CN101272189B

CN101272189B - 基于ads的td-scdma信号源的开发***

Info

Publication number: CN101272189B
Application number: CN2008100608721A
Authority: CN
Inventors: 华惊宇; 刘半藤; 徐志江; 孟利民; 周凯
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: CN101272189A

Abstract

一种基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发***，包括理想信号生成模块、噪声模块和ADS相加模块，理想信号生成模块包括信号源子模块和信号生成子模块；噪声模块中，将信号功率转换成噪声功率，再变成高斯噪声，并分配好加回I/Q两路；过程为：先将累计功率除以250，得到信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以2倍信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声分别加回去，得到经过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号；在ADS相加模块中，将得到的I/Q信号和噪声信号相加，再将I/Q两路信号通过复数的转换器变成一路的复数信号，得到TD-SCDMA信号。本发明适用性好、灵活性强、成本低。

Description

基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发***

技术领域

本发明涉及一种TD-SCDMA信号源的开发***。

背景技术

当今世界已经进入了飞速发展的信息时代，人们期望能随时随地、及时可靠、不受时空限制地进行信息交流。移动通信作为快速，便携，可靠方便的个人通信方式，能解决人们在活动中与固定终端或其它移动态载体上的对象进行通信联络的要求，因而获得了飞速发展，无论在传输质量和传输能力等方面都获得了巨大的发展。但是，移动通信技术不会，也不可能因为今天的成就而停止不前。相反，相对于人们对通信质量和传输能力的要求，移动通信技术还会，且应该得到进一步的研究和开发。

目前，我国已经拥有了全球最大的移动通信网和最大的移动通信用户，移动用户的数量已经超过1亿，而且这个数字还在快速增长。然而随着移动用户的增长和人们对移动通信业务多元化的要求，现有的第二代(2G)移动通信***无论在频谱资源还是在所能提供的业务方面，都已经不能满足移动通信业务发展的需求。在***、各运营商以及设备商的支持下，我国自主拥有的3G标准TD-SCDMA推出并陆续投以商用，已经在十个大城市推行了TD-SCDMA规模试验网，并且，各大设备商和运营商也将大力投资于TD-SCDMA的新设备的研制和开发。

信号源作为通信***中的一个部分，会直接影响通信的质量，因此，无论是2G还是3G，WCDMA还是TD-SCDMA，信号源的研制和实现都是十分重要的，然而，各大设备商出售的信号源是相当昂贵，并且只能生成一种信号。

发明内容

为了克服已有的TD-SCDMA信号源的适用性差、灵活性差、成本高的不足，本发明提供一种适用性好、灵活性强、成本低的基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发***。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发***，包括理想信号生成模块、噪声模块和ADS相加模块，所述理想信号生成模块包括：信号源子模块，用于利用ADS自带的能生成TD-SCDMA原始信号的器件，原始信号为上行和下行，并且上下行TS带有各自的同步码区间；信号生成子模块，用于将信号源子模块产生的各路下行信号通过功分器和下变频器，再分别相加，而后通过上变频器和衰弱信道得到基带信号I/Q两路；信号源子模块产生的各路上行信号直接经过衰弱信道，然后分别通过下变频得到基带信号I/Q两路，得到经过多径衰弱的TD信号；

所述噪声模块中，将信号功率转换成噪声功率，再变成高斯噪声，并分配好加回I/Q两路；处理过程为：先将累计功率除以250，得到信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以2倍信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声，然后分别加回去，得到经过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号；

在ADS相加模块中，将得到的I/Q信号和噪声信号相加，再将I/Q两路信号通过复数的转换器变成一路的复数信号，得到TD-SCDMA基带信号。

作为优选的一种方案：在所述信号生成子模块中，经过多径衰弱和高斯白噪声的TD信号，利用一个16阶的滤波器进行匹配滤波再连接Matlab模块，将采集的TD信号数据在Matlab平台上重现，并编写Matlab程序对数据进行多方位的测试：对上下行同步码的位置、数值、各个时隙功率的均值、方差进行对比。

本发明的技术构思为：TD-SCDMA的物理层信道含有四层结构，分别为：***帧(system frame)；无线帧(radio frame)；子帧(sunframe)；时槽/码元(time solt/code)。实际上，***帧和无线帧之间存在着过度用的超帧(super frame)和复帧(multi frame)，一个***帧长3小时16分钟36秒，包含2048个超帧，可计算每个超帧长5760ms；一个超帧有2种结构，一种是48个TCH复帧构成，另一种由24个Countrol复帧构成；一个TCH复帧含有12个无线帧，而一个Countrol复帧含有24个无线帧，那么，一个超帧含有48×12＝24×24＝576个无线帧，一个***帧含有576×2048＝1179648个无线帧，可算得每个无线帧长10ms；一个无线帧含2个子帧，每个5ms，子帧是TD-SCDMA的基本传输单元，也可叫做TD-SCDMA帧(TD-SCDMA frame)；一个子帧含有10个时槽，包括7个主时槽和3个特殊时槽(Ts0～Ts6，DwPTS，UpPTS，GP1)。

我们要实现TD信号源，主要就是要模拟出子帧的时序，子帧是TD-SCDMA的基本传输单元，只要子帧可以实现，信号源实现的工作也就完成了。由上述可知，子帧包含了10个时槽，7个主时槽和3个特殊时槽。

主时槽为TS0～TS6，其结构有两种，总的来说都包括资料区，中置码，保护区间。一个主时槽含有2个资料区间，每个含有352个码元，中置码区(midamble)含有144个码元，保护区(GP3)间含有16个码元，总计864个码元。资料区间包含传输信息，用的是QPSK调制，中置码作为训练序列(training sequence)，用于通路测量某些参数，保护区间的作用是避免时槽之间相互干扰。这是2种结构的相同部分。

两种结构的的区别在与几个特殊的符码，第一种结构TFCI码，不一定有TPC/SS码，主要用于控制信道的TS0；第二种结构不含TFCI码，但含有TPC/SS码，主要用于控制物理层信道和数字物理层信道。

TFCI：传输格式结合指示码，每10ms的无线帧发送一次

TPC：发射功率控制码，每5ms子帧发送一次，这样使得TD-SCDMA***可以进行快速功率控制。

SS：同步偏移码，每5ms子帧发送一次，用于调整步长。

TFCI，TPC，SS的展频因子与资料区相同，不同的展频因子会影响资料传输速率。

由上述，资料区间包含的是传输信息，因此资料区间的二进制码元可以用伪随机序列来表示；而保护区间的码元应是全0，用来隔离两个时槽；中置码区间和特殊码如何赋值要根据信道需要传输性质来决定。

特殊时槽有3个，分别是DwPTS，UpPTS，GP1；Dwpts，下行同步时槽，由64个码元的下行同步码(SYNC_DL)和32个码元(GP2)组成。UpPTS，上行同步时槽，由128个码元的上行同步码(SYNC_UL)和32个码元(GP2)组成。GP1为主保护区间，有96个码元。

64个码元的下行同步码有32种组合，每一种组合称为一个码组，128个码元的上行同步码有256种不同组合，也分成32个组，每组有8种组合。一个下行同步码的码组标识一个基站和8个上行码组，因此，要实现下行同步，就要将当前所采用的下行同步码识别出来，而要实现上行同步，就是要将下行同步码所对应的8组上行同步码的其中采用的一组识别出来。另外，基本中置码和下行同步码组也有对应关系，基本中置码有128个码元，有128种组合，分成32组，所以一组下行同步码对应4组基本中置码，采用哪组，由基站决定。

本发明设计一种信号源，使其成本远远低于设备商的价格，并且在灵活性、实用性，适用性上优于昂贵专一的信号源。我们采用软件和硬件相结合的方法，用大型EDA软件(如ADS)在计算机上得到合适的信号，再将其送到传统的硬件信号源上得到物理信号，从而我们只需在计算机上进行编程设计就能得到我们需要的通信信号，显然，这是一种廉价、精确且灵活的实现方式。

这种信号源的实现将对通信设备的开发商和电信业务运营商产生很大吸引力，将是前述高价专用信号源的强力竞争者。

本发明的有益效果主要表现在：适用性好、灵活性强、成本低。

附图说明

图1为本发明的信号发生原理图。

图2为本发明的TD-SCDMA物理信道结构。

图3为本发明的带多径衰弱的信号源框图。

图4为本发明的噪声模块电路的一部分示意图。

图5为本发明的噪声模块电路的另一部分示意图。

图6为本发明终端连接硬件框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图6，一种基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发***，包括理想信号生成模块、噪声模块和ADS相加模块，所述理想信号生成模块包括：

信号源子模块，用于利用ADS自带的能生成TD-SCDMA原始信号的器件，原始信号为上行和下行，并且上下行TS带有各自的同步码区间；信号生成子模块，用于将信号源子模块产生的各路下行信号通过功分器和下变频器，再分别相加，而后通过上变频器和衰弱信道得到基带信号I/Q两路；信号源子模块产生的各路上行信号直接经过衰弱信道，然后分别通过下变频得到基带信号I/Q两路，得到经过多径衰弱的TD信号；

所述噪声模块中，将信号功率转换成噪声功率，在变成高斯噪声，并分配好加回I/Q两路；处理过程为：先将累计功率除以250，得到信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以2倍信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声，然后分别加回去，得到经过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号；

在所述信号生成子模块中，经过多径衰弱和高斯白噪声的TD信号，利用一个16阶的滤波器进行匹配滤波再连接Matlab模块，将采集的TD信号数据在Matlab平台上重现，并编写Matlab程序对数据进行多方位的测试：对上下行同步码的位置、数值、各个时隙功率的均值、方差进行对比。

图1为本研究方案的***框图，由图可见，整个***采用软件控制硬件的方式，主要分为四个模块：第一个模块为软件模块，信号、信道的建模和仿真都在软件环境中完成，主要用到的软件是ADS和Matlab。其他模块都属于硬件模块，计算机通过各种无线接口和传统矢量信号源相连，并将得到的通信信号传输给信号源，信号源便会产生相应的物理信号，最后的矢量信号分析仪是测试模块，用来测试得到的信号是否正确。

在图2中，TD-SCDMA***规定的TD-SCDMA物理信道包含四层结构：超帧(Super Frame)、无线帧(Radio Frame)，子帧(Sub frame)和时隙(Timeslot)。一个超帧长720ms，由72个无线帧组成，每个无线帧长10ms，TD-SCDMA将每个无线帧又分为两个5ms的子帧。每个子帧由7个长度为675us常规时隙和3个特殊时隙DwPTS(下行导频时隙)、GP(保护间隔)和UpPTS(上行导频时隙)构成。常规时隙用作传送用户数据或控制信息，在这7个常规时隙中Ts0总是分配给下行链路，固定用作下行时隙来发送***广播信息。而Ts1总是分配给上行链路，其他的时隙可以根据需要灵活的配置成上行或下行。上行链路的时隙和下行链路的时隙之间由一个转换点(Switching point)分开。DwPTS时隙用来发送下行同步码(SYNC_DL)，每个子帧中的DwPTS(SYNC_DL)是为下行导频和同步而设计的；GP为全0的保护区间，保护间隔为75us；而子帧中的UpPTS(SYNC_UL)是为上行导频和同步而设计的。

在图3中，从功能上来看，将电路分为几个大的模块进行设计：理想信号生成模块，多径信道模块、噪声模块，信号测试模块等。ADS自带一个能生成TD-SCDMA原始信号的器件，这个器件以TS为单位，可以分为上行和下行，并且上下行TS带有各自的同步码区间，发射频率在1900MHZ。在搭建理想信号生成电路中，此器件负责提供最原始的信号，是十分重要的一个部件。电路的工作流程如下：在对信号源模块进行标准设置之后，其产生的信号通过各功分器，根据上下行信号的实际情况，上行信号分别通过多径衰弱信道，再进行下变频，得到I/Q两路的基带信号分别通过噪声模块；下行信号先经过下变频后进行相加，再经过上变频模块，把频率调至射频载波后通过多径衰弱信道；然后再下变频通过噪声模块。这样就得到经过多径衰弱和高斯白噪声的上下行信号，将其相加，便得到经过多径衰弱的复合TD基带信号，可以让其通过一个16阶的根升余弦滤波器后用Matlab模块进行测试。将基带信号进行上变频便得到TD的射频信号，可以通过VSA软件进行测试。

Matlab模块的功能在于获取ADS生成的TD信号，将采集的TD信号数据在Matlab平台上重现，并编写Matlab程序对数据进行多方位的测试，主要是对上下行同步码的位置、数值、各个时隙功率的均值、方差进行对比，以确保ADS生成的信号和所设计的信号一致。矢量信号分析软件VSA，它带有自适应均衡等差错分析工具，可以对TD射频信号进行分析查错，主要包括符号时序差错、过滤差错、DAC溢出、IQ不平衡、正交时滞、IQ偏移及其它RF问题。

图4为噪声模块电路图1，加噪声模块的难点在于噪声的功率是随信号变化的，我们的需求一般都是给出一个信噪比，然后加上相应的噪声。在已知信噪比的前提下，但是信号功率是随时间在变化的，因此加上去的噪声也是随时间变化的，并且随信号功率的改变而改变。搭建噪声模块的主要思想是：统计一段时间信号功率，取平均值，乘上单位噪声，除以信噪比，将这个结果作为下一段时间的随机噪声加到信号上。这段时间取的是250个点的时间。电路图比较繁琐，主要分为两个模块，一个模块负责计算250个点的功率，另外一个模块负责控制保持稳定的输出，即保持在当前250个点的时间内，输出的上250个点功率，一到下一个250个点，就换成相对这次250个点的前250个点的功率。大致流程如下，输入信号有三个，分别为时间信号，三个时隙累加之后的Q、I路信号。时间信号用于确定250个点，因为一帧是5ms，一共有6400个点，经过变换将时间信号变成点信号，就相当于原来参考的x轴是时间，现在是对应的点了，然后对250取模，所以每到250点就归零一次。得到控制信号A。

Q路和I路的信号分别平方后加起来就得到当前码片的功率，在平方和相加之后加了个RAM模块，因为要实现250点的累加，需要以个短时间的存储；之间还加了信号格式转换的小模块。累加之后，每隔250点还需要清零从新累加，这就需要刚前说过的控制信号A。但是不能直接乘，因为控制信号在不是250的点上是有值的，这边用到了一个D触发器，有4个输入，分别为S、D、C、R，R是清零端，低点平有效，一旦R为0，输出就为S的非，同时D、C都无效，因此，将控制信号A接R，而给S一个不变的高电平，这样，只要一到250个点，输出就为0；在不是250的点上是这样处理的，D是数据输入，给D一个不变高电平，C是时钟，给C一个周期很快的伪随即序列，这样，只要C一跳变，输出就是D，D是高电平，还是一直不变的，只要保持高电平不变，输出就一直是1，直到250个点跳变。这个信号我将它称为控制信号B。这个信号在250个点的整数倍上都是低电平，其他都为高电平，这样将得到功率累加信号乘以控制信号B，以上就实现了第一个模块的功能，250点的功率累加。

同样，使用控制信号B来实现第二个模块的功能，它去做RAM的时钟信号。同时，将累加信号功率接到RAM的数据输入端，这样就可以刚好在累加到250个点时，把这个功率累加值保存下来。

图5为噪声模块电路图，主要功能是将信号功率转换成噪声功率，在变成高斯噪声，并分配好加回I/Q两路。先将累计功率除以250，得到信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以2倍信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声，然后分别加回去，得到经过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号。

图6为软硬件结合的模块，在ADS软件中，自带模块生成的理想TD-SCDMA信号通过多径信道模块和噪声模块，并经过VSA软件检查无误之后，就接入443XB模块，443XB模块为关键的软硬结合模块，当然这也和所使用的传统信号源的类型有关，不通信号源类型可能用到不同的软硬结合模块，总之，对其进行合理的参数配置，外接的硬件信号发生器就能识别ADS给与的软件信号，并正常工作得到所需要的TD-SCDMA射频信号。

Claims

1.一种基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发***，其特征在于：所述开发***包括理想信号生成模块、噪声模块和ADS相加模块，所述理想信号生成模块包括：

信号源子模块，用于利用ADS自带的能生成TD-SCDMA原始信号的器件，原始信号为上行和下行，并且上下行TS带有各自的同步码区间；信号生成子模块，用于将信号源子模块产生的各路下行信号通过功分器和下变频器，再分别相加，而后通过上变频器和衰弱信道，然后再通过下变频得到基带信号I/Q两路；信号源子模块产生的各路上行信号直接经过衰弱信道，然后分别通过下变频得到基带信号I/Q两路，得到经过多径衰弱的TD信号；

所述噪声模块中，将信号功率转换成噪声功率，再变成高斯噪声，并分配好加回I/Q两路；处理过程为：先将累计功率除以250，得到信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以

SNR表示信噪比，便得到I/Q两路的噪声，然后分别加回去，得到经过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号；

2.如权利要求1所述的基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发***，其特征在于：在所述信号生成子模块中经过多径衰弱并在所述噪声模块中经过高斯白噪声的TD信号，利用一个16阶的滤波器进行匹配滤波再连接Matlab模块，将采集的TD信号数据在Matlab平台上重现，并编写Matlab程序对数据进行多方位的测试：对上下行同步码的位置、数值、各个时隙功率的均值、方差进行对比。