程第一步，系统需求首先，根据863项目的需求，确定具体的设计内容、支持的功能和协议的版本以 及研发工作的进度安排。第二步：算法开发：在对GSM GPR辞口 WCDMA相关协议和行业规范进行深入细致地研究之后，使用 链路级仿真工具对 WCDMA模终端的算法进行功能仿真

28、、性能的浮点仿真和定点仿真。第三步：系统结构设计：根据项目要求，对系统进行分析，确定系统的功能和结构，划分功能模块及定义 各个模块间的接口，确定芯片内部的总线结构、系统平台、并进行系统整体性能的分 析等等。同时要画出系统框图，框图由各个功能模块组成。根据系统框图及可供选择的IP库，针对开发的时间要求、性能、规模、成本和功 耗等不同方面的系统设计目标来评估IP核并考虑IP核的品质、集成的方便程度和可 重用性以及IP核的支持性因素等等，确定相应的IP核，得到系统的结构说明。采用系统级设计语言对整个系统进行建模、模拟仿真、系统功能验证。得到一个 可执行的系统级功能说明，构成整个 SoC的虚拟平台。,

29、系统分析划分功能模块IP块选择与评估用系统级设计语言描述各个功能模块的算法将各个功能模块连成一个系统系统验证：建立一个测试平台(Test Bench)。测试平台也由各个功能模块组成。测试平台产生模拟实际系统工作的激励信号和工作环境，并监测测试结果。测试平台和系统连在一起就构成了一个仿真系统， 可以验证各个模块的相互关系和系 统的整体性能。第四步，系统划分：根据系统的结构说明，对系统进行软硬件划分，确定相应的软硬件接口定义。把 系统的功能说明划分为两部分：一部分用硬件来实现，一部分用软件来实现。第五步，模块设计及验证：对划分后的软硬件进行描述。同时进行验证和性能评估。其结果是得到系统的硬 件体系

30、结构和软件结构，这一步与前一步存在一个迭代的过程。模块重用：由IP实现的功能模块要进行IP硬化、IP建模、验证、集成。SoC中使用的某些 IP可以从IP供应商处获得，包括用于仿真验证的IP和可实现的IP。模块创建：对于划分为软件实现的功能模块，将系统级设计语言转换为微处理器或 DSP可执 行的汇编语言。将系统级设计语言转换成汇编语言的过程可以是手动编写，也可以由 编译器自动完成。具体采用的方式由编译器的效率决定。对于划分为硬件实现的功能模块，则按照已定义号的接口和功能使用HDL语言完成模块级的RTL或行为级代码。模块验证：软件模块可以在已经建立好的“虚拟”平台上进行验证。传统的软硬件联合验证

31、需要在硬件RTL代码完成之后进行联合仿真，但这种方法不适合于SoC中大规模的软件验证。由于前述的“虚拟”平台建立在更高的抽象层次上，可以较充分的完成SoC软硬件联合验证。硬件模型也要进行优化和验证。优化的目的是为了提高电路结构的 性能。验证是通过仿真实现的，为了仿真，就要建立测试平台(Test Bench),用HDL语言及专门的测试平台生成语言和工具描述该测试平台，从而产生激励信号，对硬件 模块进行仿真。在模块验证过程中要进行代码覆盖和功能覆盖的测试。传统的硬件仿真是通过检查输出的信号波形或信号信息文件完成的，在 SoC设计 中，为了更有效的完成验证过程，可以采用包括基于断言的仿真验证(Ass

32、ertion based verification )方法。硬件模块创建与验证的具体步骤:RTL设计生成RTL的测试向量进行模块级RTL设计的测试一般来说，测试向量的生成和电路的 RTL实现可以同时进行。这样做的好处是测 试和实现人员分开，有利于提高代码的质量并加快开发的速度。图2 数字部分设计流程第六步，系统集成：经过模块级的设计和验证，可以认为各模块都基本满足了设计的要求，此时可以 将各个模块组装在一起，确定模块之间的配合协调一致，并对系统进行测试和验证工 作。在系统集成的阶段可以将模拟电路以及系统软件加在整个系统中进行联合仿真， 以确定系统的性能。此时要使用模拟电路的仿真软件。第七步，物

33、理综合：物理综合完成RTL至门级网表的综合，并完成以下工作：1、可测性设计2、芯片测试向量生成3、低功耗设计4、门级验证:后仿真：,静态时序分析形式验证物理综合是SOCJ计中非常重要的组成部分，尤其是电路的设计在深亚微米工艺 的时候更为重要。例如线延迟所带来的影响已经使传统的综合优化技术不能有效解决 SoC设计所面临的挑战。同时可测性设计和低功耗设计等技术也在SoC设计流程中与传统的综合优化技术有机的融合在一起构成物理综合的重要组成部分。第八步，后端物理设计：后端物理设计主要包括后端物理实现级物理验证，例如布局布线、参数提取、电 路仿真、版图物理验证等步骤。主要内容包括：门级电路的布局步线提取

34、时延参数晶体管时延参数的提取晶体管测试申扰测试、信号完整性分析低功耗测试封装设计和测试大规模的SoC和深亚微米技术对后端物理实现和验证环境在效率、速度和准确性 上面都提出了更高的要求。第九步，流片：该步骤由台湾联华电子股份有限公司协助完成。星河亮点公司已经与台湾联华电 子股份有限公司(以下简称台湾联电，见附件台湾联华电子股份有限公司简介)签订了合作协议，发挥台湾联电在IP核以及晶圆方面的优势，促进WCDMA/GSM真终端 SOC勺研发。SoC设计需要先进的设计流程和方法学的支持，上面所述的SoC设计步骤是SoC设计流程中所包含的主要方面，它们是相互关联而不可分割的。跟踪研究软硬件协同设计方法：

35、SOC勺设计技术是基于平台的设计技术，由于 SOO一个集成了众多IC功能的的 系统芯片，规模庞大、结构复杂、而且性能要求较高，这就使得出错后的检查变得非 常困难甚至不可能，因此软硬件协同设计方法的重点是在顶层完成系统仿真验证，保证在最底层模块设计之前整个系统的所有功能都已完成并经过验证。其次，该方法与传统的设计方法的显着区别便是原来的顺序式设计变为现在的并行式设计，所有的设计问题都要在设计之初考虑到并提出相应的解决方案。最后，在真正子模块设计之前，所有的设计工作都是基于虚拟模块完成的。在软硬件协同设计中需要解决的问题 有：(1 )系统描述的规范性，包括系统行为描述的规范和系统结构描述的规范。为

36、了便于 系统性能仿真，系统描述必须是规范的描述，只有这样才可以解决描述不匹配的问 题，才可以使性能仿真人员快速的进行仿真，节省从系统描述到性能仿真的过渡时 问。(2 )虚拟模块的集成问题。由于SOC所使用的IP核可能取之不同的来源,所以必须 对其进行必要的描述，以便解决不同虚拟模块在同一个仿真环境中进行仿真的问题。(3 )软硬件虚拟模块协同仿真技术。仿真始终是 SOC设计的关键和难点，SOC仿真涉 及到虚拟软件和硬件模块的并行仿真，使之较传统的IC仿真技术有过之而无不及， 因此必须利用相应的 EDA(Electronic Design Automatic, 电子设计自动化)工具,采 取先进的协

37、同仿真技术，才能达到协同仿真的目的。(4)软硬件优化划分的方法。要根据不同的设计需要采用不同的划分方法，如果此步没 有做好，就会导致系统整体结构或性能的不优化，造成系统成本升高，并且给最后的系统验证带来困难。软件和硬件设计组不是两个独立的设计单元，而是在设计之初便交织在一起，相互提供设计平台，相互作用，真正实现了二者的并行性。另外在软硬 件划分之后的硬件设计过程中仍保持并行设计的思想，即功能设计、物理设计、时序 设计和各自的验证都是从设计初并行展开的，而不是在实现某种设计之后再考虑另一 个设计。总而言之，不管是整体设计还是局部设计 ，并行的思想始终贯穿于设计之 中，这也是软硬件协同设计技术的核

38、心。研究可测试性设计方法：系统级芯片是将IP核和用户自定义逻辑一起集成，IP核深埋在芯片中，不能事 先测试，只能在系统级芯片被制造出来后作为系统级芯片的一部分和芯片同时测试。因此对系统级芯片测试存在许多困难，IP核深埋在芯片之中，不能用测试单个独立芯核的方法去处理集成后的芯核测试。只能通过某种电路模块的接入将芯核和外围测 试资源接通，常用的方法有以下几种：(1 )并行直接接入技术，它是将芯核的I /O端直接接至芯片的引出端，或者通过多 路选择器实现芯核I /O端和芯片引出端公用。(2 )串行扫描链接入法，本方法是在芯核四周设置扫描链 ，使芯核的所有I /O都能 间接的与外围接通。通过扫描链，可

39、以将测试图形传至测试点，也可以将测试响应结 果传出。边界扫描技术就是一种特定的接入方法。(3 )接入功能测试机构，这种方法是在芯核周围接入逻辑模块以产生或传播测试图 形。以上各种方法各有优劣，我们的研究将定位于综合研究这些测试方法，开发一种新型的可测试方法，建立一个统一的可为测试装置控制的整体。来完成对一个完整的 系统级芯片的测试。研究低功耗设计方法:系统级芯片因为有百万门以上的集成度和在数百兆时钟频率下工作，将有数十瓦乃至上百瓦的功耗。巨大的功耗给使用封装以及可靠性方面都带来问题，因此降低功耗的设计是系统级芯片设计的必然要求。我们将在整个设计过程中考虑低功耗的指标： 在系统设计、结构设计、逻

40、辑设计、电路设计、器件设计、版图设计等各个步骤，都 采用低功耗数字集成电路设计方法。例如：(1 )在系统设计方面，降低工作电压是一方面，但太低工作电压将影响系统性能。比 较成熟的方法是采用空闲(IDLE)模式和低功耗模式，在没有什么任务的情况下 使系统处于等待状态或处于低电压、低时钟频率的低功耗模式。另外可以采用可编程 电源。(2 )在电路组态结构方面尽可能少采用传统的互补式电路结构，因为互补电路结构每个门输入端具有一对P、NMOS管，形成较大的容性负载,CMOS电路工作时对 负载电容开关充放电功耗占整个功耗的百分之七十以上，因此深亚微米的电路结构多选择低负载电容的电路结构,如开关逻辑,DOM

41、I NO逻辑以及NP逻辑,使速度 和功耗得到较好的优化。(3 )低功耗的逻辑设计。一个工作在数百兆频率的系统不可能处处都是以几百兆频率 工作，对于电路中那些速度不高或驱动能力不大的部位可采用低功耗的门，以降低系统功耗。因此在逻辑综合时就将低功耗优化设计加进去，在满足电路工作速度的前提 下，尽可能用低功耗的单元电路。(4)采用低功耗电路设计技术,MO S输出电路几乎都采用一对互补的P、NMO S 管，在开关过程中，在瞬间存在两个器件同时通导，造成很大功耗。对系统级芯片引 脚多，电路频率高，这一现象更为严重，因此在电路设计时应尽可能避免这一问题的 出现以降低功耗。硬件平台设计：WCDMA/GSM模

42、终端基带处理SOC的硬件平台包括：WCDMA字基带处理单元、 GSM/GPRS字基带处理单元、混合信号处理单元、处理机单元、时钟电路、存储单元、 外部存储器控制单元以及各类接口单元等：图3 硬件平台框图WCDMft字基带处理单元主要完成WCDMA带信号的调制解调、RAK或收机、业务复用和解复用、编译码、 小区搜索、自动频率控制信号（AF。、自动增益控制（AGC等功能。GSM/GPRS字基带处理单元主要完成GSM/GPRS带信号的处理。处理机单元实现通信协议栈中高层协议处理功能；支持用户的操作界面；完成对其他各单元 的控制功能；对外提供各种必须的接口机制，包括：USB8 口、以太网接口（可选）、

43、异步用口、LCD显示器、PCMCI底口、卜DA、键盘等。混合信号处理模块实现数字信号到模拟信号的转换以及模拟信号到数字信号的转换。主要包括基带 I/Q信号的模数和数模转换、自动增益控制（AGC信号的数模转换、自动频率控制（AFC 信号的数模转换等。时钟模块为系统提供基准时钟，时钟模块由基带处理模块的AFC空制。存储单元及外部存储器控制单元实现系统的数据存储和程序存储。外围接口单元包括键盘接口、LCD# 口、以太网接口、串行接口以及其它扩展接口。WCDMA字基带处理单元WCDMA字基带处理单元是本次研发的重点之一。WCDMA字基带处理单元从功能 上划分为基带发送单元和基带接收单元，主要采用可重构

44、硬件和软件混合设计的方式 来实现。软件的作用是协调基带发送单元、基带接收单元以及各个模块的工作。发送 的信源数据和解调的数据通过它和外界的接口完成交互；运行底层的协议；另外当基站处于压缩模式的时候，起到主要的协调作用。可重构硬件主要完成诸如扩频接收、解扩以及编译码等处理。原则上将运算量大、实时性高的部分放到硬件中完成(例如 CHIP级的处理)，而将灵活的部分放到软件中实现(例如SYMBOLS的处理)，这种方法可以大大缩短设计的周期，提高设计的灵活性。下图给出了 WCDMA字基带处理模块的框图：图4WCDMA字基带处理模块框图基带接收单元基带接收单元接收来自混合信号处理单元的信号，并根据信号计算

45、出信号功率， 调整AGC勺控制信号；对接收信号进行小区搜索、相位搜索、解调、译码等处理。小区搜索模块：基带接收单元最初的工作是同步。WCDM源统的载频同步和系统同步是共同完成的，系统同步采用三步小区搜索来完成。小区搜索利用两个下行同步信道(Primary SCH 和Secondary SCH)和P-CPICH来完成。小区搜索分三步进行：第一步：时隙同步小区搜索模块对小区的主同步信道(Primary SCH )进行搜索。这个步骤的主要 目的有两个：一是对移动台的时钟模块的基准频率进行粗调，减小移动台与基站之间 的频差；二是使移动台获得与最强基站的时隙同步。图5PSCH5索顶层框图对PSCHH勺搜

46、索步长为1/2个chip。图中两个1/2码片搜索器的结构是相同的：由 一个1/2码片匹配滤波和一个FIFO缓冲累加器组成。两个部分联合起来，可以实现对 每一个相位点的测量。图61/2码片搜索器的结构框图第二步：扰码码组识别和帧同步小区搜索模块对基站的第二同步码进行处理。其使用的相位得自第一同步码。此 步的功能是使移动台实现与基站的帧同步，并确定基站使用的扰码组。图7 S-SCH搜索方案第三步：扰码识别小区搜索模块对公用导频信道进行运算相关，完成小区主扰码的确定工作。图8 P-CPICH解调单元顶层框图小区搜索完成之后，移动台将不断地对此时的信道环境作比较系统的评估，得到 各个路径的位置和延时扩

47、展的参数。在对信道环境进行详细的评估的过程中，移动台 可以根据各个路径的频差更加合理地调整时钟模块的频率，并得到基站是否使用前向 发送分集的判断。不论移动台处于待机状态还是处于通信状态，小区搜索模块时刻都在对信道环境 进行评估，一旦发现本小区信号的信噪比低于相临小区的信噪比并满足切换策略的时 候，就可以进入切换流程。当移动台在通信状态进行切换的时候接收机使用宏分集技 术对前向信号进行解调。这样在切换的时候不易掉话搜索器模块：由于WCDMA术可以区分无线电波不同的到达路径，所以接收机采用RAK或收机。 在RAKES收机中要对不同径的信号进行解调并进行合并。不同径的信号幅度，相位不同，而且随着移动

48、台的位置变化，不同径的信号幅度，相位会发生变化，甚至这个径 的信号会消失，或者产生新的多径信号，因此需要在解调之前搜索到足够多的径参加 解调。这里的搜索和小区搜索第三步的搜索有类似之处，都是对P-CPICH信道的搜索。不同的是在小区搜索第三步中，我们还不知道该小区中所用的主扰码，因此是用同一 个主扰码组中的8个不同主扰码来对P-CPICH进行相关，选出相关能量最大值，从而 确定小区使用的主扰码，识别基站的身份。而在这里，通过小区搜索，我们已经知道 了该小区使用的主扰码，需要知道的是各个径的偏移量，因此是用主扰码的不同相位 来对接收信号进行相关运算，得到若干个能量最大的位置。图9 P-CPICH

49、搜索框图码片相位点进行搜索，搜索窗口控制了搜索器搜索的范围，扰码产生器生成不同相位 的扰码给搜索器使用。从两个搜索器搜索出来的能量送到能量排序单元按照能量的大小进行排序，排序 的结果送到搜索结果寄存器，由 CPU实取每一路搜索器框图去能量排序单元图10每路搜索器框图能量计算单元完成对P-CPICH的能量计算和存储。从匹配滤波器送出的数据直接存储到中间结果存储器中，经过累加长度 1次的累加之后，n个数据送往每个相位点的能量计算单元进行能量计算，得到的结果送往第2次累加结果存储器按照累加长度2寄存器的设定的长度进行第2次累加。最后的能量结果送往能量排序单元进行 排序。图11能量计算单元框图匹配滤波

50、器的结构如图所示:图12 匹配滤波器框图相干解调模块：由于前向信道中包含公用导频信道， 所以在WCDMA向信道中使用相干解调技术。 另外由于WCDMA术可以区分无线电波不同的到达路径，所以接收机采用RAK验收机。 在RAKES收机中，对不同路径采用最大比合并，从而得到最佳的解调结果。A RAKEg收机：图13 接收机顶层框图从天线来的I,Q两路数据经过数据分配器，送给每一个finger,经过解调的数据和 合并信息一起送到合并单元。每一个 finger都有一个控制使能端，由 CPU控制该 finger是否参加解调。B、每个finger的结构：图14 每个径的结构框图每一个finger ,对应于不

51、同的径。不同径的识别是由搜索器完成的，搜索器搜索 可能的路径，将每个径的偏移量和能量送往 CPU,CPU能量最大的6个径的偏移量送 给RAKE进行解调。RAKE勺每个巾nger按照不同的偏移量控制本径的 OVS幽产生器 和扰码产生器。产生给本径解调使用的码字。这个相位偏移控制的初始值是由搜索器 给出，以后由EarlyLate环路进行跟踪，使本日nger能连续跟踪本条径的变化，当径 的变化超出了 EarlyLate环路的跟踪能力之后，该finger就不再解调这条径，由CPU 重新分配一条新的径给这个finger。G每径的解调：图15 每一径的解调框图D信道估计与最大比合并：在W-CDMA统的前向

52、信道，存在一个 P-CPICH信道，用于CPC版DPCH勺信道估 计、路径搜索、在切换检测时进行功率测量；还存在一个专用导频符号（ pilot ）,用 于在前向链路闭环功率控制时的功率测量、前向闭环传输分集的天线确认，DPCH勺信道估计。同时使用两种方法进行信道估计、功率估计可以降低传输功率。但考虑到多谱勒频移，目前只使用P-CPICH信道进行信道估计。完成信道估计之后，进行最大比合并：根据各径信号的强度对信号进行加权，信 号强者放大量大。加权系数与各径的信号强度成正比，即 k an t o从而使合并后的 信号的信噪比最大。DPCH斡解调 解扩 !解扰 T累加*dCPICH n,irCH n,

53、i , l延时E、EarlyLate 环路：图17 EarlyLate环路实现框图I,Q两路数据同时送到Early , Late和当前三个支路，Early支路的扰码和OVSF 码比数据提前半个码片，Late支路的扰码和OVS加比数据滞后半个码片，分别进行 导频的解扩，计算出Early,Late和当前支路的能量，如果当前支路的能量小于跟踪锁 定门限，则该日nger的跟踪已经无法进行，表明本条径无法参加解调，如果当前支路 的能量大于跟踪锁定门限，则Early和Late支路的能量差作为本条径的跟踪信号去调 整扰码和OVSM的相位偏移量。对Early,Late和当前支路来说，解扩单元的结构是相同的，不

54、同的是扰码和OVSF 码的初始相位不同。图18 导频解扩单元框图信道译码模块：在移动台侧，对于RAK或收机解调的信号，要首先进行业务解复用的过程。此步 骤将不同的业务分开。然后将分开后完整的数据送到译码单元处理。信道译码单元主要是完成解复用、解交织（包括一次、二次交织）、卷积码译码、Turbo码译码等功能。 解复用器完成对SSR俞出数据解复用、解交织（包括一次、二次交织），形成待译码数 据；卷积码译码器完成卷积码译码功能， 采用标准Viterbi译码算法，支持384K业务， 并在译码同时完成进行CRCK验；Turbo码译码器负责完成Turbo码译码功能，采用 Log_MAPW法，对硬件实现结构

55、进行优化。在译码器中完成CRC交验，同时考虑使用译码提前结束方法。译码结果由 DSPW出，上报主控CPU图19 信道译码单元框图某带发送单元基带发送单元主要功能包括两个部分：专用物理信道部分和随机接入信道部分。 将要发送的数据按照传输信道先分类。然后对传输信道分块编码。采用何种编码方式 由上层来决定。然后将编码后的数据复用交织。复用之后的数据放入专用物理数据信 道，导频比特、TFCI、功率控制命令和反馈指示放入专用物理控制信道。随后将这两 个信道的数据扩频后发送到混合信号处理模块。WCDMA统向用户提供包含传统的语音业务和当前流行的多媒体业务在内的多种业务。不同的业务在编码的过程中可以使用卷积

56、编码和TURB编码两种信道编码方式。这两种编码方式各有优缺点。卷积编码译码速度快，但是误码较高，TURBOS码的速度慢但是误码较低。根据不同业务对误码率和QOS（服务质量）的需求，系统将事先明确使用的信道编码类型。图20 MT发送流程实现方案结构图所示：图21 发送单元框图编码器结构如下图所示：图22卷积编码器框图图23 Turbo码编码器框图混合信号处理单元混合信号处理单元的主要功能为数字信号到模拟信号的转换以及模拟信号到数字 信号的转换。主要包括几个方面的功能：将下行链路基带接收I/Q模拟信号变换为数字信号；将上行链路基带发送I/Q数字信号变换为模拟信号；根据基带要求，将自动增益控制 AG

57、CB字信号变换为模拟信号，用以控制射频模块 接收信号的增益；自动频率控制AFC将自动频率控制AFC数字信号变换为模拟信号用以控制时钟部 分的压控振荡器。AFCI 元：图24 信道估计和频差估计单元结构框图图25 每一径的信道估计和频差估计单元的实现框图图26 频差输出单元框图图27 自动频率控制环路结构框图B ADC/DACI元：DAC8于将在基带发送单元成形后的I和Q支路的数字信号转换为模拟信号，送往 射频调制；ADC8于将来自射频模块的I和Q支路的模拟信号转换为数字信号，进入 基带接收单元。这部分IP核可以从台湾联电获得。GSM/GPRS字基带处理模块首信集团（见附件首信集团简介）是中国国

58、家经济贸易委员会确定的 520户国 家重点企业之一，一直是中国通信制造业的龙头之一。星河亮点公司此次与首信集团 签订了广泛的合作协议，从模块提供到产业化等各个方面建立合作， 为振兴民族企业， 带动地方经济发展而共同努力。首信集团的GSM/GP做块已经在其产品中得到了广泛 的使用，是非常成熟的技术及产品，这部分技术可以从首信集团获得。处理机单元处理机单元的主要功能是完成移动台的协议和应用部分的工作，也即L2和L3的功能。星河亮点公司与苏州国芯科技有限公司（以下简称国芯公司）已经签订了合作 协议，将在本系统中采用国芯公司的 C*COREt理机，我们选用的C*COREt理机的技 术指标与ARM10目

59、似，采用此处理机一方面有利于系统的小型化，另一方面也有利于 推动国产IP核的发展和应用。其它单元WCDMA/GSM真终端基带处理SOCF台的其它单元，如：存储单元、外部存储器控 制单元以及各类接口单元等将采用台湾联电的 IP核。软件设计：WCDMA/GSM真终端基带处理SOCF台的软件包括协议栈软件以及各种应用软件。移动通信终端的协议栈是整个手机软件的核心，WCDMA/GSM真终端基带处理SOC 平台的协议栈主要包括GSM/GPRS协议栈与WCDMA协议栈。GSM勺协议栈主要包括 5部分：人机接口（MM、L1层、L2层和L3层和数据通信软件包。WCDMA议栈比GSM 协议栈要复杂很多。WCDM

60、A移动终端的无线接口协议涉及的是Uu接口，此无线接口横向上分为接入层和非接入层，纵向上可以分成控制平面和用户平面。WCDMA议栈WCDMA移动终端的无线接口协议涉及的是Uu接口，此无线接口横向上分为接入层和非接入层，纵向上可以分成控制平面和用户平面。结构图如下所示：图28 WCDMA议栈结构图大连华畅电子通信技术有限公司（以下简称华畅公司）在WCDMA议栈的研制开发方面具备成熟的开发经验和相关产品，前已经拥有成熟的可商用的中国自有知识产权的WCDMA议栈。星河亮点公司已经与华畅公司签订了合作协议，在WCDMA/G驯模终端基带处理SOCFF台中使用华畅公司的 WCDMA议栈。GSM/GPRS议栈