专利名称：基于ads的td-scdma信号源的开发系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种TD—SCDMA信号源的开发系统。
技术背景当今世界已经进入了飞速发展的信息时代，人们期望能随时随地、 及时可靠、不受时空限制地进行信息交流。移动通信作为快速，便携， 可靠方便的个人通信方式，能解决人们在活动中与固定终端或其它移 动态载体上的对象进行通信联络的要求，因而获得了飞速发展，无论 在传输质量和传输能力等方面都获得了巨大的发展。但是，移动通信 技术不会，也不可能因为今天的成就而停止不前。相反，相对于人们 对通信质量和传输能力的要求，移动通信技术还会，且应该得到进一 步的研究和开发。目前，我国己经拥有了全球最大的移动通信网和最大的移动通信 用户，移动用户的数量已经超过l亿，而且这个数字还在快速增长。 然而随着移动用户的增长和人们对移动通信业务多元化的要求，现有 的第二代(2G)移动通信系统无论在频谱资源还是在所能提供的业务 方面，都已经不能满足移动通信业务发展的需求。在信息产业部、各 运营商以及设备商的支持下，我国自主拥有的3G标准TD-SCDMA 推出并陆续投以商用，已经在十个大城市推行了 TD-SCDMA规模试 验网,并且，各大设备商和运营商也将大力投资于TD-SCDMA的新设 备的研制和开发。信号源作为通信系统中的一个部分，会直接影响通信的质量，因此，无论是2G还是3G， WCDMA还是TD-SCDMA，信号源的研制 和实现都是十分重要的，然而，各大设备商出售的信号源是相当昂贵， 并且只能生成一种信号。 发明内容为了克服已有的TD—SCDMA信号源的适用性差、灵活性差、成本 高的不足，本发明提供一种适用性好、灵活性强、成本低的基于ADS 的TD—SCDMA信号源的开发系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于ADS的TD—SCDMA信号源的开发系统，包括理想信 号生成模块、噪声模块和ADS相加模块，所述理想信号生成模块包括 信号源子模块，用于利用ADS自带的能生成TD-SCDMA原始信号的 器件，原始信号为上行和下行，并且上下行TS带有各自的同步码区 间；信号生成子模块，用于将信号源子模块产生的各路下行信号通过 功分器和下变频器，再分别相加，而后通过上变频器和衰弱信道得到 基带信号I/Q两路；信号源子模块产生的各路上行信号直接经过衰弱 信道，然后分别通过下变频得到基带信号I/Q两路，得到经过多径衰 弱的TD信号；所述噪声模块中，将信号功率转换成噪声功率，再变成高斯噪声， 并分配好加回I/Q两路；处理过程为先将累计功率除以250，得到 信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以2倍 信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声，然后分别加回去，得到经 过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号；在ADS相加模块中，将得到的I/Q信号和噪声信号相加，再将I/Q两路信号通过复数的转换器变成一路的复数信号，得到TD—SCDMA 基带信号。作为优选的一种方案在所述信号生成子模块中，经过多径衰弱和高斯白噪声的TD信号，利用一个16阶的滤波器进行匹配滤波再连接Matlab模块，将采集的TD信号数据在Matlab平台上重现，并编写Matlab程序对数据进行多方位的测试对上下行同步码的位置、数值、各个时隙功率的均值、方差进行对比。本发明的技术构思为TD—SCDMA的物理层信道含有四层结构，分另'J为系统帧(system frame);无线帧(radio frame);子帧(sunframe);时槽/码元(timesolt/code)。实际上，系统帧和无线帧之间存在着过度用的超帧(super frame)和复帧(multi frame),—个系统帧长3小时16分钟36秒，包含2048个超帧，可计算每个超帧长5760ms; —个超帧有2种结构， 一种是48个TCH复帧构成，另一种由24个Countrol复帧构成； 一个TCH复帧含有12个无线帧，而一个Countrol复帧含有24个无线帧，那么， 一个超帧含有48X 12=24X24=576个无线帧，一个系统帧含有576X2048=1179648个无线帧，可算得每个无线帧长10ms; —个无线帧含2个子帧，每个5ms，子帧是TD—SCDMA的基本传输单元，也可叫做TD-SCDMA帧(TD-SCDMA frame);—个子帧含有10个时槽，包括7个主时槽和3个特殊时槽(TsO Ts6,DwPTS,UpPTS,GPl )。我们要实现TD信号源，主要就是要模拟出子帧的时序，子帧是TD-SCDMA的基本传输单元，只要子帧可以实现，信号源实现的工作也就完成了。 由上述可知，子帧包含了10个时槽，7个主时槽和3个特殊时槽。主时槽为TS0 TS6，其结构有两种，总的来说都包括资料区，中 置码，保护区间。 一个主时槽含有2个资料区间，每个含有352个码 元，中置码区(midamble)含有144个码元，保护区(GP3)间含有16个 码元，总计864个码元。资料区间包含传输信息，用的是QPSK调制， 中置码作为训练序列(training sequence),用于通路测量某些参数，保 护区间的作用是避免时槽之间相互干扰。这是2种结构的相同部分。两种结构的的区别在与几个特殊的符码，第一种结构TFCI码， 不一定有TPC/SS码，主要用于控制信道的TSO;第二种结构不含TFCI 码，但含有TPC/SS码，主要用于控制物理层信道和数字物理层信道。TFCI:传输格式结合指示码，每10ms的无线帧发送一次TPC:发射功率控制码，每5ms子帧发送一次，这样使得TD— SCDMA系统可以进行快速功率控制。SS :同步偏移码，每5ms子帧发送一次，用于调整步长。TFCI， TPC， SS的展频因子与资料区相同，不同的展频因子会影 响资料传输速率。由上述，资料区间包含的是传输信息，因此资料区间的二进制码 元可以用伪随机序列来表示；而保护区间的码元应是全0，用来隔离 两个时槽；中置码区间和特殊码如何赋值要根据信道需要传输性质来 决定。特殊时槽有3个，分别是DwPTS,UpPTS,GPl;Dwpts，下行同步 时槽，由64个码元的下行同步码(SYNC—DL)和32个码元(GP2) 组成。UpPTS,上行同步时槽，由128个码元的上行同步码(SYNC—UL) 和32个码元(GP2)组成。GP1为主保护区间，有96个码元。64个码元的下行同步码有32种组合，每一种组合称为一个码组，128个码元的上行同步码有256种不同组合，也分成32个组，每组有 8种组合。 一个下行同步码的码组标识一个基站和8个上行码组，因 此，要实现下行同步，就要将当前所采用的下行同步码识别出来，而 要实现上行同步，就是要将下行同步码所对应的8组上行同步码的其 中采用的一组识别出来。另外，基本中置码和下行同步码组也有对应 关系，基本中置码有128个码元，有128种组合，分成32组，所以一 组下行同步码对应4组基本中置码，采用哪组，由基站决定。本发明设计一种信号源，使其成本远远低于设备商的价格，并且 在灵活性、实用性，适用性上优于昂贵专一的信号源。我们采用软件 和硬件相结合的方法，用大型EDA软件(如ADS)在计算机上得到 合适的信号，再将其送到传统的硬件信号源上得到物理信号，从而我 们只需在计算机上进行编程设计就能得到我们需要的通信信号，显然， 这是一种廉价、精确且灵活的实现方式。这种信号源的实现将对通信设备的开发商和电信业务运营商产 生很大吸引力，将是前述高价专用信号源的强力竞争者。本发明的有益效果主要表现在适用性好、灵活性强、成本低。
图1为本发明的信号发生原理图。 图2为本发明的TD-SCDMA物理信道结构。 图3为本发明的带多径衰弱的信号源框图。 图4为本发明的噪声模块电路的一部分示意图。 图5为本发明的噪声模块电路的另一部分示意图。 图6为本发明终端连接硬件框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1 图6， 一种基于ADS的TD—SCDMA信号源的开发系 统，包括理想信号生成模块、噪声模块和ADS相加模块，所述理想信 号生成模块包括信号源子模块，用于利用ADS自带的能生成TD-SCDMA原始信号的 器件，原始信号为上行和下行，并且上下行TS带有各自的同歩码区 间；信号生成子模块，用于将信号源子模块产生的各路下行信号通过 功分器和下变频器，再分别相加，而后通过上变频器和衰弱信道得到 基带信号I/Q两路；信号源子模块产生的各路上行信号直接经过衰弱 信道，然后分别通过下变频得到基带信号I/Q两路，得到经过多径衰 弱的TD信号；所述噪声模块中，将信号功率转换成噪声功率，在变成高斯噪声， 并分配好加回I/Q两路；处理过程为先将累计功率除以250，得到 信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以2倍 信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声，然后分别加回去，得到经 过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号；在ADS相加模块中，将得到的I/Q信号和噪声信号相加，再将I/Q 两路信号通过复数的转换器变成一路的复数信号，得到TD—SCDMA 基带信号。在所述信号生成子模块中，经过多径衰弱和高斯白噪声的TD信 号，利用一个16阶的滤波器进行匹配滤波再连接Matlab模块，将采 集的TD信号数据在Matlab平台上重现，并编写Matlab程序对数据进 行多方位的测试对上下行同步码的位置、数值、各个时隙功率的均值、方差进行对比。图1为本研究方案的系统框图，由图可见，整个系统采用软件控制硬件的方式，主要分为四个模块第一个模块为软件模块，信号、信道的建模和仿真都在软件环境中完成，主要用到的软件是ADS和Matlab。其他模块都属于硬件模块，计算机通过各种无线接口和传统 矢量信号源相连，并将得到的通信信号传输给信号源，信号源便会产 生相应的物理信号，最后的矢量信号分析仪是测试模块，用来测试得 到的信号是否正确。在图2中，TD-SCDMA系统规定的TD-SCDMA物理信道包含四 层结构:超帧(Super Frame)、无线帧(Radio Frame)，子帧(Sub frame)和时 隙(Timeslot)。 一个超帧长720ms,由72个无线帧组成，每个无线帧长 10ms，TD-SCDMA将每个无线帧又分为两个5ms的子帧。每个子帧由 7个长度为675us常规时隙和3个特殊时隙DwPTS(下行导频时隙)、 GP(保护间隔)和UpPTS(上行导频时隙)构成。常规时隙用作传送用 户数据或控制信息,在这7个常规时隙中TsO总是分配给下行链路,固定 用作下行时隙来发送系统广播信息。而Tsl总是分配给上行链路，其 他的时隙可以根据需要灵活的配置成上行或下行。上行链路的时隙和 下行链路的时隙之间由一个转换点(Switching point)分开。DwPTS时隙 用来发送下行同步码(SYNC—DL)，每个子帧中的DwPTS(SYNC—DL) 是为下行导频和同步而设计的；GP为全0的保护区间，保护间隔为 75us;而子帧中的UpPTS(SYNC—UL)是为上行导频和同步而设计的。在图3中，从功能上来看，将电路分为几个大的模块进行设计 理想信号生成模块，多径信道模块、噪声模块，信号测试模块等。ADS 自带一个能生成TD-SCDMA原始信号的器件，这个器件以TS为单位，可以分为上行和下行，并且上下行TS带有各自的同步码区间，发射频率在1900MHZ。在搭建理想信号生成电路中，此器件负责提供最原始的信号，是十分重要的一个部件。电路的工作流程如下在对信号源模块进行标准设置之后，其产生的信号通过各功分器，根据上下行 信号的实际情况，上行信号分别通过多径衰弱信道，再进行下变频，得到I/Q两路的基带信号分别通过噪声模块；下行信号先经过下变频 后进行相加，再经过上变频模块，把频率调至射频载波后通过多径衰 弱信道；然后再下变频通过噪声模块。这样就得到经过多径衰弱和高 斯白噪声的上下行信号，将其相加，便得到经过多径衰弱的复合TD 基带信号，可以让其通过一个16阶的根升余弦滤波器后用Matlab模 块进行测试。将基带信号进行上变频便得到TD的射频信号，可以通 过VSA软件进行测试。Matlab模块的功能在于获取ADS生成的TD信号，将采集的TD 信号数据在Matlab平台上重现，并编写Matlab程序对数据进行多方 位的测试，主要是对上下行同步码的位置、数值、各个时隙功率的均 值、方差进行对比，以确保ADS生成的信号和所设计的信号一致。矢 量信号分析软件VSA，它带有自适应均衡等差错分析工具，可以对 TD射频信号进行分析查错，主要包括符号时序差错、过滤差错、DAC 溢出、IQ不平衡、正交时滞、IQ偏移及其它RF问题。图4为噪声模块电路图1，加噪声模块的难点在于噪声的功率是 随信号变化的，我们的需求一般都是给出一个信噪比，然后加上相应 的噪声。在已知信噪比的前提下，但是信号功率是随时间在变化的， 因此加上去的噪声也是随时间变化的，并且随信号功率的改变而改变。 搭建噪声模块的主要思想是统计一段时间信号功率，取平均值，乘上单位噪声，除以信噪比，将这个结果作为下一段时间的随机噪声加 到信号上。这段时间取的是250个点的时间。电路图比较繁琐，主要分为两个模块， 一个模块负责计算250个点的功率，另外一个模块负 责控制保持稳定的输出，即保持在当前250个点的时间内，输出的上 250个点功率， 一到下一个250个点，就换成相对这次250个点的前 250个点的功率。大致流程如下，输入信号有三个，分别为时间信号， 三个时隙累加之后的Q、 I路信号。时间信号用于确定250个点，因 为一帧是5ms， 一共有6400个点，经过变换将时间信号变成点信号， 就相当于原来参考的x轴是时间，现在是对应的点了，然后对250取 模，所以每到250点就归零一次。得到控制信号A。Q路和I路的信号分别平方后加起来就得到当前码片的功率，在 平方和相加之后加了个RAM模块，因为要实现250点的累加，需要 以个短时间的存储；之间还加了信号格式转换的小模块。累加之后， 每隔250点还需要清零从新累加，这就需要刚前说过的控制信号A。 但是不能直接乘，因为控制信号在不是250的点上是有值的，这边用 到了一个D触发器，有4个输入，分别为S、 D、 C、 R， R是清零端， 低点平有效， 一旦R为O，输出就为S的非，同时D、 C都无效，因 此，将控制信号A接R，而给S—个不变的高电平，这样，只要一到 250个点，输出就为O;在不是250的点上是这样处理的，D是数据输 入，给D—个不变高电平，C是时钟，给C一个周期很快的伪随即序 列，这样，只要C一跳变，输出就是D， D是高电平，还是一直不变 的，只要保持高电平不变，输出就一直是l，直到250个点跳变。这 个信号我将它称为控制信号B。这个信号在250个点的整数倍上都是 低电平，其他都为高电平，这样将得到功率累加信号乘以控制信号B，以上就实现了第一个模块的功能，250点的功率累加。同样，使用控制信号B来实现第二个模块的功能，它去做RAM 的时钟信号。同时，将累加信号功率接到RAM的数据输入端，这样 就可以刚好在累加到250个点时，把这个功率累加值保存下来。图5为噪声模块电路图，主要功能是将信号功率转换成噪声功率， 在变成高斯噪声，并分配好加回I/Q两路。先将累计功率除以250， 得到信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以 2倍信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声，然后分别加回去，得 到经过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号。图6为软硬件结合的模块，在ADS软件中，自带模块生成的理想 TD-SCDMA信号通过多径信道模块和噪声模块，并经过VSA软件检 査无误之后，就接入443XB模块，443XB模块为关键的软硬结合模块， 当然这也和所使用的传统信号源的类型有关，不通信号源类型可能用 到不同的软硬结合模块，总之，对其进行合理的参数配置，外接的硬 件信号发生器就能识别ADS给与的软件信号，并正常工作得到所需要 的TD-SCDMA射频信号。
权利要求
1、一种基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发系统，其特征在于所述开发系统包括理想信号生成模块、噪声模块和ADS相加模块，所述理想信号生成模块包括信号源子模块，用于利用ADS自带的能生成TD-SCDMA原始信号的器件，原始信号为上行和下行，并且上下行TS带有各自的同步码区间；信号生成子模块，用于将信号源子模块产生的各路下行信号通过功分器和下变频器，再分别相加，而后通过上变频器和衰弱信道得到基带信号I/Q两路；信号源子模块产生的各路上行信号直接经过衰弱信道，然后分别通过下变频得到基带信号I/Q两路，得到经过多径衰弱的TD信号；所述噪声模块中，将信号功率转换成噪声功率，再变成高斯噪声，并分配好加回I/Q两路；处理过程为先将累计功率除以250，得到信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以2倍信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声，然后分别加回去，得到经过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号；在ADS相加模块中，将得到的I/Q信号和噪声信号相加，再将I/Q两路信号通过复数的转换器变成一路的复数信号，得到TD-SCDMA基带信号。
2、 如权利要求1所述的基于ADS的TD — SCDMA信号源的开发系统， 其特征在于在所述信号生成子模块中，经过多径衰弱和高斯白噪声 的TD信号，利用一个16阶的滤波器进行匹配滤波再连接Matlab模 块，将釆集的TD信号数据在Matlab平台上重现，并编写Matlab程序对数据进行多方位的测试对上下行同歩码的位置、数值、各个时隙 功率的均值、方差进行对比。
全文摘要
一种基于ADS的TD-SCDMA信号源的开发系统，包括理想信号生成模块、噪声模块和ADS相加模块，理想信号生成模块包括信号源子模块和信号生成子模块；噪声模块中，将信号功率转换成噪声功率，再变成高斯噪声，并分配好加回I/Q两路；过程为先将累计功率除以250，得到信号平均功率，然后，开方，分为两路，乘以标准噪声源，除以2倍信噪比的均方根，便得到I/Q两路的噪声分别加回去，得到经过多径衰弱并带有高斯白噪声的一般TD-SCDMA信号；在ADS相加模块中，将得到的I/Q信号和噪声信号相加，再将I/Q两路信号通过复数的转换器变成一路的复数信号，得到TD-SCDMA信号。本发明适用性好、灵活性强、成本低。
文档编号H04Q7/34GK101272189SQ20081006087
公开日2008年9月24日 申请日期2008年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者刘半藤, 华惊宇, 凯 周, 孟利民, 徐志江 申请人:浙江工业大学