基于CPLD寬帶移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)幀的實現(xiàn)

摘　要：寬帶移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是自適應(yīng)調(diào)制，與窄帶移動通信系統(tǒng)的調(diào)制方式完全不同，因而系統(tǒng)數(shù)據(jù)幀格式也隨之改變，針對采用時分雙工(TDD)工作方式的時分復(fù)分系統(tǒng)(TDMA)，利用CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)技術(shù)完成數(shù)據(jù)幀的組幀工作。

1引言

隨著Internet技術(shù)及移動通信技術(shù)的發(fā)展，人們對寬帶移動通信系統(tǒng)的需求越來越大，而寬帶移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)[1，2]，即通過研究無線信道的衰落程 度、信道流量等參數(shù)動態(tài)地改變調(diào)制方式，在任何時刻都使信道容量達到最大，從而提高信道的頻譜利用率，并有效地提高信息傳輸速率。在TDMA/TDD系統(tǒng)中，自適應(yīng)調(diào)制是通過瞬時載噪比及瞬時時延量進行估計，從而動態(tài)地控制系統(tǒng)傳輸?shù)恼{(diào)制方式，據(jù)此特殊要求，可設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)幀格式如圖1所示[3]。

圖1中：一幀包括4個上行突發(fā)塊和4個下行突發(fā)塊，共8.32 ms(一個上行或下行突發(fā)塊為1.04 ms)。每個突發(fā)塊由數(shù)據(jù)及前綴碼、中綴碼、后綴碼組成。其中，R各為8個字節(jié)，為上行或 下行突發(fā)模塊的同步碼; P各為8個字節(jié)，為導(dǎo)頻，用作信號的衰落補償; G為8個字節(jié)，為保護時隙 ;W為8個字節(jié)，為符號率及調(diào)制電平選擇字;CE為32個字節(jié)，為信道估計字。對以上數(shù)據(jù)幀格式，我們將用CPLD技術(shù)來實現(xiàn)。

2數(shù)據(jù)幀的實現(xiàn)

2.1R，P，G，W碼

幀同步是為了保證收、發(fā)各對應(yīng)話路在時間上保持一致，這樣接收端就能正確接收發(fā)送端送來的每一個話路信號，他必須在位同步的前提下實現(xiàn)。為了建立收、發(fā)系統(tǒng)的幀同步，需要在每一幀(或幾幀)中的固定位置插入具有特定碼型的幀同步碼。這樣，只要收端能正確識別出這些幀同步碼，就能正確辨別出每一幀的首尾，從而正確區(qū)分出發(fā)端送來的各路信號。

同步碼的選擇除了與其插入方式有關(guān)外，還跟幀同步碼組長度、幀長度、幀碼組的結(jié)構(gòu)有關(guān)，這三個因素互相關(guān)聯(lián)，合理選擇這三個因數(shù)可以獲得在技術(shù)和經(jīng)濟兩方面都較合理的幀結(jié)構(gòu)。如果增加幀同步碼可能會提高通信的傳輸效率，但是會增加同步碼的出錯率，同時可能出現(xiàn)假同步碼，以至于會干擾同步系統(tǒng)，所以同步碼的選擇也是比較重要的。

導(dǎo)頻碼P作為信道估計的作用，在發(fā)送端將數(shù)據(jù)分幀，每幀中以一定的間隔插入已知的導(dǎo)頻符號，經(jīng)信道后，接收端提取這些位置的信道畸變影響。導(dǎo)頻符號輔助下的信道估計利用這些位置的信道畸變影響做內(nèi)插濾波，從而估計出一幀中每個信號畸變影響。

Walsh函數(shù)是一種非正弦的完備正交函數(shù)系。由于僅有2種可能的取值：+1和-1(或0和1)，比較適合用來表達和處理數(shù)字信號。Walsh早在1923年提出這個函數(shù)的完整理論。在此后的40多年中，Walsh函數(shù)在電子技術(shù)中沒有得到很大的發(fā)展和應(yīng)用。近年來由于數(shù)字集成電路的迅速發(fā)展，由于Walsh函數(shù)具有理想的互相關(guān)特性，所以Walsh函數(shù)得到應(yīng)用。在Wa lsh函數(shù)中，兩兩之間的互相關(guān)函數(shù)為“0”，他們之間是正交的，因而在碼分多址通信中，Walsh函數(shù)可以作為地址碼使用。Walsh函數(shù)可以用哈達碼(Hadamard)矩陣H表示，利用遞推關(guān)系很容易構(gòu)成Walsh函數(shù)序列。哈達矩陣H是0和1元素構(gòu)成的正交方陣，所謂正交方陣，是指他的任意兩行(或兩列)都是相互正交的，即任意兩行(或兩列)的對應(yīng)相乘之和等于0，他們的相關(guān)函數(shù)為0。

用AHDL語言在MAX+Plus II環(huán)境下將他們各自做成ROM模塊。

2.2CE碼的實現(xiàn)

采用4階的M序列作為CE碼，用MAX+Plus II的原理圖設(shè)計方法來實現(xiàn)。經(jīng)過編譯后得到的符號文件如圖2所示。

圖2中的INCLOCK是控制移位的時鐘頻率。CLR用于清零，當CLR=1時表示不清零，否則表示清零。ENABLE是使能端，當ENALBE=1時表示正常工作，否則表示維持現(xiàn)狀，不能正常工作。OUTCE是輸出的CE碼。圖3是經(jīng)過仿真以后的CE4scf時序圖。

2.3速率調(diào)整和數(shù)據(jù)分離

由于每個突發(fā)塊的數(shù)據(jù)是320 b，假定輸入的數(shù)據(jù)速率是400 kS/s，然而由于輸出的數(shù)據(jù)是416 b，所以輸出的數(shù)據(jù)速率應(yīng)該為400/320×416=512 kS/s，所以數(shù)據(jù)輸入與輸出之間需要進行速率調(diào)整，這時就利用MAX+Plus II 中的雙端口RAMALTDPR AM元件進行速率調(diào)整。由于讀入的數(shù)據(jù)是320 b，所以地址線為9根，經(jīng)過速率調(diào)整后進行數(shù)據(jù)分離，將分離的數(shù)據(jù)放入存儲器中。要控制好每個突發(fā)塊讀入數(shù)據(jù)，同時還需要有一個320 b的計數(shù)器，前160 b放入數(shù)據(jù)一中，后160 b放入數(shù)據(jù)二中，他們輸出的時鐘頻率均為速率調(diào)整后的時鐘頻率。如輸入的數(shù)據(jù)為10111000，經(jīng)過雙端口RAM后的數(shù)據(jù)分別是1011和1000。

3整個數(shù)據(jù)幀的實現(xiàn)與仿真結(jié)果

經(jīng)過一系列的底層模塊的設(shè)計，可用頂層模塊程序把各底層模塊進行合成。合成時同步碼 R、導(dǎo)頻碼P、W碼、保護時隙的G，CE碼、及分離后的數(shù)據(jù)通過計數(shù)器計數(shù)來控制緩沖器的地址。合成后整個程序經(jīng)編譯產(chǎn)生如圖4所示的符號圖。

圖4中的INCLOCK、OUTCLOCK分別表示幀的輸入頻率和輸出頻率，本次仿真中的輸入周期為2. 5μs，而輸出的周期為1.92 μs。INDATA、OUTDATE表示輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。經(jīng)過仿真，得到圖5所示的時序圖。

由于幀的輸入頻率與輸出頻率不同，所以可能會造成數(shù)據(jù)輸出時出錯，因為數(shù)據(jù)輸入的時 鐘周期為2.5μs，數(shù)據(jù)輸出的時鐘周期為1.92μs，所以要想取得160 b所需要時間為16 0×2.5μs=400μs，而當緩沖器重讀取數(shù)據(jù)一所需要時間為(8+8+160)×1.92μs=33 7.92 μs，小于400μs，所以輸出的時鐘比數(shù)據(jù)輸入的時鐘至少要提前400-337.92=62.08μs，數(shù)據(jù)二的讀取時間需要(8+8+32+8+160)×192μs=414.72 μs，大于400μs，所以讀取數(shù)據(jù)二時不會出現(xiàn)問題。數(shù)據(jù)幀頭部的時序圖如圖6所示。

4結(jié)語

寬帶無線多媒體通信系統(tǒng)，采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)能達到高質(zhì)量、高速、高靈活性的通信。 本文提出了一種針對TDMA/TDD自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，并用軟件無線 電技術(shù)來實現(xiàn)這種數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果表明，設(shè)計方法正確，實現(xiàn)結(jié)果令人滿意。