??? 摘? 要:? 介紹自行設(shè)計(jì)的為HP E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生下載數(shù)據(jù)的程序,它可以模擬CDMA2000基站發(fā)射數(shù)據(jù),便于移動(dòng)臺(tái)硬件的調(diào)試。?
??? 關(guān)鍵詞: CDMA2000? HP E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器? 基站
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1 HP E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器 ?
??? 近年來,為滿足各種硬件和軟件研制及調(diào)試的需要,很多大公司都推出了專門設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器。HP公司推出的E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器就是專門為CDMA2000系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。?
??? CDMA2000是美國提出的第三代(3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是對(duì)目前第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的改進(jìn)。它意圖將現(xiàn)在的各種服務(wù)集為一體,從而在提供語音服務(wù)的同時(shí),為用戶提供無線接入多媒體業(yè)務(wù)服務(wù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)全球無縫漫游。從二十世紀(jì)80年代初,ITU(國際電信聯(lián)盟)就開始了對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究,其最初被稱為FPLMTS,而后被改名為IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000)[2]。?
??? IMT-2000采用的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是:?
??? (1) 歐洲的W-CDMA;?
??? (2) 美國的CDMA2000;?
??? (3) 中國的TD-SCDMA。?
??? 由此可見CDMA2000是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中非常重要的標(biāo)準(zhǔn)之一。?
??? HP E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生多信道CDMA2000前向/反向鏈路信號(hào),可完成CDMA2000 MS(移動(dòng)臺(tái))和BTS(基站)分系統(tǒng)接收功能的測試。其中,移動(dòng)臺(tái)測試系統(tǒng)的建立如圖1所示。?
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??? 圖1中,HP E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器參與測試的方法有兩種:既可利用儀器本身固有軟件包產(chǎn)生多信道CDMA2000前向/反向鏈路信號(hào)(簡稱固有產(chǎn)生方式);也可采用Basic、C或Matlab等高級(jí)編程語言產(chǎn)生多信道CDMA2000前向/反向鏈路信號(hào)的I/Q(實(shí)部/虛部)數(shù)據(jù),通過下載軟件傳輸給HP E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生所需模擬信號(hào)(簡稱下載產(chǎn)生方式)。其中下載產(chǎn)生方式產(chǎn)生數(shù)據(jù)更加靈活,更便于硬件各模塊的調(diào)試,實(shí)際使用較多。?
2 下載產(chǎn)生方式?
??? HP E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器內(nèi)可儲(chǔ)存1M取樣點(diǎn)的I/Q數(shù)據(jù)(有1M取樣的RAM和1M 取樣的NV RAM(None Volatile RAM)),從而產(chǎn)生雙路任意所需信號(hào)[3]。?
??? 按照CDMA2000標(biāo)準(zhǔn),基帶濾波器采用4倍過采樣,即4倍擴(kuò)頻速率(SR1)。1M RAM可存儲(chǔ)8幀(26.6ms)的I/Q數(shù)據(jù),最多2個(gè)80ms超幀數(shù)據(jù)。?
??? 測試中首先在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生多信道CDMA2000前向鏈路信號(hào)的I/Q數(shù)據(jù)(經(jīng)過基帶濾波器);然后通過HP-IB接口將數(shù)據(jù)下載到HP E4432B ESG-D的RAM中。發(fā)射時(shí),按MODE鍵進(jìn)入Dual ARB模式,設(shè)置取樣率為4倍擴(kuò)頻速率(4×1.2288=4.9152MHz)即可產(chǎn)生I/Q基帶數(shù)據(jù)或通過射頻調(diào)制輸出,如圖2所示。?
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??? 本文介紹的程序完成了圖2中的第一個(gè)模塊。?
3 CDMA2000前向鏈路標(biāo)準(zhǔn)介紹?
??? 數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是針對(duì)CDMA2000系統(tǒng)中SR1下的RC1和RC3進(jìn)行的。其中SR1(Spread Rate 1)表示最終擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)速率為1.2288Mchips/s,RC1及RC3表示兩種不同的無線結(jié)構(gòu)(Radio configuration)。無線結(jié)構(gòu)被定義為一組前向業(yè)務(wù)信道或反向業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)傳送結(jié)構(gòu),它具有特定的物理層參數(shù),例如,信息速率、編碼結(jié)構(gòu)等。?
??? 為在研制工作中對(duì)硬件進(jìn)行測試,要求程序最多可同時(shí)產(chǎn)生8個(gè)信道的數(shù)據(jù),每個(gè)信道可以按要求改變信息速率、Walsh碼、功率分配等參數(shù)。這8個(gè)信道分別為Pilot(導(dǎo)頻)信道、Sync(同步)信道、Paging(尋呼)信道、RC1下的Traffic(業(yè)務(wù))信道、RC3下的Fundamental(基本業(yè)務(wù))信道、Supplemental1(補(bǔ)充業(yè)務(wù)1)信道、Supplemental2(補(bǔ)充業(yè)務(wù)2)信道和Dedicate Control(專用控制)信道。?
??? 下面以CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)中較具代表性的Fundamental、Supplemental信道為例介紹其數(shù)據(jù)產(chǎn)生框圖。?
??? 圖3中的各個(gè)框圖就是程序中要實(shí)現(xiàn)的主要模塊,它們分別代表了:?
??? (1)Frame Quality Indicator(幀質(zhì)量校驗(yàn))?
??? 幀質(zhì)量校驗(yàn)主要用于檢錯(cuò),報(bào)告一幀中是否有錯(cuò)碼。它采用的是循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)。與普通循環(huán)冗余校驗(yàn)碼產(chǎn)生方法不同,它的移位寄存器應(yīng)全初始化為邏輯1而非普通的邏輯0。目的是為了當(dāng)一幀全零數(shù)據(jù)進(jìn)入后,出來的校驗(yàn)位不全為零。?
??? (2)8 Encoder Tail Bits(8位編碼尾)?
??? 8位編碼尾固定為全零,目的是為了自動(dòng)初始化后面的卷積編碼器。?
??? (3)Convolutional Encoder(卷積編碼器)?
??? 卷積編碼器產(chǎn)生約束長度為9,編碼效率為1/4的卷積碼。它與接收端的Viterbi譯碼器一起提供很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。?
??? (4)Symbol Repetition(符號(hào)重復(fù))和Symbol Puncture(符號(hào)穿孔)?
??? 這兩個(gè)模塊主要是為了進(jìn)行速率匹配。?
??? (5)Block Interleaver(塊交織)?
??? 塊交織技術(shù)可以看成是將一幀符號(hào)按一定順序?qū)懭胍痪仃噧?nèi),再按一定順序依次將其讀出,打亂原有的排列順序,此方法在CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)定義。交織技術(shù)主要用于對(duì)抗突發(fā)誤碼,它可將大片連續(xù)誤碼分散至各部分。這樣做的原因是卷積碼的糾突發(fā)誤碼能力弱于糾隨機(jī)誤碼能力。?
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??? 各信道的數(shù)據(jù)產(chǎn)生后,就要經(jīng)過圖4所示的擴(kuò)頻及調(diào)制模塊。?
??? 圖4中幾個(gè)主要部分是:?
??? (1)Walsh Function(Walsh 函數(shù))?
??? Walsh函數(shù)用于區(qū)分不同信道,它是取自Hadamard矩陣的一行。?
??? (2)Complex Multiplier(復(fù)數(shù)乘法器)?
??? 實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)擴(kuò)頻。復(fù)數(shù)擴(kuò)頻因子(圖4中的PNi和PNq)的產(chǎn)生方法在標(biāo)準(zhǔn)有詳細(xì)定義。?
??? (3)Baseband Filter(基帶濾波器)?
??? 一個(gè)48階FIR濾波器,標(biāo)準(zhǔn)中給出了它的系數(shù)。?
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??? 實(shí)際產(chǎn)生下載數(shù)據(jù)時(shí)與圖3、圖4略有不同:首先,為便于硬件測試,在實(shí)現(xiàn)圖4中的PNi和PNq時(shí)暫時(shí)忽略長擴(kuò)頻碼(只實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)中定義的短擴(kuò)頻碼),功率控制及長碼擾碼都被省略掉了;其次,擴(kuò)頻端不進(jìn)行旋轉(zhuǎn);最后,數(shù)據(jù)發(fā)生一直到基帶濾波器為止,射頻調(diào)試模塊由HP信號(hào)發(fā)生器完成。?
??? 將圖3的輸出W串并轉(zhuǎn)換后就得到了圖4的輸入YI和YQ。也就得到了一條完整的發(fā)射流程圖。上面簡單介紹了各發(fā)射框圖,具體詳細(xì)的描述可在CDMA2000物理層標(biāo)準(zhǔn)中找到[1]。?
4 數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序?
??? 編寫數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序就是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中定義的各個(gè)模塊并將其連接起來。硬件中需要并行產(chǎn)生的8條信道在程序中改為串行產(chǎn)生,將各條信道數(shù)據(jù)相加就得到了最終發(fā)射數(shù)據(jù)。為方便使用和更加美觀,用Visual Basic編寫了具有圖形界面的下載數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序,其界面如圖5所示。?
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??? 圖5中每行代表一個(gè)信道,每一列則代表信道上的一個(gè)參數(shù)。各列分別介紹如下:?
??? (1)信道使能(Channel Enable)?
??? 選中(有勾)則代表發(fā)射數(shù)據(jù)中包含此信道。由圖5可見最多包含8條信道。按照標(biāo)準(zhǔn),Pilot信道必須發(fā)射。未被選中的信道,該行將變成灰白,同時(shí)無法改變該信道的其它參數(shù)。?
??? (2)信道名稱(Channel Name)?
??? 表示每行代表的信道名稱。?
??? (3)信息速率(kbps)(Info Rate(kbps))?
??? 選擇各信道上的信息速率。各信道都是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中20ms幀結(jié)構(gòu)完成的。由標(biāo)準(zhǔn)[1]可知Pilot信道的發(fā)射數(shù)據(jù)固定發(fā)全0,SR1下Sync信道信息速率固定為4.8kbps。SR1 RC3下Dedicated Control信道信息速率固定為9.6kbps。?
??? 其余信道的信息速率可以改變。各條信道都完成了標(biāo)準(zhǔn)中所定義的全部速率。速率的選擇可在下拉框中完成。?
??? (4)信息類型(Info Type)?
??? Pilot信源為全零(映射為+1),除了Sync信道以外其余信道可以選擇4種不同類型信源數(shù)據(jù),分別為全0、全1、01交替和隨機(jī)(Random)。其中隨機(jī)信源用時(shí)間做隨機(jī)序列種子,從而使每次產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不同。Sync信道除以上4種信源,還可發(fā)射固定的信令。信令由外部文件讀入從而便于硬件及軟件的調(diào)試。?
??? 信息類型在下拉框中選擇。?
??? (5)沃爾什號(hào)(Walsh Num)?
??? 由標(biāo)準(zhǔn)[1]可知,CDMA2000系統(tǒng)中用不同的沃爾什號(hào)區(qū)分不同的信道。沃爾什號(hào)的范圍是0～63。?
??? 沃爾什號(hào)在編輯框中改變(為保證輸入沃爾什號(hào)合法,編輯框只接收數(shù)字,且編輯框的內(nèi)容在0～63間)。?
??? (6)信道增益(Channel Gain)?
??? 信道增益代表不同信道在最終發(fā)射信號(hào)中所占的功率大小,其作用只與各信道增益間的相互比值有關(guān)。信道增益在編輯框中改變(編輯框只接收數(shù)字,且編輯框的內(nèi)容在0～999間)。?
??? 此外,左下方是進(jìn)度條,產(chǎn)生數(shù)據(jù)時(shí)它將指示產(chǎn)生的進(jìn)度(產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)大約2～3min)。?
??? 右下方是量化后信號(hào)的范圍。HP信號(hào)發(fā)生器在下載產(chǎn)生方式下,首先將下載的數(shù)字信號(hào)經(jīng)D/A變換至模擬信號(hào)。其內(nèi)部的D/A變換為14bit,8192(213)代表直流(DC),大于8192變成正電平,小于8192變成負(fù)電平。改變量化范圍可以改變信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的大小。?
??? 最下方發(fā)射按鈕,點(diǎn)擊后便根據(jù)參數(shù)產(chǎn)生I、Q兩路下載數(shù)據(jù),并存為I.dat和Q.dat兩個(gè)文件。另有一Matlab程序可將產(chǎn)生數(shù)據(jù)通過HP-IB口下載到HP E4432B ESG-D信號(hào)發(fā)生器中(遠(yuǎn)快于RS232口)。?
??? 按CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)編制的發(fā)射數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序已經(jīng)使用在如圖1所示的移動(dòng)臺(tái)測試系統(tǒng)中。測試表明,輸入各種不同參數(shù),均能產(chǎn)生正確的發(fā)射數(shù)據(jù)。在科研實(shí)踐中,為硬件的測試提供了很大的方便。?
參考文獻(xiàn) ?
1 IS-2000-2. Physical Layer Standard for cdma2000?Spread Spectrum Systems. TIA TR45.July 1999.?
2 Eric Dahlman, Bjorn Gudmundson. Mats Nilsson,Johan?Skold.Ericsson Radio System AB,“UMTS/IMT-2000,Based on Wideband CDMA”. IEEE Communications?Magazine, Sep.1998?
3? HP ESG-D.信號(hào)發(fā)生器用戶編程指南,2000