（信号与信息处理专业论文）基于多核dsp的wcdma+femtocell接收机模块实现.pdf

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：盏芦蠢一 本人承担一切相关责任。 日期： 里包。璺 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：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：2 2 1 1 ：兰：! 日期：丝匕芝：侈 北京邮l 【1 人学硕1 ：学位论文 幕于多核d s p 的w c d m a f e m t o c e l l 接收机模块实现 基于多核d s p 的w c d m af e m t o c e l l 接收机模块实现 摘要 3 g 技术在我国商用以来，用户对数据业务的需求不断增加，室 内覆盖的盲点问题日益突出，运营成本不断增加。f e m t o c e l l 正是在 这种形势孕育而生，用来解决上述问题的一种有效途径。而p i c o c h i p 多核d s p 平台开发成本低的特性，恰好与f e m t o c e l l 的理念不谋而合。 基于p i c o c h i p 多核d s p 的f e m t o c e l l 系统开发具有很高的研究价值 和应用前景。因此本文对f e m t o c e l l 的设计以及实现的探讨具有重要 意义。 本文主要内容是对w c d m a 制式f e m t o c e l l 接收机的两个重要 模块进行分析与设计。文章首先介绍了该课题的研究背景以及 f e m t o c e l l 相关概念和研究价值。然后从w c d m a 物理层相关处理原 理开始，阐述了f e m t o c e l l 接收机两大功能具体处理流程。同时针对 p i c o c h i p 多核d s p 平台独特的系统构架，介绍与后文相关的一些关 键概念及设计思想。在前面章节基础上，给出了f e m t o c e l l 接收机系 统整体设计思路，进而针对系统整体构架，以及多核d s p 硬件架构， 对系统a p i 进行详细分析设计，最终给出了系统a p i 模块的设计方 案及测试方法。本文最后一个部分详细描述了多径跟踪器t r a c k e r 的 设计过程。从t r a c k e r 的功能及原理开始，首先分析模块整体设计， 然后逐一解决定点化设计中遇到的问题，以及如何利用多核d s p 系 统进行速率优化。本章的最后通过对t r a c k e r 性能进行仿真，得出高 斯白噪声是影响跟踪性能的主要因素的结论，并确定了t r a c k e r 环路 滤波器带宽。 文章最终给出了f e m t o c e l l 接收机两个重要模块的设计，并验证 其正确性。通过分析a p i 以及t r a c k e r 模块的设计细节，同时也说明 了如何利用多核d s p 平台进行系统设计开发。 关键词：w c d m af e m t o c e l l p i c o c h i pd s pa p i 多径跟踪器 十多核d s p 的w c d m af e m t o c e l l 接收机模块实脱 北京邮i 【i 人学硕i ：学位论文 螭十多核d s p 的w c d m a f e m t o - c e l l 接收机模块实现 w c d m af e m t o c e l lr e c e i v e r m o d u l ed e s i g n b a s e do nm u i j i c o r ed s p a b s t r a c t s i n c et h e3 gt e c h n o l o g yi sa p p l i e di nc h i n a ，t h ed e m a n df o rd a t a s e r v i c e sa r ei n c r e a s i n g ，t h ep r o b l e m so fi n d o o rc o v e r a g eb e c o m et e r r i b l e ， a n dt h ec o s t sn e e dt ob er e d u c e d t h ec o n c e p to ff e m t o c e l li sp r o p o s e d t os o l v et h e s ep r o b l e m si sa l le f f e c t i v ew a y t h ep i c o c h i pm u l t i c o r ed s p p l a t f o r l nf e a t u r e sl o w c o s t ，j u s tc o i n c i d e sw i t ht h ec o n c e p to ff e m t o - c e l l s ot h ef e m t o c e l ls y s t e md e v e l o p m e n tb a s e do np i c o c h i pm u l t i c o r ed s p i sw o r t ht or e s e a r c ha n dh a v eb r i g h tp r o s p e c t t h ec o n t e n to ft h i sp a p e ra r ed e s i g n so fi m p o r t a n tm o d u l e sf o r w c d m af e m t o c e l lr e c e i v e r t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h er e s e a r c h b a c k g r o u n do ft h es u b j e c t ，a sw e l la sf e m t o c e l lr e l a t e dc o n c e p t s a f t e r i n t r o d u c i n gt h ek e yt e c h n o l o g yo fw c d m ap h y s i c a ll a y e rp r o c e s s i n g a n ds o m eu s e f u lc o n c e p ta n ds y n t a xo fp i c o c h i pm u l t i c o r ed s pp l a t f o r m ， t h ep a p e rg i v e st h eo v e r a l la r c h i t e c t u r ed e s i g no ff e m t o c e l lr e c e i v e r s y s t e m b a s e d o i lt h eo v e r a l ls y s t e ma r c h i t e c t u r ea n df e a t u r eo f m u l t i c o r ed s ed e s i g no fs y s t e ma p im o d u l ei sd i s c u s s e d i nf i n a lp a r t o fp a p e r , t h ed e s i g no fm u l t i p a t ht r a c k e rm o d u l ei sd e t a i l e d t h ec h a p t e r f i r s td e s c r i b e sf e a t u r ea n dp r i n c i p l eo ft r a c k e r ，a n dt h e ng i v e st h e f i x e d - p o i n td e s i g no ft r a c k i n gp r o c e s s i n g ，a n dh o w t ou s em u l t i - c o r ed s p s y s t e mt oo p t i m i z et h ep r o c e s s i n gr a t e f i n a l l y , t h ec h a p t e rg i v e st h e t r a c k e rp e r f o r m a n c e ，a n dc o n c l u d e st h a ti st h em a i nf a c t o ra f f e c t i n gt h e t r a c k i n gp e r f o r m a n c ei sk 瀚g n w r ef i n a l l yd e s i g nt h et w oi m p o r t a n tm o d u l e so ff e m t o c e l lr e c e i v e r , a n da l s od e s c r i b eh o wt od e s i g nb a s e d0 1 1m u l t i c o r ed s p p l a t f o r m k e yw o r d s ：w c d m af e m t o - c e l l p i c o c h i pd s p a p it r a c k e r d s p 的w c d m af e m t o c e l l 接收机模块实现 北京邮l 乜人学颂i ：学位论文堆十多核d s p 的w c d m a f e m t o - c e i l 接收机模块实现 目录 第一章绪论1 i 1 第三代移动通信系统1 1 2f e m t o c e l l 接收机概述2 1 3 本文研究内，容及组织结构4 第二章f e m t o c e l l 接收机处理流程。5 2 1w c d m a 物理层5 2 1 1 空中接u 5 2 1 2 相关信道。6 2 1 3 无线帧结构6 2 1 4 扩频和加扰8 2 1 5 比特级处理8 2 2 小区搜索过程9 2 2 1 主同步过程。1 0 2 2 2 辅同步过程。1 1 2 2 3 确定主扰码号1 2 2 3b c h 解码过程1 3 2 3 1 采样级处理。1 3 2 3 2 码片级处理。1 3 2 3 3 符号级处理1 5 2 4 本章小结1 6 第三章p i c o c h i p 多核d s p 平台1 7 3 1a r r a y e l e m e n t 】【7 3 1 1a e 类型选择 3 1 2a e 端口设计 1 8 2 ( 1 3 2 p i c o t o o l s 2 2 3 3p c 2 0 2 硬件平台2 3 3 4 本章小结。2 4 第四章f e m t o c e l l 接收机系统a p i 设计。2 5 4 1f e m t o c e l l 接收机系统设计。2 5 4 1 1 系统功能需求2 6 4 1 2 系统接口2 7 4 1 3 4 1 4 同步和b c h 解码。2 7 自环检测2 7 4 1 5 系统帧号一2 8 4 2 系统a p i 需求分析和功能设计2 8 4 2 1 s y n c 模块状态机2 9 4 2 2b c h r e c e i v e r 状态机3 0 4 2 3 4 2 4 d u m m y g e n 模块a p i 控制。3 2 a p i 消息设计3 2 4 3 系统a p id s p 实现3 5 4 3 1d m a s e n d e r 设计3 6 4 3 2a p i 模块设计3 8 4 4a p i 模块测试4 0 北京邮i 【1 人学侦i ：学位论文 培十多核d s p 的w c d m a f e m t o - c e l l 接收机模块窒堕 4 5 本章小结“4 3 第五章t r a c k e r 设计4 4 5 1t r a c k e r 功能及原理4 4 5 1 1t r a c k e r 的功能4 4 5 1 2t r a c k e r 的纽j 茂4 4 5 1 3 越呈早门4 5 5 1 4 环路滤波器及相位累加器4 6 5 2t r a c k e r 定点设计4 7 5 2 1 时隙求平均4 8 5 2 2 模值估算5 0 5 2 3 归一化5 0 5 2 4 环路滤波5 l 5 2 5 相位累加器。5 3 5 3t r a c k e r 多核d s p 模块设计5 3 5 3 1t e d 模块设计5 4 5 3 2l p a 模块设计。5 5 5 4t r a c k e r 模块测试及参数确定5 7 5 4 1 吞吐率测试5 7 5 4 2t r a c k e r 功能测试及环路带宽确定5 7 5 5 本章小结6 l 第六章论文总结6 3 参考文献6 4 致谢。6 6 攻读学位期间发表的学术论文目录。6 7 北京邮i 乜人学硕l ：学位论文 堆于多核d s p 的w c d m af e m t o c e l l 接收机模块实现 1 1 第三代移动通信系统 第一章绪论 移动通信在近十几年内高速发展，从少数人才能享受的服务变成如水电一般 的基本生活必需品。我国的移动通信技术发展一直紧跟时代潮流，经历了第一代 模拟制式蜂窝移动通信系统，第二代数字制式蜂窝移动系统，目前正处于向第三 代移动通信系统过渡阶段。 第三代( 3 g ) 移动通信系统有国际电信联盟( u ) 正式命名为i m t - 2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n 2 0 0 0 ) 。其寓意为2 0 0 0 m h z 的工作频段， 并原计划于2 0 0 0 年投入商用。i m t - 2 0 0 0 是一个全球无缝覆盖、全球漫游，包括 卫星移动通信、陆地移动通信和无绳电话等蜂窝移动通信的大系统。3 gi m t - 2 0 0 0 标准，是一种真正的“宽频多媒体全球数字移动电话技术”，并与改进的g s m 网 络兼容【1 1 。 i m t - 2 0 0 0 系统以多媒体业务为主要特征，是在第二代系统适配信道与用户 二重动态特性的基础上，又引入了业务的动态性。在i m t - 2 0 0 0 系统中用户业务 既可以是单一的语音、数据、图像，也可以是多媒体业务，且用户选择业务也是 随机的。第二代移动通信系统的变革主要体现在从模拟到数字化的转变，而第三 代移动通信系统则是在数字化的基础上，以业务多媒体化为主要目标，全面考虑 并完善对信道、用户二重动态性匹配特性，并适当考虑业务的动态性能1 2 j 。 目前u 已就i m t - 2 0 0 0 地面部分候选标准达成初步一致，继续延续以码分 多址( c d m a ) 接入为主，辅以时分多址( t d m a ) 或者两者相结合的策略。主 要工作制式分为以下三种： w c d m a ：由欧洲和日本提交的方案。双工方式为频分双工。采用d s c d m a ( 直扩c d m a ) 多址方式，码片速率为3 8 4 m c h i p s ，载波带宽为5 m h z 。 c d m a 2 0 0 0 ：由美国提交方案，从i s 9 5 和l s 4 1 发展而来。双工方式为频分 双工。采用m c c d m a ( 多载波c d m a ) 方式。包括i x 和3 x 两部分，也易于 扩展到6 x 、9 x 、1 2 x 。码片速率为1 2 2 8 8 m c h i p s 。子载波带宽为1 2 5 m h z 。 t d s c d m a ：由我国提交的方案。双工方式为时分双工。采用d s c d m a 接入方式为主。码片速率为1 2 8 m c h i p s ，带宽1 6 m h z 。 其中w c d m a 制式经过近几年的部署应用，发展已经相当成熟。它具有 c d m a 接入方式所共有的优点，如抗干扰性强、低功率谱密度、保密性能好以 及用户地址数量多等。它采用o v s f ( 正交可变扩频因子) 进行扩频，能支持高 速率及多速率多业务的要求。w c d m a 系统码片速率达到3 8 4 m h z ，多径分量 北京邮i 【1 人学颀i j 学位论文摧十多核d s p 的w c d m a f e m t o c e l l 接收机模火实现 易于分辨和提取，采用r a k e 接收机技术可以较好的利用多径信息，通过基于信 道估计的相干解调和恰当选择多径合并方式可以充分获得扩频宽带系统的分级 增益。系统可以不采用g p s 精确定时，不同基站可以选择同步或不同步两种方 式。w c d m a 采用精确地功率控制以克服远近效应，减少多址干扰。它还可以 采用一些先进技术，如自适应天线、多用户检测、分集接收等，来提高整个系统 性能。 此外，w c d m a 与g s m 系统兼容，能够与g s m 进行切换，这样有利于g s m 向w c d m a 平滑过渡。在3 g 系统即将在中国大规模商用的今天，由于w c d m a 的技术特点和相对成熟，w c d m a 系统也将发挥更大的优势和作用。 1 2f e m t o c e l l 接收机概述 随着通信技术的发展，对业务速率的需求也越来越高。蜂窝通信系统设计在 高速率业务传输条件下面临两个重大的问题1 3 j o 第一个问题是如何解决室内覆盖盲点。第三代移动通信网络工作频段在2 g 附近，导致无线信号建筑物穿透特性比工作在9 0 0 m h z 和8 0 0 m h z 的g s m 和 i s 9 5 系统要差，原来2 g 系统中室外基站可以覆盖到的很多室内区域将成为盲 区。尤其在进行高速率业务通信时，业务速率越高，室内信号比室外效果就越差。 除此之外，w c d m a 小区具有呼吸效应，一旦并发业务量较多，宏蜂窝小区覆 盖范围的降低，导致室内服务质量的下降。 第二个问题是如何解决高速业务带来的增量不增收的困扰。越来越多多媒体 业务应用，如手机上传图片、音视频，发送电子邮件，观看流媒体业务，手机数 据业务流流量将大幅增加。但是据华为观察，一些国家3 g 运营商近2 年移动宽 带流量和收入并非同比持续增长，流量增速远远快于收入，结果就会如图1 - 1 所 示，流量与成本增长迅速，而a r p u ( 每用户平均收入) 增长缓慢，运营商盈利 就会下降。 2 北京邮电人学硕i ：学位论文基于多核d s p 的w c d m af e m t o c e l l 接收机模块实现 图1 - 1 数据流量及a r p u 增长趋势圈 f e m t o c e l l 直译名为毫微微蜂窝，一般又称为家庭基站。它一方面通过3 g 协议定义的空中接口，接收用户手机发出的话音和数据业务，另一方面它能通过 任何现有的基于口的传送网络，将信息传输到基于标准接口的3 g 核心网络。 f e m t o - c e l l 主要有以下两大优势，恰好能很好的解决本节一开始提出的两个 难题： ” 首先，它即插即用，可连接到任何现有的基于口的传送网络，便于部署， 在开放区域的覆盖范围能够达到4 0 5 0 米，在室内的覆盖范围为1 5 2 0 米。由于 它提供了新的无线传输容量，能提高整个移动网络的覆盖质量，提高系统的容量， 增加系统带宽，改善用户的信号接收质量，有效解决室内覆盖问题。 其次，它有比传统宏网络更低的建网成本优势。根据一项假设的业务场景模 拟，面对室内业务特别是数据业务量不断增长的情况下，相对于传统网络方案， f e m t o c e l l 可为运营商节省至少9 枷的投资成本，同时可分流宏蜂窝小区的 流量，降低宏网容量压力，同时由于f e m t o c e l l 业务使用了现有宽带资源，减少 了网络设备的扩容和相应基站链路投资，f e m t o c e l l 放置在用户家中，又节省了 机房、电源、空调和电路维护等运维成本。另外，f e m t o c e l l 可使融合业务发生 在运营商自己的网络，降低了呼叫成本，也实现了一种成本节省【3 1 。而成本的降 低则变相的提高了收益以提高a r p u 。 此外，f e m t o - c e l l 距离基站的距离较近，终端的发射功率明显减小，能量消 耗减少，终端的待机时间明显增强，减少对人体的辐射，具有绿色环保的特点【4 j 。 由于f e m t o c e l l 具有上述诸多优点，近几年来越来越受到各大设备商关注。 然而这项新兴的技术仍然存在很多需要解决的问题。由于f e m t o - c e l l 需要保 证可与宏蜂窝基站进行正常信息交互，在它启动时必须首先取得与基站的下行同 步，获得小区信息，以进行进一步的扰码、频段资源规划等工作。 本文所讨论的f e m t o - c e u 接收机正是f c m t o c e l l 中实现下行同步的重要部 3 北京邮l u 人学顾i j 学位论义皋十多核d s p 的w c d m a f e m t o c e l l 接收机模块实现 分。其开发平台采用p i c o c h i p 公司的多核d s p 系统。它的最大优势就是成本低 廉，这j 下好与f e m t o - c e l l 的理念相吻合。除此之外，多核d s p 的每一个核即为 一个实体，采用面向对象的理念进行前期设计，更利于合作开发和代码重用，开 发周期能大大缩短，具有诸多优势。但是，它也存在单核处理能力较弱，多核控 制信令设计复杂等缺点。 综上所述，基于p i c o c h i p 的多核d s p 平台开发f e m t o c e u 接收机是一项极 具意义且充满挑战的工作。 1 3 本文研究内容及组织结构 本文主要研究如何基于p i c o c h i p 多核d s p 系统，开发f e m t o c e l l 的重要组 成部分：负责下行链路同步与接收的f e m t o c e l l 接收机。它的主要功能是取得与 基站同步，并利用同步过程获取的信息解码b c h 信道，最终得到小区广播信息。 由于整个系统是一个庞大的工程，本文无法面面俱到描述所有模块的详细设 计，只能描述系统处理流程和整体架构设计，然后重点描述由作者独立开发的相 应模块。通过阐明这些模块的设计方法，不但详细描述了相关模块的功能原理及 设计方案，同时也说明了多核d s p 开发的相关流程。因此本文的重点将放在两 个模块的设计与实现上：负责整个d s p 系统与外围环境通信的模块a p i ，以及 r a k e 接收机中多径跟踪器t r a c k e r 。本文章节安排如下： 第一章：绪论。介绍第三代移动通信的发展状况，以及在此背景之下兴起的 f e m t o c e l l 技术的重要作用。阐明f e m t o c e l l 接收机的研发背景和意义。 第二章：f e m t o c e l l 接收机处理流程。主要介绍与之相关的w c d m a 下行链 路接收的基本流程。主要包括小区搜索和b c h 解码两大部分。 第三章：p i c o c h i p 多核d s p 平台。描述后文模块设计中将运用到的一些关 键概念和语法，说明设计思路，并介绍f e m t o c e l l 接收机软硬件开发环境。 第四章：f e m t o c e l l 接收机a p i 设计。首先给出整个系统设计，从而进一步 阐明系统a p i 所要实现的功能。然后根据功能需求，设计负责与上层进行信息 交互，指示整个系统运行状态的a p i 模块。最后给出a p i 测试设计。 第血章：t r a c k e r 设计。t r a c k e r 是r a k e 接收机的重要组成部分。本章首先 介绍t r a c k e r 的基本工作原理，然后逐个分析其定点实现中需要解决的问题，并 给出设计方案，从而进一步阐明其多核d s p 实现方式。最后给出t r a c k e r 测试结 果。 第六章：论文总结。对全文进行一个总结，并指出文中不足之处，以及对未 来工作的进行展望。 4 北京邮电人学硕l ：学位论文基于多核d s p 的w c d m a f e m t o - - c e l i 接收机模块实现 第二章f e m t o c e l l 接收机处理流程 如第一章所述，f e m t o c e l l 的一大优势是即插即用。它与传统固定基站不同， 核心网并不知道f e m t o c e l l 将在何处何时接入，因此在f e m t o c e l l 刚通过i p 网络 接入核心网时，上层无法根据周围小区资源分配状况来确定该f e m t o c e l l 的资源 分配。需要f e m t o c e l l 自身获取周围小区的信息，然后上报给上层。这个过程类 似于下行链路中，l i e 终端在开机时进行小区搜索并获取小区信息过程。而 f e m t o c e l l 接收机的功能正是实现下行链路同步的物理层处理过程。 下行链路同步的物理层处理包括两个相对独立的内容：小区搜索和b c h 解 码。f e m t o c e l l 接收机的主体也将由这两大部分模块构成。为了说明w c d m a f e m t o c e l l 接收机系统设计原理，本章将首先介绍w c d m a 物理层处理的几个关 键技术，在此基础上进一步分别阐述小区搜索和b c h 解码的处理流程。 2 1 w c d m a 物理层 2 1 1 空中接口 w c d m a 的空中接口在网络结构中定义为u u 接口，它位于移动终端和接入 网之间。空中接口包括三层结构【5 l ：物理层( l 1 ) ，数据链路层( l 2 ) ，网络层( l 3 ) 。 如下图所示： l a y e r 3 口 昌 l a y e r2 重 c 口 。 日 葺 8 l a y e r l k 哂c a lc h a n n e l s t r a n s p o r t c h a n n e l s 图2 - 1 空中接口协议结构嘲 物理层位于o s i 参考模型最底层，它提供物理介质中比特流传输所需要的 所有功能。f e m t o - c e l l 接收机所要实现的小区搜索和b c h 解码都属于物理层处 理过程。 5 北京邮i 乜人学硕i ：学位论文 皋十多核d s p 的w c d m a f e m l o c e l l 接收机模块实现 2 1 2 相关信道 这里的信道是指承载某种特定信息的数据流。信道的划分在空中接口不同层 中并不一致，从高到低分为逻辑信道、传输信道和物理信道三类。高层数据流通 过传输信道组合，映射到l 1 的物理信道进行传送。 f e m t o c e l l 接收机需要处理的传输信道为b c h ( b r o a d c a s tc h a n n e l ，广播信 道) 。它是一个下行传输信道，用来承载系统及小区信息。小区信息总是以单一 的传输格式通过b c h 向整个小区广播1 6 】。 物理层处理过程中，传输信道b c h 映射到物理信道，其信息由物理层信道 p c c p c h ( p r i m e c o m m o nc o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l ，主公共控制物理信道) 承 载。 除了p c c p c h 外，进行小区搜索时需要利用三个信道：p s c h ( p r i m e s y n c h r o n i z a t i o nc h a n n e l ，主同步信道) ，s s c h ( s e c o n d a r y s y n c h r o n i z a t i o n c h a n n e l ，辅同步信道) ，c p i c h ( c o m m o np i l o tc h a n n e l ，公共导频信道) 。这三 个信道只对物理层起作用，并不携带任何用户数据。它们传送的序列是专门设计 的已知序列，以用来进行小区搜索和信道估计。 2 1 3 无线帧结构 每一种物理信道由载频，扰码，信道化码，映射位置及时长等因素所唯一决 定。由于w c d m a 采用扩频技术，扩频后的每一个码元称为一个c h i p ( 码片) ， 信道起始位置和时长以c h i p 为单位来度量的。下图是w c d m a 基本帧结构1 6 】： 图2 - 2w c d m a 下行基本帧结构 一个无线帧时长为1 0 毫秒，共3 8 4 0 0 个码片。每帧包括1 5 个时隙，每时隙 2 5 6 0 个码片。f c d r 涉及的四个信道除s c h 外均采用2 5 6 倍扩频，因此以2 5 6 倍扩频为基准，每个时隙包含1 0 个符号。下面介绍四个信道的具体帧结构。 p c c p c h ：以固定速率发送( 3 0 k b p s ，s f = 2 5 6 ) ，承载b c h 传输信道信息。 一个时隙内第一个符号不发送，后9 个符号发送，采用q p s k 调制，因此发送比 6 北京邮l u 人学颂i ：学位论文毖j 二多核d s p 的w c d m a f c m t o - c e l l 接收机模块实现 特数为1 8 比特。如下图所示 2 5 6c h i p s l ( t x o f f ) ld ：a ，t ：b 砥 1 弋瑙7 s l o t 加 s l o t 挣1s l o t 瓶s l o t # 1 4 1r a d i of r a m e ：t f = 1 0m s 图2 - 3p - c c p c h 帧结构【6 】 s c h ：p s c h 和s - s c h 均位于每个时隙第一个符号。因此它们同时发送， 并与p c c p c h 为时分复用关系。 p r i m a r y s c h s e c o n d a r y s c h 图2 - 4 s c h 帧结构【6 l c p i c h ：以固定速率发送，采用2 5 6 倍扩频，承载数据为全1 的导频符号， 经过扩频和加扰后，用于小区搜索时确定主扰码号以及信道估计。 1 硝叭7 s l o t 爿i os l o t 静1s l o t 襻i s l o t 栉1 4 1r a d i of r a m e ：t f = 1 0m s 图2 - 5c p i c h 帧结构【6 l 7 北京邮l u 人学颂i ：学位论文 甚于多核d s p 的w c d m a f e m t o - c e l l 接收机模上火实现 2 1 4 扩频和加扰 下行物理信道除了s c h 外，均采用下图所示流程进行扩频和加扰。 d o w n l i n kp h y s i c a l c h a n n e l s 图2 - 6 下行物理信道扩频加扰1 6 】 比特级速率输入的数据经过串并变换，分成i q 两路。p c c p c h 和c p i c h 均采用q p s k 方式调制，“0 映射成1 ，“1 映射成“1 刀。 经过调制后的信号i q 两路分别进行同样方式扩频，再合并。实质上也相当 于对调制后的符号进行扩频。 w c d m a 采用o v s f ( 正交可变扩频因子) 进行扩频。由于码片速率固定保持 3 8 4 m c p s 不变，采用不同扩频因子码字( s f 从4 - 5 1 2 ) 可以支持不同的数据速 率i 引。 o v s f 码采用的是正交w a l s h 码，它也用于区分下行链路同- d , 区内的不同 信道，因此也称为信道化码。码字表示气胛巾中，s f 为扩频因子，m 为码道。 c p i c h 和p - c c p c h 使用标准o v s f 码，分别为2 5 6 ，o 和c c ，2 5 6 l 。 加扰在扩频之后，对扩频后符号进行加扰，因此不改变码片速率。下行链路 中加扰的作用在于区分不同小区。 2 1 5 比特级处理 比特级处理从m a c 层提取若干数据流，对比特进行添加c r c ，信道编码， 交织，速率匹配等处理。处理流程如下图所示 8 北京邮电人学顾i ：学位论文基于多核d s p 的w c d m a f e m t o c e l l 接收机模块实现 某个传输信道传输块 添加c r c 上 信道编码 速率匹配及第一次 d t x 插入 其他传输信道传输块 0 传输信道交织 士 无线帧分割 + 1r 1r1r1r 传输信道复用 0 第二：次d t x 插入 山 物理信道分割交织 士 物理信道映射 一个或多个物理信道 图2 7 比特级处理流程图 c r c 校验码：可选用的生成多项式如下表。硬件中通常采用线性反馈移位 寄存器实现。 表2 - 1w c d m a c r c 生成多项式1 9 1 j ，7 ：7 | ，：c r c 比特数量j + 1 - 孝| 77 生成多项式7 0 。j 。 8d 8 + d 7 + d 4 + d 3 + d + 1 1 2d 1 2 + d 1 l + d 3 + d 2 + d + 1 1 6d 1 6 + d 1 2 + d 5 + 1 2 40 2 4 + d 2 3 + d 6 + 口1 5 + d + 1 信道编码：u m t s 支持卷积码和t u r b o 码两种。b c h 固定采用1 2 速率卷积 码进行信道编码。 2 2 小区搜索过程 小区搜索的目的是找出接收信号的帧头位置，并找出主扰码号，以取得与基 站的下行同步。小区搜索通过三个步骤来实现这个过程1 7 l ：第一步，利用p - s c h 9 北京邮也人学顾l j 学位论义基十多核d s p 的w c d m a f e m t o c e l l 接收机模块实脱 取得时隙同步：第二步，利用s - s c h 取得帧同步；第三步，利用c p i c h 以及第 二步结果找出主扰码号并确定小区i d 。 2 2 1 主同步过程 p s c h 信道承载p s c ( 主同步码) ，用来进行下行时隙同步。 p s c 由于只用作同步，不需要进行扩频、加扰等过程。而是采用一组特定的 码字。如2 1 3 节所述，p s c h 位于每一时隙第一个符号，占2 5 6 个码片。每一 个时隙发送的主同步码是相同的，它是种分层序列，总共2 5 6 个码字，正好可 以占满2 5 6 个码片。 表示为： c o = ( 1 + j ) “ 口1 ) - - i ( 1 + ，) l ，“1 ，u l ，一“1 ，一h l ，“l ，“l ，一h 1 ，h 1 ，h 1 ，u l ，h 1 ，“l ，一h 1 ，比l ，“l ，) 式( 2 - 1 ) 其中： 表示k x o n e c k e r 积； 一( 1 ，1 ，1 ，1 ，1 ，1 ，- 1 ，一1 ，1 ，一1 ，1 ，- 1 ，1 ，一1 ，一1 ，1 ) 式( 2 2 ) v 1 = ( 1 ，1 ，1 ，一1 ，一1 ，1 ，- 1 ，一1 ，1 ，1 ，1 ，一1 ，1 ，一1 ，1 ，1 ) 式( 2 - 3 ) 主同步码插入到无线帧中，相当于每个时隙头产生2 5 6 个码片的特定脉冲。 由于其具有良好的自相关特性，寻找时隙头的过程就是对信号进行自相关处理的 过程。 最基本的匹配滤波器结构如下图所示： ，7 17 叫7 一l _ - _ - _ _ - - _ - _ _ - - j l 誉寸最；一 3 - 一 j 图2 - 8 普通匹配滤波器 通过匹配滤波器的信号将得到周期性的峰值，峰值的位置即时隙头所在位 置。为了进一步利用p s c 的分层特点，可以采用分层相关器用于p s c h 检测， 1 0 北京i i l l j l 人学坝i ：学位论文毖十多核d s p 的w c d m a f e m t o c e l l 接收机模块实现 以减少功率消耗【8 1 。 2 2 2 辅同步过程 s s c h 与p s c h 时间上完全重合，同样也是在每个时隙开始发送特定码字， 不进行加扰和扩频。为了能利用辅同步码找出帧头位置，其承载的s s c ( 辅同步 码) 不像p s c 一样每个时隙均相同，而是在每个时隙发送不同码字。同时不同 小区的s s c 顺序也不相同。 s s c 共有1 6 个，这里用吒j ( 七= l 2 1 6 ) 来表示，每个s s c 码的长度 都为2 5 6 个码片，占满每个时隙第一个符号。 1 6 个s s c 由同一个z 码通过h a d a m a d 变换而来的。其中z 码的构成方式与 p s c 类似，由两个序列的k r o n e c k e r 积得到： z =