常琪 吳偉 周利華
摘 要: 在常規(guī)的手機屏蔽策略中,主要還是依靠傳統(tǒng)的大功率壓制手段進行。這種屏蔽方式功耗大、效能差,越來越難以滿足一些系統(tǒng)的需求。而靈巧屏蔽以其省功率、屏蔽效果好等優(yōu)勢逐漸成為了手機屏蔽領(lǐng)域的熱點。針對CDMA2000通信體制提出了一種相對簡單的屏蔽手段,并著重介紹該平臺的設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)之上,利用設(shè)計的屏蔽平臺進行了相應(yīng)的測試。測試結(jié)果表明,與具有相同功率的白噪聲壓制相比,該設(shè)計具有更加優(yōu)越的屏蔽性能,可以滿足系統(tǒng)的要求。
關(guān)鍵字: CDMA2000; 屏蔽; 手機; 前向?qū)ьl信道
中圖分類號: TN914?34 文獻標識碼: A 文章編號: 1004?373X(2015)01?0035?03
Abstract: In the conventional methods of mobile phone shielding, it mainly relies on traditional high?power suppressing method. This method makes high power consumption and poor efficiency, which is difficult to meet system requirements. However, the flexible shielding method with power saving, excellent shielding effect and other advantages has gradually become a hot spot of mobile phone shielding. According to the CDMA2000 communication structure, a relatively simple and flexible method is provided in this paper. The design method of this platform is introduces emphatically. Based on this method, corresponding test was carried out on the shielding platform. The test result indicates that, compared with white noise suppressing of the same power, the platform has the better shielding performance, and can meet the system requirements.
Keywords: CDMA2000; shielding; mobile phone; forward pilot channel
0 引 言
在傳統(tǒng)的手機屏蔽中,主要是依賴大功率壓制的方式取勝,存在諸如暴露自身目標、屏蔽持續(xù)性不夠等弱點,并且隨著現(xiàn)代信號處理技術(shù)的發(fā)展,利用大功率壓制的手段壓制跳頻、擴頻等通信方式,顯得有些得不償失,因此設(shè)計研發(fā)新型的、靈巧的通信屏蔽設(shè)備的需求變得越來越迫切。
CDMA2000技術(shù)是IS95技術(shù)的演進。在CDMA2000系統(tǒng)中,基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有移動用戶都共享前向?qū)ьl信道?;谶@個特點,本文設(shè)計出了一個相對簡單、靈巧的手機屏蔽的設(shè)計方法。本設(shè)計選擇同步區(qū)域內(nèi)所有小區(qū)的導(dǎo)頻信道,在各個小區(qū)的同步時刻發(fā)射前向鏈路尋呼信號,來對覆蓋范圍內(nèi)所有小區(qū)的尋呼信道進行破壞,隔離該區(qū)域內(nèi)手機移動終端和基站之間的通信,從而達到手機屏蔽的效果。
1 CDMA2000屏蔽原理及FPGA實現(xiàn)
基站通過使用前向?qū)ьl信道為所有的移動臺提供相位基準,前向?qū)ьl信道為移動臺接收機的相干解調(diào)提供相位基準以保證相干檢測。前向?qū)ьl信道的信道結(jié)構(gòu)如圖1所示。
導(dǎo)頻信道(F?PICH)輸入為全0,未經(jīng)過編碼交織,用walsh序列0進行擴頻,由于PN碼序列的周期為[215=]32 768碼片,所以一個導(dǎo)頻信號的PN序列周期內(nèi)可容納512個碼長為64的Walsh函數(shù)序列。所有基站的導(dǎo)頻信號均使用相同的短PN碼,不同的基站之間通過對應(yīng)的時間偏置來識別。每個偏置是64碼片的整倍數(shù),所以共有[32 76864=512]個不同偏置。
前向?qū)ず粜诺溃‵?PCH)用來為尚未指配業(yè)務(wù)信道的移動臺傳送控制信息?;纠脤ず粜诺老蛞苿优_發(fā)送CDMA移動通信系統(tǒng)的開銷信息和特定的報文,這些消息使得網(wǎng)絡(luò)能夠得到以下信息:提供給移動臺顯示的信息;被叫方號;叫方號碼;通過音頻或告警信號方式向移動臺發(fā)送的信息。
本平臺的設(shè)計是基于FPGA+DSP完成的,在FPGA上進行了CDMA2000前向?qū)ьl信道的同步和尋呼信道的破壞。在DSP中通過上位機控制參數(shù)來實時產(chǎn)生尋呼信道的基帶信號樣式。下面介紹信號處理的主要流程。
實際中的CDMA2000信號經(jīng)射頻通道處理后輸出70 MHz的中頻信號,經(jīng)過ADC采樣變換將14 b的數(shù)字數(shù)據(jù)送入FPGA,在FPGA內(nèi)部進行正交下變頻,15倍的CIC抽取、FIR低通濾波,將輸出的DDC數(shù)據(jù)送入小區(qū)搜索模塊進行處理。
在小區(qū)搜索模塊中,如果有相關(guān)峰出現(xiàn),則可以獲取該區(qū)域中的某一小區(qū)的同步位置,此時FPGA通過EMIF接口利用DMA的方式讀出DSP中預(yù)先生成的尋呼信道原始信息,經(jīng)過正交復(fù)擴頻加擾后,成為1.228 8 MCPS速率的碼片,經(jīng)過成形濾波器(5倍FIR成形濾波和15倍的CIC內(nèi)插濾波)和數(shù)字上變頻,經(jīng)過DAC輸出,最終經(jīng)過模擬上變頻和功放通過天線將信號發(fā)射出去。
手機屏蔽器發(fā)射的尋呼信道屏蔽信號和偵收的基站尋呼信道信號是需要嚴格同步的,否則會影響屏蔽效能。為了達到這個目的,需要利用延時預(yù)測對信號處理模塊、射頻部分以及天線的延時進行補償。由于屏蔽距離的不同會造成碼片的左右偏移,經(jīng)過計算得出距離相差244 m時會有一個碼元的偏移,為了在比較大的距離范圍內(nèi)獲得比較理想的屏蔽性能,在發(fā)射同步碼片的前后各補一路相同的信號,組成三路不同碼片延時的信號。
無論是系統(tǒng)的時鐘本身還是和基站的時鐘相比,都或多或少地會有頻偏,屏蔽信號發(fā)射數(shù)幀后,需要重新進行同步,而此時必須先將發(fā)射信號停止,以確保信號接收正常。因此屏蔽器需要采取收/發(fā)分時的工作模式。
2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展和信號處理技術(shù)的不斷提高,采用FPGA+DSP的架構(gòu)來完成系統(tǒng)成為很多工程師的首選。該架構(gòu)具有一定的優(yōu)勢:
(1) 開發(fā)周期較短,平臺易于維護和升級;
(2) 結(jié)構(gòu)靈活具有較強的通用性;
(3) 軟硬件協(xié)同設(shè)計,DSP易實現(xiàn)低速復(fù)雜的運算,F(xiàn)PGA易實現(xiàn)高速邏輯性強的處理。
正是基于這些特點,本文設(shè)計了如圖2所示的系統(tǒng)。
其中FPGA采用Xilinx新一代高端V5系列芯片,型號為XC5VSX95T?1FF1136C,具有較多的邏輯資源、運算單元以及存儲資源;DSP采用TMS320C6455,時鐘主頻1 GHz,通過EMIF和McBSP與FPGA進行數(shù)據(jù)交互;FPGA掛載的DDR2用來存儲產(chǎn)生的屏蔽信號,DSP的DDR2用來進行大塊數(shù)據(jù)操作的緩存。
ADC芯片采用14 b的ADS62P64,最大采樣可達250 MSPS,具有高動態(tài)、低功耗等特點,非常適合運用于多載波、高帶寬的通信領(lǐng)域;DAC芯片采用16 b的DAC5688,內(nèi)置了最大×8的內(nèi)插濾波器,超過80 dB的阻帶衰減;另外還有最大可達900 MHz的AD9552時鐘芯片,以上這三個芯片都可以從上位機配置頻點、帶寬等參數(shù),因此平臺具有很高的通用性。
在系統(tǒng)中關(guān)鍵的兩個接口模塊為EMIF和PCI,而在這兩個接口中都是用了DMA進行控制字和數(shù)據(jù)流的讀寫,下面介紹該系統(tǒng)中PCI總線上的DMA高速數(shù)據(jù)傳輸。圖3為PCI中DMA操作的主要步驟。
系統(tǒng)上電后,DSP首先進行初始化,初始化模塊包括init_PLL(),init_emif(),C6455_PCI_init(),InitPCIEDMAParam(),主要進行配置PLL、EMIF空間、PCI接口、EDMA和中斷參數(shù)。上位機通過PCI向DSP發(fā)送讀寫指令,觸發(fā)DSP進入PCI終端服務(wù)程序,DSP根據(jù)上位機的指令并調(diào)用EDMA進行數(shù)據(jù)搬移,EDMA傳輸模塊根據(jù)上位機下發(fā)的物理內(nèi)存地址,配置EDMA源地址及目的地址等參數(shù),實現(xiàn)讀取或者寫入指定大小的數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)搬移完成后通知DSP或上位機,以便進行下一步的操作。
3 試驗驗證
在目前現(xiàn)有的測試城市基站發(fā)射只有4個頻點,即 37號信道(871.11 MHz)、78號信道(872.34 MHz)、201號信道(876.03 MHz)和283號信道(878.49 MHz),而只在201號信道和283號信道上存在語音業(yè)務(wù)。圖4為所在城市監(jiān)測到的CDMA2000信號,其中右邊兩個載波承載話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),左邊的兩個載波承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
利用89 600 s采集了一段283號信道的數(shù)據(jù),圖5分別為CDMA2000的頻譜圖和導(dǎo)頻信道相關(guān)結(jié)果。圖5(a)為CDMA2000其中兩個載波的頻譜圖,圖5(b)為圖5(a)中心載波導(dǎo)頻信道的相關(guān)圖,水平線為選取的峰值閾值。從圖5可以看到,在該測試地區(qū)存在2個小區(qū),需要在同步時刻發(fā)射2路尋呼信道的信號,考慮到屏蔽的距離,每個小區(qū)在同步時刻各左右偏移一個碼元,即每個小區(qū)發(fā)射3路尋呼信道數(shù)據(jù),總共發(fā)射6路。
該屏蔽器在進行外場試驗時,可以在系統(tǒng)要求的距離范圍之內(nèi)完成對移動臺和基站之間的語音屏蔽功能,達到了系統(tǒng)的要求。
4 結(jié) 語
本文對屏蔽策略及平臺的設(shè)計進行了比較詳盡的介紹,該屏蔽器具有優(yōu)于高斯白噪聲10 dB以上的性能,具有一定的參考價值。
本設(shè)計由于只針對前向?qū)ず粜诺肋M行了破壞,只能確保未進行話音業(yè)務(wù)的移動臺無法接通或無法撥打,而對于已經(jīng)進行通話的移動臺進入屏蔽區(qū)域時,屏蔽功能可能會失效。由于開發(fā)周期的局限性,當手機終端進行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的操作時就無法進行屏蔽,在此系統(tǒng)中還有很多不足,以后在功能上還需要進一步完善。
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