緒論

從用戶數(shù)量和將要支持的服務(wù)種類來看，社會(huì)對(duì)先進(jìn)的信息服務(wù)里，高速Internet接入被認(rèn)為是理所當(dāng)然的，語聲和低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不足以滿足用戶的要求。支持大量開支帶寬的多媒體業(yè)務(wù)的需求，是用戶向蜂窩系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)提出的新的挑戰(zhàn)。因此，在被稱IMT-2000的動(dòng)議的推動(dòng)下，國際電信聯(lián)盟（ITU）提出了幾個(gè)能夠滿足這些要求的標(biāo)準(zhǔn)。

很多第三代（3G）無線標(biāo)準(zhǔn)是基于寬待碼分多址（W-CDMA）技術(shù)的。W-CDMA籠罩了四處散布的用戶信號(hào)。這些各自具有獨(dú)特序列的用戶信號(hào)生成了發(fā)射波形。匯集接收到的波形又可以重構(gòu)原始的數(shù)據(jù)。這些操作必須實(shí)時(shí)進(jìn)行，因而，要求專用的硬件設(shè)備。另外，象多用戶檢測(cè)/干擾消除系統(tǒng)和時(shí)空適應(yīng)系統(tǒng)這樣的先進(jìn)功能也要求非常高的吞吐量。多用戶檢測(cè)/干擾消除系統(tǒng)追蹤多個(gè)用戶并消除峰窩內(nèi)部的干擾，而時(shí)空適應(yīng)系統(tǒng)則由開發(fā)空間分集的多個(gè)天線構(gòu)成。

這些速度要求使用普通DSP處理器的可能性，因?yàn)槠胀―SP通常不能滿足上述性能要求。因?yàn)锳SIC在靈活性上受到限制，使用全定制的器件同樣是不理想的。人們?cè)谧罴褜?shí)現(xiàn)方式上的意見不一致性同利用硬件提高速度的要求，使人們想到基于可編程硬件的開發(fā)平中是最好的。另外，很多W-CDMA接收機(jī)模塊要求復(fù)雜的算法，而這些算法可以在軟件中有效地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)�，它們本質(zhì)上是串行的。搜索、多徑追蹤和指針分配都是這些算法的例子。這些要求使人們想起接收機(jī)系統(tǒng)的理想的硬件實(shí)現(xiàn)方案是可編程邏輯和微處理器的結(jié)合。

在向日益增高的集成度發(fā)展的過程中，可編程邏輯器件（PLD）已經(jīng)將邏輯電路和嵌入式存儲(chǔ)器合并了起來，并且最近又合并了微處理器。更高的集成度帶來了一些眾所周知的優(yōu)勢(shì)，但是，3G基礎(chǔ)設(shè)備制造商特別感興趣的內(nèi)容是更高的性能（由于片內(nèi)或者片外延遲的消除），更小的電路板面積和更低的功耗�？删幊踢壿嫼臀⑻幚砥鹘Y(jié)合在同一個(gè)器件中，進(jìn)一步地允許設(shè)計(jì)者非常容易地探索哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn)最好，哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)最好。

數(shù)字解調(diào)器

第三代無線設(shè)備制造商正試圖提供各種各樣的功能集合和性能水平，從而將其產(chǎn)品區(qū)分為不同的檔次。它們將通過改變W-CDMA調(diào)制解調(diào)器（modem）的接收機(jī)部分的設(shè)計(jì)來達(dá)到這個(gè)目的。很明顯，接收機(jī)中最復(fù)雜、關(guān)鍵的部分是數(shù)字解調(diào)。數(shù)字解調(diào)器負(fù)責(zé)接收消息信號(hào)，而這些消息信號(hào)經(jīng)過無線信道傳輸已經(jīng)產(chǎn)生了失真。因此，數(shù)字解調(diào)器的實(shí)現(xiàn)決定著無線接收機(jī)的性能。

    圖中顯示了用于W-CDMA系統(tǒng)的一個(gè)典型的數(shù)字解調(diào)器結(jié)構(gòu)方框圖。接收機(jī)（未畫出）的射頻（RF）前端將輸入信號(hào)向下變頻到中頻（IF）信號(hào)。IF信號(hào)經(jīng)過量化后傳送到信道提取電路，信道提取電路從中將感性越的帶寬提取出來。碼片速率為3.84Mbps的寬帶信號(hào)在收縮器模塊中收縮帶寬，轉(zhuǎn)換為一個(gè)碼片速率最高為2Mbps的窄帶信號(hào)。多徑估計(jì)電路是用來同步接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的。為了增加系統(tǒng)容量，可以使用聯(lián)合檢測(cè)和抵消方案來去除相對(duì)于給定用戶起噪聲作用的信號(hào)。多徑合并器將收縮器可以追蹤到的多個(gè)路徑上的時(shí)延信號(hào)合并起來。然后，再對(duì)多徑合并器的輸出解交識(shí)，并利用維特比譯碼器或者Turbo譯碼器進(jìn)行譯碼。包括信道提取電路，多徑估計(jì)電路/收縮器，多用戶檢測(cè)電路和譯碼器在內(nèi)的四個(gè)解調(diào)器模塊尤其重要，因?yàn)樗鼈兲峁┙庹{(diào)器的信心功能。本文的其余部分將集中討論這四個(gè)模塊。

信道提取電路

來自天線的信號(hào)首先由RF鏈處理，RF鏈將信號(hào)降頻為IF信號(hào)。然后，寬帶的ADC電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化處理。在信道提取電路中，使用數(shù)字降頻技術(shù)將感性趣的頻帶提取出來。典型的降頻過程包含一些FIR（有限沖激響應(yīng)）濾波器和一個(gè)數(shù)控振蕩器（NCO）。對(duì)可編程邏輯用戶來說，這兩種功能模塊都已經(jīng)是作為用戶可配置的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）內(nèi)核存在的。

相對(duì)于專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（ASSP）的用戶，PLD用戶的一個(gè)優(yōu)勢(shì)的精確定義濾波器系數(shù)個(gè)數(shù)的靈活性，籍此可以更加有力地控制信道之間的干擾。PLD用戶還可以在信道提取電路中定義多速率參數(shù)，從而在解調(diào)器結(jié)構(gòu)的其他部分獲得更高的靈活性。

多徑估計(jì)電路和收縮器

緒論

從用戶數(shù)量和將要支持的服務(wù)種類來看，社會(huì)對(duì)先進(jìn)的信息服務(wù)里，高速Internet接入被認(rèn)為是理所當(dāng)然的，語聲和低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不足以滿足用戶的要求。支持大量開支帶寬的多媒體業(yè)務(wù)的需求，是用戶向蜂窩系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)提出的新的挑戰(zhàn)。因此，在被稱IMT-2000的動(dòng)議的推動(dòng)下，國際電信聯(lián)盟（ITU）提出了幾個(gè)能夠滿足這些要求的標(biāo)準(zhǔn)。

很多第三代（3G）無線標(biāo)準(zhǔn)是基于寬待碼分多址（W-CDMA）技術(shù)的。W-CDMA籠罩了四處散布的用戶信號(hào)。這些各自具有獨(dú)特序列的用戶信號(hào)生成了發(fā)射波形。匯集接收到的波形又可以重構(gòu)原始的數(shù)據(jù)。這些操作必須實(shí)時(shí)進(jìn)行，因而，要求專用的硬件設(shè)備。另外，象多用戶檢測(cè)/干擾消除系統(tǒng)和時(shí)空適應(yīng)系統(tǒng)這樣的先進(jìn)功能也要求非常高的吞吐量。多用戶檢測(cè)/干擾消除系統(tǒng)追蹤多個(gè)用戶并消除峰窩內(nèi)部的干擾，而時(shí)空適應(yīng)系統(tǒng)則由開發(fā)空間分集的多個(gè)天線構(gòu)成。

這些速度要求使用普通DSP處理器的可能性，因?yàn)槠胀―SP通常不能滿足上述性能要求。因?yàn)锳SIC在靈活性上受到限制，使用全定制的器件同樣是不理想的。人們?cè)谧罴褜?shí)現(xiàn)方式上的意見不一致性同利用硬件提高速度的要求，使人們想到基于可編程硬件的開發(fā)平中是最好的。另外，很多W-CDMA接收機(jī)模塊要求復(fù)雜的算法，而這些算法可以在軟件中有效地實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椋鼈儽举|(zhì)上是串行的。搜索、多徑追蹤和指針分配都是這些算法的例子。這些要求使人們想起接收機(jī)系統(tǒng)的理想的硬件實(shí)現(xiàn)方案是可編程邏輯和微處理器的結(jié)合。

在向日益增高的集成度發(fā)展的過程中，可編程邏輯器件（PLD）已經(jīng)將邏輯電路和嵌入式存儲(chǔ)器合并了起來，并且最近又合并了微處理器。更高的集成度帶來了一些眾所周知的優(yōu)勢(shì)，但是，3G基礎(chǔ)設(shè)備制造商特別感興趣的內(nèi)容是更高的性能（由于片內(nèi)或者片外延遲的消除），更小的電路板面積和更低的功耗。可編程邏輯和微處理器結(jié)合在同一個(gè)器件中，進(jìn)一步地允許設(shè)計(jì)者非常容易地探索哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn)最好，哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)最好。

數(shù)字解調(diào)器

第三代無線設(shè)備制造商正試圖提供各種各樣的功能集合和性能水平，從而將其產(chǎn)品區(qū)分為不同的檔次。它們將通過改變W-CDMA調(diào)制解調(diào)器（modem）的接收機(jī)部分的設(shè)計(jì)來達(dá)到這個(gè)目的。很明顯，接收機(jī)中最復(fù)雜、關(guān)鍵的部分是數(shù)字解調(diào)。數(shù)字解調(diào)器負(fù)責(zé)接收消息信號(hào)，而這些消息信號(hào)經(jīng)過無線信道傳輸已經(jīng)產(chǎn)生了失真。因此，數(shù)字解調(diào)器的實(shí)現(xiàn)決定著無線接收機(jī)的性能。

    圖中顯示了用于W-CDMA系統(tǒng)的一個(gè)典型的數(shù)字解調(diào)器結(jié)構(gòu)方框圖。接收機(jī)（未畫出）的射頻（RF）前端將輸入信號(hào)向下變頻到中頻（IF）信號(hào)。IF信號(hào)經(jīng)過量化后傳送到信道提取電路，信道提取電路從中將感性越的帶寬提取出來。碼片速率為3.84Mbps的寬帶信號(hào)在收縮器模塊中收縮帶寬，轉(zhuǎn)換為一個(gè)碼片速率最高為2Mbps的窄帶信號(hào)。多徑估計(jì)電路是用來同步接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的。為了增加系統(tǒng)容量，可以使用聯(lián)合檢測(cè)和抵消方案來去除相對(duì)于給定用戶起噪聲作用的信號(hào)。多徑合并器將收縮器可以追蹤到的多個(gè)路徑上的時(shí)延信號(hào)合并起來。然后，再對(duì)多徑合并器的輸出解交識(shí)，并利用維特比譯碼器或者Turbo譯碼器進(jìn)行譯碼。包括信道提取電路，多徑估計(jì)電路/收縮器，多用戶檢測(cè)電路和譯碼器在內(nèi)的四個(gè)解調(diào)器模塊尤其重要，因?yàn)樗鼈兲峁┙庹{(diào)器的信心功能。本文的其余部分將集中討論這四個(gè)模塊。

信道提取電路

來自天線的信號(hào)首先由RF鏈處理，RF鏈將信號(hào)降頻為IF信號(hào)。然后，寬帶的ADC電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化處理。在信道提取電路中，使用數(shù)字降頻技術(shù)將感性趣的頻帶提取出來。典型的降頻過程包含一些FIR（有限沖激響應(yīng)）濾波器和一個(gè)數(shù)控振蕩器（NCO）。對(duì)可編程邏輯用戶來說，這兩種功能模塊都已經(jīng)是作為用戶可配置的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）內(nèi)核存在的。

相對(duì)于專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（ASSP）的用戶，PLD用戶的一個(gè)優(yōu)勢(shì)的精確定義濾波器系數(shù)個(gè)數(shù)的靈活性，籍此可以更加有力地控制信道之間的干擾。PLD用戶還可以在信道提取電路中定義多速率參數(shù)，從而在解調(diào)器結(jié)構(gòu)的其他部分獲得更高的靈活性。

多徑估計(jì)電路和收縮器