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-- 發(fā)布時(shí)間：2010-12-22 10:32:32
-- CDMA系統(tǒng)多速率判決技術(shù)
摘 要：在CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于采用了可變速率聲碼器，所以在接收端需要用多速率判定算法來獲取速率信息，從而正確地接收數(shù)據(jù)。本文介紹了多速率判定算法，分析了信道誤碼計(jì)數(shù)度量(SER)、山本度量YQM(Yamamoto QualityMetric)和CRC校驗(yàn)度量3種判定度量的產(chǎn)生原理和軟件無線電實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)使用DSP＋FPGA的結(jié)構(gòu)對(duì)多速率判定進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。
mscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬通信專業(yè)人員，超過50萬份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國內(nèi)領(lǐng)先專注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。:`7V"{"n/g;H/Q2T$s
關(guān)鍵詞：CDMA；多速率判決；SER；山本度量
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在IS-95，IS-2000系統(tǒng)中，語音的數(shù)據(jù)傳輸速率主要有4種：9 600 b/s，4 800 b/s，2 400 b/s，1 200 b/s，分別稱其為全速率、1/2速率、1/4速率和1/8速率。當(dāng)數(shù)據(jù)以低于全速率的速率編碼時(shí)，數(shù)據(jù)比特要重復(fù)發(fā)送以“填滿”整個(gè)幀。為了節(jié)省帶寬，系統(tǒng)并不發(fā)送每幀的速率信息，因此接收機(jī)無法知道發(fā)送數(shù)據(jù)速率，只能通過提取信道質(zhì)量信息，判定發(fā)送端可能發(fā)送的速率。同時(shí)，變速率也為隨路信令的傳輸提供了方便，有些信令信息可以插入到降速幀中。 | 國內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇4n$i2X/l3[*o2`)X-W;Z
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接收機(jī)進(jìn)行速率判定主要依據(jù)3種度量值，信道誤碼計(jì)數(shù)(SER)、可靠性信息——YQM(Yamamoto Quality Metric)［1］和CRC校驗(yàn)。其中SER度量對(duì)4種速率有效；YQM度量對(duì)較低兩速率有效；而CRC度量對(duì)較高兩速率有效。接收機(jī)根據(jù)8個(gè)度量值進(jìn)行多速率判決算法，從而得到正確的速率信息，最終得到正確的語音數(shù)據(jù)輸出。圖1為整個(gè)多速率判定的示意框圖。
本文將對(duì)多速率判決進(jìn)行分析，分析了3種判決度量產(chǎn)生原理，同時(shí)引入了一種軟件無線電(DSP＋FPGA)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)度量值產(chǎn)生和多速率判決算法，采用串行實(shí)現(xiàn)方法和存儲(chǔ)器分裂法，使得占用資源和處理時(shí)延大大減少。mscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬通信專業(yè)人員，超過50萬份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國內(nèi)領(lǐng)先專注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。2U#b;X m3A1o
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1 度量值計(jì)算
接收機(jī)在對(duì)4種假設(shè)速率數(shù)據(jù)進(jìn)行信道Viterbi譯碼［2］后，將進(jìn)行多速率判定。此時(shí)，需要得到假定速率的正確性度量。在CDMA系統(tǒng)中，他包括3種度量，分別是SER，YQM和CRC度量。 mscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬通信專業(yè)人員，超過50萬份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國內(nèi)領(lǐng)先專注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。:@8W.z&a&T1[&l\'M1Q
mscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬通信專業(yè)人員，超過50萬份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國內(nèi)領(lǐng)先專注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。7s)d Y/e:S/N2n
(1)SER是信道誤碼計(jì)數(shù)度量，反映的是Viterbi譯碼器的糾錯(cuò)能力和信道惡劣程度。他是指對(duì)譯碼后的數(shù)據(jù)再在本地進(jìn)行卷積編碼，然后以數(shù)據(jù)幀為單位和接收到的數(shù)據(jù)做硬判決后的結(jié)果比較。如果在信道不是很惡劣的條件下，當(dāng)假設(shè)速率不正確時(shí)，SER度量將會(huì)很高，也反映了假設(shè)速率的真實(shí)程度。他對(duì)4種速率幀都有效。 *J\'T2W3n+B7{\'d1h
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(2)CRC是幀質(zhì)量指示度量。CRC編碼是一種使用非常廣泛的循環(huán)分組碼。在IS95和IS2000基帶處理中，他只起檢錯(cuò)和多速率判決作用，而沒有糾錯(cuò)功能。在多速率判決中，CRC度量只對(duì)全速率和1/2速率數(shù)據(jù)幀起作用。在移動(dòng)臺(tái)調(diào)制過程中，全速率和1/2速率的幀質(zhì)量指示比特的生成多項(xiàng)式如下：www.mscbsc.com\'U4{6L)O$y0M#w!Z&D
通過對(duì)循環(huán)分組編碼的分析，很容易得到譯碼電路就是一個(gè)伴隨式計(jì)算電路［3］，也就是一個(gè)生成多項(xiàng)式除接收符號(hào)的除法電路，使用移位寄存器和反饋電路可以實(shí)現(xiàn)。www.mscbsc.com0D)_*U7O1S+k!f-o&n)\\
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(3)山本度量是低速率幀的幀質(zhì)量指示度量。1/4，1/8兩種低速幀沒有CRC比特，這時(shí)的幀質(zhì)量指示度量要使用山本度量。Viterbi卷積譯碼是一種最大似然譯碼算法，也就是要在Trellis圖中找到一個(gè)序列C，使得在已知接收序列R情況下，發(fā)送C的概率最大。這等價(jià)于找一個(gè)與發(fā)送序列距離最小的序列。但是如果在Trellis圖中的次優(yōu)序列同最優(yōu)序列之間的距離較小，那么判定譯碼輸出序列為最優(yōu)序列的可信度較小。山本量度就是用于度量這一可信度的。具體的算法如下： | 國內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇.h&c z6r-t
參照?qǐng)D2，設(shè)i－1時(shí)刻，所有狀態(tài)均為“好”，以Ω表示，“壞”狀態(tài)以X表示，路徑度量(距離)以m［］()表示，A為閾值。
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則選擇路徑bfs，則S0仍標(biāo)為Ω；若選擇路徑dhf，則S0標(biāo)為X，因?yàn)槠渎窂街幸延胁豢煽繝顟B(tài)。此過程持續(xù)到譯碼結(jié)束，若2m個(gè)狀態(tài)均標(biāo)為X，則山本度量為“差”，否則為“好”。 MSCBSC 移動(dòng)通信論壇*o-V9B5L0k0f
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在設(shè)計(jì)中，設(shè)置了2個(gè)山本度量存儲(chǔ)器，一個(gè)存放舊的山本度量值，一個(gè)存放新的。在譯碼的路徑度量更新時(shí)，對(duì)每一狀態(tài)同時(shí)更新山本度量值。對(duì)2個(gè)度量存儲(chǔ)器的操作采用存儲(chǔ)器分裂法，充分利用了FPGA的速度優(yōu)勢(shì)，提高了并發(fā)程度，減少了處理時(shí)延。 MSCBSC 移動(dòng)通信論壇4~ \\9a)E&c0e,[7m
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2 多速率判決 | 國內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇1i:] y(r7f-N3T K4H/?
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在獲得了度量值后，系統(tǒng)將通過8個(gè)量度S1(全速率SER)、S2(半速率SER)、S4(1/4速率SER)、S8(1/8速率SER)、Q1(全速率CRC校驗(yàn))、Q2(半速率CRC校驗(yàn))、Q4(1/4速率山本量度)、Q8(1/8速率山本量度)來判決數(shù)據(jù)速率。由于較高的2個(gè)速率有更準(zhǔn)確的CRC校驗(yàn)，所以沒有必要再用山本量度。速率判定后，處理器發(fā)給FPGA中的緩沖器相應(yīng)信號(hào)，輸出相應(yīng)速率的譯碼數(shù)據(jù)。
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圖3是速率判決算法的流程圖。其中符號(hào)含義如下：www.mscbsc.com0Q!n%t*g `4p4o,u5l!A
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1X表示全速率；2X表示1/2速率；4X表示1/4速率；8X表示1/8速率；1XL表示可能是全速率，但有誤比特；E表示刪除壞幀。T1～T10為判決門限，他們是通過用實(shí)際的語音數(shù)據(jù)經(jīng)過大量的仿真得到的經(jīng)驗(yàn)門限值，必須保證這些門限值是完全適用于CDMA移動(dòng)通信環(huán)境。 | 國內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇\'^(d3A:G7^7k
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速率判決算法包括以下幾個(gè)準(zhǔn)則：
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(1)SER是最重要的判決變量。
(2)Viterbi譯碼的山本量度和CRC校驗(yàn)可以作為輔助判決變量。 www.mscbsc.com3q!E7T8[!s-v,f(r N(W
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(3)著重保證全速率的判決，因?yàn)槿俾收妓袔?0％，而且全速率幀用于傳輸隨路信令。 移動(dòng)通信,通信工程師的家園,通信人才,求職招聘,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,通信工程,出差住宿,通信企業(yè)黑名單,R-p9G7z B
(4)根據(jù)變速率聲碼器編碼選擇速率的規(guī)則，數(shù)據(jù)速率每幀只允許下降一個(gè)級(jí)別。例如，如果前一幀的速率為全速率，而當(dāng)前幀根據(jù)算法為1/4和1/8，編碼器仍舊選擇速率1/2。
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3 優(yōu)化實(shí)現(xiàn)MSCBSC 移動(dòng)通信論壇$z1S.W#{6B
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3．1 DSP＋FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) MSCBSC 移動(dòng)通信論壇&c6u*u5r8J0A;\\3k+Q
在我們的設(shè)計(jì)中，多速率判決模塊采用DSP＋FPGA軟件無線電結(jié)構(gòu)。其中速率判定屬于控制部分，放在C54DSP中完成。由于多速率判定算法實(shí)現(xiàn)代碼相對(duì)簡單，而且對(duì)時(shí)延要求不是非常嚴(yán)格，所以在實(shí)現(xiàn)中采用C代碼編寫。而3種度量值的產(chǎn)生實(shí)時(shí)性要求較高，而且和多路Viterbi譯碼結(jié)合緊密，因此使用Altera公司的APEXFPGA實(shí)現(xiàn)。FPGA和DSP的數(shù)據(jù)通過FIFO交互，控制信息通過寄存器交互。
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在度量值產(chǎn)生中，如果采用全并行處理，即同時(shí)并行處理四路假設(shè)速率幀，則占用FPGA邏輯資源太大，因此采用串行實(shí)現(xiàn)方式。在CDMA2000中，由于要求在一幀20 ms中完成4種速率幀的形成，所以模塊基本時(shí)鐘由原先的28．8 kb/s增加至57．6 kb/s。另外，為使共享的山本度量存儲(chǔ)模塊有充分的時(shí)間進(jìn)行內(nèi)部RAM復(fù)位，所以4種速率幀之間加入4個(gè)時(shí)鐘周期的空閑段。 移動(dòng)通信,通信工程師的家園,通信人才,求職招聘,網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,通信工程,出差住宿,通信企業(yè)黑名單&h!m$j-n3N8N*^9W
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實(shí)驗(yàn)表明，此種結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)性好，而且由于判決算法在DSP中完成以及串行度量處理，減少了對(duì)硬件邏輯單元的占用。mscbsc 移動(dòng)通信論壇擁有30萬通信專業(yè)人員，超過50萬份GSM/3G等通信技術(shù)資料，是國內(nèi)領(lǐng)先專注于通信技術(shù)和通信人生活的社區(qū)。4v+_.n-I/j)M4h%I
3．2 存儲(chǔ)器分裂法 -_ B2i c3a+P\'N4g9K*B
為了提高并發(fā)程度，充分利用FPGA的速度優(yōu)勢(shì)，對(duì)于山本度量的讀寫控制采用存儲(chǔ)分裂方法，即邏輯RAM和物理RAM分開。這樣可以在4個(gè)基本時(shí)鐘內(nèi)完成一次山本度量的更新運(yùn)算。基本思想就是在一個(gè)時(shí)鐘能同時(shí)取出i和i＋128的度量，進(jìn)行運(yùn)算后存入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，完成山本度量的更新。在物理上，存在2個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器RAM1和RAM2，各自有數(shù)據(jù)線和地址線，但在邏輯上將其均勻地分為2個(gè)子存儲(chǔ)塊，分別作為I時(shí)刻和I＋1時(shí)刻的存儲(chǔ)單元。依據(jù)這個(gè)思想，地址產(chǎn)生器產(chǎn)生正確的地址邏輯，處理時(shí)延也將大大減少。
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4 結(jié)語 | 國內(nèi)領(lǐng)先的通信技術(shù)論壇.a.l$G1p-\\
變速率聲碼器技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用非常普遍，具有降低功率、增加信道利用率等優(yōu)點(diǎn)。在信道接收機(jī)中需要對(duì)數(shù)據(jù)速率進(jìn)行檢測(cè)判決。本文引入了一種多速率判決技術(shù)，他由度量值計(jì)算和判決算法兩部分組成。在具體實(shí)現(xiàn)中，采用了DSP＋FPGA結(jié)構(gòu)，在時(shí)延和資源配置上達(dá)到較好的性能。同時(shí)，采用了串行實(shí)現(xiàn)和存儲(chǔ)器分裂等優(yōu)化手段，減少了處理時(shí)延和資源占用。