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基于TD-SCDMA的MANET移動(dòng)終端系統設計
摘要：結合國家“863”研究項目，研究了基于TD-SCDMA移動(dòng)通信系統的移動(dòng)自組網(wǎng)軟硬件系統，分析了系統設計上的一些問(wèn)題，同了相應的處理策略。未來(lái)移動(dòng)通信的發(fā)展將是通信的個(gè)性化，即任意兩個(gè)通信節點(diǎn)要吧直接交互信息而無(wú)需其它節點(diǎn)的參與；同時(shí)，當存在其它節點(diǎn)時(shí)，又可以通過(guò)第三個(gè)節點(diǎn)與其它節點(diǎn)通信。本文研究了基于TD-SCDMA移動(dòng)通信系統的自組網(wǎng)系統組成原理，主要討論了系統的硬件平臺主協(xié)議軟件，分析了構建移動(dòng)自組網(wǎng)所需工作及面臨 的一，以及解決這些問(wèn)題的策略和方法。
1 硬件系統設計
TD-SCDMA移動(dòng)通信協(xié)議是符合IMT-2000和3GPP規范的世界三大移動(dòng)通信國際標準之一�；赥D-SCDMA移動(dòng)通信組網(wǎng)的通信節點(diǎn)在有中心控制器（Node B）存在的情況下，信息交互都通過(guò)中心控制器轉發(fā)（Node B）存在的情況下，
信息交互都通過(guò)中心控制器轉發(fā)（純TD-SCDMA電信網(wǎng)模型）。當吣控制器不可獲得時(shí)，這些通信節點(diǎn)又能自適應地切換到peer-to-peer通信的工作方式（純計算機網(wǎng)模型）。在整個(gè)切換過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò )的通信協(xié)議基本保持不變或作少量的自適應修改即可。根據這一設計思想，基于TDSCDMA移動(dòng)通信系統的自組網(wǎng)系統組成如圖1所示。
1.1 射頻及A/D、D/A變換單元
射頻單元用來(lái)接收、發(fā)送頻率約為2GHz的已調制高速模擬信號并把高頻模擬信號變換成帶寬為1.6MHz的模擬基帶信號（發(fā)送時(shí)相反；下同）。模擬基帶信號經(jīng)過(guò)適當的濾波處理送到A/D單元做4倍頻采樣變換成數字信號。采樣數據為Chip結構余弦分量In和正弦分量Qn。
需要說(shuō)明：當自組網(wǎng)移動(dòng)終端（UE）同時(shí)與電信網(wǎng)（Node B）和自組網(wǎng)其它UE通信時(shí)（這時(shí)，UE可當作自組網(wǎng)的一個(gè)網(wǎng)關(guān)），UE需要兩套RF和A/D、D/A單元。
1.2 FPGA協(xié)處理模塊
FPGA要完成采樣后數字信號的濾波處理、系統幀號產(chǎn)生、物理層用戶(hù)檢測的矩陣乘法、Vitebi譯碼、GPS數據處理以及為DSP提供時(shí)鐘等。筆者選擇了Xilinx公司的XCV1000E做FPGA芯片，用Foundation 4.1i軟件平臺設計FPGA內部邏輯。底層使用Verilog硬件描述語(yǔ)言設計其邏輯處理單元以使邏輯設計可移植，頂層使用原理圖連接各邏輯單元和外部引腳。
1.3 DSP處理模塊
該模塊用來(lái)完成物理層的所有操作，如小區初搜、臨近UE搜索、用戶(hù)數據檢測、信道編解碼、突發(fā)成幀和物理層的命令解析等。用戶(hù)DSP處理物理層的算法具有很大的優(yōu)越性。物理層的部分算法（如矩陣乘法和Vitebi譯碼等）由FPGA協(xié)議完成，稱(chēng)之為DSP的協(xié)處理器。實(shí)際上，這些算法都可以用DSP實(shí)現，但硬件乘法具有較高的效率。筆者使用TI公司的TMS320C6416完成這些實(shí)時(shí)算法。
DSP程序和FPGA邏輯數據存儲在Flash中。在系統板上電或復位后由ARM9處理器加載FPGA邏輯，之后DSP自行引導。
1.4 GPS同步及位置信息處理模塊
當基于TD-SCDMA的移動(dòng)自組網(wǎng)終端工作無(wú)中心控制器的對等網(wǎng)絡(luò )中時(shí)，相互之間的定時(shí)和步就成為一個(gè)極迫切又重要的問(wèn)題。在TD-SCDMA移動(dòng)通信系統，定時(shí)和同步通過(guò)Node B實(shí)現，而它在自組網(wǎng)中并不存在。另外，TD-SCDMA系統使用了較短的擴頻碼（長(cháng)度為1、2、4、8、16的Walsh碼；最大為16比特），碼片間的同步很難通過(guò)軟同步的方法實(shí)現，幀同步也就無(wú)從談起。因此需要借助GPS提供絕對的時(shí)鐘參考和同步基準。另外一般的GPS還提供了位置信息，這對UE計算發(fā)送時(shí)間提前量等有很大的幫助。
GPS能提供精度為100ns的秒脈沖（PPS），用來(lái)實(shí)現幀同步調整。雖然幀同步調整頻率遠低于TD-SCDMA系統的200次/秒，但由于采用了穩定度較高的晶振（0.1ppm），所以PPS能夠滿(mǎn)足幀同步的要求。為提高幀同步的精度和軟件處理的靈活性，PPS在FPGA內部實(shí)現，位置信息由MCU處理（以產(chǎn)生系統幀號）。接口電路如圖2所示。
當MANET移動(dòng)終端切換到TD-SCDMA移動(dòng)通信系統與Node B通信時(shí)，MCU發(fā)出指令使GPS系統停止工作，系統的定時(shí)和同步由Node B控制。
1.5 話(huà)音、鍵掃描及顯示單元
這部分電路用來(lái)處理語(yǔ)音采集、語(yǔ)音回放、語(yǔ)音編解碼、鍵盤(pán)掃描和液晶顯示接口等。語(yǔ)音采集包括拾音器、線(xiàn)性放大器、采樣保持器等。采樣后的數據送到PCF5087中的語(yǔ)音編碼器RD16022變換成線(xiàn)性預測碼。話(huà)音回放電路包括D/A變換器、線(xiàn)性預放和功率放大器。語(yǔ)音編解碼由數字信號處理器RD16022完成，實(shí)現原始語(yǔ)音數據與話(huà)音性預測碼變換。鍵盤(pán)掃描實(shí)現電話(huà)拔號、短信號功能等。PCF5087包含有LCD接口電路，可以直接連接以液晶顯示屏，這部分電路如3圖所示。
1.6 MCU及PC接口模塊
該模塊用來(lái)處理二層（MAX/RLC）、三層通信協(xié)議軟件（TCP/IP等）、高層應用程序（電子郵件、Internet瀏覽器等）和PC接口通信。移動(dòng)終端與PC的通信接口主要用于系統調試時(shí)，可以方便地在PC機實(shí)現移動(dòng)自組網(wǎng)二層、三層和應用軟件，這些協(xié)議軟件都存儲在Flash中。另外，可以通過(guò)該主接口控制移動(dòng)終端的工作狀態(tài)。這部分的電路如圖4所示。
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