基于TD-SCDMA的MANET移动终端系统设计

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 摘要：结合国家“863”研究项目，研究了基于TD-SCDMA移动通信系统的移动自组网软硬件系统，分析了系统设计上的一些问题，同了相应的处理策略。

    关键词：时分多工同步码分多址系统 移动自组网 网络接入

未来移动通信的发展将是通信的个性化，即任意两个通信节点要吧直接交互信息而无需其它节点的参与；同时，当存在其它节点时，又可以通过第三个节点与其它节点通信。本文研究了基于TD-SCDMA移动通信系统的自组网系统组成原理，主要讨论了系统的硬件平台主协议软件，分析了构建移动自组网所需工作及面临 的一，以及解决这些问题的策略和方法。

1 硬件系统设计

TD-SCDMA移动通信协议是符合IMT-2000和3GPP规范的世界三大移动通信国际标准之一。基于TD-SCDMA移动通信组网的通信节点在有中心控制器（Node B）存在的情况下，信息交互都通过中心控制器转发（Node B）存在的情况下，javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>信息交互都通过中心控制器转发（纯TD-SCDMA电信网模型）。当吣控制器不可获得时，这些通信节点又能自适应地切换到peer-to-peer通信的工作方式（纯计算机网模型）。在整个切换过程中，网络的通信协议基本保持不变或作少量的自适应修改即可。根据这一设计思想，基于TDSCDMA移动通信系统的自组网系统组成如图1所示。

1.1 射频及A/D、D/A变换单元

射频单元用来接收、发送频率约为2GHz的已调制高速模拟信号并把高频模拟信号变换成带宽为1.6MHz的模拟基带信号（发送时相反；下同）。模拟基带信号经过适当的滤波处理送到A/D单元做4倍频采样变换成数字信号。采样数据为Chip结构余弦分量In和正弦分量Qn。

需要说明：当自组网移动终端（UE）同时与电信网（Node B）和自组网其它UE通信时（这时，UE可当作自组网的一个网关），UE需要两套RF和A/D、D/A单元。

1.2 FPGA协处理模块

FPGA要完成采样后数字信号的滤波处理、系统帧号产生、物理层用户检测的矩阵乘法、Vitebi译码、GPS数据处理以及为DSP提供时钟等。笔者选择了Xilinx公司的XCV1000E做FPGA芯片，用Foundation 4.1i软件平台设计FPGA内部逻辑。底层使用Verilog硬件描述语言设计其逻辑处理单元以使逻辑设计可移植，顶层使用原理图连接各逻辑单元和外部引脚。

1.3 DSP处理模块

该模块用来完成物理层的所有操作，如小区初搜、临近UE搜索、用户数据检测、信道编解码、突发成帧和物理层的命令解析等。用户DSP处理物理层的算法具有很大的优越性。物理层的部分算法（如矩阵乘法和Vitebi译码等）由FPGA协议完成，称之为DSP的协处理器。实际上，这些算法都可以用DSP实现，但硬件乘法具有较高的效率。笔者使用TI公司的TMS320C6416完成这些实时算法。

DSP程序和FPGA逻辑数据存储在Flash中。在系统板上电或复位后由ARM9处理器加载FPGA逻辑，之后DSP自行引导。

1.4 GPS同步及位置信息处理模块javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

当基于TD-SCDMA的移动自组网终端工作无中心控制器的对等网络中时，相互之间的定时和步就成为一个极迫切又重要的问题。在TD-SCDMA移动通信系统，定时和同步通过Node B实现，而它在自组网中并不存在。另外，TD-SCDMA系统使用了较短的扩频码（长度为1、2、4、8、16的Walsh码；最大为16比特），码片间的同步很难通过软同步的方法实现，帧同步也就无从谈起。因此需要借助GPS提供绝对的时钟参考和同步基准。另外一般的GPS还提供了位置信息，这对UE计算发送时间提前量等有很大的帮助。

GPS能提供精度为100ns的秒脉冲（PPS），用来实现帧同步调整。虽然帧同步调整频率远低于TD-SCDMA系统的200次/秒，但由于采用了稳定度较高的晶振（0.1ppm），所以PPS能够满足帧同步的要求。为提高帧同步的精度和软件处理的灵活性，PPS在FPGA内部实现，位置信息由MCU处理（以产生系统帧号）。接口电路如图2所示。

当MANET移动终端切换到TD-SCDMA移动通信系统与Node B通信时，MCU发出指令使GPS系统停止工作，系统的定时和同步由Node B控制。

1.5 话音、键扫描及显示单元

这部分电路用来处理语音采集、语音回放、语音编解码、键盘扫描和液晶显示接口等。语音采集包括拾音器、线性放大器、采样保持器等。采样后的数据送到PCF5087中的语音编码器RD16022变换成线性预测码。话音回放电路包括D/A变换器、线性预放和功率放大器。语音编解码由数字信号处理器RD16022完成，实现原始语音数据与话音性预测码变换。键盘扫描实现电话拔号、短信号功能等。PCF5087包含有LCD接口电路，可以直接连接以液晶显示屏，这部分电路如3图所示。

1.6 MCU及PC接口模块javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

该模块用来处理二层（MAX/RLC）、三层通信协议软件（TCP/IP等）、高层应用程序（电子邮件、Internet浏览器等）和PC接口通信。移动终端与PC的通信接口主要用于系统调试时，可以方便地在PC机实现移动自组网二层、三层和应用软件，这些协议软件都存储在Flash中。另外，可以通过该主接口控制移动终端的工作状态。这部分的电路如图4所示。

应注意的是：MCU与DSP之间有一以端口的共享内存，用来交互MAC层和物理层的数据。另外一块内存区则为MCU专用，主要用来执行三层和应用程序。与

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