CDMA2000基站系統(tǒng)中基帶分配卡的設計與實現(xiàn)

CDMA2000基站系統(tǒng)中基帶分配卡的設計與實現(xiàn)

摘要：SVRN3G/BTS樣機系統(tǒng)的設計要求和IS2000協(xié)議，介紹了CDMA2000基站系統(tǒng)中基帶分配卡的設計方案及其具體的硬件實現(xiàn)方法?；鶐Х峙淇ǖ膶崿F(xiàn)，可大大簡化基站中基帶部分的算是功能，使系統(tǒng)結構更加模塊化，更易于升級和擴充。

關鍵詞：基站碼分多址基帶分配卡擴頻成型濾波

CDMA是近年來用于數(shù)字蜂窩移動通信的一種先進的無線擴頻通信技術，它能滿足近年來高容量、廉價、高效的移動通信的需要。CDMA2000是北美基于IS-95系統(tǒng)發(fā)展而來的第三代無線通信系統(tǒng)，使用寬帶CDMA技術以適用IMT-2000的需求。CDMA2000具有較好的后向兼容性，提供了從第二代IS-95系統(tǒng)向3G的平滑過渡，業(yè)務供應商可以在有附加容量和高級業(yè)務需求的區(qū)域內有選擇性地建立CDMA2000網絡。

本文是根據第三代移動通信的基站收發(fā)信機即3G/BTS樣機系統(tǒng)的設計要求和IS2000協(xié)議對基帶分配卡提出的一種設計方案?；鶐Х峙淇ㄒ喾QBDC卡，處于射頻部分的寬帶收發(fā)信卡和基帶部分的多信道處理卡之間，它的實現(xiàn)可大大簡化基帶部分的處理功能，并使系統(tǒng)結構更加模塊化，更易于升級和擴充。

1BDC卡的功能介紹

DBC卡由反向處理模塊、前向處理模塊以及其它輔助模塊組成。其結構框圖如圖1所示。

BDC卡處理三個扇區(qū)的信號，每個扇區(qū)信號通過兩個獨立的天線實現(xiàn)空間分集接收，送入反向處理模塊，同時，將來自前向處理模塊的信號送入各扇區(qū)的射頻及其前端處理。它的主要功能是

完成后向鏈路的A/D變換和前向鏈路的D/A變換；

前向鏈路各MCC卡的信道單元合并、PN短碼擴頻、基帶成型濾波；

反向鏈路三個扇區(qū)接收的基帶信號的分配；

各扇區(qū)導頻信道產生、16倍/s時鐘信號分配以及2s同步信號分配。

2BDC卡的設計方案

反向處理模塊

BDC的反向處理模塊主要完成A/D轉換、低通數(shù)字濾波、三扇區(qū)6個接收天線的信號分配。

由于受到射頻前端模擬濾波器性能的限制，A/D模塊輸出須6bit以上，才可滿足前端動態(tài)范圍的要求。而MCC卡對反向信道處理單元的要求是I、Q兩路輸入信號為4bit，因而對A/D輸出需要進行低通濾波，同時將8bit數(shù)據轉化為4bit。轉換如圖2所示。

濾波器指標

通帶截止頻率fp=590kHz，阻帶截止頻率fs=740kHz，阻帶衰減10dB～15dB，輸入為8bit數(shù)據，輸出為4bit數(shù)據。

前向處理模塊

根據3G/BTS樣機系統(tǒng)的設計要求，為盡量簡化多信道處理卡的前向處理模塊，前向信道處理采用Motorola2450基站的處理辦法：將前向成型濾波、短碼擴頻放到BDC單元。于是BDC的前向處理模塊主要實現(xiàn)多個MCC卡信道單元的復接與合并、各扇區(qū)導頻信道產生、I、Q正交擴頻、前向基帶成型濾波、D/A轉換。

來自MCC卡的數(shù)據經過幅度調整，寬度為12bit。在BDC的前向處理模塊中，將一個MCC卡4組數(shù)據進行合并，得到一組寬度為14bit的數(shù)據，然后進行I、Q正交擴頻，最后完成基帶成型濾波。前向處理模塊如圖3所示。

合并模塊是BDC與MCC的數(shù)據接口。從每個MCC卡送來的數(shù)據是12位的串行數(shù)據。傳送數(shù)據的工作時鐘都是在16X系統(tǒng)時鐘下工作。首先輸出最低有效位進行串行相加，并把相加后的進位與下次送來數(shù)據相加，同時，送入奇偶校驗作驗和，檢查奇偶校驗是否正確。如果正確，把串行相加的結果送入串行轉換；如果錯誤，則清除此次MCC卡送來的數(shù)據，并通過總線接口向GLI報告故障。

當所有前向CDMA信號合并后，串行相加模塊輸出的串行信號要進行串并轉換把串行數(shù)據變成并行數(shù)據然后從邏輯結構上移N位，加入導頻信道，最后輸出進行I和Q擴頻。其中，導頻信道采用全‘0‘導頻信道，I和Q擴頻也稱四相擴頻。擴頻序列的長度為215。在前向信道，每個基站使用不同偏置的序列，而反向信道調制時都使用零偏置的序列，這個序列稱為導頻PN序列。

在擴頻操作后，將I和Q脈沖加至基帶濾波器的輸入端。基帶濾波器的頻率響應滿足規(guī)定的性能要求。基帶濾波器的歸一化頻率響應在通帶0≤f≤fp內，應限定在±δ1內，阻帶f≥fs，應小于或等于δ2。各參數(shù)的數(shù)值為δ1=，δ2=40dB，fp=590kHz，fs=740kHz。

最后，經過濾波的信號通過D/A轉換器轉換成模擬信號，送入BBX。

輔助模塊

該模塊主要包括時鐘產生與分配、同步信號分配、差分驅動與電平轉換。

BDC為MCC卡提供所需的時鐘信號，同時也為BBX提供A/D和D/A所需要的時鐘信號。時鐘產生模塊

的輸入為16X，輸出為16X、8X、4X、2X和1X信號，分別送往MCC卡和BBX。

同步信號分配將CSM板送來的2s同步信號分發(fā)給各MCC卡和BBX。

BDC根據需要對相關信號提供差分驅動以及電平轉換。

BDC備份

設計時，BDC卡考慮備份，主、備兩個BDC通過三態(tài)門插入背板總線，同一時刻只有一個BDC卡在工作，三態(tài)門的控制由AMR根據報警情況來設置完成。當工作中的BDC卡出現(xiàn)故障時，將立即報警，然后AMR通過報警情況，馬上改變三態(tài)門的設置，啟用另一個BDC卡。這種關鍵部件采用備份設計的思想，可大大提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3BDC卡的硬件實現(xiàn)

根據上述設計方案，選擇APEX20K100、AD9058、AD9765和AD9632作為該基帶分配卡的主要部件。其單個扇區(qū)的硬件框圖如圖4所示。

圖4中，APEX20K100是Altera公司推出的一種可編程邏輯器件，它具有規(guī)模大、時間可預測性好等優(yōu)點。AD9058是ADI公司推出的一種雙通道、高性能8bit模-數(shù)轉換器。采樣時鐘頻率可達50MSPS，其獨特的結構參考電壓，能驅動兩片ADC。AD9765是一種雙端口、高速率、雙通道、12bit的CMOS數(shù)模轉換器。它在很小的48路LQFP包中集成了2個高性能的12bitTxDAC和磁心，1個電壓參考和數(shù)字接口電路，4個擴展引腳。更兩路數(shù)據。AD9632是一個高速率寬帶放大器，它利用電其特有的設計結構結合了電流反饋和電壓反饋的最佳優(yōu)點，展示了異?？焖贉蚀_的脈沖響應。

APEX20K100加載方式設計

APEX20K100在運行期間，將加載數(shù)據存儲到靜態(tài)存儲器單元中。因為SRAM是易失性的，所以每次上電時，SRAM單元必須裝入加載數(shù)據。當APEX20K100加載好后，其寄存器和I/O引腳都必須初始化，然后設備才進入系統(tǒng)動作的用戶模式。考慮到上述特點，APEX20K100采用EPC2/PS聯(lián)合加載方式加載數(shù)據，每次只要一上電，EPC2就自動將數(shù)據加載到APEX20K100。圖5為EPC2/PS聯(lián)合加載方式的電路圖。

圖5中，為一串行同步數(shù)據微處理器接口和MasterBlaster通信電纜，通過它將微處理器中的數(shù)據加載到EPC2設備，然后通過EPC2的DATA引腳串行輸出給APEX20K100。其中

·MSEL1和MSEL0是APEX20K加載方式設置引腳，兩個全為‘0‘，則為EPC2/PS加載方式；

·DCLK是APEX20K的時鐘輸入引腳，每輸入一個時鐘，就串行輸入一位數(shù)據；

·nCONFIG是加載控制輸入引腳，低電平時目標設備復位，低電平到高電平的轉換過程中開始對設備進行加載數(shù)據；

·Vcc與加載設備的供電電壓相同，即；

·VIO是MaterBlaster輸出驅動器的參考電壓。

信號流程

反向處理模塊：BDC接收來自BBX的模擬信號，一個扇區(qū)兩副天線以差分形式進入，共8路信號。它們通過AD9632進行差分合并、前置放大后，送入AD9058進行A/D轉換，變成8倍頻速率的數(shù)字基帶信號，其中I、Q兩路分別編8位碼，2個天線共輸出2×16=32位數(shù)據；再通過74F374鎖存器鎖存，利用統(tǒng)一的信號時鐘控制，將信號送入APEX20K100進行數(shù)字濾波，將8bit數(shù)據轉化成4bit，再通過APEX20K100的內部時鐘控制，利用8路數(shù)據劃分時輸出16位數(shù)據，最終送給MCC進行數(shù)據處理。

前向處理模塊：每個MCC送給BDC卡3路串行數(shù)據，每路12bit，分別到三個扇區(qū)，則每個扇區(qū)分到一路12bit串行數(shù)據。而整個系統(tǒng)總共有10塊MCC，共30路信號，因此BDC的每個扇區(qū)都有10路串行數(shù)據輸入。MCC將這10路信號送到MPEX20K100，完成串并轉換、正交擴頻、成型濾波等功能后輸出28位并行數(shù)據，分I、Q兩路，每路14位，到AD9765進行D/A轉換。最后，將AD9765的I、Q兩路模擬輸出信號送至BBX進行射頻前端處理并發(fā)射。

輔助模塊主要由AD580、AD708產生AD90