基于DSP实现WCDMA信道估计

基于 DSP 实现 WCDMA 信道估计 Based on DSP Realizing Channel Estimation in WCDMA 解放军信息工程大学 孙纲灿 周常柱 苏贝 王海英 Sun,GangCan Zhou,ChangZhu Su,Bei 摘要：信道估计是 RAKE 接收机的关键技术， WCDMA 中可采用时分复用导频完成，给出了 用 DSP 的具体实现方案。 关键词：DSP；信道估计；WCDMA 中图分类号：TP92 文献标识码：A Abstract:Channel estimation is key technique of Rake reiceiver. Channel estimation can be done with time multiplexed pilot symbols in wideband code divisiong multiple access (WCDMA) systems.The realizing scheme based on DSP is presented . Keywords:DSP; Channel Estimation; WCDMA 1 引言 无线通信系统的性能主要受到移动无 线信道的制约。在无线通信系统中，发射机 与接收机之间的传播路径非常复杂，传输信 道是统计时变的，甚至未知的。信道中反射 及反射物的存在，构成了一个不断消耗信号 能量的环境，导致信号幅度、相位及时间的 变化。这些因素使反射波到达接收机时形成 在时间、空间上相互区别的多个无线电波。 我们称这种现象为多径传播。 多径衰落是移动信道的主要特征,可以 利用相干接收来克服它的影响，提高系统的 接收性能，为了进行相干接收，必须要估计 出衰落信道的时变参数，这个过程称为信道 估计。 CDMA 技术具有独特的软容量、软切换 及支持多业务等特点，目前已成为第三代移 动通信无线传输技术的主流。由于采用了宽 带扩频技术，CDMA 系统可以分辨出接收信 号不同路径的分量，并利用 Rake 接收机实 现分集接收，从而有效地克服多径衰落的影 响。信道估计提供了相干接收数据。第三代 移动通信 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 WCDMA 中的上、下行链路均使 用了时分复用的导频符号[4]，因而数据段信 道参数的估计能根据导频段的估计值通过 某种算法来实现。 本文首先给出了利用时分复用导频信 道估计的 RAKE 接收机总体实现方案，然后 重点介绍了基于时分复用导频信道估计的 DSP 实现。 2 系统原理 实现框图如图 1 所示，DPCH 数据首先 图 1 用时分复用导频符号信道估计 进行解扰，然后进行解信道化码操作，经过 提取导频符号后，对导频符号进行信道估计 处理，对其取共轭，然后和其他数据符号相 乘就可消除信道的干扰。最后进行多路的合 并。 DPCH 为专用物理信道[4]，结构如图 2所 示，导频符号和数据符号时分复用，导频符 号可用来作信道估计。DPCH 信道有功率控 制，因此在小区结合处用其进行信道估计效 果更好。 图 2 DPCH 帧结构 3 硬件结构 FPGA DSP Bus/clock 图 3 物理层硬件结构 硬件结构如图 3 所示，DSP 选用 TI 公司 的 TMS320C6416 芯片［5］，它的存储量和计 算量大；另外，对 C 语言很好的支持，方便 软件的开发。DSP 的外部时钟由 FPGA 提供， 为了保证总线传输数据的完整性，总线的时 钟频率不能过高。由此，FPGA 和 DSP 之间的 数据传输成为整个物理层处理时延的瓶颈。 所以，我们设计中应尽量减少 FPGA 和 DSP 之间的大数据量的交互。 基于上面的讨论，另外又考虑到 FPGA 和 DSP 器件本身的特点，确定 FPGA 主要完 成码片级的处理如解扰、解扩、同步、多径 搜索，而 DSP 主要完成符号级的处理如信道 估计、解交织、解链路匹配、CRC 校验等链 路级操作。下面重点介绍信道估计的实现。 4 信道估计实现 4—1 总体流程 当 FPGA 发起中断请求时，DSP 根据收到 的中断请求类型，启动相应的中断服务处 理，从 FPGA 内部相应的存储区内读取数据 存储到 DSP 内部 RAM 中。为提高信道估计的 准确度，首先进行内插操作，然后再对多径 数据作信道估计，此处采用加权多符号累加 法［1］。信道估计值送给 FPGA 做相干 RAKE 合 并。 图 4 信道估计模块流程图 由图 4 可以看出，信道估计模块主要 是由内插子函数（interpolation.c）和信 道估计子函数（chaest.c）两个子函数构成。 下面，我们对这两个子函数分别进行说明。 4－2 内插函数 内插模块用来对多径的时分复用导频 数据段作内插处理。 功能说明：导频符号内插模块在从 FPGA 提取各径导频符号到 DSP 中的 RAM 之后，为 了保证多径输出更精确的各径导频数据给 信道估计模块。另外，由于扩频增益不同， 得到的导频符号数会不同，通过插值可得到 一样多的多的导频符号，以便下一步进行各 种信道估计操作。此处可采用二阶内插实 现。 入口参数：Pilot，各径的导频数据； 出口参数：InterPilot4，内插过后的导 频数据； 局部变量：Pilot_len，每径数据长度；i， 循环计数变量； 函数调用：interpolation.c。 内插子函数流程图： 图 5 内插子函数流程图 4－3 信道估计函数 本部分采用加权的多符号累加算法[1]， 主要思想是，根据要估计的数据符号与导频 符号的近远，给导频符号乘以不同的权值， 然后在一定范围内累加。 功能说明：实现对精确载频估计各径的 数据进行信道估计，完成对多普勒效应造成 的随机相移以及剩余载波频偏造成的相移 估计，输出每径的信道估计值。 入口参数：InterPilot1，插值后的第 一径导频数据；InterPilot2，插值后的第 二径导频数据；InterPilot 3，插值后的第 三径导频数据；InterPilot 4，插值后的第 四径导频数据； path，多径数； 出口参数：chan_est[]，信道估计值的 输出，为一维数组； 局部变量：Pilot_len，每径导频数据 长度；i，循环计数变量； 函数调用：累加子函数 Leijia.c； 函数流程图： 图 6 信道估计子函数流程图 4－4 编程语言、编译器和调试环境 C64DSP 的编程语言：标准 C 语言；基于 TMS320C6X 的线性汇编语言；汇编语言。 编译器：基于 TMS320C6X 的 C 语言 优化编译器；汇编语言优化器；链接器。 调试环境：TI 公司提供的高效的 C 编 译 器 和 集 成 开 发 环 境 Code Composer Studio[2]。 主机与目标DSP系统的通信是通过一个 JTAG 接口来实现的，这种连接方式对 DSP 目标系统的实时性能没有太大的影响。仿真 器提供了与主机通信的 JTAG 接口，评估板 提供板上的 JTAG 仿真接口。 结合仿真调试软件，JTAG 接口可以访问 DSP 的所有资源，包括片内寄存器和所有存 储器，从而可以为开发人员提供了一个实时 的硬件仿真与调试环境。利用集成开发环境 CCS2.2，就可以完成代码的全部生成、编译 和链接。 5 小结 完成了信道估计模块的 DSP 实现。考虑 到物理层的时延要求和实现的复杂度，本模 块基于时分复用信道估计方案来完成。为了 提高信道估计的精确度，累加前对导频符号 要先进行内插处理。信道估计值送往 FPGA 进行相关解扩。实验证明信道估计模块工作 正常，系统性能良好。 参考文献 [1] Andoh H, Sawahashi M,Adachi F.Channel estimation filter using time multiplexed pilot channel coherent RAKE comhining in DS-CDMA mobile radio[J].IEICE Trans Communications,1998,E81-B(7):1517 ～1525. [2] 李方慧，王飞，等 . TMS320C6000 系列 DSPs 原理与应用. 北京：电子工 业出版社.2003 [3] 赫伯特.希尔特. C 语言大全. 北京：电 子工业出版社. 2001 [4] 3GPP TS 25.211 V4.2.0. Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels (FDD)(Release4)[EB/OL].http://www .3gpp.org. [5] TMS320C6000 CPU and Instruction Set Reference Guide. Literature Number: SPRU189F October 2000 作者介绍： 孙纲灿,男，汉族，生于 1977 年 8 月， 解放军信息工程大学信号与信息处理专业 2002 级硕士研究生，主要研究方向：通信信 号处理，自动化控制。 电话：13643828733， E-mail：volcanosss@163.com 周常柱,男， 汉族，生于 1958 年，解放军信息工程大学 信息工程学院副教授，硕士研究生导师，主 要研究方向：通信信号处理，自动化控制。 Author brief introduction: Sun Gangcan(1977--)，Han nationality,He is a graduate student in the department of Information Science at PLA Information Engineering University. Zhou Changzhu (1958--),Han nationality,He received the B.S. degree in communication engineering from PLA Information Engineering University, in 1998.He is currently an Associate Professor in the department of Information Science at PLA Information Engineering University. (通信地址：450002 郑州市 1001 信箱 835 分箱 孙纲灿)