基帶信號發(fā)生器的FPGA+DSP實現(xiàn)

1、基帶信號發(fā)生器的fpga+dsp實現(xiàn)第三代移動通信系統(tǒng)是為滿足人們對寬帶移動通信的要求而產(chǎn)生的，他除能提供傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務（語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務）以外還能提供最高達2 mb/s的分組數(shù)據(jù)業(yè)務。cdma2000技術(shù)是第三代移動通信系統(tǒng)的主要標準之一。本文主要探討基帶信號源中cdma2000下行基帶信號模塊的實現(xiàn)計劃。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：導頻信道、同步信道、尋呼信道、廣播信道、迅速尋呼信道、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助導頻信道、專用控制信道、前向基本信道、前向補充碼分

2、信道（rc1，rc2），前向補充信道（rc3rc9）。cdma2000下行信道基帶處理過程1所示。基本信息比特舉行信道編碼和交織處理后舉行長碼加擾以區(qū)別用戶，然后數(shù)據(jù)流舉行符號映射即將0變?yōu)?1，1變?yōu)?，經(jīng)變換后的數(shù)據(jù)流再舉行串并轉(zhuǎn)換，即將串行數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，再經(jīng)walsh碼擴頻（區(qū)別信道），最后數(shù)據(jù)經(jīng)基帶濾波形成前向基帶信號。其中的信道編碼和交織舉行的處理又包括加1位的保留位或標記位，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。2所示。信道編碼和交織處理過程2所示。在信息比特流加入了幀質(zhì)量指示（循環(huán)冗余校驗比特）和糾錯比特，實現(xiàn)檢錯。對數(shù)據(jù)舉

3、行卷積/turbo編碼是為了對抗傳輸信道中的隨機誤差，提高信道傳輸性能。為了適應多種速率傳輸，信道編碼計劃中還增強了速率匹配功能。速率匹配是將傳輸信道上的數(shù)據(jù)比特打孔或重復，以便達到信道映射時傳輸格式要求的比特速率。在信道編碼中，采納交織技術(shù)可簇擁突發(fā)延續(xù)錯誤，削減信道編碼需要校正的延續(xù)錯誤，使延續(xù)誤碼離散化成隨機錯誤以方便用前面的信道編碼手段訂正。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，主要用來訂正碼元的隨機誤差，他以犧牲效率換取牢靠性，利用增強監(jiān)督位舉行檢錯和糾錯，這對數(shù)字移動通信非常須要。3所示是編碼效率r=1 /2，約束長度k=9的卷

4、積碼的原理框圖。turbo編碼是近年來倍受矚目的一項新技術(shù)，他是在卷積編碼、級聯(lián)碼和最大后驗功率譯碼基礎(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，臨近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，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力。turb o碼的優(yōu)良性能受到移動通信領(lǐng)域特殊是第三代移動通信體制的重視，全部的第三代無線接口標準都采納了turbo編碼。但由于turbo編碼實現(xiàn)復雜，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。4為turbo編碼的原理框圖。2.2交織對輸入的數(shù)據(jù)舉行交織可以充實碼距分布。交織就是用某種一一對應確實定性辦

5、法重新羅列二進制和非二進制序列挨次的過程，以此來隨機化突發(fā)錯誤的統(tǒng)計特性，使得信道無記憶。交織技術(shù)是為了反抗無線信道的噪聲以及衰落的影響而實行的時光分集技術(shù)，他在接收技術(shù)中具有重要的作用，在編碼過程中采納交織算法是為了對信息流舉行糾錯控制。交織技術(shù)簇擁了隨機錯誤和突發(fā)錯誤，采納交織技術(shù)使成群錯誤趨向更隨機地分布，充實了碼組的誤碼率性能。下面僅給出對于前向同步和尋呼信道以及業(yè)務信道在rc1和rc2配置下的交織器數(shù)據(jù)輸出地址的計算公式：其中：ai表示被讀出符號的地址，i=1,2,，n1，n表示交織器長度；x表示向下取整；imod j表示i對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)

6、可查表得到。2.3擾碼擾碼技術(shù)即用pn碼與已擴頻碼相乘，實現(xiàn)對信號的加密。擾碼之間必需有良好的正交性。上行鏈路物理信道加擾的作用是區(qū)別用戶，下行鏈路加擾可以區(qū)別小區(qū)和信道。42位長pn碼的特征多項式如下公式：15位的pn短碼用于qpsk調(diào)制的i，q支路的挺直序列擴頻，兩支路的短pn碼特征多項式分離為：2.4擴頻擴頻操作又叫信道化操作，即用一個高速數(shù)字序列(擴頻碼)與數(shù)字信號相乘，把數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換成一系列碼片，從而大大提高了數(shù)字符號的速率，增強了信號帶寬。由信號理論知道，脈沖信號寬度越窄，其頻譜就越寬，信號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。擴

7、頻碼序列就是很窄的脈沖序列。通過擴頻操作信號頻譜被大大拓寬了。在常規(guī)通信中，為了提高頻率利用率，通常都是采納大體相當帶寬的信號來傳輸信息，即在通信中信號的帶寬和所傳信息的帶寬是屬于同一個數(shù)量級的，但擴頻通信的信號帶寬與信息帶寬之比則高達1001 000，屬于寬帶通信，這樣做是為了提高通信的抗干擾能力，這是擴頻通信的基本思想和理論依據(jù)。擴頻通信系統(tǒng)擴展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強。在接收端用與發(fā)送端徹低相同的擴頻碼序列來舉行解擴。2.5基帶濾波基帶部分就是脈沖成形濾波器 (lpf)。因為輸出信號是帶寬受限的，所以擴頻調(diào)制器的輸出碼片流要利用脈沖成形濾波器舉行濾波。2.6qpsk調(diào)制

8、qspk正交調(diào)制器方框圖5所示，他可以被看成是由2個bspk 調(diào)制器構(gòu)成。輸入的串行二進制信息序列經(jīng)串/并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分離產(chǎn)生雙極性二電平信號i(t)和q(t)，然后用載波分離舉行調(diào)制，相加后即得到qpsk信號。qpsk調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，十分適用于cdma移動通信系統(tǒng)。其原理框圖5所示。3 cdma2000下行鏈路處理模塊的實現(xiàn)第一步在實現(xiàn)基帶模塊之前，首先必需按照應用系統(tǒng)的目標確定系統(tǒng)的性能指標、協(xié)議要求。其次步是按照系統(tǒng)的要求舉行芯片的挑選，可供挑選的芯片包括， 和。其中，dsp 芯片可單獨完成囫圇基帶部分的處理，典型的以dsp為核心的基帶模塊

9、的主要特點 是便利的可測量性、單個信道的低耗費以及簡便的軟硬件升級性。也可挑選dsp與fpga 搭配用法，fpga+dsp結(jié)構(gòu)最大的特點是結(jié)構(gòu)靈便，有較強的通用性，適于模塊化設(shè)計，從而能夠提高算法效率，同時其開發(fā)周期較短，系統(tǒng)易于維護和擴展，適合于實時信號處理。采納不同的芯片舉行處理，會導致不同的系統(tǒng)性能，要得到最佳的系統(tǒng)性能，就必需在這一步確定最佳的芯片挑選搭配。在完成其次步之后，就是總體設(shè)計確定軟硬件分工。基帶模塊的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計2個方面。硬件設(shè)計首先要按照系統(tǒng)運算量的大小、對運算精度的要求、系統(tǒng)成 本限制以及體積、功耗等要求挑選合適芯片。然后設(shè)計芯片的外圍電路及其他電路。軟件

10、設(shè)計和編程主要按照系統(tǒng)要求和所選的芯片編寫相應的匯編程序，若系統(tǒng)運算量不大且有高級語言編譯器支持，也可用高級語言（如）編程。因為現(xiàn)有的高級語言編譯器的效率還比不上手工編寫匯編語言的效率，因此在實際應用系統(tǒng)中常采納高級語言和匯編語言的混合編程辦法，即在算法運算量大的地方，用手工編寫的辦法編寫匯編語言，而運算量不大的地方則采納高級語言。硬件和軟件設(shè)計完成后，需舉行硬件和軟件的調(diào)試。軟件的調(diào)試普通借助于芯片開發(fā)工具，如軟件模擬器、開發(fā)系統(tǒng)或器等。硬件調(diào)試普通采納硬件仿真器舉行調(diào)試，假如沒有相應的硬件仿真器，且硬件系統(tǒng)不是非常復雜，也可以借助于普通的工具舉行調(diào)試。系統(tǒng)的軟件和硬件分離調(diào)試完成后，對軟硬件舉行系統(tǒng)集成。最后，完成系統(tǒng)調(diào)試。實現(xiàn)框圖6所示。4 結(jié)語本設(shè)計的基帶cdma2000下行鏈路基帶模塊設(shè)