摘? 要: 根據(jù)3G/BTS樣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和IS2000協(xié)議,介紹了CDMA2000基站系統(tǒng)中基帶分配卡(亦稱BDC卡)的設(shè)計(jì)方案及其具體的硬件實(shí)現(xiàn)方法?；鶐Х峙淇ǖ膶?shí)現(xiàn),可大大簡化基站中基帶部分的處理功能,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加模塊化,更易于升級和擴(kuò)充。?

　　關(guān)鍵詞:? 基站? 碼分多址? 基帶分配卡? 擴(kuò)頻" title="擴(kuò)頻">擴(kuò)頻? 成型濾波" title="成型濾波">成型濾波?

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　　CDMA是近年來用于數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信的一種先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信技術(shù),它能滿足近年來高容量、廉價(jià)、高效的移動(dòng)通信的需要。CDMA2000是北美基于IS-95系統(tǒng)發(fā)展而來的第三代無線通信系統(tǒng),使用寬帶CDMA技術(shù)以適應(yīng)IMT-2000的需求。CDMA2000具有較好的后向兼容性,提供了從第二代IS-95系統(tǒng)向3G的平滑過渡,業(yè)務(wù)供應(yīng)商可以在有附加容量和高級業(yè)務(wù)需求的區(qū)域內(nèi)有選擇性地建立CDMA2000網(wǎng)絡(luò)。?

　　本文是根據(jù)第三代移動(dòng)通信的基站收發(fā)信機(jī)即3G/BTS(Base-station Transceiver System)樣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和IS2000協(xié)議對基帶分配卡提出的一種設(shè)計(jì)方案?；鶐Х峙淇ㄒ喾QBDC卡(Baseband Distribution Combiner),處于射頻部分的寬帶收發(fā)信卡(BBX)和基帶部分的多信道處理卡(MCC)之間,它的實(shí)現(xiàn)可大大簡化基帶部分的處理功能,并使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加模塊化,更易于升級和擴(kuò)充。?

1? BDC卡的功能介紹?

　　BDC卡(即基帶分配卡)由反向處理模塊" title="處理模塊">處理模塊、前向處理模塊以及其它輔助模塊組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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　　BDC卡處理三個(gè)扇區(qū)(分別為a、b、c)的信號(hào),每個(gè)扇區(qū)信號(hào)通過兩個(gè)獨(dú)立的天線實(shí)現(xiàn)空間分集接收,送入反向處理模塊,同時(shí),將來自前向處理模塊的信號(hào)送入各扇區(qū)的射頻及其前端處理。它的主要功能是:?

　　(1)完成反向鏈路的A/D" title="A/D">A/D變換和前向鏈路的D/A變換;?

　　(2)前向鏈路各MCC卡的信道單元合并、PN短碼擴(kuò)頻、基帶成型濾波;?

　　(3)反向鏈路三個(gè)扇區(qū)接收的基帶信號(hào)的分配;?

　　(4)各扇區(qū)導(dǎo)頻信道產(chǎn)生、16倍1.2288Mb/s時(shí)鐘信號(hào)分配以及2s同步信號(hào)分配。?

2 BDC卡的設(shè)計(jì)方案?

2.1 反向處理模塊?

　　BDC的反向處理模塊主要完成A/D轉(zhuǎn)換、低通數(shù)字濾波、三扇區(qū)6個(gè)接收天線的信號(hào)分配。?

　　由于受到射頻前端模擬濾波器性能的限制,A/D模塊輸出須6bit以上,才可滿足前端動(dòng)態(tài)范圍的要求。而MCC卡對反向信道處理單元的要求是I、Q兩路輸入信號(hào)為4bit,因而對A/D輸出需要進(jìn)行低通濾波,同時(shí)將8bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為4bit。轉(zhuǎn)換如圖2所示。?

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　　濾波器指標(biāo):?

　　通帶截止頻率f_p=590kHz,阻帶截止頻率f_s=740kHz,阻帶衰減10dB～15dB,輸入為8bit數(shù)據(jù),輸出為4bit數(shù)據(jù)。?

2.2 前向處理模塊?

　　根據(jù)3G/BTS樣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,為盡量簡化多信道處理卡(即MCC卡)的前向處理模塊,前向信道處理采用Motorola2450基站的處理辦法:將前向成型濾波、短碼擴(kuò)頻放到BDC單元。于是BDC的前向處理模塊主要實(shí)現(xiàn)多個(gè)MCC卡信道單元的復(fù)接與合并、各扇區(qū)導(dǎo)頻信道產(chǎn)生、I、Q正交擴(kuò)頻、前向基帶成型濾波、D/A轉(zhuǎn)換。?

　　來自MCC卡的數(shù)據(jù)經(jīng)過幅度調(diào)整,寬度為12bit。在BDC的前向處理模塊中,將一個(gè)MCC卡組的4組數(shù)據(jù)進(jìn)行合并,得到一組寬度為14bit的數(shù)據(jù),然后進(jìn)行I、Q正交擴(kuò)頻,最后完成基帶成型濾波。前向處理模塊如圖3所示。?

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　　合并模塊是BDC與MCC的數(shù)據(jù)接口。從每個(gè)MCC卡送來的數(shù)據(jù)是12位的串行數(shù)據(jù)。傳送數(shù)據(jù)的工作時(shí)鐘都是在16X(X=1.2288Mb/s)系統(tǒng)時(shí)鐘下工作。首先輸出最低有效位進(jìn)行串行相加,并把相加后的進(jìn)位與下次送來數(shù)據(jù)相加,同時(shí),送入奇偶校驗(yàn)作校驗(yàn)和,檢查奇偶校驗(yàn)是否正確。如果正確,把串行相加的結(jié)果送入串并轉(zhuǎn)換;如果錯(cuò)誤, 則清除此次MCC卡送來的數(shù)據(jù),并通過總線接口向GLI報(bào)告故障。?

　　當(dāng)所有前向CDMA信號(hào)合并后,串行相加模塊輸出的串行信號(hào)要進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換把串行數(shù)據(jù)變成并行數(shù)據(jù)然后從邏輯結(jié)構(gòu)上移N位,加入導(dǎo)頻信道,最后輸出進(jìn)行I和Q擴(kuò)頻。其中,導(dǎo)頻信道采用全‘0’導(dǎo)頻信道,I和Q擴(kuò)頻也稱四相擴(kuò)頻。擴(kuò)頻序列的長度為2¹⁵(即32768個(gè)PN比特片的長度)。在前向信道,每個(gè)基站使用不同偏置的序列,而反向信道調(diào)制時(shí)都使用零偏置的序列,這個(gè)序列稱為導(dǎo)頻PN序列。?

　　在擴(kuò)頻操作后,將I和Q脈沖加至基帶濾波器的輸入端。基帶濾波器的頻率響應(yīng)滿足規(guī)定的性能要求?；鶐V波器的歸一化頻率響應(yīng)在通帶0≤f≤f_p內(nèi),應(yīng)限定在±δ₁內(nèi),阻帶f≥f_s,應(yīng)小于或等于δ₂。各參數(shù)的數(shù)值為δ₁=1.5dB,δ₂=40dB,f_p=590kHz,f_s=740kHz。?

　　最后,經(jīng)過濾波的信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),送入BBX。?

2.3 輔助模塊?

　　該模塊主要包括時(shí)鐘產(chǎn)生與分配、同步信號(hào)分配、差分驅(qū)動(dòng)與電平轉(zhuǎn)換。?

　　BDC為MCC卡提供所需的時(shí)鐘信號(hào),同時(shí)也為BBX提供A/D和D/A所需要的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘產(chǎn)生模塊的輸入為16X(X=1.2288Mb/s),輸出為16X、8X、4X、2X和1X信號(hào),分別送往MCC卡和BBX。?

　　同步信號(hào)分配將CSM板送來的2s同步信號(hào)分發(fā)給各MCC卡和BBX。?

　　BDC根據(jù)需要對相關(guān)信號(hào)提供差分驅(qū)動(dòng)以及電平轉(zhuǎn)換。?

2.4 BDC備份?

　　設(shè)計(jì)時(shí),BDC卡考慮熱備份,主、備兩個(gè)BDC通過三態(tài)門插入背板總線,同一時(shí)刻只有一個(gè)BDC卡在工作,三態(tài)門的控制由AMR根據(jù)報(bào)警情況來設(shè)置完成。當(dāng)工作中的BDC卡出現(xiàn)故障時(shí),將立即報(bào)警,然后AMR通過報(bào)警情況,馬上改變?nèi)龖B(tài)門的設(shè)置,啟用另一個(gè)BDC卡。這種關(guān)鍵部件采用備份設(shè)計(jì)的思想,可大大提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。?

3 BDC卡的硬件實(shí)現(xiàn)?

　　根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案,選擇APEX20K100、AD9058、AD9765和AD9632作為該基帶分配卡的主要部件。其單個(gè)扇區(qū)的硬件框圖如圖4所示。?

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　　圖4中,APEX20K100是Altera公司推出的一種可編程邏輯器件,它具有規(guī)模大、時(shí)間可預(yù)測性好等優(yōu)點(diǎn)。AD9058是ADI公司推出的一種雙通道、高性能8bit模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。采樣時(shí)鐘頻率可達(dá)50MSPS,其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使低輸入容量也能維持高性能和低功率。內(nèi)部自帶+2V的參考電壓,能驅(qū)動(dòng)兩片ADC。AD9765是一種雙端口、高速率、雙通道、12bit的CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。它在很小的48路LQFP包中集成了2個(gè)高性能的12bit TxDAC和磁心,1個(gè)電壓參考和數(shù)字接口電路,4個(gè)擴(kuò)展引腳。更新速率可達(dá)125MSPS,它在通信應(yīng)用中能優(yōu)化處理I、Q兩路數(shù)據(jù)。AD9632是一個(gè)高速率寬帶放大器,它利用電壓反饋結(jié)構(gòu),具有優(yōu)越的穩(wěn)定性、低失真、低噪聲等特點(diǎn),其特有的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)結(jié)合了電流反饋和電壓反饋的最佳優(yōu)點(diǎn),展示了異?？焖贉?zhǔn)確的脈沖響應(yīng)。?

3.1 APEX20K100加載" title="加載">加載方式設(shè)計(jì)?

　　APEX20K100在運(yùn)行期間,將加載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)單元中。因?yàn)镾RAM是易失性的,所以每次上電時(shí),SRAM單元必須裝入加載數(shù)據(jù)。當(dāng)APEX20K100加載好后,其寄存器和I/O引腳都必須初始化,然后設(shè)備才進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)作的用戶模式?？紤]到上述特點(diǎn),APEX20K100采用EPC2/PS聯(lián)合加載方式加載數(shù)據(jù),每次只要一上電,EPC2就自動(dòng)將數(shù)據(jù)加載到APEX20K100。圖5為EPC2/PS聯(lián)合加載方式的電路圖。?

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　　圖5中,(4)為一個(gè)串行同步微處理器接口和MasterBlaster通信電纜,通過它將微處理器中的數(shù)據(jù)加載到EPC2設(shè)備,然后通過EPC2的DATA引腳串行輸出給APEX20K100。其中:?

　　·MSEL1和MSEL0是APEX20K加載方式設(shè)置引腳,兩個(gè)全為‘0’,則為EPC2/PS加載方式;?

　　·DCLK是APEX20K的時(shí)鐘輸入引腳,每輸入一個(gè)時(shí)鐘,就串行輸入一位數(shù)據(jù);?

　　·nCONFIG是加載控制輸入引腳,低電平時(shí)目標(biāo)設(shè)備復(fù)位,低電平到高電平的轉(zhuǎn)換過程中開始對設(shè)備進(jìn)行加載數(shù)據(jù);?

　　·VCC與加載設(shè)備的供電電壓相同,即3.3V;?

　　·VIO是MaterBlaster輸出驅(qū)動(dòng)器的參考電壓。?

3.2 信號(hào)流程?

　　反向處理模塊:BDC接收來自BBX的模擬信號(hào),一個(gè)扇區(qū)兩副天線以差分形式進(jìn)入,共8路信號(hào)。它們通過AD9632進(jìn)行差分合并、前置放大后,送入AD9058進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,變成8倍速率的數(shù)字基帶信號(hào),其中I、Q兩路分別編8位碼,2個(gè)天線共輸出2×16=32位數(shù)據(jù);再通過74F374鎖存器鎖存,利用統(tǒng)一的信號(hào)時(shí)鐘控制,將信號(hào)送入APEX20K100進(jìn)行數(shù)字濾波,將8bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成4bit,再通過APEX20K100的內(nèi)部時(shí)鐘控制,利用8路數(shù)據(jù)線分時(shí)輸出16位數(shù)據(jù),最終送給MCC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。?

　　前向處理模塊:每個(gè)MCC送給BDC卡3路串行數(shù)據(jù),每路12bit,分配到三個(gè)扇區(qū),則每個(gè)扇區(qū)分到一路12bit串行數(shù)據(jù)。而整個(gè)系統(tǒng)總共有10塊MCC,共30路信號(hào),因此BDC的每個(gè)扇區(qū)都有10路串行數(shù)據(jù)輸入。MCC將這10路信號(hào)送到APEX20K100,完成串并轉(zhuǎn)換、正交擴(kuò)頻、成型濾波等功能后輸出28位并行數(shù)據(jù),分I、Q兩路,每路14位,到AD9765進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。最后,將AD9765的I、Q兩路模擬輸出信號(hào)送至BBX進(jìn)行射頻前端處理并發(fā)射。?

　　輔助模塊主要由AD580、AD708產(chǎn)生AD9058的兩個(gè)外部參考電壓+VREF、-VREF以及2.5V、3.3V的供電電壓。同時(shí)由MCC送來的16X(X=1.2288Mb/s)時(shí)鐘信號(hào),通過APEX20K100產(chǎn)生16X、8X、4X、2X、1X時(shí)鐘,供給BBX和MCC。?

　　通過測試和軟硬件聯(lián)調(diào),該BDC卡能為BBX和MCC提供正確的數(shù)據(jù)信號(hào),并且在整個(gè)CDMA2000基站樣機(jī)的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)中,BDC卡能正常完成其功能,性能良好,采用熱備份,在實(shí)際工作中比較穩(wěn)定可靠。?

參考文獻(xiàn)?

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