td-scdma产业链规模发展迅速。随着3g牌照发放日益临近，摆在终端制造商面前的难题是如何保证量产后终端的质量，所以，终端生产线在线测试问题亟待解决。

td-scdma终端综合测试仪提供了解决方案。它的主要功能是测试生产线上每台终端能否支持特定的业务。td-scdma终端综合测试仪的实现十分复杂，它必须实现3gpp空中接口中物理层、部分mac、rlc和rrc层功能以及模拟部分cs域或ps域核心网功能。由于物理层是实现终端综合测试仪系统的重点和难点，本文将解决关键的物理层设计与实现问题。

物理层的主要功能是完成3gpp协议25.221～25.224规定的功能，包括传输信道向物理信道映射、编码与复用、调制和扩频以及物理层过程。不同于一般nodeb的物理层，终端综合测试仪的物理层还要完成射频数据采集任务，它是测量算法测试终端射频指标的依据。

硬件平台设计与实现方案

物理层硬件架构

td-scdma物理层采用通用dsp加fpga架构，如1所示。

td-scdma物理层硬件架构，一般有两种选择，使用asic芯片或者采用通用fpga+dsp。硬件架构决定了设计与实现周期、系统的可扩展性等因素。基于asic的实现方案具有低功耗、低成本的特点，但开发周期长、灵活性差，适合生产批量大的系统。基于通用fpga+dsp软件的实现方案具有开发周期短、可扩展性好等优点，但硬件成本高，适合小批量产品。

考虑到本系统的市场定位，第二种方案更加合适。同时选用高性能dsp处理芯片，用来完成一般用fpga完成的操作，如扩频。dsp芯片选择德州仪器的tms320c6416处理器，其参数如下：主频1 ghz，二级缓存2mb，配备维特比协处理器(vcp)和turbo码译码协处理器(tcp)。

物理层接口设计

图1所示的硬件架构在一块标准尺寸为1u的12层印刷电路板(基带板)上实现。与物理层接口的l2、l3协议栈，核心网络部分以及射频测量算法在标准尺寸为3u的ni嵌入式控制器中实现(图1未标出)。另外与物理层接口的是aeroflex射频单元(图1未标出)。物理上，它们三者通过pci-x总线连接。逻辑上，基带板和嵌入式控制器的通信使用自定义数据结构--命令。命令分为两大类：一类是3gpp协议规定的物理层与高层通信的原语，另一类是综合测试仪特有的命令。后一类命令主要包括：

1．把特定时隙的信号报告给测量算法 2．根据测量模块指示调整物理层参数

3．根据测量模块指示向终端发送测量命令

4．其他测量命令

fpga电路设计与实现方案

图l中fpga选用xilinx vetex芯片，采用vhdl语言描述。

fpga内部包括下行和上行两条数据通路。下行是指基带板上fpga的高速数字信号流向通用射频发射单元aeroflex 3020，上行是指通用射频接收单元aeroflex3030的高速数字信号流向基带板上的fpga。

下行部分的数字信号处理包括：接收单倍速的dsp输出的数字信号，根据3gpp协议，实现根升余弦滤波，采用内插方法，把单倍速的数字信号变为24倍速信号，通过lvds模块发送给aeroflex 3020。

上行部分的数字信号处理流程与下行类似，但是它输出两路数字信号给dsp。一路4倍速信号用于解调td-scdma信号，另外一路12倍速信号用于测量，可以提高测量的精度。

从以上描述可以看出，一般用fpga完成的操作，如扩频，都移到了dsp中用软件程序实现。这样做是为了最大限度地缩短开发周期。

dsp软件的设计与实现方案

图1中dsp的主要功能是根据3gpp协议接收高层传输的信息，生成td-scdma信号，传输给fpga以及接收fpga 4倍速数字信号，之后解调td-scdma信号，把解调后的信号传给高层。我们称前半部分的功能为下行处理功能，后半部分的功能为上行处理功能。由于dsp软件上行处理方案与下行处理有很强的相似性，除去多用户检测，实现相对简单，所以只阐述dsp下行处理部分。它包括如下模块：mod_trch2phych、mod_encode_mux、mod_schedule。

为了阐述方便，考虑没有智能天线的情况。如果实现智能天线，只需要稍加扩展。

mod_trch2phych设计

mod_trch2phych实现3gpp25.221规定的功能--将传输信道映射到物理信道，如：把bch映射到pccpch。

mod_trch2phych模块由多个函数组成，如proc_pccpch()和proc_sccpch()等。每个函数对应3gpp协议中所支持的物理信道。 mod_encode_mux设计

它实现3gpp 25.222规定的编码和复用功能，包括crc校验、信道编码(卷积码和turbo码)、第1次交织、速率匹配、传输信道复用、第2次交织、比特加扰、第2次交织和物理信道映射。同时，3gpp25.223规定的调制和扩频也在该模块中实现。

mod_encode_mux由一些算法模块组成。每个算法模块封装成一个函数。每个函数对应3 gpp25.222、25.223中规定的编码复用和调制扩频的一个步骤。

以上算法的实现采用近几年开发的dsp快速算法，如查表法实现crc校验，块xor法实现卷积编码，三阶段法实现turbo编码，快速速率匹配算法等。

通过以上函数定义，每个算法都成为一个独立的模块，便于反复凋用，使程序结构清晰。以上关系可以形象地由图2表示。

mod_trch2phych模块中其他函数与proc_pccpch()相似。

3 gpp协议25.221～25.224采用自然语言，必须把它映射成程序可实现的方式。这就要求在对协议有全面把握的基础上，重新加工组合。图2给出的结构是本测试仪的一大特点。它具有以下优点：满足3gpp所有规范，而且后向兼容td-scdma演进系统，满足实时性要求，系统开销小等。

mod_schedule设计

mod_schedule根据高层命令，调用mod_trch2phych模块函数，实现3gpp 25.224规定的物理层过程。这部分设计也是本系统的一个特点。

本部分包含一个函数proc_com_parse和两个数据结构set_sem、set_para。set_sem是一系列以sem_开头命名的全局变量，分布在程序的各个部分，其作用是控制某些程序段是否执行。我们把协议中定义的逻辑映射到一组组对应的信号量，然后把各组信号量组成一个集合，统称为set_sem。这样，定义了这些信号量就等于实现了协议，所以mod_schedule就间接地实现了3gpp25.224规定的物理层过程。

set_para提供参数集合。程序运行时所需要的各种参数都从这里获得。

set_sem和set_para都由proc_com_parse管理。proc_com_parse的输入就是高层传输给物理层的命令。

dsp软件设计方案优点

协议一致性

该方案全面实现了3gpp25.22l～25.224，通过了物理层协议一致性测试。实现了cs amr业务(mo和mt)以及12.2k、64k、384krmc参考测量信道、cell_fach和ps域业务。同时，物理层可以支持hsdpa业务，最大吞吐量可达2.8mbps。与td-scdma联盟内所有的芯片厂商和终端厂商都做到了互联互通。

运行效率

在协议一致性前提下，该方案在很大程度上降低了实现复杂度。由此，dsp程序占用存储空间小，运行速度快。

表1给出了统计数据，数据表示每个td-scdma子帧，即5ms时间内，各个模块运行占用的dsp周期数。主频为720mhz的tms320c6416处理器，每5ms一个处理器的处理周期数为：

5×10-3×720×106=360×106个周期

由测试数据可见，每5ms的mod_trch2phych与mod_schedule运行的时间统计平均大约为5500个周期。它们的空间和时间复杂度与物理层处理负荷无关。mod_trch2phych和mod_schedule开销只占总开销的很小比重，比采用实时嵌入式操作系统效率更高，而实现和调试的难度更小。同时，由于采用快速算法，mod_encode_mux充分利用了dsp并行结构，运行效率更高。

可扩展性

从程序设计方法角度看，本文的方案实际是把一个物理信道作为单独的对象对待。在更大的范围内，把整个物理层看做一个对象，这样做便于把协议的所有规定映射到可实现代码。td-scdmalte即将启动，即使协议修改，mod_trch2phych和mod_schedule基本不用修改。只需要增加mod_encode_mux中的相应算法即可，如增强性ofdm和mimo。物理层与高层通过命令交互，使物理层只需要和原语交互，增加功能更为方便。

结语

td-scdma终端测试仪得到国家863计划的大力支持。它已经被无线电管理委员会和mtnet采用，并且得到众多国内外芯片、终端厂商的认同。