TD-SCDMA系统中基于FPGA的下行三载波的设计与仿真

尚 虎 ，车 进，张 成

（宁夏大学 a.物理电气信息学院 信息工程系；b.校长办公室，宁夏 银川 750021）

1 引言

手机用户的不断增加，数据服务大幅度增长，促使无线移动系统采用新的技术来提高传输速率和系统容量，以满足人们日益增长的分组业务需求。为了灵活配置频率资源和码资源，提高热点地区的系统容量覆盖，在TD-SCDMA系统中引入了N频点的特性，即每个小区配置多个载频[1-5]。其中，承载P-CCPCH的载频为主载频，不承载P-CCPCH的载频为辅载频。1个N频点小区可以配置1个主载频、N-1个辅载频。

TD-SCDMA下行多载波方案是指基站可以同时给1个UE发送多个载波的数据。下行多载波方案和N频点特性相结合后，得到优化的方案，即在一个小区内提供多个连续的载波，主载波上提供BCH，UpPCH，DwPCH以及其他信道，用于系统信息广播和终端接入。而在辅载波上，只提供业务信道。由于N频点特性中，公共信道只在主载频发送，降低了对发射机功率的要求，并且降低了在同频组网的情况下载频间的干扰，采取N频点特性之后，系统容量也大幅度提升，在同一个地理区域、同等业务量的条件下，不但减轻了系统负荷，也降低了系统的干扰，提高了系统的效率。

2 系统总体设计方案

本设计按照3GPP协议的要求产生TD-SCDMA的基带三载波信号，将3个单倍速数据的中心频率调制于-1.76～＋1.76 MHz之间，其频率为1 kHz。3个单倍速数据由下行信道处理模块生成。输出结果是将3个单倍速的基带信号经过FPGA变频和RRC滤波后，成为24倍速数据输出到射频。

下行三载波变频系统如图1所示，系统由3条相同子系统的变频链路组成，根据不同频偏指示产生各路频偏。图中CIC补偿滤波器分别将前一级的4倍数内插滤波器和后一级的6倍数内插滤波器补偿合为同一个模块进行处理，其优点是可以节省FPGA的资源。

图1 系统总结构图

其单子路在Simulink中的仿真结构如图2所示，由7个部分组成。

图2 单链路设计结构图

3 系统子模块设计

3.1 内插滤波器设计

CIC滤波器由两部分组成，即积分器H1（Z）和微分器H2（Z）的级联。单级CIC滤波器的实现过程如图3和图4所示，其中图3是CIC滤波器的原理结构，图4是其实际等效图。

图3 CIC滤波器的原理结构图

图4 实际等效图

图5为D=6，fs=5.12 MHz，fc=0.8 MHz条件下CIC滤波器的Matlab[6-8]系统频率幅度响应图。

图5 频率幅度图

3.2 补偿滤波器的设计

图6为D=6，fs=5.12 MHz，fc=0.8 MHz条件下CIC补偿滤波器的Matlab系统幅频响应图。

图6 幅频响应图

3.3 脉冲形成滤波器的设计

根据TD协议要求，脉冲形成滤波器的冲激响应h（t）为根余弦型（滚降系数α=0.22），接收端和发送端相同。滤波器的冲激响应 RC0（t）定义为

3.4 混频器的设计

混频器由乘法器和高通滤波器组成，分别如图2的Mixer和FDAtool所示，其中Mixer是由1个正余弦产生模块和1个乘法器组成。sin θ产生模块如图7所示，输出两路完全正交的正余弦信号，用于与原始信号I和Q两路分别相乘。

图7 sinθ产生模块

相位增量 △θ=fL0×2Nb/fs，Nb为相位累加器的输出宽度，fL0为本地振荡频率，与频率之间的关系为△f=fs/2Nb，由此可以很容易地算出△θ。

图8 输入信号频谱图

图9 输出信号频谱图

4 仿真分析

在图2的单链路Simulink下仿真，输入信号频率为0≤f≤1.6 MHz，频偏foffset=1.6 MHz。观察图2的仿真结果，其Scope1和Scope2输出结果仿真截图如图8和图9所示。

由以上仿真图可知，该系统完全可以达到系统频率搬移要求。

[1]3GPP TS34.223，Spatial channel model for multiple input multiple output（MIMO）simulation[S].2008.

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