1　引言

　　第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是為滿足人們對(duì)寬帶移動(dòng)通信的要求而產(chǎn)生的,，他除能提供傳統(tǒng)的電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）以外還能提供最高達(dá)2 Mb/s的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。CDMA2000" title="CDMA2000">CDMA2000技術(shù)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)之一,。本文主要探討基帶信號(hào)源中CDMA2000下行基帶信號(hào)模塊的實(shí)現(xiàn)方案,。

　　CDMA2000下行鏈路物理信道分為2類：一類是公共物理信道，一類是專用物理信道,。其中公用物理信道包括：導(dǎo)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。專用物理信道包括：前向?qū)Ｓ幂o助導(dǎo)頻信道,、專用控制信道,、前向基本信道、前向補(bǔ)充碼分信道（RC1,，RC2）,，前向補(bǔ)充信道（RC3~RC9）。CDMA2000下行信道基帶處理過程如圖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(zhǎng)碼加擾以區(qū)分用戶,，然后數(shù)據(jù)流進(jìn)行符號(hào)映射即將0變?yōu)?1，1變?yōu)?,，經(jīng)變換后的數(shù)據(jù)流再進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換,，即將串行數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，再經(jīng)WALSH碼擴(kuò)頻（區(qū)分信道）,，最后數(shù)據(jù)經(jīng)基帶濾波形成前向基帶信號(hào),。

　　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(biāo)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(yàn)比特）和糾錯(cuò)比特，實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò),。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積/Turbo編碼是為了對(duì)抗傳輸信道中的隨機(jī)誤差,，提高信道傳輸性能。為了適應(yīng)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(shù)據(jù)比特打孔或重復(fù),，以便達(dá)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(xù)錯(cuò)誤,，減少信道編碼需要校正的連續(xù)錯(cuò)誤，使連續(xù)誤碼離散化成隨機(jī)錯(cuò)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,，主要用來糾正碼元的隨機(jī)誤差，他以犧牲效率換取可靠性,，利用增加監(jiān)督位進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò),，這對(duì)數(shù)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(zhǎng)度K=9的卷積碼的原理框圖,。



　　Turbo編碼是近年來倍受矚目的一項(xiàng)新技術(shù)，他是在卷積編碼,、級(jí)聯(lián)碼和最大后驗(yàn)功率譯碼基礎(chǔ)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(qiáng)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,，所有的第三代無線接口標(biāo)準(zhǔn)都采用了Turbo編碼,。但因?yàn)?a class="jt" href="http://forexkbc.com/search/?q=Turbo" rel="http://www.eeworld.com.cn/my/keyad/ti.html" target="_blank">Turbo編碼實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，所以他主要用于高速率數(shù)據(jù)信道,，而卷積編碼用于低速率話音信道,。如圖4為Turbo編碼的原理框圖。



　　2.2交織

　　對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行交織可以改善碼距分布,。交織就是用某種一一對(duì)應(yīng)的確定性方法重新排列二進(jìn)制和非二進(jìn)制序列順序的過程，以此來隨機(jī)化突發(fā)錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)特性,，使得信道無記憶,。交織技術(shù)是為了抵抗無線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,，在編碼過程中采用交織算法是為了對(duì)信息流進(jìn)行糾錯(cuò)控制,。交織技術(shù)分散了隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤，采用交織技術(shù)使成群錯(cuò)誤趨向更隨機(jī)地分布,，改善了碼組的誤碼率性能,。下面僅給出對(duì)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(shù)據(jù)輸出地址的計(jì)算公式：
　　
　　其中：Ai表示被讀出符號(hào)的地址，i=1,2,…,，N1,，N表示交織器長(zhǎng)度,；［x］表示向下取整；imod j表示i對(duì)j取模,；BROm表示y的m位比特反轉(zhuǎn)值,；m與j為交織器參數(shù)可查表得到。

　　2.3擾碼

　　擾碼技術(shù)即用PN碼與已擴(kuò)頻碼相乘,，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)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(qū)分用戶,，下行鏈路加擾可以區(qū)分小區(qū)和信道,。42位長(zhǎng)PN碼的特征多項(xiàng)式如下公式：
　　
　　15位的PN短碼用于QPSK調(diào)制的I，Q支路的直接序列擴(kuò)頻,，兩支路的短PN碼特征多項(xiàng)式分別為：
　　

　　2.4擴(kuò)頻

　　擴(kuò)頻操作又叫信道化操作,，即用一個(gè)高速數(shù)字序列(擴(kuò)頻碼)與數(shù)字信號(hào)相乘，把數(shù)據(jù)符號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列碼片,，從而大大提高了數(shù)字符號(hào)的速率,，增加了信號(hào)帶寬。由信號(hào)理論知道,，脈沖信號(hào)寬度越窄,，其頻譜就越寬，信號(hào)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(diào)制，可產(chǎn)生頻帶很寬的信號(hào),。擴(kuò)頻碼序列就是很窄的脈沖序列,。通過擴(kuò)頻操作信號(hào)頻譜被大大拓寬了。在常規(guī)通信中,，為了提高頻率利用率,，通常都是采用大體相當(dāng)帶寬的信號(hào)來傳輸信息，即在無線電通信中射頻信號(hào)的帶寬和所傳信息的帶寬是屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)的,，但擴(kuò)頻通信的信號(hào)帶寬與信息帶寬之比則高達(dá)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(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù),。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)展的頻譜越寬，處理增益越高,，抗干擾能力就越強(qiáng),。在接收端用與發(fā)送端完全相同的擴(kuò)頻碼序列來進(jìn)行解擴(kuò)。

　　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(hào)是帶寬受限的,，所以擴(kuò)頻調(diào)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(diào)制

　　QSPK正交調(diào)制器方框圖如圖5所示，他可以被看成是由2個(gè)BSPK 調(diào)制器構(gòu)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(hào)I(t)和Q(t),，然后用載波分別進(jìn)行調(diào)制,，相加后即得到QPSK信號(hào)。QPSK調(diào)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(tǒng)。其原理框圖如圖5所示,。



　　3　CDMA2000下行鏈路處理模塊的實(shí)現(xiàn)

　　第一步在實(shí)現(xiàn)基帶模塊之前,，首先必須根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)、協(xié)議要求,。

　　第二步是根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行芯片的選擇,，可供選擇的芯片包括DSP" title="DSP">DSP" rel="http://www.eeworld.com.cn/my/keyad/ti.html" target="_blank">DSP，FPGA" title="FPGA">FPGA 和單片機(jī),。其中,，DSP 芯片可單獨(dú)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(cè)量性,、單個(gè)信道的低耗費(fèi)以及簡(jiǎn)便的軟硬件升級(jí)性,。也可選擇DSP與FPGA 搭配使用，FPGA+DSP結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活,，有較強(qiáng)的通用性,，適于模塊化設(shè)計(jì)，從而能夠提高算法效率,，同時(shí)其開發(fā)周期較短,，系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展，適合于實(shí)時(shí)信號(hào)處理,。采用不同的芯片進(jìn)行處理,，會(huì)導(dǎo)致不同的系統(tǒng)性能，要得到最佳的系統(tǒng)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(shè)計(jì)確定軟硬件分工,。基帶模塊的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)2個(gè)方面。硬件設(shè)計(jì)首先要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)算量的大小,、對(duì)運(yùn)算精度的要求,、系統(tǒng)成 本限制以及體積、功耗等要求選擇合適芯片,。然后設(shè)計(jì)芯片的外圍電路及其他電路,。軟件設(shè)計(jì)和編程主要根據(jù)系統(tǒng)要求和所選的芯片編寫相應(yīng)的匯編程序，若系統(tǒng)運(yùn)算量不大且有高級(jí)語(yǔ)言編譯器支持,，也可用高級(jí)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）編程,。由于現(xiàn)有的高級(jí)語(yǔ)言編譯器的效率還比不上手工編寫匯編語(yǔ)言的效率，因此在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中常采用高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程方法,，即在算法運(yùn)算量大的地方,，用手工編寫的方法編寫匯編語(yǔ)言，而運(yùn)算量不大的地方則采用高級(jí)語(yǔ)言,。

　　硬件和軟件設(shè)計(jì)完成后,，需進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。軟件的調(diào)試一般借助于芯片開發(fā)工具,，如軟件模擬器,、開發(fā)系統(tǒng)或仿真器等。硬件調(diào)試一般采用硬件仿真器進(jìn)行調(diào)試,，如果沒有相應(yīng)的硬件仿真器,，且硬件系統(tǒng)不是十分復(fù)雜，也可以借助于一般的工具進(jìn)行調(diào)試,。系統(tǒng)的軟件和硬件分別調(diào)試完成后,，對(duì)軟硬件進(jìn)行系統(tǒng)集成。最后,，完成系統(tǒng)調(diào)試,。實(shí)現(xiàn)框圖如圖6所示。



　　4　結(jié)語(yǔ)

　　本設(shè)計(jì)的基帶信號(hào)發(fā)生器CDMA2000下行鏈路基帶模塊設(shè)計(jì)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(shù)字基帶處理技術(shù),。在CDMA2000基帶設(shè)計(jì)過程中融入了軟件無線電的思想，提出了無線信號(hào)發(fā)生源CDMA2000無線傳輸技術(shù)的基帶處理方案,，設(shè)計(jì)出信號(hào)源數(shù)字基帶處理的軟硬件實(shí)施方案,，實(shí)現(xiàn)時(shí)運(yùn)用了FPGA+DSP這樣一種靈活的現(xiàn)代電子技術(shù)方案。

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