（电路与系统专业论文）tdscdma终端综合测试仪数字基带的研究与实现.pdf

北京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 i 1 9 一s c d m a 终端综合测试仪数字基带的研究与实现 摘要 本文内容为作者在所参与的“t d s c d m a 终端综合测试仪 s p 6 0 1 0 研发”项目中所承担的工作。该综测仪具有t d s c d m a 网络 侧的系统模拟，信令产生和解析等功能，并在该基础上可用于终端射 频一致性测试。作者作为s p 6 0 1 0 研发项目硬件小组的负责人，全程 参与了项目预研、需求分析、系统设计、硬件开发及系统集成等阶段 的工作，并主要负责t d s c d m a 系统数字基带信号处理板的设计与 实现。论文的主要内容如下： 分析了终端综合测试仪s p 6 0 1 0 所能完成的功能，以及软、 硬件结构。 二完成综测仪数字基带信号处理模块的需求分析，包括功能需 求分析及接口需求分析两部分内容。 三完成综测仪数字基带信号处理模块的芯片选型，并从d s p 、 f p g a 、c p l d 、时钟、电源及复位模块等几个方面完成了数字基带信 号处理模块的详细设计与实现。 四对所做工作进行总结并对s p 6 0 1 0 将来在多模终端测试方向 的发展进行展望。 本论文所论述的内容已应用到s p 6 0 1 0 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 pf p g a 北京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 r e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no nt h ed i g i t a l b a s e b a n ds i g n a lp r o c e s s i n gm o d u l eo f t d s c d m at e r n a i ，t 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 st a k e nw h e np a r t i c i p a t e di n t h ep r o j e c to fd e v e l o p m e n to ft d s c d m at e r m i n a lt e s ts e ts p 6 0 l o t h i st e s ts e ts p 6 0 1 0i n t e g r a t e sa n da c h i e v e st h ef u n c t i o n so fs y s t e m s i m u l a t o r , s i g n a lg e n e r a t o r a n d s i g n a la n a l y z e r , a n dc a na c c o m p l i s h t e r m i n a lr fc o n f o r m a n c et e s t i nt h i sp r o j e c t a u t h o rh a sa c t e da st e a m l e a d e ro ft h eh a r d w a r e d e s i g ng r o u p a n d p a r t i c i p a t e d i n p r o j e c t i n v e s t i g a t i o n ，s p e c i f i c a t i o na n dr e q u i r e m e n t ，s y s t e md e s i g n ，h a r d w a r e d e v e l o p m e n ta n di n t e g r a t i o n ，f o c u s i n go nr e a l i z a t i o no fd i g i t a lb a s e b a n d s i g n a lp r o c e s s i n gm o d u l ei nt h et e s ts e t t h ec o n t e n t so f t h i sp a p e ra l ed e s c r i b e da sf o l l o w s 1 a n a l y z et h ef u n c t i o n so ft h es p 6 0 1 0 ，a n da n a l y z et h eh a r d w a r e a n ds o f t w a r es t r u c t u r e so f t h et e s ts e t 2 a c c o m p l i s ht h er e q u i r e m e n t sa n a l y z i n go ft h ed i g i t a lb a s e b a n d s i g n a lp r o c e s s i n gm o d u l ei nt h et e s ts e t ，i n c l u d i n gf u n c t i o n r e q u i r e m e n t sa n di n t e r f a c er e q u i r e m e n t s 3 s e l e c tt h ec h i p so ft h ed i g i t a lb a s e b a n ds i g n a lp r o c e s s i n gm o d u l e ， a n da c c o m p l i s ht h er e a l i z a t i o no ft h ed s p , f p g a ，c p l d ，c l o c k ， p o w e ，r e s e ts u bm o d u l e si nd e t a i l 4 s u m m a r i z et h ew o r k sa n dh a v ea l le x p e c t a t i o no ns p 6 0 1 0a b o u t i t ss u p p o r tf o rm u l t i m o d et e r m i n a lt e s t i n g t h ec o n t e n to ft h e p 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 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 i m p l e m e n t a t i o no ft h es p 6 0 1 0 s o f a r , s p 6 0 1 0h a sp a s s e dal o to f v e r i f i c a t i o n ，a n dh a sb e e nu s e di nm a n yt d s c d m ai ca n dt e r m i n a l m a n u f a c t u r e r s k e yw 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 pf p g a 3 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。 】、7 本人签名： j ! 萄 e t 期： 鲨! z ：! ：! ! 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| 日j 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斤适用本授权书。 本人签名：i 遗日期： ! 12 ：! ：! 导师签名： ! 鸳型；日期：= 碰z ；，f ! 北京邮电大学硕士研究生学位论文第一章 1 1 选题背景及意义 1 1 1 论文背景 第一章绪论 作为第三代移动通信标准的t d s c d m a 系统正在我国逐步发展起来，其 产业链也正逐步形成。为保障产业链的完整、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。 本论文所讨论的内容是国家8 6 3 资助项目“t d s c d m a 终端综合测试仪” 的一个重要组成部分。t d s c d m a 终端综合测试仪是经过周密的市场分析和市 场前景预测，为填补t d s c d m a 终端测试设备领域的空白，带动相关移动通信 产业的发展，而研制的测试设备。本人参加了该项目的研发，并作为测试仪硬件 小组的负责人，认真研究了t d s c d m a 物理层协议，深入了解系统数字基带信 号处理模块的功能需求和接口分析，并对其进行设计实现。 1 1 2 选题的意义 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。 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。在g s m 和c d m a 终端生 产的测试仪表中，美国的安捷伦和德国的罗德施瓦茨两个测试仪表生产公司占据 了大部分市场。而对于t d s c d m a 系统的终端测试仪表，在本项目启动前还没 有厂家支持，这将严重影响t d s c d m a 的产业化进程。因此本项目开发的 t d s c d m a 终端综合测试仪填补了通信市场上t d s c d m a 终端测试设备领域 的空白，为t d s c d m a 的商用化进程做出了很大的贡献。 北京邮电大学硕士研究生学位论文第一章 t d s c d m a 终端综合测试仪的实现广义上分为硬件及软件两个部分，其中 硬件部分又主要由射频模块、数字基带信号处理模块、主控处理器模块及起桥梁 作用的p x i 背板模块组成。数字基带信号处理模块的主要工作是对上行接收及 下行发射的数字基带信号进行物理层算法处理及实现与其它模块的接口转换。因 此它对于测试仪的实现起着非常基础而关键的作用，是不可或缺的一个重要部 分。 1 2 论文内容安排 第二章t d s c d m a 终端综合测试仪简介，首先介绍了测试仪能够实现的功 能，然后从全局角度描述整个t d s c d m a 终端综合测试仪的硬件结构和软件结 构。 第三章t d s c d m a 终端测试仪数字基带模块需求分析，对数字基带信号处 理模块从功能需求及接口需求两个方面进行分析。 第四章t d s c d m a 终端测试仪数字基带模块详细设计与实现，涵盖了作者 的主要工作。这一部分首先通过表格列举了芯片选型，然后对各个芯片模块进 行详细的设计。设计内容包括模块功能描述，所选器件介绍，接口设计，配置及 参数设计等。 第五章对全文进行总结，对t d s c d m a 终端测试仪的发展提出了展望。 2 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 第二章t d s c d m a 终端综合测试仪简介 本章将对终端综合测试仪所能完成的具体功能进行描述，此外将从硬件结构 及软件结构两个方面对综测仪的系统结构进行分析。 2 1t d s c d m a 终端综合测试仪功能概述 概括说来，t d s c d m a 终端综合测试仪s p 6 0 1 0 的主要功能可以分为射频测 试功能、呼叫处理功能、音频测试功能和g p i b 远程控制功能。 ( 1 ) 射频测试功能。射频测试功能是对t d s c d m a 终端射频指标进行测试， 包括接收机测试和发射机测试。 图2 - 1 发射机测试 北京邮电大学硕士研究生学位论文第二章 图2 2 接收机测试 ( 2 ) 呼叫处理功能。呼叫处理功能是为模拟网络侧的协议处理过程，将被测 终端带到某一状态以进行相关测试。呼叫处理功能可模拟t d s c d m a 网络的接 入网和核心网的部分处理过程。 ( 3 ) 音频测试功能。音频性能测试项目包括晌度评定值、频率响应、侧音俺 蔽评定值、失真、空闲电路噪声、稳定度损耗、加权的终端耦合损耗、环境噪声 抑制等。 ( 4 ) g p i b 远程控制功能。t d s c d m a 综测仪应当具有远端控制的功能，远 端控制即用户使用p c 或者工控机在远端对仪表进行控制，控制的传输线一般采 用g p i b l a n 来连接。 s p 6 0 1 0 为了方便客户的使用，还添加了丰富的系统控制功能，使客户可以 根据测试的要求设置测试工程中的各种参数和仪表的特定功能参数。 2 2t d s c d m a 终端综合测试仪系统结构 t d s c d m a 终端综合测试仪采用模块化的设计思想，整个系统从硬件、软 件上分为几个模块，可根据客户不同的需求灵活配置。 2 2 1 硬件结构 测试仪的硬件结构如下图所示： 4 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 l 棚i l i ! ! p x i b a c k p l a n e nj 【hl 【n! r !j rh m a i n g p i br f 3 0 1 1r f 3 0 2 0r f 3 0 1 0r f 如3 0r f 3 0 6 0b b u a u d i o c o l l t t o l b o o r d 汐& 姗忙i 图2 - 3t d s c d m a 终端测试仪硬件结构 t d s c d m a 终端综合测试仪硬件部分基于p x i 总线结构及模块化的设计思 想，仪表从功能上可划分为主控制器模块、g p i b 控制模块、射频模块、数字基 带信号处理模块b b u 、音频信号处理模块、电源模块、p x i 背板模块、液晶显 示模块及按键控制模块等。下面分别进行介绍： 2 2 1 1 主控制器模块 作为仪表的中央处理器，主控制器模块运行着系统的主控软件、高层的协议 栈软件、射频测量算法软件、人机交互界面程序及驱动软件。主要配置包括 1 6 g h zc p u 主频、2 5 6 m 内存、4 0 g 硬盘，使用w i n d o w sx p 操作系统。主控制 器模块占用背板的系统槽位。 2 2 1 2g p i b 控制模块 g p i b 是目前工业界广泛使用的一种控制接口总线，通过g p i b ，用户可在远 端使用p c 或者工控机对仪表进行控制。g p i b 模块完成将远端传送的控制信号 解析成本地信号的功能，占用一个外设槽位。 2 2 1 3 射频模块 射频模块主要完成两方面功能，一方面将从r f 3 0 3 0s m a 口输入的射频信 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 号通过下变频解调为数字基带信号，另一方面将本地产生的数字基带信号上变频 调制为射频信号通过r f 3 0 2 0 的s m a 口输出。 射频模块采用a e r o f l e x3 0 0 0 系列射频板，包括r f 3 0 1 0 、r f 3 0 11 射频频率 合成器、r f 3 0 2 0 数字射频信号发生器，r f 3 0 3 0 射频信号转换器和r f 3 0 6 0 射频 合路器。3 0 1 0 、3 0 1 1 和3 0 6 0 射频板各占用一个p x i 外设槽位，3 0 2 0 和3 0 3 0 射 频板各占用两个p x i 外设槽位。 r f 3 0 1 0 和r f 3 0 1 1 分别为i 江3 0 3 0 及r f 3 0 2 0 提供高稳的本地振荡器时钟用 于变频，此外，r f 3 0 1 l 还能够向系统提供带温漂补偿的1 0 m h z 高稳参考钟。 r f 3 0 3 0 模块对接收的射频信号依次进行滤波、衰减、下变频至4 0 6 8 m h z 中频、 中频滤波、数字中频采样至基带最后通过l v d s 接口将数字基带信号送出。 r f 3 0 2 0 模块将从l v d s 接口送入的数字基带信号进行与r f 3 0 3 0 相反过程的处 理，最后通过s m a 接口送出。r f 3 0 6 0 是双工模块，负责射频端口信号的收发 转换。 2 2 1 4 数字基带信号处理模块 主要完成t d s c d m a 上、下行基带信号物理层处理的功能。下行方向，数 字基带信号处理模块的主要功能包括：从高层接收数据进行信道编码、无线帧均 衡、交织、速率匹配、信道划分、复用、加扰、调制，进行上行信号的功率控制 和同步偏移控制，然后将信号传递给r f 3 0 2 0 进行发射。上行方向，基带模块的 主要功能包括：从r f 3 0 3 0 接收信号，然后解调、解扰、解复用、解速率匹配、 解交织、解码等，然后将数据传递给高层。基带处理模块还负责向测量算法传递 接收到的1 2 倍速原始采样数据、根据用户需要引入高斯白噪声等功能。 模块按照p x i 规范设计，主要包括d s p 芯片、c p l d 芯片和f p g a 芯片， 占用一个外设槽位。 2 2 1 5 音频模块 完成音频编解码功能。带有麦克输入口、耳机输出口及与主控相连的u s b 接口。 2 2 1 6 电源模块 标准a t x 电源，内置风扇，最大功率3 5 0 w ，提供3 3 v 、+ - 5 v 、+ - 1 2 v 电 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文第二章 压输出。 一2 2 1 7p x i 背板模块 1 4 槽，3 u 标准，1 号槽为系统槽，用于连接主控制器模块，其余槽位为外 设槽，用于连接射频模块，数字基带信号处理模块、g p i b 控制模块、音频模块 等。 2 2 1 8 液晶显示模块 液晶显示模块完成显示测量结果、主控界面等功能。 2 2 1 9 按键控制模块 完成仪表前面板按键触发及系统开关机控制功能。 2 2 2 软件结构 软件部分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、 d s p c p l d f p g a 软件和其它辅助功能软件，其中主控软件处于整个软件机构的 最顶层，以下依次是协议栈和测量算法软件、驱动软件、d s p c p l d f p g a 软件， 如图2 - 4 所示，其中箭头所连接的模块表示有控制信息或数据传递。以下简单对 各个软件模块进行介绍。 北京邮电大学硕士研究生学位论文第二章 主控软件 9 协议栈软件b = 爿测量软件 其它软件 8嚣 驱动 c p l l ) f p g a d s p 2 2 2 1 主控软件 图2 4t d s c d m a 终端测试仪软件结构 主控软件是仪表的核心控制软件，测试人员使用仪表进行测试时直接控制主 控软件，对其它软件的控制是通过主控软件问接实现的。 主控软件处于整个纵向软件结构的最顶层，其特殊的功能地位决定了它与其 他各个模块均有接口。与协议栈的接口构成了主控软件的协议栈控制功能，与测 量算法的接口构成了主控软件的测量控制功能，与物理层( d s p c p l d f p g a ) 的接口构成了主控软件的功率和噪声控制功能。此外，仪表还应该具有射频控制 功能和系统控制功能，由于这两部分的功能较少与主控软件联系紧密，易于直接 在主控软件中实现，所以主控软件还直接包括射频控制功能和系统控制功能。 主控软件的协议栈控制功能是通过与协议栈软件之间的进程通信实现的，主 控软件协议栈控制模块通过发送消息给协议栈软件，再从协议栈软件读取反馈信 息来实现协议栈广播信道消息的修改、业务类型的设置、仪表对终端的呼叫等功 能。 主控软件的测量控制功能是通过与测量算法线程之间的线程通信实现的，每 个测量项在主控软件中都是以一个测量线程实现的。主控软件测量控制模块通过 标准的接口函数实现测量参数的设置、测量的发起和终止、测量结果的获取等功 能。 主控软件的功率和噪声控制模块是通过驱动与物理层通信实现的，与驱动的 8 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 通信方式是进程间的管道通信。通过驱动向物理层发送消息，并通过驱动接收物 理层的消息反馈，可以实现信道功率控制、高斯噪声设置、邻信道干扰设嚣等功 能。 主控软件的射频控制模块使用a e r o f l e x 3 0 0 0 系列射频模块提供的驱动函数 实现，主要完成频点设置、发射功率设置、输入输出端口设置等功能。 主控软件的系统控制模块通过驱动函数、w i n d o w s a p i 或直接编程实现，主 要功能包括i p 地址设置、软件版本查询、系统重置、截屏等。 主控软件提供了仪表本地控制和远程控制两种测试方式，其中的g p i b 远程 控制模块，是通过使用g p i b 接口卡的驱动函数编程实现的。 2 2 2 2 协议栈软件 协议栈软件用于模拟u t r a n 和c n 的高层功能，与终端建立连接。协议栈 软件主要包括四个部分：脚本部分，应用部分，协议部分和l o g 部分。其中， 脚本部分主要负责t d s c d m a 协议栈中的r r c 和n a s 的大部分信令功能，完 成同终端进行呼叫相关的所有操作；应用部分主要模拟t d s c d m a 协议栈用户 平面的功能，根据协议栈控制器的操作控制，在建立相应的信令连接后，完成处 理p s 域数据业务数据，c s 域数据与语音业务，r m c 数据的申请、发送、接收 和递交；协议部分包括m a c 、r l c 、p h y 、r a b m 、p d c p 和加密与完整性保 护算法，主要按照3 g p pl c rt d dr 42 0 0 3 年3 月版本实现；l o g 部分用来上 报协议栈的工作状态信息，体现协议栈自身的运行情况，包括协议栈所处的各种 状态以及错误情况。 协议栈的数据最终通过驱动发送到物理层，从物理层接收到的终端数据也会 通过驱动发送到协议栈进行分析处理。 测试人员对协议栈的控制是通过主控软件间接实现的，考虑到协议栈的实时 性要求较高，因此，协议栈以独立的进程存在，主控软件与协议栈之问采用命令 管道方式的进程通信。 2 2 2 3 测量算法软件 测量算法软件用以完成仪表对终端的射频一致性测试，包括邻道功率泄漏 比、占用带宽、时间开关模板、误比特率、误块率等多个测量项。每个测量项以 一个独立的线程实现，包含在主控软件中，用户对测量项的控制是通过主控软件 间接实现的。实际上，为了便于扩展，每个测量项被封装在一个动态链接库中， 9 北京邮电大学硕士研究生学位论文第二章 主控软件在启动时自动加载系统中存在的测量项。 测量项需要通过驱动从物理层获取采样数据，经过计算将结果发送给主控软 件。其中，b e r 和b l e r 的测量项又比较特殊，需要从协议栈获取数据。无论 从物理层还是从协议栈获取原始数据，该通信均是通过进程间的命名管道通信实 现的。 2 2 2 4 驱动软件 驱动软件是主控制器模块与数字基带信号处理模块之问的接口，主控软件、 协议栈软件、测量算法软件都要使用驱动软件与物理层进行通信，通信方式均采 用命令管道通信。 2 2 2 5d s p c p l d f p g a 软件 d s p c p l d f p g a 软件实现t d s c d m a 的物理层功能，包括调制解调、编 码译码等，该模块接收协议栈r r c 的控制，为测量算法提供原始采样数据。 2 2 2 6 其它 其它软件主要包括升级软件和f t p 软件。升级软件以独立的进程实现，提 供给用户灵活的方式，在每次仪表启动时自动运行升级软件。f t p 软件属于系统 控制功能的一部分，以独立的进程实现，主要提供给用户上传自定义协议栈脚本、 下载截屏文件的功能，还提供给仪表销售人员上传升级软件的功能。 2 3 本章小结 本章首先介绍t d s c d m a 终端综合测试仪的功能，综测仪的主要功能可以 分为射频测试功能、呼叫处理功能、音频测试功能和g p i b 远程控制功能。 随后从硬件结构及软件结构两个方面介绍了综测仪的模块组成，硬件方面， 综测仪包括主控制器模块、g p i b 控制模块、射频模块、数字基带信号处理模块、 音频模块、电源模块、p x i 背板模块、液晶显示模块及按键控制模块，其中数字 基带信号处理模块的设计是作者工作的重点；软件方面，综测仪包括主控软件、 协议栈软件、测量算法软件、驱动软件、d s p c p l d f p g a 软件及其它升级软件 等。本章内容的主要目的是从整体上介绍综测仪的架构及基带板在综测仪中的位 置，使读者便于理解随后的内容。 1 0 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章 第三章t d s c d m a 终端测试仪数字基带 模块需求分析 在第二章对终端综合测试仪功能及硬件、软件结构分析的基础上，本章将进 一步对综测仪数字基带信号处理模块进行需求分析，主要工作包括功能需求分析 及接口需求分析。 3 1 数字基带信号处理模块功能需求分析 数字基带信号处理模块按照p x ih a r d w a r es p e c i f i c a t i o nr e v i s i o n 2 2 规范设 计，长1 6 0 m m ，宽1 0 0 m m 。 3 1 1 总体结构框图及子模块功能 数字基带信号处理模块主要由d s p 数字信号处理器芯片、f p g a 现场可编 程门阵列芯片、c p l d 复杂可编程逻辑器件芯片、f l a s h 芯片、s d r a m 同步动 态随机存取芯片等组成。其总体框图如图3 - 1 所示： 北京邮电大学硕士研究生学位论文第三章 图3 - l 数字基带信号处理模块结构框图 f p g a 完成r r c 滤波，对上行信号进行抽取，对下行信号进行内插，系统 同步定时，产生5 m s 触发信号等功能。此外，f p g a 还完成与其它模块，如r f 3 0 3 0 、 r f 3 0 2 0 的接口转换。 d s p 完成对t d s c d m a 上、下行数字基带信号物理层处理的功能。 p r o m 用于配置f p g a ，由于f p g a 的配置代码在f p g a 掉电时会丢失，所 以需要p r o m 将配置代码存储起来，等系统上电时，配置代码通过c p l d 从 p r o m 写入f p g a ，使f p g a 正常工作。 s d r a m 作为d s p 的片外数据存储器，用于存储d s p 处理的数据。由于d s p 芯片本身存储量有限，而d s p 需要对大量数据进行数字信号处理，所以需要给 d s p 配置一块s d r a m ，将d s p 片内存储不下的数据放在s d r a m 中，供d s p 读写。 f l a s h 与d s p 之间的关系类似于p r o m 与f p g a 之间的关系，f l a s h 用 于存储d s p 的配置程序，系统上电时存储于f l a s h 中的d s p 配置代码写入d s p 中，使d s p 正常工作。 c p l d 的作用是连接各个可配置芯片的j t a g 接口与物理j t a g 接插座。通 过c p l d 编程，可灵活实现d s p 与f p g a 的配置。 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章 l e d 是四支与f p g a 相连的发光二极管，用于对系统状态及f p g a 内的信 号状态进行观察。 j t a g 符合i e e e l l 4 9 1 标准，用于在系统配置( i n s y s t e mc o n f i g u r a t i o n ) 。 数字基带信号处理板共有三个j t a g 接插件，分别是d s p 的j t a g 、f p o a 的j t a g 和c p l d 的j t a g 。其中c p l d 的j t a g 与c p l d 芯片直连，d s p 和f p g a 的j t a g 通过c p l d 与相应的芯片j t a g 接口连接起来，可以通过c p l d 编程灵活实现 d s p 和f p g a 的配置。 3 0 3 0 l v d s 及3 0 2 0 l v d s 是数字基带信号处理板与r f 3 0 3 0 和r f 3 0 2 0 模块 的接口。通过它们实现基带板与射频模块的互连。 p c i 接口是基带板与p x i 背板的接口。3 2 b i t 位宽总线，3 3 m h z 数据速率。 逻辑分析仪接口与f p g a 相连，用于分析及调试f p g a 内的信号。 3 1 2 电源需求分析 数字基带信号处理模块需要1 2 v ，1 5 v ，1 8 v ，2 5 v ，3 3 v 共5 种电压， 外部电源由p x i 背板提供3 3 v 直流电源，板内设计将3 3 v 通过d c - d c 和l d o 转换成所需要的电压： d s p 核电压+ 1 2 v ； d s p i o 电压+ 3 3 v ； f p g a 核电压+ 1 5 v ； f p g a i o 电压+ 3 3 v ； f p g a i o 辅助电压+ 2 5 v ；+ f p g ar o c k e t i o 电压+ 2 5 v ；+ p r o m 和c p l d 的核电压+ 1 8 v ； c p l di o 电压+ 2 5 v 和+ 3 3 v ( 两个b a n k ) ： p r o m 电压+ 2 5 v ： f l a s h 电压+ 3 3 v ： s d r a m 电压 + 3 3 v ： 注： + f p g a 辅助电压和f p g ar i o 电压都为+ 2 5 v ，如果二者都使用，要分别 供电，从而避免干扰；本次设计中不使用f p g a r i o ，所以二者可以使用同一电 源。 北京邮电大学硕士研究生学位论文第三章 3 1 3 时钟需求分析 数字基带信号处理模块的时钟主要分为四部分： 板上6 0 m h z 时钟晶振，通过倍频作为d s p 芯片内部的主频工作时钟； 板上1 0 0 m h z 时钟晶振，用于d s p 与f p g a 之日j 的接口时钟： 从r f 3 0 3 0 输入的6 1 4 4 m h z 差分时钟信号，用于f p g a 内部工作时钟； 从p x i 背板输入的1 0 m h z 参考时钟，作为备选时钟，以便将来功能扩 展使用。 3 1 4 复位需求分析 基带处理模块应该有复位按键以便手工复位，这样便于单板调试。本板设计 了按键产生低电平复位信号，一键完成d s p 、c p l d 的复位。f l a s h 的复位由 c p l d 编程操作。 3 2 数字基带信号处理模块接口需求分析 数字基带信号处理模块的接口主要有五部分，下面分别介绍： 3 2 1 与r f 3 0 3 0 射频信号接收模块的接口 数字基带信号处理模块与r f 3 0 3 0 的接口时序图如下图所示： 燃r 门n r 厂 r 几nr 厂 厂 i q s e 融：t 厂 厂 厂 厂 r n 哪雹 笪工 题d 趣】翌工 题d 匝 至工二 田3 - 2r f 3 0 3 0 接1 ：3 时序图 接口时序图主要由三部分信号组成：时钟信号、i o 选路信号、数据信号。 r f 3 0 3 0 模块将从空口接收的射频信号经过一系列变频解调处理后，最后经过 a d c 采样成i n - p h a s e 和q u a d r a t u r e 两路数字基带信号，采样速率6 1 4 4 m h z ，因 此上图中时钟信号频率为6 1 4 4 m h z ；i 、q 两路信号经过互插处理，即传一个i 路数据，紧接着传一个o 路数据，共享一路数据总线，因此上图中数据信号能 够传送i q 两路数据，i 路数据在前，q 路紧随其后，单路数据速率为时钟速率 1 4 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章 的一半，即3 0 7 2 m b s ；为了区分i q 两路信号的相位关系，r f 3 0 3 0 设置了i q 选路信号，当选路信号为高电平时，1 表示数据总线上为i 路信号，反之，当选路 信号为低电平时，表示数据总线上为q 路信号。 3 2 2 与r f 3 0 2 0 射频信号发射模块的接口 数字基带信号处理板与r f 3 0 2 0 的接口时序图如下图所示： c l o c k i n厂 门广 n 厂 n i q s e l e c ti n 厂 厂 厂 | d a t a i nc 亟二 重二k 耍 k 卫 x 如 图3 - 3r f 3 0 2 0 接口时序图 接口时序图主要由三部分信号组成：输入时钟信号、i o 选路信号、数据信 号。r f 3 0 2 0 模块接收数字基带信号处理模块产生的t d s c d m a 下行物理层基 带信号，对其进行一系列调制处理后通过空口发送出去。因此，上述三部分信号 均由基带板产生。t d s c d m a 系统基带数据码片速率为1 2 8 m b p s ，系统设计采 用4 倍速内插，因此时钟速率为1 2 8 * 4 = 5 1 2 m h z ；数据信号与i q 选路信号的原 理及之问的关系与r f 3 0 3 0 模块接口时序相似，在此不再详述。 3 2 3 与p x i 背板的接口 基带板与p x i 背板的接口总线位宽3 2 b i t ，数据总线及地址总线采取时分复 用的方式共享同一组总线，数据传输速率为3 3 m h z 。p x i 背板对基带板起到固 定及电气连接的作用，通过两者之间的接口，物理层及高层的数据在数字基带信 号处理模块与主控制器模块之间传递。 3 2 4 逻辑分析仪接口 数字基带信号处理板设计了一个1 6 比特位宽的逻辑分析仪接口，该接口与 f p g a 互连，用于f p g a 的调试。 3 2 55 m s 触发信号接口 当t d s c d m a 综测仪与其它仪表相连组成一套测试系统时，不同仪表问的 北京邮电大学硕士研究生学位论文第三章 通信需要触发信号来同步。t d s c d m a 系统一个子帧持续时间为5 m s ，因此系 统设计基带板能够产生一个周期为5 m s 的触发信号，触发信号由f p g a 编程实 现，波形如下图所示： o ，1 9 5 u s 刮融 t r i g g e r n1f l i 一5 m s 叫 圉3 - 45 m s 触发信号波形图 5 m s 触发信号为沿触发信号，上升沿有效。高电平持续期间为o 1 9 5 u s 。 3 3 本章小结 本章完成测试仪数字基带信号处理模块的功能需求分析和接口分析。 功能需求分析包括总体结构框图及子模块功能需求分析、电源需求分析、时 钟需求分析及复位需求分析等几个方面。 接口需求分析方面，对数字基带信号处理模块与r f 3 0 3 0 模块的接口、与 r f 3 0 2 0 模块的接口、与p x i 背板的接口、逻辑分析仪接口及5 m s 触发信号接口 进行了分析工作。 1 6 北京邮电大学硕士研究生学位论文第四章 第四章t d s c d m a 终端测试仪数字基带 模块详细设计与实现 本章为论文的核心内容，在上一章完成数字基带信号处理模块需求分析的基 础上，本章主要进行数字基带模块的设计与实现工作。首先进行芯片选型，接着 将从模块功能描述、器件介绍、硬件实现概要、详细接口设计、配置及参数设计 等几个方面对数字基带模块中的各个子模块进行设计。 4 1 芯片选型 如第三章所述，数字基带信号处理板主要由d s p 芯片、f p g a 芯片、c p l d 芯片、f l a s h 芯片、s d r a m 等芯片组成。 关于各个芯片的选型如下表所示： 表4 1 基带板芯片选型 蒸漾氅麓麟鬟鬃i 鬻隧麟麓畿纂粼篱瓣滋麓慧爨缫戮滋黼嘲 外设接口多，提供t c p 、 1d s pt m s 3 2 0 c 6 4 1 6t iv c p ，工作频率5 0 0 m 到i g h z 可调 v e r t e x i i p r 0 2 0 ，8 对全 局时钟输入，1 5 3 8 m b 2f p g ax c 2 v p 2 0 f f l1 5 2x i l i n x的r a m ，8 8 组1 8 x 1 8 b i l 的乘法器模块，5 6 4 个 i o 管脚 提供2 b a n k ，3 3 v 和 3c p l d x c 2 c 2 5 6 一t q l 4 4 x i l i n x2 5 v 供电。1 1 8 个用户 i o 管脚 m t 4 8 l c 4 m 3 2 8 2 p 7 ：容量1 6 m 字节，同步动 4s d r a mm i c r o n g态r a m 1 m 、2 m 、4 m 字节管脚 5f l a s ha m 2 9 【3 2 0 da m d 兼容 6p r o mx c f 1 6 p v 0 4 8 cx i l i n x 7c l kc y 2 3 0 8c y p r e s s时钟分路芯片，零迟延 输入电压范围是2 9 5 v 到3 6 5 v ，输出范围0 8 8 d c d c p t h 0 3 0 6 0 、 7 a h t i 到2 5 v ，最大输出电流 i o a ，转换效率9 6 9l d o t p $ 7 3 6 18 t i输入电压范围1 7 到 1 7 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第四章 5 5 v ，固定输出1 8 v 1 0l d ot p s 7 5 6 2 5t i固定输出2 5 v 1 1r e s e tm a x 7 0 6 tm a x i m稳定低电平复位 下面针对各个器件或模块进行详细设计说明。 4 2d s p 及周边电路详细设计 4 2 1 模块功能描述 d s p 主要实现物理层上、下行基带信号的处理，其中下行信号处理包括传输 信道的编码复用、传输信道到物理信道的映射，以及物理信道的扩频、调制、加 扰，而上行处理基本上为下行处理的逆过程。 d s p 通过e m i f a 口连接f p g a 及s d r a m ，d s p 接收经过f p g a 处理的数 字基带信号，同时将处理过的物理层数字信号也通过f p g a 发送给r f 3 0 2 0 模块。 而s d r a m 用于存储d s p 的数据。 d s p 的p c i 接口直接通过儿插座与背板的p x i 儿连接，提供3 2 位高速数 据传输的平台。 4 2 2 器件介绍 d s p 选用t i 公司的t m s 3 2 0 c 6 4 1 6 芯片，外设接口多，包括1 套e m i f a 、l 套e m i f b 、3 套多通道串口、3 套计时器、l 套h p i ( p c i ) 、1 套u t o p i a ，并 且提供通信专用的t u r b o 译码器t c p 、维特比译码器v c p ，工作频率可用外接 电阻调节。从5 0 0 m 到1 g h z 可调。 f l a s h 选用a m d 公司的a m 2 9 l v 3 2 0 d ，4 m 字节容量，同时可考虑使用 a m 2 9 l v l 6 0 d 和a m 2 9 l 、r 8 0 0 d ，容量分别为2 m 、i m 字节，3 者在管脚上兼容。 可以根据容量需求焊接不同的f l a s h 。 4 2 3 硬件实现概要 d s p 的硬件具体实现如图4 - l ： 北京邮电大学硕士研究生学位论文 第四章 图4 - 1 d s p 硬件连接图 概要说明： d s p 通过e m i f a 口与f p g a 及s d r a m 连接，从f p g a 中读取上行物理层 数据及向f p g a 内写入下行数据，另外将d s p 片内存放不下的数据放在s d r a m 中存储。d s p 与f p g a 及s d r a m 共用一组地址、数据总线，总线的连接是通 过c e 信号控制的。 d s p 的e m i f b 口连接f l a s h 作为d s p 的b o o t 方式； d s p 的j t a g 接口连接在c p l d 的普通i o 上，由c p l d 对d s p 的j t a g 在 线调试进行控制； d s p 的外部中断由f p g a 产生； d s p 的工作时钟主频设计为7 2 0 m h z ，具体实现由两个因素