TD-SCDMA系統(tǒng)基帶處理的DSP+FPGA實現(xiàn)方案

摘要：本文在分析TD-SCDMA系統(tǒng)基帶處理方案的基礎(chǔ)上，提出了一種在性能、靈活性和性價比方面都比較理想的DSP+FPGA基帶發(fā)送的實現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：TD-SCDMA；基帶處理；DSP；FPGA

引言

和傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)相比，第三代移動通信的最大特點在于能支持多種速率的業(yè)務(wù)，從話音到分組數(shù)據(jù)，再到多媒體業(yè)務(wù)，并能根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需要，提供必要的帶寬，數(shù)據(jù)處理量非常大。然而，對不同速率業(yè)務(wù)的基帶處理，所需的存儲量、運算量以及處理延時差異很大。因此，采用何種硬件結(jié)構(gòu)才能有效地處理各種業(yè)務(wù)是本文所要探討的問題。

本文首先介紹TD-SCDMA系統(tǒng)無線信道的基帶發(fā)送方案，說明其對多媒體業(yè)務(wù)的支持及實現(xiàn)的復(fù)雜性。然后，從硬件實現(xiàn)角度，進行了DSP和FPGA的性能比較，提出DSP+FPGA基帶發(fā)送的實現(xiàn)方案，并以基站分系統(tǒng)(BTS)的發(fā)送單元為例，具體給出了該實現(xiàn)方案在下行無線信道基帶發(fā)送單元中的應(yīng)用。

TD-SCDMA基帶發(fā)送方案
 
TD-SCDMA系統(tǒng)的基帶處理流程如圖1所示。其中，傳輸信道編碼復(fù)用包括以下一些處理步驟：CRC校驗、傳輸塊級聯(lián)/分割、信道編碼、無線幀均衡、第1次交織、無線幀分割、速率匹配、傳輸信道復(fù)用、比特擾碼、物理信道分割、第2次交織、子幀分割、物理信道映射等，如圖2所示。

圖1 TD-SCDMA基帶處理框圖

圖2 傳輸信道編碼復(fù)用結(jié)構(gòu)

在圖2中，每個傳輸信道(TrCH)對應(yīng)一個業(yè)務(wù)，由于各種業(yè)務(wù)對時延的要求不同，所以其傳輸時間間隔(TTI)是不同的，TTI可以是10ms、20ms、40ms或80ms。
　　
實現(xiàn)方案

本文提出了DSP＋FPGA線性流水陣列結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方案：使用DSP與大規(guī)模FPGA協(xié)同處理基帶發(fā)送數(shù)據(jù)。該處理單元以DPS芯片為核心，構(gòu)造一個小的DSP系統(tǒng)。

在基帶處理單元中，低層的信號預(yù)處理算法處理的數(shù)據(jù)量大，對處理速度的要求高，但運算結(jié)構(gòu)相對比較簡單，因而適于用FPGA進行硬件實現(xiàn)，這樣能同時兼顧速度及靈活性。相比之下，高層處理算法的特點是所處理的數(shù)據(jù)量較低層算法少，但算法的控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適于用運算速度高、尋址方式靈活、通信機制強大的DSP芯片來實現(xiàn)。

DSP處理器利用其強大的I/O功能實現(xiàn)單元電路內(nèi)部和各個單元之間的通信。從DSP的角度來看，F(xiàn)PGA相當于它的協(xié)處理器。DSP通過本地總線對FPGA進行配置、參數(shù)設(shè)置及數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)軟硬件之間的協(xié)同處理。DSP和FPGA各自帶有RAM，用于存放處理過程所需要的數(shù)據(jù)及中間結(jié)果。除了DSP芯片和FPGA外，硬件設(shè)計還包括一些外圍的輔助電路，如Flash EEPROM、外部存儲器等。其中，F(xiàn)lash EEPROM中存儲了DSP的執(zhí)行程序；外部存儲器則作為FPGA的外部RAM擴展，用于存放數(shù)據(jù)處理過程中所需的映射圖樣。

基帶處理單元的需求估計

基帶處理單元的需求估計主要包含以下兩個方面：
1.各個業(yè)務(wù)傳輸通道的數(shù)據(jù)處理：以對稱情況下無線信道承載的最高業(yè)務(wù)速率384kbps為例進行分析。傳輸塊大小為336bit，24塊級聯(lián)，加上CRC，系統(tǒng)在1個10ms幀內(nèi)所要處理的最大數(shù)據(jù)量為8448bit：根據(jù)3GPP協(xié)議TS 25.222規(guī)定的下行數(shù)據(jù)基帶處理流程(見圖2)，并按固定位置復(fù)用的方式進行處理，每個數(shù)據(jù)位必須經(jīng)過最多13個環(huán)節(jié)的處理過程，估算平均每環(huán)節(jié)上每比特的處理要求為23條指令。則10ms內(nèi)必須完成的處理指令數(shù)是：8448