摘 要： 未來的3G網(wǎng)絡(luò)可能是WCDMA、TD-SCDMA混合組成的網(wǎng)絡(luò)，如何降低建設(shè)成本是開發(fā)商和運(yùn)營(yíng)商不得不思考的問題。文章首先闡述了WCDMA和TD-SCDMA混和組網(wǎng)的必要性和可行性，然后提出了在同一個(gè)平臺(tái)內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩種體制的基帶處理一體化終端，最后論述了一體化實(shí)現(xiàn)的有關(guān)問題。 WCDMA和TD-SCDMA是3G標(biāo)準(zhǔn)的兩種主要制式，未來，中國(guó)的3G網(wǎng)很有可能出現(xiàn)WCDMA和TD-SCDMA兩種制式共存的局面。同時(shí)，由于WCDMA與TD-SCDMA技術(shù)擁有相同的核心網(wǎng)絡(luò)，這使它們合并組網(wǎng)也成為可能。所以我們可以大膽推測(cè)，WCDMA和TD-SCDMA混合組網(wǎng)是我國(guó)3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，如果能在基站內(nèi)以硬件共用的方式實(shí)現(xiàn)這兩種移動(dòng)通信體制，將極大地降低建網(wǎng)成本，并有利于日常維護(hù)、更新升級(jí)。 1、WCDMA與TD-SCDMA混合組網(wǎng) 1.1　混合組網(wǎng)的必要性 WCDMA采用DS-CDMA多址方式，并通過自適應(yīng)天線、多用戶檢測(cè)、分集接收、分層式小區(qū)結(jié)構(gòu)等先進(jìn)技術(shù)來提高系統(tǒng)性能；采用導(dǎo)頻符號(hào)相干RAKE接收方式，解決了上行信道容量受限的問題；采用精確的功率控制，抗衰落性能較好；使用碼片速率為3.84Mchips/s的5MHz信道帶寬，支持高速數(shù)據(jù)速率，并且增加了多徑分集的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)支持各種可變的用戶數(shù)據(jù)速率，可以實(shí)現(xiàn)快速的無線容量分配，可達(dá)到分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的最佳吞吐量[1,2]。 TD-SCDMA系統(tǒng)采用了智能天線技術(shù)，可以極大地降低多址干擾，提高系統(tǒng)容量；而采用上行同步技術(shù)和軟件無線電技術(shù)，可以簡(jiǎn)化硬件成本，降低開發(fā)周期；具有較高的頻譜靈活性和頻譜利用率，支持非對(duì)稱數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。按UMTS的分析，到2010年，上、下行的業(yè)務(wù)比將達(dá)到1:10，而工作在TDD模式的TD-SCDMA系統(tǒng)在處理這種不對(duì)稱業(yè)務(wù)方面有著天然的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)門D-SCDMA系統(tǒng)可以通過調(diào)整上、下行時(shí)隙的轉(zhuǎn)換點(diǎn)來靈活地適應(yīng)無線移動(dòng)用戶在上、下鏈路上業(yè)務(wù)量大小不對(duì)稱的要求，從而可以很方便地均衡上、下行業(yè)務(wù)。WCDMA系統(tǒng)需要對(duì)稱頻帶，在目前頻率資源十分緊張的情況下，要找到符合要求的對(duì)稱頻段非常困難，而TD-SCDMA系統(tǒng)可以“見縫插針”，只要有滿足一個(gè)載波的頻段（1.6M）就可使用，因而可以靈活有效地利用現(xiàn)有的頻率資源，不足之處在于覆蓋距離較FDD方式小，抗衰落和抗多普勒效應(yīng)能力比連續(xù)傳輸?shù)腇DD方式差[1，3]。 國(guó)家大力扶持民族產(chǎn)業(yè)，因此TD-SCDMA的前景是樂觀的，必有運(yùn)營(yíng)商得到TD-SCDMA牌照。而WCDMA技術(shù)在擁有全球最大GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的中國(guó)移動(dòng)通信市場(chǎng)也將占有重要的位置，因此，為了適應(yīng)3G系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，估計(jì)運(yùn)營(yíng)商在規(guī)劃和建設(shè)3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)將WCDMA和TD-SCDMA兩種制式結(jié)合起來混合組網(wǎng)。 1.2　混合組網(wǎng)的可行性 首先，WCDMA和TD-SCDMA兩種體制的核心網(wǎng)絡(luò)主要基于GSM MAP，兩者的主要區(qū)別在于對(duì)無線接口的定義不同，這為兩者混合組網(wǎng)提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)；其次，當(dāng)兩者進(jìn)行混合組網(wǎng)時(shí)，無需重復(fù)建設(shè)核心網(wǎng)絡(luò)，可以在滿足多用戶需求時(shí)提供高質(zhì)量的通信服務(wù)，從而降低建網(wǎng)成本。WCDMA技術(shù)更適合廣泛領(lǐng)域的覆蓋，比如農(nóng)村地區(qū)；而TD-SCDMA更適合熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋，比如人口密集的城市。因此，兩者的有效結(jié)合可以達(dá)到進(jìn)一步降低建網(wǎng)成本的目的。 1.3　混合組網(wǎng)對(duì)一體化基站的需求 隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的通信體制和通信產(chǎn)品不斷推出，通信產(chǎn)品的生存周期短，開發(fā)費(fèi)用上升，傳統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)思路已很難適應(yīng)。如果能在基站的一個(gè)硬件系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)WCDMA和TD-SCDMA兩種體制兼容，并具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力，不僅可以降低建網(wǎng)成本，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，還具備抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備體積小、操作維護(hù)靈活、更新?lián)Q代便捷等優(yōu)點(diǎn)。 2、一體化基站研究 2.1　一體化結(jié)構(gòu) 本文所指的“一體化”是指在同一個(gè)硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)WCDMA、TD-SCDMA移動(dòng)通信信號(hào)的基帶處理。基帶處理涵蓋調(diào)制/解調(diào)、擴(kuò)頻/解擴(kuò)、信道編譯碼、交織/去交織等內(nèi)容。一種簡(jiǎn)單易行的一體化實(shí)現(xiàn)途徑是：預(yù)先將各種體制的基帶處理軟件保存到存儲(chǔ)單元，使用時(shí)從存儲(chǔ)單元選擇其中的一種加載到一體化單元，然后再與其它單元協(xié)調(diào)運(yùn)行完成所需功能。圖1是一體化單元的結(jié)構(gòu)框圖。 2.2　一體化基站的可行性 一體化基站的實(shí)現(xiàn)主要要滿足[4]： ◆器件具有可編程性。 ◆通信功能軟件化。 ◆可編程器件能滿足通信軟件運(yùn)行對(duì)硬件資源的需求。 目前，以DSP、FPGA為代表的可編程器件已在通信領(lǐng)域廣泛使用，這些器件正向著更快的運(yùn)行速度、更強(qiáng)的運(yùn)算能力和更加快捷的應(yīng)用開發(fā)等方向發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，也使得通信功能以軟件的形式實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。因此，對(duì)我們而言，一體化的關(guān)鍵在于，構(gòu)造的硬件平臺(tái)能否達(dá)到兩種3G通信體制的運(yùn)行要求。 CDMA系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題是PN碼的同步問題，尤其是對(duì)同步建立時(shí)間有嚴(yán)格限制，如何進(jìn)行PN碼的快速同步，這不僅需要合適的算法，還需要有與算法相適應(yīng)的硬件。這種算法對(duì)實(shí)時(shí)性要求相當(dāng)高，選用FPGA是一種不錯(cuò)的選擇。目前，F(xiàn)PGA的運(yùn)算能力幾乎是不受限制的，完全可以并行處理，而目前推出的片上邏輯資源可達(dá)數(shù)百萬門級(jí)的FPGA，能夠滿足我們的實(shí)時(shí)運(yùn)算要求。3G系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是在擴(kuò)頻調(diào)制前和解擴(kuò)后，信息符號(hào)的速率比較低，對(duì)這種信號(hào)的基帶處理可以使用常規(guī)DSP器件完成。例如TI公司的TMS320C6416，其時(shí)鐘速率可達(dá)到600MHz，指令周期低至ns，接口資源豐富，本身含有Viterbi譯碼、Turbo譯碼的協(xié)處理器，功能強(qiáng)大，降低了原本很耗資源的Viterbi澤碼和Turbo譯碼算法。我們?cè)诠こ虡訖C(jī)上運(yùn)行時(shí)做測(cè)試，192比特的（4，1，9）Viterbi譯碼的譯碼時(shí)間＜0.1ms。 基于以上考慮，我們考慮一種名為DSP+FPGA的一體化結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以滿足對(duì)控制能力和實(shí)時(shí)信號(hào)處理都有一定要求的系統(tǒng)。它最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活，有較強(qiáng)的通用性，適于模塊化設(shè)計(jì)，能夠提高算法效率，同時(shí)，它開發(fā)周期較短，系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展，適合于實(shí)時(shí)信號(hào)處理。這種結(jié)構(gòu)以DSP為主處理器，F(xiàn)PGA為從處理器，在功能分配上，DSP完成控制和低速通信信號(hào)處理，F(xiàn)PGA則主要完成實(shí)時(shí)性要求較高的算法運(yùn)算，一些用于通道連接的接口也在FPGA中實(shí)現(xiàn)。圖2給出了一體化單元中DSP和FPGA在功能上的具體分配。 [align=center] 圖2　一體化單元中DSP和FPGA功能具體分配[/align] 3、一體化實(shí)現(xiàn)的有關(guān)問題 3.1　軟件配置 軟件配置是指軟件的配置和加載。軟件包括每種3G移動(dòng)通信信號(hào)基帶處理的DSP程序和FPGA程序，這些程序統(tǒng)一存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中，存儲(chǔ)介質(zhì)選用通用的flash存儲(chǔ)器，當(dāng)使用某種體制時(shí)，就把其對(duì)應(yīng)的程序加載到DSP和FPGA中。 在實(shí)現(xiàn)配置時(shí)，目前，比較通用的做法是將存儲(chǔ)單元與DSP以總線方式相連，作為DSP的外部數(shù)據(jù)空間。這樣，DSP程序的存儲(chǔ)可以借助于DSP本身的開發(fā)環(huán)境燒錄到flash中，加載時(shí)，把DSP程序直接從flash中引導(dǎo)到DSP內(nèi)部程序空間執(zhí)行即可。對(duì)于FPGA，其軟件配置則要在DSP的配合下完成。存儲(chǔ)時(shí)，首先將FPGA程序在其開發(fā)環(huán)境中轉(zhuǎn)化為通用的格式，然后借助于DSP燒錄到flash中，加載時(shí)，也是先把FPGA程序逐字節(jié)或逐字讀入DSP中，然后按照FPGA程序的加載時(shí)序?qū)懭隖PGA。 另外一種可行方法是將flash通過總線（如PCI總線）與PC相連，通過總線對(duì)FPGA進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，這是最靈活、最方便的方法。配置文件可放在系統(tǒng)中的任何地方，需要配置時(shí)，在CPU或嵌入式系統(tǒng)的控制下，把配置文件讀出后透過PCI總線對(duì)指定的FPGA和DSP芯片實(shí)施配置。 3.2　變頻/射頻單元 軟件無線電要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，使數(shù)字化（A/D、D/A變換）盡量靠近天線。對(duì)一體化單元來說，最理想的情況是射頻低通采樣數(shù)字化，將模擬電路的數(shù)量降到最低。但是，對(duì)工作在2GHz左右的3G移動(dòng)終端來說，其采樣速率至少要在4GHz，這樣高的采樣速率，A/D/A很難達(dá)到，后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理器也很難滿足要求，因此，我們可考慮采用中頻帶通采樣軟件無線電結(jié)構(gòu)[5]。 對(duì)這兩種體制來說，如果射頻單元都設(shè)置在一個(gè)模塊內(nèi)，很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)轭l段太寬，濾波器很難實(shí)現(xiàn)。我們可以采用不同的模塊，對(duì)于不同的信號(hào)，直接更換射頻模塊就可以了。數(shù)字下變頻器可采用AD公司的AD6652，實(shí)現(xiàn)中頻（IF）數(shù)據(jù)下變頻和多載波收發(fā)器內(nèi)的數(shù)字信號(hào)處理。它通過將12位雙ADC的輸出直接耦合到一個(gè)片內(nèi)四通道多模式數(shù)字RSP，從而減少PCB面積，并且能提高信號(hào)完整性。該器件適用于單載波和多種無線電結(jié)構(gòu)，可以定制，以適合指定的無線電標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于數(shù)字上變頻器，可以采用AD公司的AD6633，它是ADI公司首款采用波峰因數(shù)降低技術(shù)的數(shù)字上變頻器，它適用于CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA等3G無線發(fā)送器。AD6633以125MSPS速度工作，并且可處理4或6個(gè)通道，它能通過降低波峰因數(shù)來防止信號(hào)失真。AD6633還具有可編程寬帶通道濾波器，以適應(yīng)CDMA2000、WCDMA或TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，使制造商能夠使用一個(gè)器件跨越多種平臺(tái)。 4、結(jié)束語 3G技術(shù)的蓬勃發(fā)展給我們帶來了機(jī)會(huì)，也帶來了挑戰(zhàn)，因此，我們應(yīng)該加快3G相關(guān)技術(shù)尤其是多種體制一體化終端關(guān)鍵技術(shù)的研究。實(shí)現(xiàn)多種移動(dòng)通信體制的一體化，要根據(jù)各種3G體制的特點(diǎn)和可編程器件的功能合理選擇方案，才能做到既能實(shí)現(xiàn)功能，又能兼顧成本。本文提出的設(shè)想對(duì)3G移動(dòng)通信終端來說僅僅是一個(gè)構(gòu)想，許多問題還需在實(shí)踐中驗(yàn)證。 參考文獻(xiàn) 【l】　施志勇，朱桑權(quán).關(guān)于WCDMA和TD-SCDMA混合組網(wǎng)的探討[J].移動(dòng)通信，2005（4）. 【2】　Harri Holma，Antti Toskala著，陳澤強(qiáng)，周華，付景興等譯.WCDMA技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 【3】　彭文根，王文博.TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. 【4】　金永剛，李志強(qiáng)，李廣俠.基于DSP+FPGA結(jié)構(gòu)的多種擴(kuò)頻體制一體化設(shè)計(jì)構(gòu)想[R].解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院第二屆科學(xué)報(bào)告會(huì).2003年10月. 【5】　楊小牛，樓才義，徐建良.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001