3G WCDMA

CDMA系统中基站接收单元

[摘 要]：软件无线电由于其特有的结构通用、功能灵活、系统改进和升级方便等优点，成为

未来移动通信发展的关键技术之一。CDMA技术则是未来第三代移动通信系统中首选的多址方式。

[关键词]：CDMA；基站接收单元；数字下变频；DSP

1 引 言

由于受宽带天线、高速A／D及DSP等技术水平的限制，实现一个理想的软件无线电平台的条件目前还不具备。因此，现在对软件无线电的研究，一方面集中在上述关键技术的研究上。另一方面，更多的是在现有的技术条件下，研究如何最大程度的实现软件无线电所要求的通用性和灵活性，将软件化、通用化的设计思想体现到具体的应用实践中。

自从软件无线电概念提出以来，引起了各个领域的广泛关注和研究。软件无线电的研究已不仅仅局限于最初的军事领域，也成为目前民用通信，特别是移动通信领域研究的热点。由于现有的移动通信系统标准众多，新旧体制混杂，而且通信技术发展日新月异，新的制式、标准不断涌现，使得软件无线电技术在移动通信系统中有着重要的应用价值。移动通信系统中的基站设备，由于受功耗、体积的影响较小，因而在现有的技术条件下易于采用软件无线电技术实现其部分功能。

CDMA蜂窝移动通信系统以其频谱利用率高、频率规划简单、发射功率低、抗多径衰落性能好、越区软切换、与模拟系统兼容等优点［2］，引起了人们广泛的关注，在移动通信和个人通信的发展史上产生了重要的影响，几乎所有的专家都认为CDMA将是下个世纪无线通信最重要的多址接入手段。在CDMA基站中采用软件无线电技术除具有一般软件无线电系统的优点外，还具有以下特殊优势： (1)CDMA系统采用码型来区分不同的信道，所以它可以采用1小区复用，即所有的蜂窝小区都使用同一载波频率，所有移动用户共享同一频段，其射频／中频处理模块无需理想软件无线电系统所需的处理整个频带及灵活提取所需带宽信号的能力。

(2)CDMA系统是容量受限的系统，任何降低干扰的方法都可以提高系统的容量，而基于软件无线电的CDMA系统，更易于采用最新的抗干扰技术、算法以提高接收设备的抗干扰性能，使得整个系统具有易于升级和扩容的能力。

2 基站接收单元设计

理想的软件无线电采用宽带多频段天线、高速A／D、D／A转换器及高速的DSP／CPU完成传统无线电台的所有功能。由于受现有硬件发展水平的制约，实现真正的软件无线电目前还不可能。尤其对于CDMA系统来说，其宽带特性更增加了后续DSP处理的难度。但是由于CDMA系统中所有用户共享同一频带，因而

大大降低了对射频前端及A／D器件的要求。以IS－95系统为例，其信道带宽为1.25MHz，所有用户共享同一个信道，因而可以采用传统的射频前端完成对射频信号的接收及射频到中频的混频。利用数字下变频器从采样数据中获得接收信号的基带信号，使得DSP只需对基带扩频信号进行处理。在基带DSP的处理过程中，当同步捕获完成后，DSP对宽带扩频信号的处理只包括解扩运算，而解扩后的信号则可以经过抽取滤波以降低信号速率，使得后续的处理过程只需对低速率的数据信号进行运算。

图1 基于软件无线电的CDMA基站接收单元

基于软件无线电的CDMA基站接收单元，如图1所示。它主要由射频前端、数字下变频器、DSP处理板、接口模块和系统控制器组成。射频前端接收发送到基站的信号，完成从射频到中频的频谱搬移、信号的正交分解及带通滤波。在满足带通采样定理的条件下，A／D采样速率可取为两倍的chip速率，以降低对A／D器件及后续数字信号处理模块的要求。系统控制器主要完成系统参数的初始化设置，将DSP处理板解调送出的数据转换成所需的格式送至接口模块。接口模块则用来提供与外部的数据接口。实现上述接收机的关键技术在于数字下变频器的设计和基带DSP的实时处理。

图2为数字下变频器的结构框图。其中的NCO模块用来产生本地数字载波，环路滤波将后续DSP处理产生的频率误差信号进行滤波以产生NCO的控制信号。复数乘法模块完成本地载波与接收信号的混频，以得到正交的两路基带信号。后处理模块完成信号的低通滤波和抽取滤波，以调整信号定时，产生采样速率为chip的两路正交基带信号。控制、状态模块用来提供与系统控制器间的接口，接收系统控制器发来的控制字并完成对数字下变频器的状态设置。

图2 数字下变频器框图

图3为DSP处理模块框图，其中，同步捕获／跟踪模块在初始接收时搜索接收序列的PN码相位，完成PN码的同步捕获，在捕获完成后跟踪PN码的相位变化。本地PN码产生模块产生本地PN码序列，并可根据同步捕获／跟踪模块求得的相位误差调整本地PN码的相位。RAKE接收模块实现对接收信号的多径合并接

收和PN码的解扩运算。正交解调模块对采用正交调制的符号(例如Walsh函数)进行二次解扩。解交织、信道译码及话音解码模块则分别完成对基带数据信号后续的解交织、信道译码和话音解码等运算。误差估计模块通过一定的算法对接收信号的频率误差、定时误差进行估计，并将误差估计信号送至数字下变频器。

图3 基带DSP处理模块框图

3 系统实现分析

在图1的基于软件无线电的CDMA基站接收系统中，射频接收及射频到中频的混频可以采用与传统的模拟基站相同的设备。对中频信号进行采样时，利用欠采样技术可以大大降低对A／D器件的要求，使得使用目前商用的A／D芯片就可以完全达到要求。

数字下变频器可采用专用的数字下变频器件，也可以采用可编程逻辑器件实现。对数字下变频的要求是应具有一定的灵活性和可编程性，例如可以对本振频率进行调整、实现对采样速率灵活转换、定时调整功能及具有可编程的基带滤波器等等。系统控制器除完成系统的初始配置、提供解调数据与接口模块相互间的接口外，由于CPU处理速度的飞速发展，还可以用来完成一些实时性要求不高的计算。

为了提供高速数据传输和广泛的多媒体业务，第三代移动通信系统大都采用宽带CDMA技术以提供语音、数据、图象等多种业务。对于宽带CDMA系统，目前的DSP器件还难以实现对图3中高速扩频信号的处理。由于这部分模块对信号的处理较为简单且相对固定，可以考虑采用FPGA实现诸如本地PN码产生、PN码捕获及解扩等运算，而将解扩后的低速信号送至DSP进行处理。目前Atmel的AT40K系列及Xilinx的XC6200系列FPGA已具备了动态重构的能力，因而采用FPGA器件实现的模块保持了一定的灵活性和可升级性。事实上，采用DSP与FPGA相结合的混合体系结构来实现软件无线电系统，已成为目前软件无线电研

［4］

究的一个重要方向。 参考文献：

［1］ 宽带无线通信技术

［2］ CDMA移动通信系统中智能天线技术的应用

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tdgr.html