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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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FPGA仿真WCDMA基带接收机载波同步单元

Sujatha E1, C Subhas2博士
  1. EConE系助理教授,Sree Vidyanikethan工程学院,Tirupati,。P、印度
  2. 教授,部门ECE &院长(学者),Sree Vidyanikethan工程学院,Tirupati,。P、印度
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文摘

数字移动通信系统提供数据/语音服务在全世界都很普遍。第二代系统仅限于他们能够支持的最大数据速率。第三代移动通信系统提供更高级的服务,如宽带上网,视频电话和视频会议服务。它集成了多种通信服务,比如高速数据、视频和多媒体流量以及语音信号。在第三代(3 g)手机系统中,最重要和最复杂的部分之一接收机的载波同步单元。数据传输在逐帧的基础上通过一个时变通道。传输信号的相位和频率也可能改变,因为衰落和多普勒频移。在接收端,接收机的载波频率应与输入信号同步。在本文中,我们设计、低复杂度、自适应基带接收机载波同步架构上行宽带代码soma顺序时分多址(WCDMA)系统基于第三代合作伙伴计划(3 gpp)无线接入网络频分双工(FDD)模式规范和现场可编程门阵列(FPGA)模拟。

关键字
3 g移动系统,WCDMA接收机,加扰码,fpga。

介绍
下一代移动通信系统的目标是无缝地提供各种各样的通信服务,任何人,在任何地方任何时间。为下一代移动电话用户预期的服务包括服务,比如传输高速数据、视频和多媒体流量以及语音信号。这项技术需要解决的挑战提供这些服务是俗称第三/第四代3 g / 4 g蜂窝系统。
第一代系统由模拟移动系统设计的语音应用程序流量。随后的数字同行被称为第二代蜂窝系统。第三代系统做出重大飞跃,在应用程序和能力,从目前第二代标准。而当前语音通信数字移动电话系统进行了优化,3 g传播者面向多媒体消息的能力。
第一代蜂窝系统一般采用模拟调频(FM)技术。先进移动电话系统(安培)是最著名的第一代系统。一个放大器是由贝尔电话系统。它使用调频技术为语音传输和数字信号控制信息。
第二代系统的优势压缩和编码技术与数字技术相关联。所有的第二代系统采用数字调制方案。多路访问技术和时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)连同FDMA用于第二代系统。第三/第四代蜂窝系统被设计用来支持宽带服务,如高速互联网接入、视频和高质量的图像传输质量相同的固定网络。
在这篇文章中,一个上行基带接收机架构符合3 gpp跑FDD-mode WCDMA标准提出。该体系结构包括一个梁前使用基于相关器的波束搜索器,四个手指耙合路器,基于匹配滤波器的信道估计和载波同步环路。模拟基于两个多普勒减弱多路径信道模型中指定的3 gpp标准文档。该波束形成接收机架构能容纳15用户60-kbps信道比特率在200赫兹的频率偏移,0分贝的信噪比,120 km / h的速度和所需的用户的权力低至-10分贝相对于用户的干扰。建议的体系结构的FPGA仿真采样率为15.36 mhz,尽快指定的标准。拟议的架构作为一个坚实的基础为未来的成本有效的专用集成电路(ASIC)的实现WCDMA基站接收机基带处理电路。我们开发了WCDMA系统模拟器操作在FDD模式。

系统模型和假设
在这种情况下,无线接入网络的WCDMA系统操作(频分双工(FDD)模式是描述和传播与调制操作专用的物理通道(DPCH)在链接详细说明,因为它是最重要部分的模拟实现。上行和下行数据结构以及传播和加扰码用于DPCHs的链接。传播的调制和数据结构物理随机接入信道(开环),同步通道(原理图)等详细描述和DPDCHs。
上行数据调制的DPDCH和DPCCH是二进制相移键控(BPSK)。调制DPCCH映射到Q-channel,而第一个DPDCH是映射到信息通道。随后添加DPDCHs或者映射到我或Q通道。应用传播调制后的数据调制和脉冲整形之前。中使用的调制传播上行是双通道正交相移编码。调制传播包括两个不同的操作。第一个是蔓延在每个数据符号是传播到许多芯片的传播因素。这就增加了信号的带宽。第二个操作是爬在一个复杂的价值加扰码应用于信号传播。双相I和Q数据符号分支独立乘以不同的渠道化代码。 The channelization codes are known as Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) codes.
四相相移键控(QPSK)调制申请数据下行。每一对两位串并联转换和映射到I和Q分别分支。我和Q分支中的数据分布的芯片速度相同的渠道化代码。这个传播信号然后爬通过细胞特定的代码。下行用户有一个DPDCH DPCCH。额外的DPDCHs QPSK调制和传播与不同渠道化代码。我们可以观察到不同的传播和调制下行和上行的。数据调制是QPSK下行而BPSK上行。我的数据速率和Q-channels是相同的在我和下行而数据速率Q-channel上行的可能是不同的。匆忙代码细胞特定的下行,而移动电台具体在上行。

提出了基带接收机体系结构
在这个方案中,研制出天线阵采用提出的上行接收方。基带接收器需要八输入信号(I和Q通道天线元素)的射频/如果模块和生成艰难的决定或软决策的可选信道译码器。单基带接收机架构可用于信号检测的所有三个上行物理信道上面所提到的,由于传输方案的相似物理随机接入信道(开环)消息部分(数据和控制端口)和专用的物理通道(DPCH)。此外,DPCH分为一个数据通道和一个控制通道。专用物理数据信道(DPDCH)和专用物理控制信道(DPCCH)。
图像
即载波同步环路
由于衰落和本地振荡器频率不匹配,输入信号的相位必须适当补偿DS和跳频传播系统接收机必须雇佣一个同步复制的成功传播信号解调接收信号。同步的过程中生成的本地信号与接收到的信号传播我们通常在载波同步单元完成。
它有两个步骤来实现载波同步。
1。收购:将两个信号传播的对齐。
2。跟踪:接管,不断保持最好的波形精密对准的反馈循环。
搜索整个地区的收购问题是一个时间和频率的不确定性以同步接收的传播信号与本地振荡器信号传播。在确定的极限时间和频率的不确定性考虑以下几点。
•在发射机和接收机之间的距离转化为不确定性的不确定性传播延迟。
•发射机与接收机之间相对时钟不稳定导致发射器(Tx)和接收器之间的相位差(Rx)传播的信号。将会成长为一个函数之间的时间同步。
•Rx相对速度的不确定性对发射机,转化为价值的不确定性输入信号的多普勒频移。
•发射机与接收机之间相对振荡器稳定导致两个信号之间的频率偏移(转变)。
收购单位——所有采集方法的一个共同特征是接收信号和本地生成的信号首先被相关两者之间产生一定程度的相似性。这一措施就与一个阈值来决定,如果两个信号同步如果有跟踪循环接管。如果没有收购过程提供一个本地生成器PN码相位或频率变化作为参数的搜索通过接收机相位和频率的不确定性区域和另一个关联是未遂。
跟踪单元——循环提供了细同步,首先生成2 PN序列g (t) g (t +τ)延迟互相芯片。

载波同步电路,提出了体系结构
载波同步锁相环采用提出的接收器。循环在两种模式:收购模式和跟踪模式。在收购模式下,接待过程中发生开环头部,平均连续两个符号之间的相位差计算和作为评估的频率偏移量。跟踪模式,使DPCCH / DPDCH接待期间,整个载波同步环路开始运作。所有采集方法的一个共同特征是接收信号和本地生成的信号首先被相关两者之间产生一定程度的相似性。这一措施就与一个阈值来决定,如果两个信号同步如果有跟踪循环接管。
一旦收购完成跟踪。跟踪维护行同步,在本地生成的代码的跟踪环路补偿阶段从传入信号S (t)的时间阶段Æ小于Tc / 2。跟踪模式,使DPCCH / DPDCH接待期间,整个载波同步环路开始运作。
图像
相位检测器计算最重要的阶段在匹配滤波器输出峰值(Ip0 Qp0)提供的通道估计量。回路滤波器是一种传统proportional-and-integrate类型和数控振荡器(NCO)是采用数字phase-lo定时循环。
载波同步电路的初始阶段/频率在开环序言计算器只运行一次,而相位侦测器和循环过滤操作符号率和甲。

结果和讨论
随着VLSI技术的出现,设计师可以设计单芯片有超过100000个晶体管。因为这些电路的复杂性,不可能来验证这些电路试验板。计算机辅助技术成为验证和VSLI数字电路设计的关键。计算机程序自动位置和路由电路布局也变得流行起来。逻辑模拟器出现来验证这些电路的功能在他们的芯片。
高速集成电路硬件描述语言(VHDL)是非常的一个分支(VHSIC)计划来描述从抽象到具体的硬件水平。硬件描述语言(VHDL)是迅速被接受为通用设计的传播媒介。在直接序列串行搜索采办及跟踪,下面的算法。
算法:收购
1。首先产生PN序列。
2。大量增殖和积累在本地生成的序列与接收PN序列
3所示。如果累积的结果不等于序列中使用PN序列的数量。
4所示。再次生成PN序列与一个时钟脉冲延迟和大量增殖和积累收到PN序列。
5。如果累积的结果不等于序列中使用PN序列的数量。
6。重复步骤4,直到累积的结果等于序列利用PN序列的数量。
算法:跟踪
1。首先生成两个PN序列与Tc相变。这就是g (t +τ+ Tc / 2)和g (t +τ-Tc / 2)。
2。比较不同与传入的PN序列的相位(收到)。
3所示。如果相位差恒定,PN序列与g (t +τ)生成的数据接收。
4所示。如果有不同的阶段,然后验证如果相位差铅或滞后。
5。如果是,那么降低t相应阶段的价值生成的本地PN序列同步的序列。
6。如果它是落后的,然后增加t相应阶段的价值生成的本地PN序列与传入的同步序列。
仿真结果
图像
图3显示,检测积累的结果不等于序列的数量与传入的PN序列和同步使用序列或接收到的数据。
图像
图4和图4给出了详细的数字体系结构提出了设计。

结论
因此,它提出了一个上行基带接收机架构符合3 gpp跑FDD-mode WCDMA标准和该体系结构包括一个梁前使用基于相关器的波束搜索器,四个手指耙合路器,基于匹配滤波器的信道估计和载波同步环路。模拟进行了基于两个多普勒减弱多路径信道模型中指定的3 gpp标准文档。此外,为了测试提供的高级功能提出了梁前,矢量信道模型来源于标准中描述的标量通道也被使用。仿真结果表明,该波束形成接收机架构可以容纳15用户60-kbps信道比特率在200赫兹的频率偏移,0分贝的信噪比,120 km / h的速度和所需的用户的权力低至-10分贝相对于用户的干扰。
建议的体系结构的FPGA仿真也进行了。模拟可以操作的采样率15.36 mhz,尽快指定的标准。而且获得的测量结果显示相同的性能与电路仿真,验证该建议的体系结构的可行性。因此建议的体系结构作为坚实的基础为未来的成本有效的专用集成电路(ASIC)的实现WCDMA基站接收机基带处理电路。

引用