通信工程专业论文08454

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1、 年 月哈尔滨哈飞集团汽车博物馆设计本科毕业设计（论文）指导教师：王 五学 号：0123456789专 业：建筑学院 系：建筑学院张 三哈尔滨哈飞集团汽车博物馆设计张 三I 毕业设计（论文） 题 目 基于WCDMA的基站 NODEB的研究 摘 要个人移动通信的的目的是实现随时随地与任何人，实现任何一种信息的传递。从模拟到数字，从单一的话音业务到数据业务，从时分复用到频分复用再发展到今天的码分复用，个人移动通信在20世纪末和21世纪初得到了飞速的发展。WCDMA是应运而生的全新第三代移动通信系统方案，作为三大主流3G标准之一，是真正意义上的3G。WCDMA基于GSM核心网，是真正的全球标准。作为

2、WCDMA系统关键组成部位的基站部分，即无线收发信机，包括无线收发信机和基带处理部件，它完成的信号基带处理功能是本文主要研究对象。本论文将结合对学校引进的WCDMA系统的学习，着重研究WCDMA基带处理系统下行子系统的符号级处理过程和对WCDMA系统基站部分相关设备运营参数的配置。论文基本按照从上至下的结构进行论述。从UMTS通信系统到UTRAN的结构，然后关注到NODEB和基带处理系统，最后是信号基带处理过程的分析和WCDMA设备基站部分相关参数的配置。其中信号基带处理过程和WCDMA系统参数配置是论文的核心和重点。关键词：宽带码分多址（WCDMA）；基带处理；下行符号级处理；参数配置 Ab

3、stractThe aim of personal mobile communication is communicating with anybody by any information at any time and any place.From analog to digital,from voice to data,from TDMA to CDMA,personal communication is developing rapidly.WCDMA is a real 3G communication system,as one of the three mainstream 3G

4、 communication system standards.The corn net of WCDMA is based on GSM,and WCDMA is a real global standard.NODEB is an important part of the WCDMA system,completing the baseband processing.The baseband processing is very important to the whole WCDMA system. This paper concerns the baseband downlink s

5、ymbol rate processing of the WCDMA and the configuration of the WCDMA system parameters.This paper is arranged from up to down.From UMTS to UTRAN,then NODEB and baseband processing are proposed,at last the downlink system rate processing and the configuration of the WCDMA system parameters are the c

6、orn and importance of the paper.Keywords: WCDMA,baseband processing,downlink system rate processing,system parameter 目 录摘要.Abstract .第1章 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义.1 1.1.1 课题来源 1.1.2 研究的目的和意义1.2 国内外在WCDMA方向研究现状和分析.11.3 3G三大标准介绍1.4 UMTS系统简介1.5 URTAN1.4 本文的主要研究内容.3第4章 基于FLUENT软件的轴承静态特性研究4.1 引言.4 .4.3.2 边界条件的

7、设定.44.3.3 FLUENT仿真结果分析.44.4 本章小结.4第6章 局部多孔质静压轴承的试验研究6.1 引言.56.2 多孔质石墨渗透率测试试验.5 .6.5 本章小结.6结论.7参考文献.8致谢. 9第1章 绪 论1.1 课题来源及研究的目的和意义1.1.1 课题来源当今的社会已经进入了一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化快节奏的生活和工作。人们期望随时随地，不受限制地进行信息交流，提高工作效率和经济意义。通信的最终目的是实现随时随地，实现任何一种信息传递。移动通信技术也经历了从模拟调制到数字调制技术的发展。第一代移动通信系统是模拟制式的蜂窝移动通信系统。第一

8、代采用频分多址（FDMA）模拟调制方式，其主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务，业务种类有限，无高速数据业务，保密性差，易被窃听和盗号，设备成本高和体积大，重量大。为了解决模拟系统中存在的这些根本性技术缺陷，数字移动通信应运而生。这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统。相对于模拟移动通信网，数字移动通信网提高了频谱利用率，支持多种业务服务，并与ISDN等兼容。第二代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的，因此又称为窄带数字通信系统。第二代蜂窝系统采用时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传输信令，是系统性能大为改善。第二代

9、移动通信系统主要提供的服务依然是语音服务以及低速数据业务。由于网络的发展，数据和多媒体通信有了迅猛的发展势头，所以带三代移动通信的目标就是宽带多媒体通信。第三代移动通信系统能提供多种类型高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候，任何地点，进行任何种类的通信。由于其诸多优点，全世界各个运营厂商与广大用户对此产生了浓厚兴趣。第三代移动通信系统的目标可以概括为1：能实现全球漫游，用户可以在整个系统，甚至全球范围内漫游，且可以在不同速率，不同运动状态下，获得有质量保证的服务；能提供多种业务，提供话音、可变速率的数据、活动视频会话等业务，特

10、别是多媒体业务；能适应多种环境，可以综合现有的公共电话交换网（PSTN）、综合业务数字网、无绳系统、地面移动通信系统和卫星通信系统，来提供无缝的覆盖；足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和高质量服务。为实现上述目标，对其无线传输技术（RTT）提出了以下要求：高速传输以支持多媒体业务，室内环境至少2Mbit/s，室内步行环境至少384kbit/s，室外车辆运动中至少144kbit/s，卫星移动环境至少9.6kbits/s；传输速率能够按需分配；上下行链路能适应不对称需求。第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）于1985年提出。当时称为未来公众陆地移动通信系统，1996年更名

11、为IMT-2000,意即为该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kbit/s，预期在2000年左右得到商用。主要体质有WCDMA和CDMA2000。1999年11月5日国际电联第18次会议通过了IMT-2000无线接口技术规范建议，其中我国提出的TD-SCDMA技术写在了第三代无线接口技术规范建议的IMT-2000 CDMA TDD部分中2。IMT-2000无线接口技术规范建议通过，表明制定移动通信系统无线接口技术规范的工作已基本完成。所以，个人移动通信的发展趋势是：语音业务加低速数据业务，然后向多媒体业务发展；模拟向数字的发展；FDMA向TDMA，然后向CDMA的发展；电信

12、网和Internet分离向统一网络基础设施的发展。显然，第三代移动通信系统已经成为移动通信发展的必然趋势，有美好的前景。那么，如何能够提供更高速的数据传输便成为现在3G主要研究的目标之一。本文将结合在学校新技术楼WCDMA实验室对联通WCDMA系统的学习经验，研究基于WCDMA系统的无线接入网数据传输部分。主要研究为了提供更加迅速便捷的多媒体业务而所需的高速无线传输技术，主要涉及内容为：WCDMA基带处理中下行符号级处理和WCDMA基站部分系统参数配置。1.1.2 研究的目的和意义 由上述课题来源已知，本文着重研究WCDMA无线接入网部分，即UTRAN部分，其中的Node B（基站）中基带处理

13、系统为重中之重。基带处理系统是Node B重要功能模块，负责完成符号级和码片级的处理。基带处理承载物理层的功能，完成信道的基带处理，包括接收心愿编码后的数据包和层间信令，进行传输信道的编码，物理信道复用、分段和交织，依据物理信道时隙格式进行帧形成，接收帧形成后的数据进行干扰、加扩、功率加权、闭环控制的幅度和相位调整、信道求和等处理，并完成信号的调制。基带处理系统是WCDMA的核心系统和关键技术所在。通过对WCDMA系统基站部分的研究及对基站参数的配置，论述WCDMA基带处理系统下行符号级处理的数据传输，提高无线接入网的数据传输速率，进而使WCDMA能为用户提供更为便捷快速的多媒体业务。1.2

14、国内外在WCDMA方向研究现状及分析历史上，欧洲电信标准委员会（ETSI）在 GSM 之后就开始研究其3G标准，其中有几种备选方案是基于直接序列扩频分码多工的，而日本的第三代研究也是使用宽带码分多址技术的，其后，以二者为主导进行融合，在3GPP组织中发展成了第三代移动通信系统UMTS，并提交给国际电信联盟（ITU）。 国际电信联盟最终接受WCDMA作为IMT-2000 3G标准的一部分。中国联通公司于2009年5月17日开始试商用WCDMA服务，10月1日正式商用WCDMA R6网络，最高下载速率可以达到7.2M。国内部分城市下载速率已可达14.4M。中国联通WCDMA的网络优势：1、网络速度

15、最快WCDMA网络是全球商用时间最长，技术成熟、可演进性最好的，全球第一个3G商用网络就是采用WCDMA制式。联通采用了全球广泛应用的WCDMA 3G技术，目前已全面支持HSDPA/HSUPA，网络下载理论最高速率达到14.4Mbps。2G无线宽带的最高下载速度约为150Kbps，联通WCDMA网络速度几乎是2G网络速度的100倍。iPhone 4s是目前最快速、最强大的iPhone，依托中国联通优势WCDMA 3G网络可尽情发挥iPhone的最佳性能。2、支持业务最广泛基于WCDMA成熟的网络和业务支撑平台，其所能实现的3G业务非常丰富。无线上网卡、手机上网、手机音乐、手机电视、手机搜索、可

16、视电话、即时通讯、手机邮箱、手机报等业务应用可为用户的工作、生活带来更多的便利和美妙享受。健壮的网络体系和业务支持能力，将使得iPhone的优势性能得到最大程度的发挥。3、终端种类最多截至2008年底，支持WCDMA商用终端的款式数量超过2000款，全球主要手机厂商都推出了为数众多的WCDMA手机。4、国内覆盖广泛截至2009年9月28日，联通3G网络已成功在中国大陆285个地市完成覆盖并正式商用，新覆盖的城镇数量还在不断增长中，联通3G网络和业务已经覆盖了中国绝大部分的人口和地域。5、开通国家最广，可漫游的国家和地区最多截至2008年底，全球已有115个国家开通了264个WCDMA网络，占全

17、球3G商用网络的71.3%。截至2009年9月28日，中国联通已与全球215个国家的395个运营商开通了GSM/WCDMA网络的国际漫游。可以说，联通3G用户完全可以自由行天下。6、WCDMA/HSPA/GSM全球市场份额最高到目前为止WCDMA已经成为比较成熟的3G通信标准，拥有超过30亿的用户。目前对其研究主要集中在提高数据的传输速度上。其发展过程随同3G标准的演变而演变。WCDMA现在已冻结的版本有R99，R4，R5，R6，R7，其中：R5引入HSDPA（3.5G），高速下行分组链接。R6引入HSUPA（3.75G），高速上行分组链接。现在在还未冻结的版本是R8版本，即是LTE（3.9G

18、），长期演进技术。联通集团移动网络的演进路线：GSM GPRS EDGE WCDMA HSDPA HSUPA HSPA+ LTE FDD，以及以后可能演进到的4G。现在北欧电信运营商TeliaSonera已分别与瑞典爱立信和中国华为签署两项LTE（4G）商用网络合同，建设全世界首个商用的LTE网络。在R5版本引入的HSDPA即高速下行分组接入技术是WCDMA对于下行链路分组数据的增强，其分组数据的调度由基站(NodeB)中的MAC hs实体完成。在HSDPA的接纳控制中，数据业务的接纳控制由无线网络控制器(RNC)完成，其判决依据是当前资源的使用状况，这样就需要Node B能通过Iub接口向R

19、NC提供详细的资源使用状况1。 在R6版本引入的HSUPA即高速上行链路分组接入技术，用了基于软合并的物理层混合重传、基于Node B的快速调度及传输时间间隔短帧传输等技术，大大提高了WCDMA上行数据速率2。欧洲市场的商用网络部署较为突出。目前，欧洲累计部署了111个WCDMA商用网络、96个HSDPA商用网络和18个HSUPA商用网络。一些运营商的WCDMA网络已经形成相当规模，T-Mobile在德国的WCDMA网络覆盖率超过50%，Vodafone在英国的WCDMA网络覆盖率达到40%，而Telefnica在瑞典的网络覆盖率达到了75%。3G技术的成熟推动了WCDMA在全球范围内的竞争日

20、趋激烈，欧洲开始成为全球WCDMA发展的中心。截至2008年上半年，全球 WCDMA 用户数达到 2.53 亿，占 3G 用户总数的 78%，其中HSDPA用户为4300户。到2010年底，全球3G用户数将接近8亿，其中使用WCDMA的用户数将占到用户总数的75%。西欧的发展尤其令人瞩目，西欧的WCDMA用户几乎增长了190%，新增移动用户中WCDMA用户超过30%，移动总用户中WCDMA用户占5%。WCDMA用户增长的强劲势头标志着WCDMA在全球已经开始由成长期向成熟期过渡。在这些新增长的WCDMA业务中，HSDPA和HSUPA技术的引入使WCDMA提供更高速度的数据传输，支持多媒体业务，

21、从而使WCDMA无线接入网更加成熟。总而言之，近年WCDMA业务迅速成长是无线接入技术进步的缩影。也正因此，对无线接入网的研究也显得格外有意义。如何提供高速的数据传输以支持多媒体业务也正是本文主要研究对象。1.3 3G三大标准介绍 3G的标准化工作实际上是由3GPP和3GPP2两个标准化组织来推动和实施的。3GPP成立于1998年12月，由欧洲的ETSl、日本的ARIB、韩国的TTA和美国的Tl等组成，采用欧洲和日本的WCDMA技术构筑新的无线接入网络。在核心交换侧，在现有的GSM移动交换网络基础上平滑演进，提供更加多样化的业务。1999年1月，3GPP2也正式成立，由美国的TIA、日本ARI

22、B、韩国TTA等组成无线接入技术，采用CDMA2000和UWC-136为标准。CDMA2000这一技术在很大程度上采用了高通公司的专利核心网，受限于家族概念，TIU无法制定详细的协议规范。CDMA已被广泛接收为第三代移动通信系统的重要技术，第三代数字蜂窝移动通信系统的两大主要候选方案，北美的CDMA2000系统和欧洲的WCDMA系统，都是建立在CDMA技术基础上。两套方案各有利弊，从技术角度看，WCDMA方案采取了许多新技术，如时分复用的导频码的使用，能实现相干解调，从而提高链路容量，且满足了使用自适应天线的要求；基站间异步方式摆脱了对GPS的依赖等等，但CDMA2000是建立在IS-95空中

23、接口的基础上的，最大限度地利用了成熟的技术，相对来说技术复杂程度低、风险小，系统演进升级的成本较小。1.3.1 WCDMA技术体制WCDMA的核心网基于GSM/GPRS网络的演进，保持与GSM/GPRS网络的兼容性，向全PI的网络结构演进，核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务。UTRAN统一处理语音业务和分组业务，并向IP方向发展。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心。WCDMA的空中接口特性如下：(1) 空中接口采用WCDMA；(2) 信号带宽5MHz；(3) 码片速率3.84Mcps；(4) 语音编码AMR语音编码；(5) 同步

24、方式支持同步/异步基站运营模式；(6) 功率控制：上下行闭环加外环功率控制方式；(7) 发射分集方式：下行包括开环发射分集和闭环发射分集，用以提高UE的接收性能。开环发射分集又包括空时发射分集(STTD)和时分发射分集(TSTD)，而闭环发射分集也包括两种模式；(8) 解调方式：导频辅助的相干解调方式，提高解调性能；(9) 编码方式：卷积码和Turbo码的编码方式；(10) 调制方式：上行BPSK和下行QPSK调制方式。1.3.2 CDMA2000技术体制CDMA2000体制是基于IS-95的标准基础上提出的3G标准。目前其标准化工作由3GPP2来完成。电路域继承2G IS-95CDMA网络，

25、引入以WNI为基本架构的业务平台，分组域是基于Mobile IP技术的分组网络。无线接入网以ATM交换机为平台，提供丰富的适配层接口。CDMA2000的空中接口特性如下：(1) 空中接口采用CDMA2000，兼容IS-95；(2) 信号带宽N*1.25MHz(N=1,3,6,9,12)；(3) 码片速率N*1.2288Mcps；(4) 语音编码8k/13kQCELP或8k EVRC语音编码；(5) 同步方式：基站需要GPS/GLONASS同步方式运行；(6) 功率控制上下行闭环加外环功率控制方式；(7) 发射分集方式：下行可以采用OTD(正交发射分集)和STS(空时扩展分集），提高信道的抗衰落

26、能力，改善了下行信道的信号质量；(8) 解调方式：上行采用导频辅助的相干解调方式提高了解调性能；(9) 编码方式：采用卷积码和Turbo码的编码方式；(10) 调制方式：上行BPSK和下行QPSK调制方式。1.3.3 TD-SCDMA技术体制TD-SCDMA标准由中国无线通信标准组织CWTS提出，目前已经融合到了3GPP关于WCDMA-TDD的相关规范中。核心网基于GSM/GPRS网络的演进，保持与GSM/GPRS网络的兼容性。核心网络向全IP的网络结构演进。核心网络逻辑上可以分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务。UTRAN基于ATM技术，统一处理语音和分组业务，并向IP方

27、向发展。MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA体制移动性管理机制的核心，空中接口采用的是TD-SCDMA。TD-SCDMA具有3S特点：Smart Antenna(智能天线)，Synchronous CDMA(同步CDMA)和Software Radio(软件无线电)。TD-SCDMA采用相关技术有：智能天线加联合检测，多时隙CDMA和DS-CDMA，同步CDMA，信道编码和交织(与3GPP相同)，接力切换等。1.4 UMTS系统简介UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系

28、统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结，构包括无线接入网络（Radio Access Network，RAN）和核心网络（Core Network，CN）。其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域（Circuit Switched Domain,CS）和分组交换域（Packet Switched Domain,PS）。UTRAN、CN与用户设备（User Equipment,UE）一起构成了整个UMTS系统。1.5 UTRAN结

29、构简介UTRAN包含一个或几个RNS(无线网络子系统)，一个RNS由一个RNC(无线网络控制器)和一个或多个Node B(基站)组成。RNC与CN之间的接口是Iu接口，Node B和RNC通过Iub接口，UTRAN内部的RNC之间通过Iur互联。Iur可以通过RNC之间的直接物理连接，或通过传输网连接。RNC用来分配和控制与之相连或相关的NdoeB的无线资源，NdoeB则完成Iub接口和Utl接口之间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理3。1.6 本论文的内容安排本论文按照从上到下的思路组织结构，从个人移动通信系统开始，然后到WCDMA系统，然后具体到NODEB的基带处理部分。进入基带

30、处理部分后，着重讨论基带下行符号级处理过程，并结合学校引进的WCDMA设备进行相关设备参数配置，这是本文的重点。本论文第一章介绍个人移动通信发展过程，介绍了3G三大标准技术参数以及WCDMA系统，包括UMTS、UTRAN；第二章具体介绍了WCDMA的系统结构，包括UTRAN、NODEB以及基带处理单板；第三章对基带处理下行符号级处理过程进行详细的功能分析；第四章是对WCDMA系统基站部分的设备参数配置；最后一章对本论文的工作作了总结。1.7 研究方案及进度安排1.7.1 研究方案1 文献分析法：通过对中国学术期刊网、学校图书馆等中外数据库的检索，收集有关资料。并对收集的资料进行归纳分析，为论文

31、做铺垫。主要收集的资料包括WCDMA的相关教学用书，无线接入网的相关学术论文，DSP相关的参考资料。在资料收集过程中，中分利用学校图书馆丰富的馆藏资料与中国知网的学术论文。并且在网上书城查找无线接入网的相关外文书籍，并同相关课题同学共同翻译学习相关外文资料。对有用的书籍，购买需求深入学习的。对于相关的学术论文，将重点部分摘记在毕业设计笔记上备用。在资料收集完成后，深入研究关于WCDMA系统中无线接入网的部分。2 案例分析法：通过对学校新技术楼引进的中兴WCDMA系统进行实地操作实习，进一步了解分析无线数据通信与传输。在资料收集完成并且有一定了解熟悉后，去实验室实地学习WCDMA无线接入网部分，

32、了解实体系统与操作系统。通过实习，掌握无线接入网的具体功能与实现过程。特别是基带处理过程，下行符号级处理过程为重点学习部分。1.7.2 进度安排第一阶段 (3.12-3.19) 根据所学知识与指导老师交流，确定课题，并查阅相关资料；第二阶段 (3.19-3.30) 在指导老师帮助下，拟定开题报告；第三阶段 (3.30-5.07) 进一步收集资料，到实验室参加实习，整理资料；第四阶段 (5.07-6.04) 在导师指导下，进行论文定稿工作，完成论文写作，准备答辩 ； 第五阶段 (6.04-7.05) 毕业论文答辩。第二章 WCDMA系统简介2.1 UMTS系统介绍UMTS（Universal M

33、obile Telecommunications System，通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结，构包括无线接入网络（Radio Access Network,RAN）和核心网络（Core Network,CN）。其中无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域（Circuit Switched Domain,CS）和分组交换域（Packet Switched Dom

34、ain,PS）。UTRAN、CN与用户设备（User Equipment,UE）一起构成了整个UMTS系统。结构如图2-1所示：图2-1 UMTS结构UMTS系统的网络单元包括如下部分：1. UEUE是用户终端设备，即通常意义上的手机。它主要包括射频处理单元，基带处理单元，协议栈模块，以及应用层软件模块等。通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用等。UE包括提供应用和服务的Mobile Equipment和提供用户身份识别的UMTSSubscriber Module两部分。2. UTRANUTRAN即

35、陆地无线接入网，分为基站Node B和无线网络控制器RNC两部分，下一节作详细介绍。3. CNCN即核心网络，负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理主要功能。4. External Networks External Networks即外部网络，可以分为两类：CS Networks(电路交换网络)提供电路交换的连接服务，象通话服务、ISDN和PSTN均属于电路交换网络。PS Networks(分组交换网络)提供数据包的连接服务。Internet属于分组数据交换网络。网络单元构成图如图2-2：图2-2 UMTS网络结构图2.2 UTRAN结构简介UTRAN包含一个或几个RNS(无线网络子系统)

36、，一个RNS由一个RNC(无线网络控制器)和一个或多个Node B(基站)组成。RNC与CN之间的接口是Iu接口，Node B和RNC通过Iub接口，UTRAN内部的RNC之间通过Iur互联。Iur可以通过RNC之间的直接物理连接，或通过传输网连接。RNC用来分配和控制与之相连或相关的Node B的无线资源，Node B则完成Iub接口和Uu接口之间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理4。UTRAN包括Node B和RNC（Radio Network Controller)两个部分：Node B是WCDMA系统的基站，即无线收发信机，包括无线收发信机和基带处理部件，通过标准的Iub接口

37、和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频调制信道编码及解扩解调信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。Node B由下列几个逻辑功能模块构成：RF收发放大、射频收发系统TRX、基带部分BB、传输接口单元、基站控制部分。Node B同时还完成一些无线资源管理功能，如内环功率控制等。它在逻辑上对应于GSM网络中基站BTS。RNC是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开，切换宏分集，合并无线资源管理控制等功能。具体如下：(1) 执行系统信息广播与系统接入控制功能；(2) 切换和RNC迁移等移动性管理功能；(3) 宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源和控制

38、功能。UTRAN结构示意图如图2-3：图2-3 UTRAN结构图 2.3 Node B功能模块划分Node B 是WCDMA系统的基站，即无限收发信机，包括无线收发信机和基带处理部件，通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。其完成的功能为：传输信道的复用解复用和映射；物理信道生成；无线信号的调制解调，扩频解扩；发射分集和分集接收；功率检测和控制；在RNC的控制下完成无线链路的建立、增加和删除以及软切换、更软切换、硬切换等功能；Iub接口承载的建立、维护和帧数据传输5。整个Node B的功能模块划分如图2-4所示：图2-4 Node B功能模块图2.4 基带处理完成的

39、功能基带处理系统是NODEB重要的功能模块，负责完成符号级和码片级的处理。基带处理承载物理层的功能，完成信号的基带处理，包括接收信源编码后的数据包和层间信令，进行传输信道的编码，物理信道复用、分段和交织，依据物理信道时隙格式进行帧形成，接收帧形成后的数据进行加扰、加扩、功率加权、闭环控制的幅度和相位调整、信道求和等处理，并完成信号的调制。基带处理系统是WCDMA的核心系统和关键技术所在。2.5 基带单板介绍NODEB中的基带处理功能由一块单板实现，整个单板主要分为上行基带处理系统、下行基带处理系统以及和RNC接口的CPU三大部分。上行基带处理的符号级处理，由上行符号级DSP完成，码片级处理由码

40、片级DSP和辅助码片级DSP共同完成。下行基带处理的符号级处理，由下行符号级DSP完成，码片级处理由码片级DSP完成，为了支持R5协议规定的HSDPA功能，下行还引入了HSDPADSP。2.6 基带单板下行各个DSP介绍基带下行单元大体上可分为码片级处理和符号级处理两部分，根据业务上下行速率的不对称，下行还引入了HSDPA处理单元。本节主要介绍HSDPA和码片级DSP，作为本论文重点，符号级DSP的功能分析在后面章节详细说明。2.6.1 HSDPA简介HSDPA是3GPP在R5协议中，为了满足上下行数据业务的不对称的需求提出的来的，它可以使下行数据速率达10Mbps，从而大大提高用户下行数据业

41、务速率，而且不改变已经建设的WCDMA系统网络结构。HSDPA主要采用了AMC(自适应的编码和调制)、快速重传、快速调度等技术。AMC的原理就是根据瞬间信道条件的改变，相应地改变调制和编码格式。因此，当信道条件较好时，AMC会选择一个高阶的调制方案和较高的编码速率，以充分利用现有的信道条件。反之，会选择一个低阶的调制和较低的编码速率。HARQ(快速混合自动重传)是指接收方在解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据。接收方将重传的数据和先前接收到的数据在解码之前进行组合，再进行正确解码。HARQ有两种运行方式。一种是在重传时，与初次发射时相同，这种方式又被称之为soft comb

42、ining。另一种就是重传时的数据与前次发射有所不同，这种方式又被称之为Incremental Redundancy(增量冗余)。后一种方式的性能要优于第一种，但在接收端侧需要更大的内存。调度算法控制着共享资源的分配，在很大程度上决定了整个系统的行为。调度时主要基于信道条件，同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先等级等情况，并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据，使每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量，但同时也考虑到对每个用户的公平性。为了支持HSDPA，在物理层引入以下三种新的物理信道：HS-(P)SCH，HS-SCCH，HS-DPC

43、CH。HS-(P)DSCH信道：位于下行链路，负责传输用户数据。HS-DSCH信道的共享方式有两种，最基本的方式是时分复用，另一种就是码分复用。用来承载HS-DSCH。它是2ms的子帧，3个slot，扩频因子固定为16，允许多码。HS-PDSCH可以采用QPSK和16QAM两种调制方式。 HS-SCCH(High Speed Shared Control Channel)信道：位于下行链路，负责传输对HS-DSCH信道解码所必须的控制信息的物理层控制信道。承载有关HS-DSCH发射的信令。它是2ms的子帧，3个slot，扩频因子固定为128。HS-SCCH包含以下信息：信道化码集，调制方法，传

44、输块大小，Hybrid-ARQ处理信息，Redundancy and constellation version，新数据指示，UE标识。 HS-DPCCH(Uplink High Speed Dedicated Physical Control Channel)信道：位于上行链路，负责传输必要的控制信息，主要是对ARQ的响应以及下行链路质量的反馈信息。承载下行HS-DSCH发射的反馈信息：Hybrid-ARQ Acknowledgement(HARQ-ACK)和Channel-Quality Indication(CQI)，它是2ms的子帧，3个slot，扩频因子固定为256。2.6.2 符号

45、级DSP的介绍关于符号级DSP的功能分析是本论文的重点，在后面的章节中将做详细说明。2.6.3 码片级DSP的介绍码片级DSP是WCDMA系统Node B基带处理板上的下行发送处理硬件协处理器，在符号级DSP的控制下，接收不同用户的符号数据信息和功控信息，实时的完成时序定时、帧形成、加扰加扩、功控加权、分集处理、信号调制等功能。码片级DSP的信道处理资源被划分成9个结构相同的CG(channel group)，每个CG包含有32个CE(channel element)。系统在实际使用中，可以在32个存储块、32个CE的资源总量限制下，进行多种物理信道的灵活组合配置。码片级DSP的处理能力受限于

46、信道处理资源。码片级DSP的整体结构如图2-5所示。系统划分为同步模块(SM)、闭环控制接口(CLCI)子系统、主控接口(HI)子系统、信道块(CB)子系统和后端接口(BEI)子系统等5部分。码片级DSP在符号级DSP的控制下，完成下行物理信道码片级处理，码片级DSP系统软件只能包括运行在符号级DSP上的驱动程序，码片级DSP软件系统也可视为码片级DSP的硬件抽象层，上层软件通过调用驱动函数，即可实现对硬件的控制，而不需要深入了解码片级DSP内部结构。同步模块产生16xchip工作时钟，并将码片级DSP同系统帧定时信号SFT(System Frame Tick)同步。主控接口HI外部直接和符号

47、级DSP的16bit EMIF总线相连，通过该接口将各信道一个时隙内的symbol数据包、信道配置信息数据包配置给码片级DSP。码片级DSP在HI子系统在HI子系统中进行适当处理，将信道symbol数据包、信道参数数据包转发给CB子系统。CB子系统在计算出各信道每时隙的功率偏移值后，也在HI相应memory中备份保存，以允许软件在特定时间通过EMIF总线将各信道gain offset读回。图2-5 码片级DSP整体结构码片级DSP的CLCI和上行辅助码片级DSP的McBSP接口直接相连，获得各种闭环控制信息，包括AICH各签名响应、各信道TPC bit、各信道TPC cmd、各信道闭环发射分集

48、相幅调整量等。CLCI子系统接收到一个数据包全部bit后，将整个数据包转发给CB子系统进行数据包内容的解析和存储。CLCI子系统最多支持6个McBSP的处理，各个McBSP独立工作，每个可和上行辅助码片级DSP的McBSP端口直接相接，最高工作频率均可高达50MHz频率。码片级DSP在实际使用时，可以使用6个McBSP接口中的任意几个，使用哪几个，符号级DSP在配置给码片级DSP的Device CSR数据包中进行控制。CB子系统为码片级DSP的核心处理部件，包括数据分配模块、一个码片级DSP全局状态寄存器组和9个并行的CG模块。后端接口BEI为码片级DSP跟射频端的输出接口。BEI并行处理12

49、条天线的相关处理，整个过程由码片级DSP全局状态寄存器进行控制。2.7 本章小结 本章按由上至下的顺序先后介绍了UMTS、UTRAN、NODEB的结构和网络组成，较为详细的介绍了NODEB的功能：传输信道的复用解复用和映射；物理信道生成；无线信号的调制解调，扩频解扩；发射分集和分集接收；功率检测和控制；在RNC的控制下完成无线链路的建立、增加和删除以及软切换、更软切换、硬切换等功能；Iub接口承载的建立、维护和帧数据传输。并对基带系统进行了功能划分：基带处理承载物理层的功能，完成信号的基带处理，包括接收信源编码后的数据包和层间信令，进行传输信道的编码，物理信道复用、分段和交织，依据物理信道时隙

50、格式进行帧形成，接收帧形成后的数据进行加扰、加扩、功率加权、闭环控制的幅度和相位调整、信道求和等处理，并完成信号的调制。简单介绍了基带单板下行各个DSP。第三章 基带下行符号级处理分析根据第二章对整个基带系统的功能划分，然后结合到协议的规定和要求，本章对下行符号级DSP实现的功能进行分析。功能分析为符号级DSP的功能模块划分、调度机制的设计和片上外设使用提供依据和基础。本章主要从三个方面对符号级DSP进行功能分析:完成的基带处理算法、对控制命令的处理以及与码片级处理单元的数据交互。其他比较零散的功能集中后单独进行说明。3.1 符号级处理单元分析高层的数据比特以TTI (传输时间间隔)为周期到达

51、符号级处理单元，TTI从集合10ms，20ms，40ms，50ms中取值，具体的取值由高层决定。这些数据比特以传输块或者传输块集为单元，并且按照传输信道类型分类，一个TTI到达一次。到达以后的数据依次经过添加CRC、传输块级联和码块分段、信道编码、速率匹配、第一次DTX插入、第一次交织和无线帧分段，然后与其他传输信道的数据进行传输信道复用，依次经过第二次DTX插入、物理信道分段和第二次交织，最后映射为物理信道。完成下行符号级处理后，成帧的比特序列成为以10ms无线帧为周期(下行广播信道PCCPCH除外)，并且按照物理信道的类型分类的帧数据。这些成帧的比特序列将被传输到下行码片级处理单元，然后进

52、行加扰，加扩和调制的基带码片级处理。整个下行符号级处理流程见图3-1。如图所示，传输信道复用之前的处理是以单个TrCH(传输信道)为对象进行的；多个TrCH进行TTI处理后，对于各个TrCH的数据进行传输信道复用，形成的单个输出数据流(包括不连续传输指示比特)，用CCTrCH(编码组合传输信道)来表示。对CCTrCH进行分段、交织等帧处理后，最后将CCTrcH映射到一个或多个物理信道。图3-1 下行符号级处理流程3.1.1 添加CRCCRC校验完成一个TTI内所有传输块差错检测，CRC长24,16,12,8或0比特，每个TrCH使用的CRC长度由高层决定。产生校验比特的循环生成多项式如下：gC

53、RC24(D) = D24 + D23 + D 6+ D 5+ D + 1gCRC16(D) = D16 + D12 + D 5+ 1gCRC12(D) = D12 + D11 + D3 + D2 + D + 1gCRC8(D) = D8 + D7 + D4 + D3 + D + 1如果没有传输块进入CRC校验单元，则不需要附加CRC校验比特；如果有传输模块进入CRC校验单元，但是传输块为空块，则可以根据高层指示增加校验比特，这些附加比特值为0。附加了CRC后，各个传输模块按照到达先后，顺序输出。3.1.2 传输块级联和编码块分段为了编码前要对输入序列的长度进行规定，所以对传输块要进行级联和分

54、段的操作。各个传输块按照到达的先后，顺序级联。编码方式的不同决定了分段的差异。对于卷积编码，长度大于504需要分段，对于TURBO编码，长度大于5114需要分段。首先根据编码类型确定需要分的段数，假设为M段，如果级联后总长度不是M的整数倍，那么加上一段空比特，假设空比特的个数为Nnull，那么Nnull=0，且NnullM。对于TURBO编码，分段后的长度如果不足40，那么通过在比特流前面填充空比特（可以填0）的方式将长度补为40。最后输出的是一个或M个数据块（需要分段的情况）6。整个过程的数据流如图3-2，算法流程图如图3-3。图3-2 传输块加CRC、级联及编码分段数据流示意图图3-3 传

55、输块加CRC、级联及编码分段数据流程图分段后的数据处理不在以TTI帧的传输块为对象，而是长度调整后的编码块，但是基本的处理时间周期还是按TTI帧进行。3.1.3 信道编码信道编码可以分为卷积编码和TURBO编码两种方式，卷积编码可以分为1/2编码和1/3编码。理论上任意长度的传输块都可以选择两种编码方式中的一个，由于TURBO编码对大传输块的纠错能力更强，但是译码比较复杂，所以一般短传输块采用卷积编码，长传输块采用TURBO编码。编码前码块的末端将加8个全0的尾比特，所以如果编码前块的长度为Ki：对于1/3卷积编码，编码后的长度为Yi = 3*Ki + 24；对于1/2卷积编码，编码后的长度为

56、Yi = 2*Ki + 16；对于TURBO编码，编码后的长度为Yi = 3*Ki + 12。对分段后的编码块，编码完成之后，必须将他们重新级联到一起。卷积编码7：约束长度K = 9，编码率为1/3和1/2。卷积编码的结构如图3-4所示，移位寄存器初始值全为0。当卷积码率为1/3时，卷积编码的输出按output0，output1，output2，output2的次序进行。当卷积码率为1/2时，卷积编码的输出将按output0，output1，output0，output1，output1的次序。1/2速率卷积编码1/3速率卷积编码图3-4 速率1/2和速率1/3的卷积编码器TURBO编码：Tu

57、rbo编码是一个并联卷积码(PCCC)，它由两个8状态子编码器和一个Turbo码内交织器组成，编码速率是1/3。Turbo编码结构见图3-5。并连卷积码(PCCC)编码器的移位寄存器的初始值全为0。用于并连卷积码(PCCC)的8状态子编码器的传递函数为(3-1)：(3-1)其中，d(D) = 1 + D 2+ D3, n(D) = 1 + D + D3。Turbo编码器的输出：这里，是输入到第一个8状态编码器和Turbo码内交织器的比特，K是比特数，而和分别是从第一个和第二个8状态子编码器的输出比特。Turbo码内交织器的比特输出可以表示为，这些输出作为第二个8状态子编码器的输入。图3-5 速

58、率1/3Turbo编码器结构(虚线只能用于尾比特的输出)Turbo码内交织器由比特输入矩阵、矩阵的行内置换和行间置换、矩阵修正后的比特输出这几部分组成。Turbo码内交织器的输入标记为，其中K是比特数，范围是40K5114。信道编码的输入比特和Turbo码内部交织器的输入比特之间的关系为，。码内交织器部分要用到的符号如下表：表3-1 码内交织器部分要用到的符号按以下规则将比特输入到Turbo码内交织器中：(a) 按下式决定矩阵的行数R：(b) 按下列规则决定矩阵的列数C：if () then else按照下列方法找最小素数p 按如下办法决定Cend if表3-2 质数p与相关质数根v之间的对应

59、表(c) 将输入比特序列按行写入到矩阵中，第一个比特放在第0行、第0列。其中对于k=1,2,3，K时，；且当，填充尾比特，从经过内置和行间置换后的矩阵的输出中，删除这些尾比特。当输入比特写入矩阵后，矩阵按下述算法进行行内和行间置换8：(1) 从表3-2中选择一个初始根v；(2) 按照下式为行内置换构建基序列：(3) 设质数集的第一个质数为，根据下式选择满足条件的连续的最小质数：；(4) 按下列关系将转换为这里的根据表3-3，选择依据输入比特数K定义的四种行间置换模式中的一种。表3-3 TURBO编码内部交织器行交换图样(5) 在第j行进行行间置换，if then 这里是第j行置换后的第i个输出

60、比特在输入时的位置。end ifif then and 这里是第j行置换后的第i个输出比特在输入时的位置，end ifif then Exchange end ifif then 这里的是第j行置换后的第i个输出比特在输入时的位置，end if(6) 根据模式进行行间置换，T(j)置换后第j行原来的为置。行内置换和行间置换后，置换后矩阵的比特数可表示为： 经过行内和行间置换的矩阵的按列读出，这些读出比特就是Turbo码内交织器的输出。从0行0列的开始到行列。输出比特序列时将输入时没有的比特截去，即截去对应的。从Turbo码内交织器器输出的比特可以表示为，对应于截短后具有最小索引号的，对应于截短

61、后第二小索引号的依次类推。Turbo码内交织器的输出共K比特，截掉的比特数为：。3.1.4 速率匹配经过编码后的传输信道在不同TTI帧内的比特数按照TFS变化，如果比特数目小于最大值，传输中断。为了将传输信道上的数据匹配到物理信道，需要对编码后的数据进行速率匹配。速率匹配通过对一个传输信道上的比特重复或者打孔来实现。速率匹配使得TrCH复用后总的比特率与所分配的专用物理信道的总比特率相同。首先计算比特重复或者打孔的比特数目，然后对输入的比特进行比特分离，利用计算出来的速率匹配参数进行速率匹配，然后合并比特后输出。3.1.5 第一次DTX插入DTX比特填充无线帧时隙的空白位置。DTX指示比特的插入位置取决于无线帧中TrCH的位置是否固定。在连接时UTRAN决定每个编码组合传输信道(CCTrCH) 是否使用固定位置。第一次插入的DTX比特仅用于在无线帧中TrCHs的位置是固定的情况。因此，TrCH在无线帧中的位置和长度固定，承载的比特数目固定。DTX插入的比特用来表示。这里并且。从DTX插入输出的比特可能取三个值之一，分别是0、1或。3.1.6 第一次交织第一次交织是一个进行行列间置换的块交织。块交织的输入比特序列标识为，其中i是传输信道(TrCH)