移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐 軍, 張曉宇

(華北科技學(xué)院 電信工程學(xué)院, 河北 燕郊 065201)

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移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐 軍, 張曉宇

(華北科技學(xué)院 電信工程學(xué)院, 河北 燕郊 065201)

目前高校通信類專業(yè)所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要完成調(diào)制、交織、信道編碼和系統(tǒng)信令實(shí)驗(yàn)，較難配合3GPP標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成教學(xué)、科研、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的任務(wù)。充分研究3GPP標(biāo)準(zhǔn)文檔后，在自主開(kāi)發(fā)的ARM和DSP單板上完成了3G/4G系統(tǒng)UE側(cè)和eNodeB/NodeB側(cè)物理層、MAC、RLC、PDCP、RRC、NAS的開(kāi)發(fā)。文中對(duì)單板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，對(duì)UE側(cè)和eNodeB側(cè)的操作系統(tǒng)進(jìn)行了移植。對(duì)RRC、RLC、物理層實(shí)現(xiàn)的部分過(guò)程進(jìn)行了描述。通過(guò)同樣硬件結(jié)構(gòu)的兩塊單板，可以組成一個(gè)TD-LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)，較好地配合了教學(xué)和科研工作,對(duì)3GPP標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)過(guò)程的跟蹤教學(xué)與研究也有一定作用。

第三代合作伙伴項(xiàng)目; 數(shù)字信號(hào)處理器; 信道編解碼; 協(xié)議棧

0 引 言

大多數(shù)嵌入式設(shè)備都使用ARM[1-13]芯片作為微處理器，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，ARM技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得很成熟。但是由于多媒體以及大數(shù)據(jù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)的處理提出了很高要求，不僅要求系統(tǒng)具有很高的正確率，還要求有很高的處理速率。普通的ARM芯片不能達(dá)到要求，大大的限制了嵌入式設(shè)備的發(fā)展。而DSP[14-15]芯片卻能很好地解決這些問(wèn)題。DSP芯片是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。因此本文設(shè)計(jì)了ARM和DSP一體的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)。具有ARM和DSP各自的優(yōu)點(diǎn)，既能起到控制芯片的功能，又能提高處理數(shù)據(jù)的能力。在此基礎(chǔ)上，搭建了Linux系統(tǒng)和VxWorks系統(tǒng)，植入操作系統(tǒng)使得操作更加方便人性化，同時(shí)使得軟件平臺(tái)的自由度大。同時(shí)，本文在自主開(kāi)發(fā)的ARM和DSP單板上完成了3G和4G系統(tǒng)協(xié)議棧開(kāi)發(fā)。實(shí)現(xiàn)了MAC[1，7]、RLC[4，6]、PDCP[8]、RRC[9]、NAS[10]、NBAP[5]、RANAP[2]、S1AP[3]等協(xié)議的開(kāi)發(fā)。

1 硬件系統(tǒng)

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要芯片為ARM芯片，DSP芯片,FPGA芯片，并含有一個(gè)RS232接口、網(wǎng)絡(luò)接口及一個(gè)FLASH和兩塊SDRAM。在DSP子系統(tǒng)中包含一個(gè)FLASH、一塊SDRAM，F(xiàn)LASH用于存放DSP系統(tǒng)的程序；通過(guò)JTAG接口可以對(duì)DSP進(jìn)行調(diào)試、下載DSP程序到FLASH中。DSP系統(tǒng)通過(guò)HPI方式與ARM進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。硬件架構(gòu)是基于ARM和DSP的，兩者既是單獨(dú)存在也是彼此聯(lián)系著的，它們之間可以實(shí)現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)傳輸、控制功能(雙向控制)等等，這些無(wú)疑是采用這種架構(gòu)設(shè)計(jì)的最突出的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，它們也是彼此分開(kāi)的，對(duì)于ARM來(lái)說(shuō)，起到主要的控制作用，可以看出，ARM可以控制很多其他擴(kuò)展的模塊，比如USB模塊、串口模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、SDRAM模塊、FLASH模塊；對(duì)于DSP來(lái)說(shuō)，其起到輔助的作用，同時(shí)，DSP芯片也是一部分模塊的控制單元，連接了其他的模塊，比如，SDRAM模塊和FLASH模塊。而在ARM和DSP之間，建立了用于連接兩者數(shù)據(jù)、資源的32位HPI協(xié)議程序，方便實(shí)現(xiàn)不同架構(gòu)的資源共享。本硬件平臺(tái)可以滿足開(kāi)發(fā)人員的多種應(yīng)用要求，比如，串口模塊和USB模塊可以利用在數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，網(wǎng)絡(luò)接口模塊可以利用在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，SDRAM模塊和FLASH模塊可以使用在數(shù)據(jù)處理相關(guān)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)中。這些擴(kuò)展模塊可以滿足大部分的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，同時(shí)，DSP的使用，又使得本軟件平臺(tái)的應(yīng)用厚度增強(qiáng)。32位HPI的使用，使得ARM和DSP緊密結(jié)合在一起，達(dá)到資源共享，資源合理分配，智能調(diào)度的效果。

ARM芯片可以使用LINUX操作系統(tǒng)和VxWorks操作系統(tǒng)，3G,4G移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)議棧L2，L3，NAS層在ARM上實(shí)現(xiàn)。DSP和FPGA用于實(shí)現(xiàn)物理層算法。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)中包括幾個(gè)主要模塊的設(shè)計(jì)，包括ARM中心模塊的設(shè)計(jì)、DSP中心模塊的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)電源模塊。選擇三星公司設(shè)計(jì)的S3C2410芯片完成多種外接模塊的設(shè)計(jì)。由于管腳較多，需要對(duì)管腳進(jìn)行分組，每一組為一層，進(jìn)行多層板的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的ARM中心模塊的多層設(shè)計(jì)，分別以A、B、C、D來(lái)區(qū)分。

在ARM的A層原理圖中，主要利用通用I/O口，定義了一些地址接口和數(shù)據(jù)接口，形成了地址總線和數(shù)據(jù)總線，用于操作系統(tǒng)的基本操作；另外，同時(shí)也定義了一些系統(tǒng)時(shí)鐘模塊接入I/O口或者部分功能模塊的工作時(shí)鐘接入I/O口；定義了ARM芯片的工作模式選擇的I/O口，如OM0、OM1、OM2、OM3；定義了一些功能模塊的輸入輸出I/O口，如網(wǎng)絡(luò)接口模塊、SDRAM模塊、FLASH模塊；最后，本層的原理圖中還開(kāi)辟了其他通用I/O口作為其他拓展功能的備用接口，比如接入以后需要拓展的FPGA模塊等。在ARM的B層原理圖中，利用通用I/O口定義了一些外圍功能模塊，比如，VD總線就是定義于外接LCD模塊，此外，B層也定義了串口通信模塊，用于數(shù)據(jù)傳輸，可以通過(guò)串口與外接設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信或者燒寫(xiě)程序到ARM芯片中，也可以打印串口消息；同時(shí)，系統(tǒng)定義了DN0、DN1、DP0、DP1接口，用于對(duì)兩個(gè)USB接口的接口定義，用于與一些移動(dòng)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信；還有一些接口是定義了ARM_Jtag接口，連接一些外圍仿真器，此設(shè)計(jì)使用的是20針的Jtag口，用于燒寫(xiě)、調(diào)試程序，使開(kāi)發(fā)更方便；最后，在該層上還有一些系統(tǒng)已經(jīng)定義的I/O口，用于系統(tǒng)的特殊功能。在ARM的C層原理圖中，主要是一些系統(tǒng)的I/O口，可以定義為電源接地層，該層主要是把一些需要提供電源和接地的I/O口組合使用，從圖看出，ARM芯片一共需要兩種電源，分別是1.8 V和3.3 V，另外，該層還有一些系統(tǒng)I/O口，比如重置接口RESET，指示系統(tǒng)工作狀態(tài)的LED 0-3等，還有一些自定義接口，如ARM_EINT0、ARM_EINT1、ARM_EINT2、ARM_EINT3、ARM_EINT7等，用于連接其他設(shè)備。

DSP選擇TI公司的TMS320C6416，將其進(jìn)行分組設(shè)計(jì)，每一組為一層，共分為A、B、C、D、E、F、G、H八層。由于A層涉及到電平選擇的作用，因此加了一個(gè)功能芯片SN74CBTD3384DW，用于實(shí)現(xiàn)10位FET總線開(kāi)關(guān)和電平轉(zhuǎn)換的作用，以達(dá)到DSP芯片的工作要求。在該層中，定義了DSPCLKIN——時(shí)鐘電路的輸入I/O接口，DSP_nRESET——DSP芯片重置I/O接口，DSPEXT_INT4、DSPEXT_INT5——DSP外部時(shí)鐘電路輸入I/O接口，在SN74CBTD3384DW的輸入端口包括DSP_TMS、DSP_TDO、DSP_TDI、DSP_TCK、DSP_nTRST、DSP_EMU0、DSP_EMU1,作為DSP芯片燒寫(xiě)、調(diào)試程序的功能。B層為DSP芯片的中心層，定義了一些地址總線，并命名為T(mén)AEA，共有20位地址總線，同時(shí)定義了數(shù)據(jù)總線，命名為T(mén)AED，共有32位數(shù)據(jù)總線，通過(guò)之間的連接關(guān)系說(shuō)明地址與數(shù)據(jù)之間的處理關(guān)系。此外，還有一些控制端口，如TABE 0-7——8位控制總線，用于控制數(shù)據(jù)處理方案，最后還有其他的控制端，用于對(duì)數(shù)據(jù)的控制。C層原理圖中，依然設(shè)置了地址總線和數(shù)據(jù)總線，分別命名為T(mén)BEA、TBED，寬度依次為20位、16位，其余I/O口依次命名為BECLKIN、BEKO1、BEKO2、TBARE、TBAOE、TBAWE、BHOLD、BBUSREQ、BHOLDA，都是對(duì)本層數(shù)據(jù)和地址的控制端口，達(dá)到控制作用，實(shí)現(xiàn)一定的處理方案，在本層中，還有一些端口連接了電源，主要是因?yàn)檫@些端口實(shí)現(xiàn)上電才能完成特定功能。在D層原理圖中，主要體現(xiàn)了DSP芯片同ARM芯片之間的數(shù)據(jù)交換功能，如定義了DATA，寬度為32位，連接ARM芯片相對(duì)應(yīng)的位置，實(shí)現(xiàn)ARM與DSP之間的數(shù)據(jù)傳輸、共享等功能。此外，D層有一個(gè)特殊的定義，HPI_MODEBIT5——用于ARM與DSP之間的HPI測(cè)試，此HPI測(cè)試是我們自行編寫(xiě)的一個(gè)測(cè)試硬件通信能力的程序。DSPnHINT、DSPHCNITL0、DSPHCNITL1、DSPHHWIL、DSPnHDS2、 DSPnHR/nW、DSPnHCS、DSPnHDS1等管腳則是關(guān)于芯片功能的設(shè)置管腳，可以控制芯片處于特定模式的工作狀態(tài)下。由于DSP中心模塊原理圖的E層、F層沒(méi)有實(shí)現(xiàn)任何功能，此處都設(shè)置為懸空，作為擴(kuò)展用。DSP的G層、H層都沒(méi)有特定的功能，只是提供電源和接地功能，也可以稱之為接地層和電源層。

由于設(shè)計(jì)中使用到很多不同種類的芯片，而這些不同的芯片都工作在不同的電壓，這就造成了存在很多的工作電壓，而設(shè)置不同的電壓對(duì)模塊來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的，所以模塊內(nèi)部應(yīng)該有電平轉(zhuǎn)換功能，該設(shè)計(jì)中，有5、3.3、1.8 V，該電源模塊必須有這些電壓的輸出。

2 軟件結(jié)構(gòu)

2.1 操作系統(tǒng)

基于ARM和DSP的硬件架構(gòu)，可以讓我們?cè)O(shè)計(jì)更加高效、豐富、全面的軟件系統(tǒng)，操作系統(tǒng)采用Linux+VxWorks的軟件架構(gòu)，其中，Linux系統(tǒng)是主要的嵌入式操作，負(fù)責(zé)所有的系統(tǒng)文件的管理和程序的運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)一般性業(yè)務(wù)，而對(duì)于一些對(duì)可靠性、精度、運(yùn)行速度或者效率要求較高的情形時(shí)，則選擇VxWorks系統(tǒng)，在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，我們?cè)O(shè)置了選擇系統(tǒng)的選項(xiàng)，用戶可根據(jù)事務(wù)自行選擇系統(tǒng)，這樣在方便用戶的同時(shí)，也增強(qiáng)了設(shè)備的多樣性。

下面從總體上說(shuō)明兩種系統(tǒng)操作系統(tǒng)搭建移植的步驟。

(1) Linux系統(tǒng)。安裝虛擬機(jī)嵌入式系統(tǒng)、搭建GNU編譯鏈、編譯Boot鏡像、編譯Linux內(nèi)核鏡像、燒寫(xiě)鏡像文件、移植系統(tǒng)。

(2) VxWorks系統(tǒng)。安裝Tornado 2.2、安裝DFB2410 VxWorks BSP、編譯VxWorks Boot ROM鏡像、編譯VxWorks內(nèi)核鏡像、燒寫(xiě)鏡像文件、移植系統(tǒng)。

2.2 應(yīng)用系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中，利用兩塊單板完成TD-LTE系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。單板間的通信通過(guò)網(wǎng)口進(jìn)行通信。分別完成UE和eNodeB的功能。通過(guò)串口與PC機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)通信。E-UTRAN的無(wú)線協(xié)議接口包含用戶面協(xié)議接口和控制面協(xié)議接口。用戶面協(xié)議棧如圖1所示，包含PDCP(分組數(shù)據(jù)匯聚)子層、RLC(無(wú)線鏈路控制子層)以及MAC(媒體接入控制)子層，分別完成頭壓縮、計(jì)算、ARQ(自動(dòng)重傳)和HARQ(混合自動(dòng)重傳)。

圖1 用戶面協(xié)議棧

控制面協(xié)議棧如圖2所示，其中PDCP子層完成計(jì)算加密和完整性保護(hù)功能。RLC 和MAC子層與用戶面相同。RRC完成廣播、尋呼、RRC連接管理、RB(資源塊)控制、移動(dòng)性以及UE的測(cè)量上報(bào)和控制。NAS完成EPS承載管理、鑒權(quán)、EMC(EPS連接管理)空閑移動(dòng)操作。EMC(EPS連接管理)發(fā)起空閑尋呼。安全控制。

圖2 控制面協(xié)議棧

ARM中運(yùn)行的軟件完成高層協(xié)議對(duì)物理層的指示，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理層各子系統(tǒng)的控制，并完成業(yè)務(wù)面數(shù)據(jù)在MAC和物理層之間的傳送。軟件環(huán)境為在eNB側(cè)為嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks。編程語(yǔ)言是標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言，使用的C語(yǔ)言編譯器為DIAB。在UE側(cè)為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)。

MAC、RLC、PDCP、NAS等層協(xié)議均包括4個(gè)模塊：高層協(xié)議處理模塊，信令調(diào)度模塊，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)調(diào)度模塊，業(yè)務(wù)面數(shù)據(jù)傳送模塊。以MAC層為例，高層協(xié)議處理模塊主要處理高層信令流程，根據(jù)高層協(xié)議對(duì)物理層的指示，完成高層和物理層資源映射，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物理層各子系統(tǒng)的控制。信令調(diào)度模塊主要處理封裝了RRC等高層協(xié)議消息及HPI的消息發(fā)送，為高層協(xié)議處理模塊提供了一個(gè)消息發(fā)送平臺(tái)，對(duì)來(lái)自RRC，HPI的消息進(jìn)行解析，分發(fā)和函數(shù)調(diào)度。業(yè)務(wù)面數(shù)據(jù)傳送模塊主要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)面數(shù)據(jù)在MAC和物理層之間的傳送，以及隨機(jī)接入時(shí)觸發(fā)高層協(xié)議處理模塊的隨機(jī)接入過(guò)程。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)調(diào)度模塊封裝了MAC、DPRAM的消息發(fā)送，為業(yè)務(wù)面數(shù)據(jù)傳送模塊提供了一個(gè)消息發(fā)送平臺(tái)，并對(duì)來(lái)自MAC和DPRAM的消息進(jìn)行解析、分發(fā)和函數(shù)調(diào)度。

又如RRC層協(xié)議，根據(jù)LTE協(xié)議棧軟件需求，使用效率較高的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。RRC層模塊由2層進(jìn)程組成，第一層是一個(gè)RRC主進(jìn)程，該進(jìn)程作為根進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)中斷導(dǎo)引功能，將具體的消息傳給對(duì)應(yīng)UE的RRC子進(jìn)程。第二層是由RRC主進(jìn)程創(chuàng)建的子進(jìn)程。它的子進(jìn)程可以分為兩類：① RRM子進(jìn)程,該進(jìn)程實(shí)現(xiàn)整個(gè)RNC的無(wú)線資源管理功能，并為調(diào)用它的用戶提供相應(yīng)的RRM功能;② RRC子進(jìn)程,每一個(gè)此類進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)處于RRC連接狀態(tài)下的UE，其區(qū)分是依靠每個(gè)UE的U_RNTI。該進(jìn)程完成UE接入服務(wù)中需要的各種信令交互和配置過(guò)程，在進(jìn)行特定公共過(guò)程時(shí)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)子進(jìn)程，在完成后將其刪掉。RRC主進(jìn)程是RRC模塊的缺省根進(jìn)程，它負(fù)責(zé)對(duì)第二層子進(jìn)程的管理，并將各種信令消息分發(fā)給對(duì)應(yīng)UE的RRC子進(jìn)程。ASN.1編解碼模塊采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，但子函數(shù)層應(yīng)盡可能少，提供編碼和解碼兩個(gè)接口函數(shù)。

在RLC發(fā)送側(cè)進(jìn)行TFC選擇的流程：

(1) 首先，把RRC配置的CTFC值轉(zhuǎn)換成每個(gè)傳輸信道的TF。

(2) 開(kāi)辟一個(gè)二維數(shù)組A[x][y]，x的最大值為N，N為傳輸信道的個(gè)數(shù)；y的最大值是TFCS size。

(3)A[0][y]是一個(gè)大小為T(mén)FCS size的Boolean類型的數(shù)組，用來(lái)指示對(duì)應(yīng)下標(biāo)的TFC是否可用。(叫做“TFC可用數(shù)組”)進(jìn)入TFC選擇函數(shù)的時(shí)候，該數(shù)組所有成員被賦值為OPC_TRUE。

(4)A[1][y]～A[N][y]中的1～N與傳輸信道編號(hào)有關(guān)，保證傳輸信道編號(hào)從小到大排列(N是傳輸信道的個(gè)數(shù)，但是需要自己維護(hù)傳輸信道的編號(hào)和數(shù)組下標(biāo)的映射關(guān)系)；第二維以每個(gè)傳輸信道的TF為編號(hào)，第二維的大小就是TFCS的size。需要將配置的CTFC轉(zhuǎn)換成具體的TFS。

(5) 如果此時(shí)不是某個(gè)RB的TTI的起始時(shí)刻，此時(shí)不會(huì)invoke RLC,則RLC沒(méi)有數(shù)據(jù)交給MAC，所以選擇TF0。

(6) 要求RRC的配置消息中，傳輸信道id的分配不能時(shí)刻保證是從1開(kāi)始，按序遞增的，所以要自己維護(hù)TrCH id和數(shù)組下標(biāo)的映射關(guān)系。

(7) 發(fā)送側(cè)進(jìn)行TFC選擇的流程。舉例：有3條傳輸信道，TFCS size為6，TFC0為(TF0，TF0，TF0)，TFC1為(TF1，TF0，TF0)，TFC2為(TF2，TF1，TF1)，TFC3為(TF1，TF1，TF0)，TFC4為(TF2，TF0，TF0)，TFC5為(TF1，TF0，TF1)。在TFC選擇的某個(gè)時(shí)刻，TFC0，TFC2，TFC5是可用的。RLC優(yōu)先級(jí)調(diào)度函數(shù)必須保證，在一個(gè)傳輸信道的TTI之內(nèi)，調(diào)用的邏輯信道必須是同一個(gè)。也就是說(shuō)，邏輯信道的調(diào)度是以這些邏輯信道映射到的傳輸信道的TTI為周期的。

接收到下行處理中斷的發(fā)送處理流程：首先檢查RB映射的配置，看是否有多個(gè)邏輯信道復(fù)用到同一個(gè)傳輸信道，如果有，則調(diào)用函數(shù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)調(diào)度處理。優(yōu)先級(jí)調(diào)度完成后，可以確定在這個(gè)下行處理中斷時(shí)刻，有N個(gè)RB對(duì)應(yīng)的傳輸信道會(huì)組合在一個(gè)TFC中。將這些RB的ID寫(xiě)進(jìn)一個(gè)數(shù)組，數(shù)組大小為N，下標(biāo)從0～N-1，遍歷這N個(gè)RB的模式，激活RLC子進(jìn)程或者調(diào)用函數(shù)，獲取每個(gè)RB進(jìn)行TF選擇所需要的參數(shù)。在遍歷完了每個(gè)可用的RB后，調(diào)用TFC選擇函數(shù)，進(jìn)行TFC的選擇。(需要保證TFC中傳輸信道的排列順序是按照傳輸信道編號(hào)從小到大的順序)根據(jù)TFC選擇的結(jié)果，從共享內(nèi)存list中或者buffer中讀出規(guī)定數(shù)量的PDU，按照MAC的配置信息，加上MAC頭，再將一個(gè)TTI內(nèi)所有的TB合并在一起，加上包頭發(fā)送給上層協(xié)議。

DSP中運(yùn)行的軟件實(shí)現(xiàn)物理層部分功能。主要為信道編解碼功能實(shí)現(xiàn)。信道編解碼用于對(duì)空中傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行檢錯(cuò)及糾錯(cuò)，以最大限度地降低由于信道質(zhì)量和其它干擾問(wèn)題造成的信息傳輸錯(cuò)誤。信道編解碼包括CRC校驗(yàn)，卷積編碼，viterbi解碼，速率匹配，交織，信道復(fù)用以及傳輸信道到物理信道的映射等步驟。信道解碼是相應(yīng)信道編碼模塊的逆過(guò)程。除Viterbi 解碼模塊在FPGA中實(shí)現(xiàn)以外，信道編解碼的其它所有模塊都是在DSP 上實(shí)現(xiàn)的。信道編解碼子系統(tǒng)軟件運(yùn)行的軟、硬件平臺(tái)包括：?jiǎn)伟逄幚砥?DSP6416，CCS2.12，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)OSEck3.1，編程語(yǔ)言：標(biāo)準(zhǔn)C，匯編語(yǔ)言。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)目前普遍使用的移動(dòng)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不能完成依據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)而隨之進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)工作，本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種在ARM和DSP及FPGA一體的單板上實(shí)現(xiàn)物理層、層二、層三及NAS層的協(xié)議棧教學(xué)設(shè)備。通過(guò)利用兩塊相同硬件結(jié)構(gòu)的單板，分別完成UE和eNodeB的部分功能，通過(guò)單板的串口，將協(xié)議數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)的監(jiān)控軟件中，完成實(shí)時(shí)消息跟蹤。該系統(tǒng)已應(yīng)用到教學(xué)中。下一步工作為改造單板，構(gòu)成一個(gè)具有FER語(yǔ)音和射頻功能的系統(tǒng)。

[1] Medium Access Control (MAC) protocol specification (Release 10)[S]. 3GPP TS36.321 V10.0.0,2010.12.

[2] 3GPP TS25.413v4.8.0, (2002-12) Radio Access Network Application Part(RANAP) signalling[S].

[3] 3GPP.Evolved Universal Terresttial Radio Acess Network (E-UTRAN) S1 Application Protocol (SIAP) [S]. 3GPP TS 36.413 V8.3.0.2008.

[4] 3GPP TS 36.322: Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Radio Link Control (RLC) protocol specification.[S]. 2009.9.

[5] 3GPP TS25.413v4.8.0, (2002-12) NodeB Application Part(NBAP) signalling[S].2009.

[6] 3GPP TS 36.322: Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Radio Link Control (RLC) protocol specification[S]. 2009.9.

[7] 3GPP TS 36.321: Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification[S]. 2009.9.

[8] 3GPP TS 25.323 V4.6.0 (2002-12) Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specification[S].

[9] 3GPP TS 25.331 V4.8.0 (2002-12) Radio Resource Control (RRC) protocol specification.

[10] 3GPP TS 24.008 NAS protocol specification[S].

[11] 杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[12] 田 澤.嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[13] 田 澤.嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[14] 劉和平.TMS320LF240xDSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用[M].北京：北京航天航空人學(xué)出版社，2002.

[15] 江思敏.TMS320LF240xDSP硬件開(kāi)發(fā)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

The Hardware and Software Design and Implementation of Mobile Communication Experiment System

XUJun,ZHANGXiao-yu

(School of Telecommunications Engineering, North China Institute of Science and Technology, Yanjiao 065201, China)

The experiments of communication specialty mainly are to use equipmentto perform interleaving, modulation, channel coding and system signaling experiments, it is more difficult with the 3GPP standard to complete teaching, scientific research, the course design, and graduation design task. Under a full study of 3GPP standard document, a 4G system was developed. The system can complete UE and eNodeB/NodeB sides on the physical layer, and realize the independent development of MAC, RLC, PDCP RRC, NAS on the ARM and the DSP boards. The single board structure was studied, the operating system on the UE side and eNodeB side were transplanted. Part of the process of implementing the RRC, RLC, and physical layer were described. Two single boards are taken as hardware structure, they can be composed of a mobile communication system,. and can connect with the work of teaching and scientific research, and promote evolution of teaching and research of 3GPP standard.

the 3rd generation partnership project; DSP; channel codec; protocol

2014-07-18

國(guó)家自然科學(xué)基金(61304024)支持項(xiàng)目;中央高?；緲I(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)(DX1201A);河北省自然科學(xué)基金(F2013508110)

徐 軍(1970-)，男，湖南新寧人，博士，高級(jí)工程師，副教授，研究方向，移動(dòng)通信系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)。E-mail:jtcembx@sina.com

TN 929.5

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1006-7167(2015)05-0100-04