TD-SCDMA系統中基于FPGA的下行三載波的設計與仿真

尚 虎 ，車 進，張 成

（寧夏大學 a.物理電氣信息學院 信息工程系；b.校長辦公室，寧夏 銀川 750021）

1 引言

手機用戶的不斷增加，數據服務大幅度增長，促使無線移動系統采用新的技術來提高傳輸速率和系統容量，以滿足人們日益增長的分組業務需求。為了靈活配置頻率資源和碼資源，提高熱點地區的系統容量覆蓋，在TD-SCDMA系統中引入了N頻點的特性，即每個小區配置多個載頻[1-5]。其中，承載P-CCPCH的載頻為主載頻，不承載P-CCPCH的載頻為輔載頻。1個N頻點小區可以配置1個主載頻、N-1個輔載頻。

TD-SCDMA下行多載波方案是指基站可以同時給1個UE發送多個載波的數據。下行多載波方案和N頻點特性相結合后，得到優化的方案，即在一個小區內提供多個連續的載波，主載波上提供BCH，UpPCH，DwPCH以及其他信道，用于系統信息廣播和終端接入。而在輔載波上，只提供業務信道。由于N頻點特性中，公共信道只在主載頻發送，降低了對發射機功率的要求，并且降低了在同頻組網的情況下載頻間的干擾，采取N頻點特性之后，系統容量也大幅度提升，在同一個地理區域、同等業務量的條件下，不但減輕了系統負荷，也降低了系統的干擾，提高了系統的效率。

2 系統總體設計方案

本設計按照3GPP協議的要求產生TD-SCDMA的基帶三載波信號，將3個單倍速數據的中心頻率調制于-1.76～＋1.76 MHz之間，其頻率為1 kHz。3個單倍速數據由下行信道處理模塊生成。輸出結果是將3個單倍速的基帶信號經過FPGA變頻和RRC濾波后，成為24倍速數據輸出到射頻。

下行三載波變頻系統如圖1所示，系統由3條相同子系統的變頻鏈路組成，根據不同頻偏指示產生各路頻偏。圖中CIC補償濾波器分別將前一級的4倍數內插濾波器和后一級的6倍數內插濾波器補償合為同一個模塊進行處理，其優點是可以節省FPGA的資源。

圖1 系統總結構圖

其單子路在Simulink中的仿真結構如圖2所示，由7個部分組成。

圖2 單鏈路設計結構圖

3 系統子模塊設計

3.1 內插濾波器設計

CIC濾波器由兩部分組成，即積分器H1（Z）和微分器H2（Z）的級聯。單級CIC濾波器的實現過程如圖3和圖4所示，其中圖3是CIC濾波器的原理結構，圖4是其實際等效圖。

圖3 CIC濾波器的原理結構圖

圖4 實際等效圖

圖5為D=6，fs=5.12 MHz，fc=0.8 MHz條件下CIC濾波器的Matlab[6-8]系統頻率幅度響應圖。

圖5 頻率幅度圖

3.2 補償濾波器的設計

圖6為D=6，fs=5.12 MHz，fc=0.8 MHz條件下CIC補償濾波器的Matlab系統幅頻響應圖。

圖6 幅頻響應圖

3.3 脈沖形成濾波器的設計

根據TD協議要求，脈沖形成濾波器的沖激響應h（t）為根余弦型（滾降系數α=0.22），接收端和發送端相同。濾波器的沖激響應 RC0（t）定義為

3.4 混頻器的設計

混頻器由乘法器和高通濾波器組成，分別如圖2的Mixer和FDAtool所示，其中Mixer是由1個正余弦產生模塊和1個乘法器組成。sin θ產生模塊如圖7所示，輸出兩路完全正交的正余弦信號，用于與原始信號I和Q兩路分別相乘。

圖7 sinθ產生模塊

相位增量 △θ=fL0×2Nb/fs，Nb為相位累加器的輸出寬度，fL0為本地振蕩頻率，與頻率之間的關系為△f=fs/2Nb，由此可以很容易地算出△θ。

圖8 輸入信號頻譜圖

圖9 輸出信號頻譜圖

4 仿真分析

在圖2的單鏈路Simulink下仿真，輸入信號頻率為0≤f≤1.6 MHz，頻偏foffset=1.6 MHz。觀察圖2的仿真結果，其Scope1和Scope2輸出結果仿真截圖如圖8和圖9所示。

由以上仿真圖可知，該系統完全可以達到系統頻率搬移要求。

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