??? 摘? 要:? 介紹自行設計的為HP E4432B ESG-D信號發生器產生下載數據的程序,它可以模擬CDMA2000基站發射數據,便于移動臺硬件的調試。?
??? 關鍵詞: CDMA2000? HP E4432B ESG-D信號發生器? 基站
?
1 HP E4432B ESG-D信號發生器 ?
??? 近年來,為滿足各種硬件和軟件研制及調試的需要,很多大公司都推出了專門設計的信號發生器。HP公司推出的E4432B ESG-D信號發生器就是專門為CDMA2000系統設計的。?
??? CDMA2000是美國提出的第三代(3G)移動通信系統標準。第三代移動通信系統是對目前第二代移動通信系統的改進。它意圖將現在的各種服務集為一體,從而在提供語音服務的同時,為用戶提供無線接入多媒體業務服務,同時實現全球無縫漫游。從二十世紀80年代初,ITU(國際電信聯盟)就開始了對第三代移動通信系統的研究,其最初被稱為FPLMTS,而后被改名為IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000)[2]。?
??? IMT-2000采用的三個標準是:?
??? (1) 歐洲的W-CDMA;?
??? (2) 美國的CDMA2000;?
??? (3) 中國的TD-SCDMA。?
??? 由此可見CDMA2000是第三代移動通信系統中非常重要的標準之一。?
??? HP E4432B ESG-D信號發生器能產生多信道CDMA2000前向/反向鏈路信號,可完成CDMA2000 MS(移動臺)和BTS(基站)分系統接收功能的測試。其中,移動臺測試系統的建立如圖1所示。?
?
?
??? 圖1中,HP E4432B ESG-D信號發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生多信道CDMA2000前向/反向鏈路信號(簡稱固有產生方式);也可采用Basic、C或Matlab等高級編程語言產生多信道CDMA2000前向/反向鏈路信號的I/Q(實部/虛部)數據,通過下載軟件傳輸給HP E4432B ESG-D信號發生器產生所需模擬信號(簡稱下載產生方式)。其中下載產生方式產生數據更加靈活,更便于硬件各模塊的調試,實際使用較多。?
2 下載產生方式?
??? HP E4432B ESG-D信號發生器內可儲存1M取樣點的I/Q數據(有1M取樣的RAM和1M 取樣的NV RAM(None Volatile RAM)),從而產生雙路任意所需信號[3]。?
??? 按照CDMA2000標準,基帶濾波器采用4倍過采樣,即4倍擴頻速率(SR1)。1M RAM可存儲8幀(26.6ms)的I/Q數據,最多2個80ms超幀數據。?
??? 測試中首先在計算機上產生多信道CDMA2000前向鏈路信號的I/Q數據(經過基帶濾波器);然后通過HP-IB接口將數據下載到HP E4432B ESG-D的RAM中。發射時,按MODE鍵進入Dual ARB模式,設置取樣率為4倍擴頻速率(4×1.2288=4.9152MHz)即可產生I/Q基帶數據或通過射頻調制輸出,如圖2所示。?
?
?
??? 本文介紹的程序完成了圖2中的第一個模塊。?
3 CDMA2000前向鏈路標準介紹?
??? 數據的產生是針對CDMA2000系統中SR1下的RC1和RC3進行的。其中SR1(Spread Rate 1)表示最終擴頻后的數據速率為1.2288Mchips/s,RC1及RC3表示兩種不同的無線結構(Radio configuration)。無線結構被定義為一組前向業務信道或反向業務信道的數據傳送結構,它具有特定的物理層參數,例如,信息速率、編碼結構等。?
??? 為在研制工作中對硬件進行測試,要求程序最多可同時產生8個信道的數據,每個信道可以按要求改變信息速率、Walsh碼、功率分配等參數。這8個信道分別為Pilot(導頻)信道、Sync(同步)信道、Paging(尋呼)信道、RC1下的Traffic(業務)信道、RC3下的Fundamental(基本業務)信道、Supplemental1(補充業務1)信道、Supplemental2(補充業務2)信道和Dedicate Control(專用控制)信道。?
??? 下面以CDMA2000標準中較具代表性的Fundamental、Supplemental信道為例介紹其數據產生框圖。?
??? 圖3中的各個框圖就是程序中要實現的主要模塊,它們分別代表了:?
??? (1)Frame Quality Indicator(幀質量校驗)?
??? 幀質量校驗主要用于檢錯,報告一幀中是否有錯碼。它采用的是循環冗余校驗碼(CRC)。與普通循環冗余校驗碼產生方法不同,它的移位寄存器應全初始化為邏輯1而非普通的邏輯0。目的是為了當一幀全零數據進入后,出來的校驗位不全為零。?
??? (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的糾錯能力。?
??? (4)Symbol Repetition(符號重復)和Symbol Puncture(符號穿孔)?
??? 這兩個模塊主要是為了進行速率匹配。?
??? (5)Block Interleaver(塊交織)?
??? 塊交織技術可以看成是將一幀符號按一定順序寫入一矩陣內,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標準中有詳細定義。交織技術主要用于對抗突發誤碼,它可將大片連續誤碼分散至各部分。這樣做的原因是卷積碼的糾突發誤碼能力弱于糾隨機誤碼能力。?
?
?
??? 各信道的數據產生后,就要經過圖4所示的擴頻及調制模塊。?
??? 圖4中幾個主要部分是:?
??? (1)Walsh Function(Walsh 函數)?
??? Walsh函數用于區分不同信道,它是取自Hadamard矩陣的一行。?
??? (2)Complex Multiplier(復數乘法器)?
??? 實現復數擴頻。復數擴頻因子(圖4中的PNi和PNq)的產生方法在標準有詳細定義。?
??? (3)Baseband Filter(基帶濾波器)?
??? 一個48階FIR濾波器,標準中給出了它的系數。?
?
?
??? 實際產生下載數據時與圖3、圖4略有不同:首先,為便于硬件測試,在實現圖4中的PNi和PNq時暫時忽略長擴頻碼(只實現了標準中定義的短擴頻碼),功率控制及長碼擾碼都被省略掉了;其次,擴頻端不進行旋轉;最后,數據發生一直到基帶濾波器為止,射頻調試模塊由HP信號發生器完成。?
??? 將圖3的輸出W串并轉換后就得到了圖4的輸入YI和YQ。也就得到了一條完整的發射流程圖。上面簡單介紹了各發射框圖,具體詳細的描述可在CDMA2000物理層標準中找到[1]。?
4 數據產生程序?
??? 編寫數據產生程序就是實現標準中定義的各個模塊并將其連接起來。硬件中需要并行產生的8條信道在程序中改為串行產生,將各條信道數據相加就得到了最終發射數據。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據產生程序,其界面如圖5所示。?
?
?
??? 圖5中每行代表一個信道,每一列則代表信道上的一個參數。各列分別介紹如下:?
??? (1)信道使能(Channel Enable)?
??? 選中(有勾)則代表發射數據中包含此信道。由圖5可見最多包含8條信道。按照標準,Pilot信道必須發射。未被選中的信道,該行將變成灰白,同時無法改變該信道的其它參數。?
??? (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。各信道都是針對標準中20ms幀結構完成的。由標準[1]可知Pilot信道的發射數據固定發全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準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種不同類型信源數據,分別為全0、全1、01交替和隨機(Random)。其中隨機信源用時間做隨機序列種子,從而使每次產生的數據不同。Sync信道除以上4種信源,還可發射固定的信令。信令由外部文件讀入從而便于硬件及軟件的調試。?
??? 信息類型在下拉框中選擇。?
??? (5)沃爾什號(Walsh Num)?
??? 由標準[1]可知,CDMA2000系統中用不同的沃爾什號區分不同的信道。沃爾什號的范圍是0～63。?
??? 沃爾什號在編輯框中改變(為保證輸入沃爾什號合法,編輯框只接收數字,且編輯框的內容在0～63間)。?
??? (6)信道增益(Channel Gain)?
??? 信道增益代表不同信道在最終發射信號中所占的功率大小,其作用只與各信道增益間的相互比值有關。信道增益在編輯框中改變(編輯框只接收數字,且編輯框的內容在0～999間)。?
??? 此外,左下方是進度條,產生數據時它將指示產生的進度(產生一次數據大約2～3min)。?
??? 右下方是量化后信號的范圍。HP信號發生器在下載產生方式下,首先將下載的數字信號經D/A變換至模擬信號。其內部的D/A變換為14bit,8192(213)代表直流(DC),大于8192變成正電平,小于8192變成負電平。改變量化范圍可以改變信號發生器輸出信號的大小。?
??? 最下方發射按鈕,點擊后便根據參數產生I、Q兩路下載數據,并存為I.dat和Q.dat兩個文件。另有一Matlab程序可將產生數據通過HP-IB口下載到HP E4432B ESG-D信號發生器中(遠快于RS232口)。?
??? 按CDMA2000標準編制的發射數據產生程序已經使用在如圖1所示的移動臺測試系統中。測試表明,輸入各種不同參數,均能產生正確的發射數據。在科研實踐中,為硬件的測試提供了很大的方便。?
參考文獻 ?
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.信號發生器用戶編程指南,2000