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北京邮电大学硕士研究生学位论文 t d s c d m a 综测仪中物理层上行基带处理的 研究与d s p 实现 摘要 本文介绍了作者在所参与的“s p 6 0 1 0t d - s c d m a 终端综合测试 仪”项目中所承担的工作，该产品为全球首台正式商用的t d - s c d m a 终端综合测试仪。在该产品的研发过程中，作者主要完成物理层中上 行链路的需求分析、概要设计、详细设计、编码实现及系统联调的部 分工作。论文的主要内容如下： 一、简要介绍了t d - s c d m a 系统的特点和当前t d s c d m a 终端 测试领域的产业空白和本项目的意义，并对本文的主要内容进行了介 绍。 二、概述了t d - s c d m a 综测仪的功能需求和总体软硬件结构设 计，并具体分析了1 m s 3 2 0 c 6 4 1 6 处理器的结构及其在基带处理系统 中的应用特点。 三、研究了t d - s c d m a 物理层过程，明确了基带处理的功能需 求，并根据需求设计了一种上下行实时处理的软件结构。 四、根据实时性要求对各个上行物理信道及其子模块进行了详细 的设计，并进行了具体的实现。 本论文所论述的内容已应用到s p 6 0 l o 终端综合测试仪的设计与 实现当中，到目前为止，该仪表已经通过多方面的测试，能够稳定运 行。已被多家芯片和手机生产商所使用，反响良好。 关键词：t d - s c d m a ，物理层，d s p ，上行物理信道 北京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s n b c t r e s e a r c ha n di 伊l e 嗄e n t a t i o no fd s pb a s e ba n d u p l i n kp r o c e s si nt d - s c d m a 厂i r e l e s st e s ts e t a b s t r a c t p a p e rp r e s e n t st h ew o r kt h a ta u t h o rh a sp a r t i c i p a t e di n 刀参s c d z 4 t e r m i n a lt e s ts e t & p 6 0 ，di st h ef i r s t1 i ) - s c d m ao n e b o xt e s t e ri nt h e w o r l d ht h ep r o j e c ta u t h o ri n v o l v e di nt h er e q u i r e m e n ta n a l y z e , h i g l l l e v e ld e s i g n ，d e t a i ll e v e ld e s i g n , c o o i n ga n dd e b u g g i n go fu p l i n k p h y s i c a ll a y e r n l ep a p e rm a i n l yc o n s i s t so f 4a s p e c t s ： 1 h l 删u t h ef e a t u r eo f1 d s c d m as y s t e ma n dt h e np o i n t o u tt h a tt h e r ei sab l a n ki nt h et d s c d m at e r m i n a lt e s ta r e a 1 1 1 ep r o j e c ta u t h o rp a r t i c i p a t e si ni sv e r ym e a n i n g f u l 2 d e s c r i b et h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n ta n dt h ed e s i g no fs o f t w a r e a n dh a r d w a r ea r c h i t e c t u r eo f1 1 ) - s c d m at e r m i n a lt e s ts e t a n a l y z et h ea r c h i t e c t u r ea n da p p l i c a t i o no f 田m s 3 2 0 c 6 4 1 6 f i x - p o i n td i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r 3 r e s e a r c ht h ep h y s i c a ll a y e rp r o c e d u r e sa n da d v a n c ean e w m e t h o dt og u a r a n t e et h er e a l - t i m er e q u i r e m e n t a n dd e s i g n t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ea r e h i t e e m r eo f t h eb a s e b a n db o a r d 4 d e s i g n t h e u p l i n k b a s e b a n d p r o c e s s i n g m o d u l ea n d i m p l e m e n tu p l i n kp h y s i c a lc h a n n e l si nd e t a i l s 1 1 1 ec o n t e n to ft h ep a p e rh a sb e e na p p l i e di nt h ed e s i g na n d i m p l e m e n to ft h es p 6 0 1 0p r o j e c t u pt on o w , t h e1 r i ) - s c d m at e r m i n a l t e s ts e th a sp a s s e dm u c hv e r i f i c a t i o n , a n d b e i n gu s e di nm a n y t d s c d m ai ca n dt e r m i n a lm a n u f a c t u r e r s k e y w o r d s ：t d - s c d m a , p h y s i c a ll a y e r , d s p , u lp h y s i c a lc h a n n e l 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，本人承担一切相关责任。 本人签名：尘要鱼 日期：兰盟：兰：! 三 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) 本人签名：! 煎 日期：兰! 1 2 兰：丝 导师签名：；q 礼日期：j 兰严 北京邮电大学硕士研究生论文 第一章绪论 第一章绪论 移动蜂窝时代起源于二十世纪二十年代，最早的移动通信以专用网为主。“蜂 窝”概念的出现和蜂窝移动通信网的最终建立才使商用移动通信得以蓬勃发展。 从八十年代起，移动通信发生了重大的变化并得到迅速的发展。 蜂窝移动通信发展至今，经历了两个阶段，目前正处于发展的第三阶段中。 随着通信业务的迅猛发展和通信量的激增，未来的移动通信系统不仅要有大的系 统容量，而且还要能支持话音、数据、图像、多媒体等多种业务的有效传输。第 三代移动通信系统将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，在提高无 线频率利用率的同时，为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。 第三代移动通信系统在国际上统称为i m t - 2 0 0 0 ( 简称3 g ) ，是国际电信联 盟( u ) 在1 9 8 5 年提出的工作在2 0 0 0 m h z 频段的系统。与第一代模拟移动通 信和第二代数字移动通信系统相比，第三代的最主要特征是可提供移动多媒体业 务。 1 1t d s c d m a 移动通信系统概述 第三代移动通信的主流技术标准主要有三种：i m t - 2 0 0 0c d m a d s ( i m t - 2 0 0 0 直接扩频c d m a ) ，即w c d m a ，它可以在一个宽达5 m h z 的频带 内直接对信号进行扩频；i m b 2 0 0 0 c d m a m c ( i m t - 2 0 0 0 多载波c d m a ) ，即 c d m a 2 0 0 0 ，这是美国提出的技术，它是由1 个或多个1 2 5 m h z 的窄带直接扩 频系统组成的一个宽带系统；t d s c d m a ( 时分同步码分多址) 是由中国无线 通信标准组织( c 、t s ) 向国际电联提出的标准。目前已被国际电联( r r u ) 和 第三代协作项目组织( 3 g p p ) 接受，正式成为n u 第三代移动通信系统标准 i m 2 0 0 0 的家族成员。 1 1 1t d s c d m a 系统的优势和特点 t d s c d m a 移动通信系统标准是中国提出并被国际电信联盟( r r u ) 接纳 的第三代移动通信标准。也是近百年来我国通信史上第一个具有完全自主知识产 权的国际通信标准，它的出现在我国通信发展史上具有里程碑的意义，极大地提 高了我国在移动通信领域的技术水平，是整个中国通信业的重大突破。作为3 g 的国际主流标准之一，t d s c d m a 技术必将引导中国乃至全球3 g 及后3 g 技术 第1 页 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 的演进和发展。对于全球的运营商和通信设备制造商，t d s c d m a 更是提供了 一个难得的发展机遇。t d s c d m a 凭借频谱利用率高、系统容量大、建网成本 低和高效支持数据业务等优势，必定会在全球范围内占有一席之地。 t d s c d m a 系统由无线接入网、核心网和用户终端设备三部分组成。 t d s c d m a 技术的主要突出特点都集中在其无线接入网的无线传输技术中，其 基本特征及主要特点如下： ( 1 ) 采用不需要配对频率的t d d 方式，上下行链路的信息是在同一载频的 不同时间间隔上传送的。 ( 2 ) 在t d d 模式下，在周期性重复的时间帧罩传输基本的t d m a 突发脉 冲( 与g s m 相同) ，周期性地转换传输方向，在同一个载波上交替地进行上下 行链路传输。这样，可以根据业务的不同而任意调整上下行转换点，适用于不对 称的上下行数据传输速率，尤其适合口分组型数据业务。对于对称和不对称业 务，t d d 模式都可提供最佳频谱利用率和最佳业务容量。 ( 3 ) 由于采用t d d 的双工方式，使得用同一频率的上下行链路具有相似的 电波传播特性，便于采用智能天线等新技术，提高系统性能、降低成本。 ( 4 ) t d s c d m a 是同步的c d m a ，它克服了异步c d m a 技术由于每个移 动终端发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰问 题，既提高了系统的容量，又使硬件得到简化。 t d - s c d m a 是基于r r u 对i m t - 2 0 0 0 的全部要求来设计的，解决了移动速 度和小区半径等t d d 的问题，本身就可以组成一个完整的蜂窝网络。 1 1 2t d - s c d m a 系统的关键技术 1 联合检测 t d s c d m a 系统是干扰受限系统。系统干扰包括多径干扰、小区多用户干 扰和小区间的干扰。这些干扰破坏了各个信道的正交性，降低了c d m a 系统的 频谱利用率。传统的r a k e 接收机技术把小区内的多用户干扰当作噪声处理，而 没有利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。 联合检测技术即“多用户干扰”抑制技术，是消除和减轻多用户干扰的主要 技术。它把所有用户的信号都当作有用信号处理，这样可以充分利用用户信号的 扩频码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰，但同时也存 在多码道处理过于复杂和无法完全解决多址干扰等问题。 2 智能天线 智能天线系统是由多天线阵及相连的相干收发信机和先进的数字信号处理 算法构成的，它采用空分多址( s d m a ) ，利用信号在传输方向上的差别，将同 第2 页 北京邮电大学硕i ：研究生论文 第一章绪论 频率或同时隙、同码道的信号区分开，最大限度地利用有限的信道资源。智能天 线类似一个空间滤波器，发射机把高增益天线波束对准通信中的接收机，而接收 机把高增益天线对准通信中的发射机，同时把零点对准其他干扰信号的入射方 向，通过空间选择性分集，大大提高接收灵敏度，减少不同位置同信道用户的干 扰有效合并多径分量，抵消多径衰落，这样滤除同道干扰和多址干扰，从而提高 接收信号的信干比。 3 动态信道分配 在采用动态信道分配( d c a ) 的系统中，信道资源不固定属于某一个小区， 所有的信道被集中分配。根据小区的业务负荷，通过信道的通信质量、使用率和 信道的再用、距离等因素选择最佳的信道，动态地把信道资源分配给接入的业务。 4 上行同步 t d s c d m a 是同步的c d m a ，即指c d m a 系统中的所有无线基站收、发 同步。t d s c d m a 上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步，通过 软件和物理层设计来实现，这样可以使正交扩频码的各个码道在解扩时完全正 交，相互间不会产生多址干扰。克服了异步c d m a 技术由于每个移动终端发射 的码道信道到达基站的时间不同，造成码道非正交所带来的干扰问题。 5 接力切换 接力切换是中国的第三代移动通信系统提出的概念，不同于硬切换和软切 换，它是基于同步c d m a 技术和智能天线的结合技术。接力切换的方式既适用 于同频切换也适用于异频切换，而且避免了频繁的切换，大大提高了系统的容量 1 2 论文选题意义 t d s c d m a 终端测试仪是移动终端生产的关键设备，在终端生产过程中， 对终端进行一致性测试，保证不同厂家的终端在网络内的表现一致并能够互联互 通，保证终端的开发人员有据可依，从而为运营商的移动网络运营保证质量。 近年来，我国通信仪表行业有了长足的发展，无论是在新产品的开发研制能 力、产品科技含量和推广应用等方面，都取得了可喜的成绩，目前我国仪器仪表 行业整体综合技术水平达到国际2 0 世纪8 0 年代中期水平，微电子技术和计算机 技术在仪器仪表产品中普遍采用，约1 5 的产品实现了智能化，达到国际2 0 世 纪9 0 年代的水平，3 0 0 , 6 的产品实现了数字化，达到国际2 0 世纪8 0 年代末期水 平。 目前我国通信仪表行业专门从事对行业发展进行基础性、前瞻性、战略性及 重大专项研究的力量薄弱而分散，导致我国通信仪表行业整体技术水平不高。国 际上现代化通信仪表正向微型化、集成化、智能化和总线化迅速发展，处于领先 第3 页 北京邮电大学硕l 研究生论文 第一章绪论 甚至垄断地位，而我国仪器仪表工业起步较晚，相关基础薄弱，尚属于幼稚而脆 弱的产业，因此建立一批通信仪表工业科研和工程发展中心，在未来5 至1 0 年 内扶植发展一批通信仪表生产基地和“龙头企业”对于通信仪表的国产化至关 重要。 跟据本项目进行的相关调查显示，目前在我国国内还没有针对t d - - s c d m a 的综合测试系统的相关产品。为保障t d s c d m a 产业链的完整、提升产业化的 可靠性和竞争优势，t d s c d m a 终端产业迫切需要一个综合的测试平台。中 国终端测试设备厂商的最大竞争对手是安捷伦、安立和泰克等电子测试测量与监 测设备领域的知名企业。目前中国厂商在t d s c d m a 测试设备上还有机会，这 些国际巨头在w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 方面的研发能力虽然强大，但是 t d s c d m a 让他们与我们站在了同一起跑线上，中国厂商能否成功就看是否能 把握机会，将先发优势转化成产业的盛势。作者非常有幸能够参加t d s c d m a 测试仪的研发工作，并且在这个项目中担任了重要的责任。t d s c d m a 测试仪 的研究和开发工作让作者受益匪浅，作者也为此感到骄傲。同时，这也是作者选 题的意义。 1 3 论文的内容与结构 本论文围绕t d s c d m a 终端综合测试仪系统中物理层上行处理的设计研究 与实现进行详细论述，论文的内容结构安排如下： 第一章“绪论”，首先对t d s c d m a 移动通信系统作总体的介绍和分析， 论述论文选题的意义并介绍作者在本项目中的主要工作。 第二章“t d s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍”，首先对测试仪的功能进 行详细描述，并对基带运行环境进行介绍，其中将重点分析t m s 3 2 0 c 6 4 1 6d s p 芯片的两个协处理器对t d s c d m a 系统卷积码和t u r b o 码解码应用方面的支 持。 第三章“基于d s p 的基带处理过程研究”，将重点研究并分析t d s c d m a 的物理层过程，围绕物理层过程的需求提出综测仪需要支持的功能，并将分析 d s p 在运行基带程序时的实时性问题。 第四章“上行基带处理的d s p 实现”，将对基带处理的d s p 实现进行了全 面的阐述。根据功能需求和实时性要求设计并实现上行物理信道及其各个子模 块，最后将具体定义物理层上行链路同高层的原语接口。 第五章“总结与展望”，本章作为整个论文的结束，将对论文全篇内容作一 下总结，并对s p 6 0 1 0 这个商用产品的可扩展性进行分析。 第4 页 北京邮电大学硕上研究生论文 第二章t d - s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 第二章t d - s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 t d - s c d m a 终端综合测试仪是t d s c d m a 产业链中的重要一环，本章将 对t d s c d m a 终端综合测试仪的主要功能和软硬件结构进行了阐述，并对综测 仪基带的运行和开发平台进行介绍。 2 1t d s c d m a 综测仪功能介绍 2 1 1 功能简介 终端是整个产业链中的最重要的环节之一，终端的发展状况对产业中的方方 面面都会有重大影响，而且与用户的使用息息相关，所以要对终端进行详尽的一 致性测试。无论在上一小节中的哪种测试配置下，都可以对终端进行详尽的一致 性测试。 所谓一致性测试就是验证设备实现与相应协议标准的一致性，检验不同的待 测设备是否能够满足一个统一的要求，从而在相同的外部条件下进行相同的动 作，并且输出相同的结果。可见，一致性测试是为了保证设备之间的互联互通的。 终端一致性测试的开展是为了保证不同厂家的终端在网络内的表现一致并 能够互联互通，保证终端的开发人员有据可依，从而为运营商提供服务保证质量。 随着t d s c d m a 产业化进程的推进和商用系统的呼之欲出，研究终端标准和终 端测试就成了我们的当务之急。其中，解决t d - s c d m a 移动终端设备非一致性 问题将成为整个系统演进过程中一个不可忽略的重要因素。所以，积极开展 t d s c d m a 移动终端一致性测试技术的研究，提供标准的、实用的一致性测试 方法和工具，以准确地验证移动终端设备的各项技术、信令和性能要求，对于 t d - s c d m a 产业化进程具有十分重要的意义。 一致性测试实质上是利用一组特定的测试例，在一定的网络环境下，对待测 设备进行黑箱测试，通过比较实际输出与预期输出的异同，判定待测设备在多大 的程度上与标准描述相一致，并借此来保证通过一致性测试的设备在不同网络中 的表现一致。 2 1 1 1 射频指标测试功能 射频指标测试主要包括以下几个部分： 第5 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d - s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 ( 1 ) 发射机特性测试，包括u e 最大输出功率、频率误差、上行开环功率控 制、上行内环功率控制、最小输出功率、发射关闭功率、发射开关时自j 模板、 占用带宽、邻道泄漏抑制比、杂散辐射、发射互调、矢量幅度误差( e v m ) 、 峰值码域误差等。 ( 2 ) 接收机特性测试，包括参考灵敏度电平、最大输入电平、邻信道选择性、 杂散辐射等。 2 1 1 2 协议信令测试功能 图2 - 1 综测仪功能图 协议信令测试部分，是为了保证u e 的信令达到协议所规定的一致性和规范 化。这一部分测试是为了验证终端最基本的功能是否完整有效，例如语音呼叫的 拨打测试以及短消息的收发测试。此项测试从用户角度出发，保证终端能够接入 目前运营的网络且满足用户的基本需求。主要包括3 项内容：3 g 网络的基本功 能、电路域基本过程和分组域基本过程。 ( 1 ) 3 g 网络业务的基本功能 在u e 的i d l e 模式下的基本操作：对不同p l m n 选择、小区选择；系统信 息接收；r r c 层功能，安全模式控制和功率控制( 包括了上行闭环功率控制和 上行开环功率控制等相关项目) 。 ( 2 ) 电路域基本过程 电路域基本过程包括位置更新和呼叫控制。其中位置更新包括i m s i 附着， 周期性位置更新和正常位置更新等。呼叫控制要求ue 应支持呼叫的建立及释 放过程，包括u e 发起呼叫( m o c ) 、u e 被呼( m r c ) 、u e 发起语音呼叫 释放、数据呼叫及网络发起的语音呼叫释放等项目。 ( 3 ) 分组域基本过程 第6 页 北京邮电大学硕士研究生论文第一二章t d - s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 分组域基本过程包括移动性管理和会话管理。移动性管理主要有g p r s 附 着分离和周期性路由区更新磋 话管理包括u e 发起的p d p 上下文激活、u e 发 起的p d p 上下文去激活、p s 域u e 主叫、p s 域u e 发起呼叫释放等项目。 2 1 2 总体结构设计 2 1 2 1 硬件结构 硬件系统是t d s c d m a 终端生产测试用表，它包括基带信号处理、仪器控 制计算机、t d s c d m a 信号发生器、t d s c d m a 信号分析模块、时钟处理模块 和收发控制开关这几部分。 图2 - 2 综测仪外观 机箱和控制器： 机箱是整个硬件系统的外壳，对贵重的硬件设备具有保护作用。所有的硬件 设备均放置在机箱内，机箱同时提供硬件插槽以及电源，散热的功能，以维护硬 件的正常工作。系统机箱采用p x i 标准规定的标准3 u 机箱，具有p x i 规范规定 下的环境一致性指标，符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度的极限条件。 控制器采用标准的工控机，采用p x i 总线接口；预装w i n d o w s2 0 0 0 或x p 操作系统；奔腾2 0 g c p u 以上，2 0 g 以上硬盘，5 1 2 m 以上内存；g p i b 接口， 网口，u s b 接口以及其他标准p c 配置接口。 、 l c d 显示屏和按键： l c d 显示屏用来显示界面和各种测量结果的输出，6 4 0 4 8 0 的标准v g a 分 辨率，按键用于对仪表进行操作。 射频模块： 高稳时钟模块( 3 0 1 1 板) 输出1 0 m h z 的基准时钟，以及为射频接收模块， 射频发送模块提供调制、解调用的频率源； 频率综合子板( 3 0 1 1 、3 0 1 0 板) 根据时钟源信号产生符合要求的射频信号， 射频载波信号将分别送给射频发送和接收模块； 第7 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 射频发送子板( 3 0 2 0 板) 将来自基带信号处理器的信号利用载波发生器产 生的载波调制为射频信号，并且发送被测终端； 射频接收子板( 3 0 3 0 板) 将终端发射的射频信号进行解调，同时抽样量化 后转换为基带信号，供b b u 板中进行基带信号处理； b b u 板： b b u 板是进行基带处理的核心，其主要功能是： 在上行链路方向上接收从射频接收板l v d s 数据线送来的基带信号，完成上 行基带信号处理和终端射频指标测试，然后将测试结果送往主控计算机处理； 在下行链路方向上发送下行基带信号，然后通过l v d s 数据线将下行基带数 据送往射频发送板发送，带动终端进入通话状态； 2 1 2 2 软件结构 综测仪的软件按照功能分为主控软件、协议栈软件、测量算法软件、驱动软 件、物理层软件和f p g a 软件，其中主控软件、协议栈软件、测量算法软件、驱 动软件的p c 侧程序运行在控制器上；物理层软件运行在d s p 上；f p g a 软件运 行在b b u 板的f p g a 上。 主控软件 “主控软件”是整个仪表系统的中心控制模块，软件运行在仪表主控p c 中。 “主控软件”实现对用户的测试数据显示和提供给用户对仪表的控制接口，是一 个仪器系统的显示和配置平台。对于系统内部而言，软件将通过接口对所有的硬 件设备进行控制，使各种硬件板间相互配合，完成需要的呼叫，测试和配置功能。 测试用例采用脚本形式，用户编写脚本文件，“主控软件”能够完成对控制 指令的解析和功能执行，使测试设备不仅仅能够完成单一功能的测试，还可以使 用户定制不同的控制方式，去完成复杂的设计测试任务。 “主控软件”同时也控制着仪表同其他设备的通信，可以提供g p i b 和l a n 接口与其他的仪表和控制器相连。 协议栈软件 协议栈软件包括r r c 、r l c 、m a c 。 r r c 对无线资源进行分配并发送相关信令。l i e 和u t r a n 之间控制信令的 主要部分是r r c 消息。r r c 消息承载了建立、修改和释放数据链路层和物理层 协议实体所需的全部参数，同时也携带了n a s 的一些信令，如m m 、c m 、s m 等。同时，下层的一些测量报告可以为r r c 分配无线资源提供参考。控制操作 和测量报告将通过r r c 与低层的接入点进行交互。大致可以分为六个功能实体： 路由功能实体( i 江e ) 。广播控制功能实体( b c f e ) ，寻呼及通告功能实体( p n f e ) ， 第8 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d - s c d m a 综测仪及摹带开发环境介绍 专用控制功能实体( d c f e ) ，共享控制功能实体( s c f e ) ，传输模式实体( t m e ) 。 r l c 位于r r c 层之下m a c 层之上，为用户数据和控制数据提供分段和重 传业务。每个r l c 实体由r r c 配置。在控制平面中，r l c 向上层提供信令无 线承载。在用户平面中，在p d c p 和b m c 没有被该业务使用的时候，r l c 向上 层提供无线承载，否则无线承载业务由p d c p 和b m c 承载。大致可以分为三个 功能实体：透明传输功能实体( 1 m ) ，非确认传输功能实体( u m ) ，确认传输功 能实体( a m ) 。 m a c 位于r l c 层之下物理层之上，主要是为物理层提供传输信道和向r l c 层提供服务的逻辑信道之间的映射。同时，也为逻辑信道选择合适的传输格式 ( t f ) 。大致可以分为三个功能实体：m a c - b ( 处理小区广播消息) ，m a c c s h ( 处 理小区公共信到和共享信道) ，m a c - d ( 处理连接模式下的专用信道) 。 通过射频电缆连接终蜡 图2 - 3 系统总体软件结构 测量算法软件 测试算法模块图如下所示，测试算法模块主要由协议栈接口模块、参数保存 和分析模块、主控接口模块、驱动接口模块、1 2 x 数据缓存模块和算法实现模块 组成。 第9 页 北京邮电大学硕t 研究生论文第二章t d - s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 际习 i 模块l i一 主控 软件 模块 参数保存和 分析模块 _ 接口模块lr _ j l r _ i i w _ m 景 t l 驱动接口模块ll = 二釜三_ i = ：i 测试算法模块再 参数控制线 数据线 驱动模块 图2 - 4 测量算法软件总体框图 驱动软件 驱动部分实现主控软件、测试模块、高层协议栈和物理层协议栈数据和信令 交互的通道。驱动模块提供上行和下行两条通路来完成数据和信令的交互。驱动 软件包括p c 侧和d s p 侧两部分。 物理层软件 测试仪表需要能够模拟基站，产生基站下行发送给移动台的信号，而且对移 动台的上行发送给基站的信号有接收并解析的功能。这就需要在基带板的d s p 芯片上实现t d s c d m a 的物理层协议栈。在下行，基站端高层数据和信令通过 该协议栈，形成对应的物理信道，发送给移动台；在上行，移动台发送的物理层 数据通过该协议栈转化为高层的信息，反馈给基站，使基站和移动台之间能正常 的通信。测试仪表物理层功能的实现，包括所使用的物理信道及其产生，信道的 编码和复用，扩频与调制，还包括相应的各个具体的物理层过程。 本测试仪支持以下物理信道：d p c h 、p c c p c h 、s c c p c h 、f p a c h 、p i c h 、 d w p c h 、p r a c h 、u p p c h 。物理信道部分由传输信道映射得到，如：d p c h 、 p c c p c h 、s - c c p c h 、p r a c h ：另一部分则没有对应的传输信道，如f p a c h 、 p i c h 、d w p c h 、u p p c h 。 f p g a 软件 l v d s 数据发送和接收：发送来自基带板d s p 的调制加扰后的基带数据信号 和必要的时钟信号、触发信号至a e r o f l e x 3 0 3 0 。接收来自a e r o f l e x 3 0 2 0 的数字信号和必要的时钟信号，处理后传给基带板d s p 进行处理。 基带接收数据速率转换：将l v d s 接收到的4 8 倍速信号变换成4 倍速数据。 发送，接收滤波：系数为0 2 2 的r r c 滤波 基带发送接收数据存储：对数据进行缓存，等待下一步处理。 第1 0 页 北京邮电大学硕上研究生论文第二章t d - s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 产生其他板子的t r i g e r ：产生其他板子的s t a r t r i g e r 信号。 2 2t it m s 3 2 0 c “1 6 数字信号处理器 在第三代移动通信系统中，为了能提供大容量和高质量的语音、可变速率数 据、图像等业务，无线空中接口的传输速率在室内环境最高要达到2 m b i t s ，在 室外移动环境最高要达到3 8 4 k b i t s 。因此需要无线基站提供强大的处理能力。1 1 公司推出的t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 是目前处理能力最强大的处理器( d s p ) ，它的主频高 达6 0 0 1 0 0 0 m h z ，专门用于设计高性能的3 g 无线基站。 2 2 1t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 处理器硬件结构 1 m s 3 2 0 c 6 4 1 6 的硬件结构如图2 5 所示。内部包括一个d s p 内核、一级数 据c a c h e 、一级程序c a c h e 、二级存储器、增强型d m a 控制器e d m a ) v i t e r b i 译码协处理器( v c p ) 、t u r b o 译码协处理器( t c p ) ；对外接口包括两个外部存 储器接口( e m i f a 和e m i f b ) 、主机接口( h p i ) 、p c i 接口、u t o p i a 接口、多 通道缓冲串口( m c b s p ) 。 d s p 内核采用超长指令字( v l l w ) 体系结构，有8 个功能单元、“个3 2 b i t 通用寄存器。一个时钟周期同时执行8 条指令，运算能力可达到5 7 6 0 m i p s ( 每 秒百万条指令) ，支持8 1 6 3 2 6 4b i t 的数据类型。两个乘法累加单元一个时钟周 期可同时执行4 组1 6 * 1 6 b i t 乘法或8 组8 * 8 b i t 乘法，每个功能单元在硬件上都增 加了附加功能，增强了指令集的正交性。除此之外还增加了一些指令用以削减代 码长度和增加寄存器的灵活性。 为使数据能保持对超快速d s p 内核的供给，t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 采用了两级超高 速缓存器，即1 6 k b y t e 的一级数据c a c h e 、1 6 k b y t e 的一级程序c a c h e 和 1 0 2 4 k b y t e 的数据和程序统一内存。为了达到更大的扩展，1 0 2 4 k b y t e 内存中的 2 5 6 k b y t e 存储空间可设置用作二级c a c h e 。 在内存和外设接口( e m m a 接口、e m i f b 接口、h p i 或p c i 接口、m c b s p 串口、u t o p i a 接口等)之间所有的数据传输都由e d m a 来处理。 t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 的e d m a 共有6 4 个通道，每个通道的优先级都可编程设置，每 个通道都对应一个专用同步触发事件，使得e d m a 可以被外设来的中断、外部 硬件中断、其它e d m a 传输完成的中断等事件触发，开始进行数据的搬移。 e d m a 完成一个完整的数据搬移后，可从通道传输参数记录指定的链接地址处 重新加载该通道传输参数。e d m a 传输完成后，e d m a 控制器可以产生一个 到，d s p 内核的中断，也可以产生一个中断触发另一个e d m a 通道开始传输。 第1 1 页 北京邮电大学硕士研究生论文第一二章t d - s c d m a 综测仪及摹带开发环境介绍 c “d l _ 一- n lv 卜 lt h - t 螨巍皇h * _ 嚣qe - _ 8 _ o “w o - l ：卜 1 ，卜 l 。卜 - 一l li 一 幢i t 1 轻ii 2 l is l l j - 1 m i h l j 一i j l f j 一 l l 一 - “一：= - 一i - k b - 1 _ io - 童o p m ql h g j q o 1 j 即j 五 i - ll a _ _ - l - a li l 黑卜 北京邮电丈学硕 = 研究生论文 第二章t d - s c d m a 综测仪及摹带开发环境介绍 在t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 中，还增加了一个u t o p i a 接口，它支持u t o p i a9 9 规 范，发送数据总线和接收数据总线均为8 b i t 宽，工作频率最高可达5 0 m h z 。 u t o p i a 接口作为a t m 控制器的从方，在a t m 器件和物理层器件之间提供了一 个标准的硬件接口。由于t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 内部没有专用的硬件模块处理a t m 适 应层功能，因此a t m 适应层功能应该由d s p 软件来实现。 另外t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 还有三个多通道缓冲串口( m c b s p ) ，工作频率最高可 达1 0 0 m h z 。其中m c b s p l 串口和u t o p i a 接口复用，m c b s p 2 串口和p c i 的 e e p r o m 接口复用。 由于t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 采用了新型芯片制造工艺，i o 电压为3 3 v ，内核电压 仅为1 2 v 。当时钟频率为6 0 0 m h z 时，d s p 的最大功耗小于1 6 w 。 2 2 2 协处理器 2 2 2 1 v i t e r b lc o p r o e e u e r 在t d s c d m a 系统中，语音和低速信令传输采用卷积码。卷积码译码方法 有门限译码、硬判断v i t e r b i 译码和软判断v i t e r b i 译码。t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 中的v c p 可进行硬判决v i t e r b i 译码或办判决v i t e r b i 译码。 图2 - 6v c p 内部结构 v c p 的输入为d s p 软件根据待译码数据计算得到的分支度量。若为硬判决， 每个输出符号用l b i t 表示；若为软判决，每个输出符号用1 6 b i t 表示，v c p 也计 算v t e r b i 译码的质量指示y a m a m o t o 比特。v c p 的可编程参数包括：约束长度k 第1 3 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t i ) - s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 ( 5 、6 、7 、8 、9 ) 、编码速率r ( 1 2 、1 3 、1 4 ) 、编码器生成多项式、编码块长度 f 、是否使用滑窗及滑窗参数( 可靠程度r 、收敛长度c ) 、硬判决还是软判决、 计算状态矩阵的初始条件、质量指示y a m a m o t o 比特门限等。 v c p 的内部结构如图2 6 所示。其中e d m a 接口包含译码输入数据f i f o 和 输出数据f i f o ；存储单元包含存储器内部状态矩阵和判决的回溯路径；运算单 元根据输入分支度量进行加、比较、选择运算和回溯；v c p i n t 为v c p 译码完 成后到d s p 内核的中断；v c p x e v t 触发e d m a 通道2 9 ，搬移v c p 的可编程 配置参数或待译码数据的分支度量到v c p 内部寄存器或内部输入f i f o ； v c f r e v t 触发e d m a 通道2 8 ，从v c p 输出f i f o 搬移译码结果到d s p 内部或 外部存储区。 袁2 - 1 v c p 配置i c 嬲k 幢蔷器黜品盘。 c 冉o y r 蠢t 翟r e 5 0 0 0 0 ( 3 0 0 0 1 的o c 0 0v c 卢t v c ph p m c o , r e , o n m 忡0 0 1 o v c 1v c pm p a l 忡r “o nr e t t ) r1 5 00 0 0 1 o bv o 朗c 2 v c p “p _ a f t g u r a f i o n 。g 咖r2 5 0 o c 0 1 舶o cv o h v ( ：pi n p u t 哺驴7 酬o n e 口b 怕r3 a 。0 0 0 0 1 0v o 同c v c p m p u t 忡f d o nr e g i s t e r 4 5 0 1 40 1 0 m v o 目c 5 v c p - i p _ c o a f 咱u r a e o n 帕口- 抽r5 5 d o o oa 1 0 0 2 v o p o m v c p a u _ f o g t s t 茁0 5 o 0 0 4 40 1 b b o v o p o u t lv c p 岬- r q 1 v c p w m v c p b r a n d f ”h f q b _ 5 d 0 0 0 b v c pd o c t e ) 呲t o a dr e n 甘 0 1 朗0 们e v c p 甑曲r 0 0 咖r v c pe n 由nr 叼一甘 v o p 氰甜ov c pb b 批s t e 口晰0 v a n t l j $ m 0 1 v c e n a 馆a i 簟 d s p 协同v c p 进行译码处理的过程如下： ( 1 ) d s p 初始化输入缓冲区。d s p 根据待译码数据预先计算其分支度量， 并写入指定的缓冲区。 ( 2 ) d s p 分配输出缓冲区，准备存储译码结果。 ( 3 ) 准备v c p 的寄存器配置参数。这些参数首先准备好放在d s p 的内存 或外存，当v c p 启动时由e d m a 写入v c p 内部寄存器。 ( 4 ) 设置e d m a 参数。设置e d m a 通道2 9 参数，由v c p x e v t 触发，搬 移v c p 配置参数到v c p 内部寄存器，搬移待译码数据的分支度量到v c p 内部 输入f i f o ：设置e d m a 通道2 8 参数，由v c p r e v t 触发，从v c p 输出f i f o 搬移v c p 译码结果到d s p 指定的输出缓冲区。 ( 5 ) 使能e d m a 。使能e d m a 通道2 8 和2 9 ，使其可以响应v c p x e v t 和 v c p r e v t 同步触发事件。 ( 6 ) 启动v c p 。d s p 写“开始”命令到v c p 内部的命令寄存器( v c p e x e ) ， 第1 4 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第一二章t d - s c d m a 综测仪及基带开发环境介绍 这会使v c p 生成v c p x e v t 事件，触发e d m a 通道2 9 ，搬移配置参数和待译 码数据的分支度量到v c p 。 ( 7 ) 处理v c p 译码结果。v c p 译码完成后会触发e d m a ，由e m d a 通道