用可編程DSP實現(xiàn)802.16 PHY信號處理

1、用可編程dsp實現(xiàn)802.16 phy信號處理ieee802.16標(biāo)準(zhǔn)的各個版本都規(guī)定了phy(物理層)的多種選項,包括調(diào)制、信道編碼和天線分集技術(shù)。物理信道帶寬可以在1.25 mhz20 mhz之間變幻。上述全部選項都會影響基站的性能和信號處理復(fù)雜度。許多客戶希翼提供一種可以從802.16-2004升級到802.16e標(biāo)準(zhǔn)的辦法。上述需求以及對支持互通性(勝利部署新標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵)的需求,都要求基站的phy采納可編程的信號處理器件。圖1為802.16基站基帶信號鏈路基本框圖。由于802.16-2004和802.16e標(biāo)準(zhǔn)都是在ofdm基礎(chǔ)上建立的,所以fft和ifft起了很大的作用。這兩種變換都

2、用于頻域副載波(攜帶編碼的數(shù)據(jù)位)和時域采樣(在物理通道上傳送)之間的轉(zhuǎn)換。一次ifft的輸出被稱為一個ofdm符號。根據(jù)這種方式舉行通信,ofdm系統(tǒng)可以實現(xiàn)抗多徑干擾,各副載波之間幾乎或者徹低無干擾,并且具有相當(dāng)?shù)偷膹?fù)雜度。與fft疏遠(yuǎn)相關(guān)的是信道均衡,它包括大量的mac運算,還包括客戶專用的復(fù)雜算法,以便恰當(dāng)?shù)毓懒啃诺篮捅碚鹘Y(jié)果,尤其是在具有移動性的系統(tǒng)。同步模塊在測距期間起作用,基站通過此模塊獲得新用戶的信號,并且調(diào)節(jié)現(xiàn)實用戶的定時(通過反饋來調(diào)節(jié))。同步通常是通過計算接收信號與已知前同步信號的相關(guān)性,或自動計算接收信號與其自身延遲信號的相關(guān)性實現(xiàn)的,利用該信號確定的周期性屬性,然后將

3、得到的相關(guān)性結(jié)果通過一個檢測器,以便確定是否有信號送到,假如有,確定其精確定時。同步操作既需要mac運算,也要求具有較高的靈便性。 例如,處理一個20 mhz的信道時,在10?s的窗口中計算一段有64個采樣數(shù)據(jù)的相關(guān)性則需要14,000次復(fù)數(shù)mac運算,大約比256點fft運算提高了一個數(shù)量級。但是,上述mac的精度通?？梢院喕癁橛? bit實數(shù)和復(fù)數(shù)乘以1 bit的實數(shù)和復(fù)數(shù)。這種簡化的mac可以在tigersharc處理器中實現(xiàn),也可以在中實現(xiàn)。另一方面,檢測器可能包含比較智能的用戶專用算法,也可能需要程序。802.16標(biāo)準(zhǔn)支持高數(shù)據(jù)速率(70 mbps左右),有多種信道編碼選項。必備計劃

4、是卷積碼(在802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中,還要結(jié)合里德-所羅門(rs)碼),卷積turbo碼、turbo乘積碼,以及802.16e標(biāo)準(zhǔn)中的低密度奇偶校驗碼都是可選的。信道解碼的高數(shù)據(jù)速率超出了傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的能力?？赡艿膶崿F(xiàn)辦法有專用命令、硬件加速器和可編程規(guī)律器件。除了本身計算的高復(fù)雜度,基站體系結(jié)構(gòu)必需具有相當(dāng)大的數(shù)據(jù)帶寬和存儲器,以便支持更先進(jìn)的解碼計劃。人們期望基于802.16e標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)實現(xiàn)多天線處理,它增強了兩級的復(fù)雜度。首先,信號鏈中的幾個模塊,特殊是fft和ifft,必需為每個天線流都復(fù)制一份。第二,系統(tǒng)必需為不同的天線流計算出并選取適當(dāng)?shù)臋?quán)重,以滿足諸如最大信號干擾比的要求。在

5、802.16e系統(tǒng)中,允許在同一個ofdm符號中復(fù)用多個子信道(因此稱為ofdma),從而增強了對可編程性的需求。雖然802.16-2004系統(tǒng)通常不需要每次處理一個ofdm符號,但是802.16e增強了子信道、副載波和ofdm符號之間的復(fù)雜映射,包含了幾種可能的羅列。這就增強了更多的總控制碼和存儲器拜訪,并且提高了調(diào)度處理任務(wù)的復(fù)雜度。另外,應(yīng)當(dāng)有一種體系結(jié)構(gòu)支持升級以便增強功能,例如混合arq(自動重傳哀求)和mimo(多輸入多輸出天線處理)。為基站phy提供的可編程技術(shù)包括dsp、fpga以及可重復(fù)配置的規(guī)律器件。dsp的優(yōu)勢就是c程序和低功耗,但是傳統(tǒng)的dsp不具有上述一些算法所要求的

6、計算密度。為了彌補此缺陷,現(xiàn)代的處理器增強了專用命令和協(xié)處理器等功能。某些最新的dsp設(shè)計還支持大容量的片內(nèi)存儲器和很高的i/o存儲帶寬,這在實現(xiàn)諸如802.16標(biāo)準(zhǔn)的實時phy時是至關(guān)重要的。雖然fpga可以達(dá)到上述算法所需要的計算密度,但是假如徹低采納fpga解決計劃,其編程模式可能無法徹低實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。可重復(fù)配置的規(guī)律器件試圖通過由常用的異構(gòu)處理元件組成的一種結(jié)構(gòu)來發(fā)揮dsp和fpga的組合優(yōu)勢,但是其技術(shù)的成熟度和編程的易用性還存在問題。考慮到上述需求和當(dāng)前的處理器進(jìn)展?fàn)顩r,適合802.16基站phy的合理解決計劃是采納雙重辦法。對于基本的系統(tǒng),徹低采納dsp解決計劃可以提供必須的計算資源,同時提供便利的編程模式。對于具有更寬的信道帶寬或較多天線數(shù)量的高級系統(tǒng),應(yīng)該采納dsp和fpga的組合計劃