基于sopc的tdscdma同步时钟设计.pdf

电子科技大学 硕士学位论文 基于SOPC的TD-SCDMA同步时钟设计 姓名：钟德胜 申请学位级别：硕士 专业：模式识别与智能系统 指导教师：陈武凡 20100501 摘要 摘要 T D ．S C D M A 是我国提出的以时分和同步码分为特征的第三代移动通信标准 该标准融合了智能天线、同步C D M A 和软件无线电等技术，是I T U 正式发布的第 三代移动通信空间接口技术规范之一T D ．S C D M A 同步技术是T D ．S C D M A 直放 站的关键技术之一，文中采用了S O P C 技术设计了基于G P S ( 全球定位系统) 的 T D ．S C D M A 直放站同步时钟 首先，从当前T D ．S C D M A 直放站同步时钟发展概况出发，比较了T D ．S C D M A 直放站的几种同步方式简要分析了T D ．S C D M A 直放站同步时钟的研究现状和应 用前景结合用户实际应用中的客观需求，提出了T D ．S C D M A 直放站G P S 同步 时钟的总体设计方案，并简要介绍了系统技术要点、整体硬件结构和各个模块的 功能定位 其次，本文在T D ．S C D M A 系统帧结构的分析基础上，详细阐述了T D ．S C D M A G P S 同步的P P S 脉宽调整、相位补偿、异步复位脉冲、同步信号和S O P C 设计等 技术要点。

结合3 G P P T S2 5 ．4 0 2 和信息产业部Y D ／T1 7 1 1 - 2 0 0 7 相关技术标准，制 定了具体的T D ．S C D M A 直放站G P S 同步的系统方案，并在F P G A 的系统硬件平 台上实现 最后，本文依据信息产业部2 G H zT D ．S C D M A 数字蜂窝移动通信网直放站技 术要求和测试方法给出了同步时钟的详细测试方法由于条件所限本文只对同步 模块的几个关键信号进行了测试，包括P P S 信号调整、异步清理信号和同步信号 在测试的最后部分给出了整个系统的性能参数，通过对几个关键信号的测试分析 得出基于G P S 的T D ．S C D M A 直放站同步时钟的短时同步精度为 接收直放站监控板的数据命令和G P S 模块输出的数据 > 接收相位补偿数据 > 管理和监控时钟 >产生T D —S C D M A 同步时钟 2 8 第四章T D —S C D M A 同步时钟的S O P C 实现 4 ．2T D ．S C D M A 同步模块设计 T D - S C D M A 同步模块是整个同步时钟的核心，也是设计的难点它主要由一 个2 0 位二进制计数器，两个1 6 位二进制计数器，和一个4 位二进制计数器构成。

2 0 位计数器主要产生T D —S C D M A 的5 m s 子时隙，两个1 6 位计数器用于产生同步 时钟，4 位二进制计数器用于对G P S 的P P S 秒脉冲进行宽带调整 4 ．2 ．1T D —S C D M A 子时隙产生电路 由第二章可知，T D —S C D M A 的子时隙为5 m s ，我们用一个2 0 位二进制计数 器来产生时钟为1 0 M H z ，即每个周期l O O n s 对于一个时长5 m s 的子时隙，我们 需要计5 0 0 0 个脉冲，所以当计数器计到1 3 8 7 H 时计数器开始清零，不断产生5 m s 的子时隙l 巧J 计数器采用2 0 位二进制计数器，异步清零脉冲由一2 0 位的与门产生，为防 止毛刺误操作，采用一D 触发器防止干扰5 m s 的子时隙的设计电路4 - 2 所示， 当计数器计到1 3 8 7 H 时，计数器产生置位信号不断产生5 m s 子时隙波形，同时这 个置位信号也提供给波形叠加电路用以产生T D ．S C D M A 同步信号 图4 - 25 m s 子时隙电路图 2 9 电子科技大学硕士学位论文 4 ．2 ．2P P S 脉宽调整 脉宽调整电路是整个同步时钟的核心，它主要用于产生T D —S C D M A 的同步信 号。

P P S 脉宽调整电路由一个4 位二进制计数器和一个4 位比较器组成P P S 信号 作为计数器的计数允许使能，当收到u b l o xL E A 一5 TG P S 模块的P P S 信号时( P P S 信号为l u s 的高电平脉冲) ，计数器开始工作，当计数器计到9 时，4 位与门产生 异步清零信号复位计数器比较器比较计数数据，当计数大于相位补偿单元设定 数据时，产生一异步清零信号给5 m s 子时隙的2 0 位计数器这里只适用了相位补 偿单元8 位拨码开关的4 位，相位补偿值为一O ．1 ～0 ．9 u s ，在使用中这个补偿范围 已经足够了也可以根据需要调整P P S 的信号宽度，加大相位补偿，最大相位补 偿可以达到一0 ．1 ～2 5 ．5 U S [ 2 2 , 2 5 1 在图4 - 3 中，l p m —c o u n t e r 2 用于脉宽调整，将l u s 的P P S 信号调整到1 0 0 n s l p m —c o m p a r e 3 是一个比较器，使得l O O n s 宽度的同步信号可以在1 u s 区域内滑动， 用以设置直放站和N O D EB 之间的相位误差。

P L U S E 信号就是经脉宽调整电路调 整后的信号，信号宽度为l O O n s ，相位补偿为滞后l O O n s 4 ．2 ．3 波形叠加器设计 图4 - 3P P S 脉宽调整电路 波形叠加器主要用于产生T D —S C D M A 的子时隙，它由两个比较器和一个或门 3 0 第四章T D ．S C D M A 同步时钟的S O P C 实现 构成，如图4 —4 所示在4 ．2 ．1 节中2 0 位的二进制计数器负责产生时长为5 m s 的 T D —S C D M A 子时隙，由P P S 脉宽调整电路提供的同步信号异步清零两个比较器 负责产生两个切换点，或门用于叠加两个切换点信号【2 6 】其中，d a t a b [ 1 5 ．．0 ] 用于 设置第二转换点，对称模式下该值为7 4 3 5 H ，S I G N A L 为产生的同步信号 图4 - 4 波形叠加器设计 4 ．2 ．4T D ．S C D M A 同步模块仿真 在做仿真试验时由于计算机资源不足，无法进行1 S 的P P S 脉冲宽度调整仿真 试验，在仿真中我们在5 m s 时用一宽度为l u s 的脉冲信号来模拟P P S 信号。

在Q u a r t u s8 ．0 下仿真的波形如图4 - 5 所示，S I G N A L 信号为产生的同步信号 图4 - 6 显示在第一转换点我们的信号刚好处于保护时隙之内5 8 n s ，第二转换点的仿 真波形如图4 - 7 所示，清晰的表明了我们的波形与理想的波形延时了5 8 n s ，综合 图4 - 5 到图4 - 9 说明我们的设计符合了T D —S C D M A 帧结构的系统要求 同步误差分析： 由频率为1 0 M H z 的高精度温补晶振驱动一2 0 位计数器构成T D —S C D M A 的 一个子时隙，引起的时间误差主要来自以下两方面： 1 ) P P S 同步信号上升沿到来时没有立即得到一脉宽调整后的窄脉冲信号所引 起的时间误差A t ，如公式4 一l 所示： A t = A t l + A t 2 + 她( 4 - 1 ) A t l 为同步脉冲滞后P P S 秒脉冲，由图4 - 9 显示为6 0 n s A t 2 计数器清零所 需时间：从仿真波形可以看出两者之和不超过l O O n s ；△t 3 为门延时如图4 一l O 所 示，不超过1 0 n s 。

2 ) 温补晶振精度限制而引起的时间误差，可以用公式2 - 1 4 来计算频率准 确度为2 1 0 ～，每天波动范围为2 0 0 n s 3 1 电子科技大学硕士学位论文 且 ∞．i t e rT i m eB I r { 5 0on s 刖 i ∞0n ；l2 9 △ N 叽e + 80 2 H 74 0 筠u s 受 』J 发 口田D ^ T ^ 囤 甜日t ‘．_必 q 【1 9 】 型 彬々[ 】8 】 型 岱 q ：1 T 】 踅 必‘q [ 1 6 】 口一q [ 1 5 1 亟 一q [ 1 4 ] 鱼 移- q 【1 3 ] ，．．．．．．一 直 必一q [ 1 2 】 厂]厂 兰 拶q [ 1 1 ] 厂] 厂1 _ ] 塑 俘‘q 【1 0 】 她、p n n p I 学 ’q 引 8 1 n l4 n 1 1 n 1 1 刖 延 口 ‘q [ B ] 砌I 朗】l 硼嘲％咖唧U 丝 廿 - q [ 7 】啊啊硼啊㈣ 煎 口- 口[ 6 ] 翌 《多 q 【5 ] 堑 誊q ⋯ E 多q ㈨ 丝 学- q [ 2 ] 丝 一q ⋯ 圈 幽 ．o 『m 、L 。

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o ∞2 i f 0 10 I ∞I l t ox0 0 0 ∞∞l I l o ：o I ∞1 1 1 l ∞1 0 1 0 1 0 1 I O ∞1 1 1 0 1 0 1 0 疆∞0 0 0 ∞1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 G 1 1 工∞0 0 ∞0 I 0 1 1 l 叭0 ∞0 1 1 0 1 1 0 ? 2 盯_ t 2 镯- 1 2 钟5 _ ， + 5 84 T Tn ‘ _ JJ 0 0 ∞叭1 1 0 l N l 0 0 1 1 叭0 1X0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0X ∞0 0 0 1 】J 叭0 0 0 0 1 1 叭1 1，0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 ∞0 0 1 1 1 0 0 0 0 11 1 0 1 0 0 0 0 i 1 0 1 1 0 3 2 j | | | | I | | | | | | | | | || | | | | | | | | | | | 第四章T D —S C D M A 同步时钟的S O P C 实现 图4 - 8 信号延时 图4 - 9L O C K 信号延时 最后得出的同步误差为：瞬时精度为≤1 6 0 n s ，工作同步精度为< 3 6 0 n s 。

4 ．2 ．5T D —S C D M A 同步模块的编译封装 为方便使用，我们将这个这个同步模块编译后封装成为一独立模块命名为 G P ST I M E R 如图4 - 1 0 所示输入信号有c l o c k 、c n t - e 。