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基于TD-SCDMA的MANET移動終端系統設計
摘要：結合國家“863”研究項目，研究了基于TD-SCDMA移動通信系統的移動自組網軟硬件系統，分析了系統設計上的一些問題，同了相應的處理策略。未來移動通信的發展將是通信的個性化，即任意兩個通信節點要吧直接交互信息而無需其它節點的參與；同時，當存在其它節點時，又可以通過第三個節點與其它節點通信。本文研究了基于TD-SCDMA移動通信系統的自組網系統組成原理，主要討論了系統的硬件平臺主協議軟件，分析了構建移動自組網所需工作及面臨 的一，以及解決這些問題的策略和方法。
1 硬件系統設計
TD-SCDMA移動通信協議是符合IMT-2000和3GPP規范的世界三大移動通信國際標準之一。基于TD-SCDMA移動通信組網的通信節點在有中心控制器（Node B）存在的情況下，信息交互都通過中心控制器轉發（Node B）存在的情況下，
信息交互都通過中心控制器轉發（純TD-SCDMA電信網模型）。當吣控制器不可獲得時，這些通信節點又能自適應地切換到peer-to-peer通信的工作方式（純計算機網模型）。在整個切換過程中，網絡的通信協議基本保持不變或作少量的自適應修改即可。根據這一設計思想，基于TDSCDMA移動通信系統的自組網系統組成如圖1所示。
1.1 射頻及A/D、D/A變換單元
射頻單元用來接收、發送頻率約為2GHz的已調制高速模擬信號并把高頻模擬信號變換成帶寬為1.6MHz的模擬基帶信號（發送時相反；下同）。模擬基帶信號經過適當的濾波處理送到A/D單元做4倍頻采樣變換成數字信號。采樣數據為Chip結構余弦分量In和正弦分量Qn。
需要說明：當自組網移動終端（UE）同時與電信網（Node B）和自組網其它UE通信時（這時，UE可當作自組網的一個網關），UE需要兩套RF和A/D、D/A單元。
1.2 FPGA協處理模塊
FPGA要完成采樣后數字信號的濾波處理、系統幀號產生、物理層用戶檢測的矩陣乘法、Vitebi譯碼、GPS數據處理以及為DSP提供時鐘等。筆者選擇了Xilinx公司的XCV1000E做FPGA芯片，用Foundation 4.1i軟件平臺設計FPGA內部邏輯。底層使用Verilog硬件描述語言設計其邏輯處理單元以使邏輯設計可移植，頂層使用原理圖連接各邏輯單元和外部引腳。
1.3 DSP處理模塊
該模塊用來完成物理層的所有操作，如小區初搜、臨近UE搜索、用戶數據檢測、信道編解碼、突發成幀和物理層的命令解析等。用戶DSP處理物理層的算法具有很大的優越性。物理層的部分算法（如矩陣乘法和Vitebi譯碼等）由FPGA協議完成，稱之為DSP的協處理器。實際上，這些算法都可以用DSP實現，但硬件乘法具有較高的效率。筆者使用TI公司的TMS320C6416完成這些實時算法。
DSP程序和FPGA邏輯數據存儲在Flash中。在系統板上電或復位后由ARM9處理器加載FPGA邏輯，之后DSP自行引導。
1.4 GPS同步及位置信息處理模塊
當基于TD-SCDMA的移動自組網終端工作無中心控制器的對等網絡中時，相互之間的定時和步就成為一個極迫切又重要的問題。在TD-SCDMA移動通信系統，定時和同步通過Node B實現，而它在自組網中并不存在。另外，TD-SCDMA系統使用了較短的擴頻碼（長度為1、2、4、8、16的Walsh碼；最大為16比特），碼片間的同步很難通過軟同步的方法實現，幀同步也就無從談起。因此需要借助GPS提供絕對的時鐘參考和同步基準。另外一般的GPS還提供了位置信息，這對UE計算發送時間提前量等有很大的幫助。
GPS能提供精度為100ns的秒脈沖（PPS），用來實現幀同步調整。雖然幀同步調整頻率遠低于TD-SCDMA系統的200次/秒，但由于采用了穩定度較高的晶振（0.1ppm），所以PPS能夠滿足幀同步的要求。為提高幀同步的精度和軟件處理的靈活性，PPS在FPGA內部實現，位置信息由MCU處理（以產生系統幀號）。接口電路如圖2所示。
當MANET移動終端切換到TD-SCDMA移動通信系統與Node B通信時，MCU發出指令使GPS系統停止工作，系統的定時和同步由Node B控制。
1.5 話音、鍵掃描及顯示單元
這部分電路用來處理語音采集、語音回放、語音編解碼、鍵盤掃描和液晶顯示接口等。語音采集包括拾音器、線性放大器、采樣保持器等。采樣后的數據送到PCF5087中的語音編碼器RD16022變換成線性預測碼。話音回放電路包括D/A變換器、線性預放和功率放大器。語音編解碼由數字信號處理器RD16022完成，實現原始語音數據與話音性預測碼變換。鍵盤掃描實現電話拔號、短信號功能等。PCF5087包含有LCD接口電路，可以直接連接以液晶顯示屏，這部分電路如3圖所示。
1.6 MCU及PC接口模塊
該模塊用來處理二層（MAX/RLC）、三層通信協議軟件（TCP/IP等）、高層應用程序（電子郵件、Internet瀏覽器等）和PC接口通信。移動終端與PC的通信接口主要用于系統調試時，可以方便地在PC機實現移動自組網二層、三層和應用軟件，這些協議軟件都存儲在Flash中。另外，可以通過該主接口控制移動終端的工作狀態。這部分的電路如圖4所示。
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