第三代移动通信TD-SCDMA系统中DSCH Outer Receiver的结
摘 要：
关键词：
L
本文重点介绍采用ASIC实现HS-DSCHOuter Receiver模块的方案。还评估了采用ASIC实现HS-DSCH Outer Receiver方案时所需的资源消耗和时序要求，并给出了输入、输出接口描述。为ASIC实现HS-DSCH Outer Receiver时提供技术参考。2. 技术背景
由于TD-SCDMA系统中HSDPA主要业务承载信道HS-DSCH信道的编码复用方案相对固定（TTI为5ms，与一般业务的编码复用流程相比，省略了子帧分割、传输信道复用、第一次交织等步骤），因此考虑采用ASIC实现HSDPA的Outer Receiver模块。这样不仅可以充分利用ASIC/FPGA的并行处理能力，缩短Outer Receiver的处理时间，而且可以省略DMA搬运数据的时间，大大优化整个系统的时序。
下面我们将从两个方面展开讨论：首先介绍整个HS-DSCH Outer Receiver实现方案：包括Outer Receiver模块与其他模块的结构关系，整个实现方案的性能，重点分析Memory资源消耗、时序要求等指标；其次，对Outer Receiver的各个步骤详细阐述实现方案。
2.1Outer Receiver模块与其他模块的结构关系
图1给出了HS-DSCH Outer Receiver模块与其他模块的结构关系。图中包含两块Interface RAM：Interface RAM#1和Interface RAM#2分别用来完成16QAM解调以及HARQ重传的软信息（soft value）与Outer Receiver模块的数据交互。片外SDRAM中共存储了8个通道的HARQ软信息，每次需要根据HS-SCCH信道解析的结果，选择当前使用的通道所对应的HARQ软信息完成HARQ合并。
以目前需要支持的2.8Mbps业务为例，、HARQ软信息的，每个TTI的RU个数为80，解调数据的，则Interface RAM#1的大小为84480bit，Interface RAM#2的大小为122832bit。
图1 Outer Receiver模块与其他模块结构关系图
值得注意的是：QPSK不需要进行特别的解调，只需要将JD的结果按I/Q路数据顺序的读入Interface RAM#1即可。
2.2实现方案性能评估
考虑到IC的实现复杂度及资源消耗，将HS-DSCH的Outer Receiver分为如下3部分：
Ø De-Physical channel Mapping、De-Constellation re-arrangement for 16QAM、De-2nd Interleaving、De-Bit Scrambling和De-HARQ Bit Collection；（简称De-PhyMap-2ndInlv-BitScr-BitCol-BitCol步骤）
Ø De-HARQ 2nd Rate Matching；（简称De-2ndRM步骤）
Ø De-HARQ 1st Rate Matching、De-HARQ Bit Separation；（简称De-1stRM-BitSep步骤）
综上所述，HS-DSCH总共Outer Receiver总共需要的Memory资源为：
2.3 16QAM Demodulation步骤
本步骤完成16QAM解调，具体公式如下所示：
其中表示JD解调结果的幅度均值。可以通过统计一个TimeSlot所有JD解调结果的幅度来得到。
由于HS-DSCH在一个TimeSlot中占用的RU个数（）不确定，为了避免使用除法器计算 。可以采用乘法器替代除法器，每个所对应的乘数为：，然后将乘法器的结果除以。
由于的计算必须在一个TimeSlot的结果都得到以后完成，因此可以采取以下步骤完成：
> 步骤1：从JD的输出RAM中读取第k个JD解调结果（16比特数据，高8bit存放实部，低8bit存放虚部），读地址每4个clock变化一次；
> 步骤2：采用上述公式，统计JD结果的幅度和；
> 步骤3：将步骤1产生的数据分别存入Interface RAM#1的( )个地址中；
> 步骤4：当该TimeSlot的所有JD解调结果都读出后，计算。
> 步骤5：从Interface RAM#1中读出数据进行HS-DSCH Outer Receiver操作，在输入Outer Receiver之前，需要采用上述16QAM解调的公式对读出的数据进行处理，以完成16QAM解调的操作；
2.4 De-PhyMap-2ndInlv-BitScr-BitCol步骤
本步骤中共包含4个部分：De-Physical channel Mapping、De-Constellation re-arrangement for 16QAM、De-interleaving和De-Bit Scrambling。考虑到这4个步骤运算非常有规律，可以采用Pipeline结构完成4个部分的地址计算，最大限度的节省处理时间。
2.4.1 De-2nd-interleaving
HS-DSCH的interleaving根据调制的方式分为两种结构，QPSK采用传统的第二次交织的交织器结构；16QAM采用两个交织器并行的结构。解交织的方法是由交织后的地址（顺序的）反推交织前的地址（乱序的）。
2.4.1.1 De-2nd-Interleaving for QPSK
QPSK调制方式下的De-2nd-interleaving操作我们采用根据交织后的地址反推交织前地址的方法，这样可以采用简单的加法和比较操作完成De-2nd-interleaving的操作。
> 步骤1：初始化地址为Ori_2nd_addr[0] = 0；
> 步骤2：Ori_2nd_addr[i] ＝Ori_2nd_addr[i-1] + 30，如果Ori_2nd_addr[i]大于R（HS-DSCH一个TTI内所有的数据个数，由DSP提供），则该地址无效，跳到下一列，下一列的初始地址是第二次交织Inter-column permutation pattern中相应列的序号。总共列的数目为R2，由DSP提供。
2.4.1.2 De-2nd-interleavingfor 16QAM
16QAM调制方式下的2nd-interleaving方案由两个并行的交织器完成，因此解交织需要将数据分为2部分单独进行，具体步骤如下：
> 步骤1：判断当前数据属于哪个交织器，判断的方法是：
> 步骤2：针对每个解交织器（upper/lower），采用QPSK调制方式下的De-2nd-interleaving操作得到每个交织器交织前的地址(Ori_2nd_Addr_upper/ Ori_2nd_Addr_lower)；但要注意，此时的R应该改为R/2；
> 步骤3：将两个解交织器产生的地址合并，恢复到整个2nd Interleaving交织前的地址，具体的方法是：
upper解交织器产生的地址：
2.4.2 De-Constellation re-arrangement for 16QAM
该步骤只是针对16QAM时才生效，QPSK调制方式下，可以采用延迟一个或几个clock的方法保证时序关系与16QAM时一致。
由于De_2nd-interleaving需要输入的数据是顺序的，本步骤的操作是根据b（由DSP提供）的取值，得到顺序输入的4个数据经过re-arrangement后的地址变换和符号变换方式。具体公式如下：
地址变换：
符号变换：
2.4.3 De-Physical channel Mapping
HS-DSCH的Physical channel Mapping根据调制方式的不同采用不同的方案。由于De-2nd-interleaving需要输入的数据是顺序的，De-Physical channel Mapping的任务就是从16QAM解调结果（Interface RAM#1）中按照De-2nd-interleaving需要的顺序读出数据。值得注意的是，当HS-DSCH的调制方式为16QAM是，还需要考虑到De-Constellation re-arrangement for 16QAM的地址
变换。
2.4.3.1 De-Physical channel Mapping for QPSK
由于需要以Physical channel Mapping前序列的顺序读出数据，可以采用两个地址完成JD后数据的寻址：PhyCh_Base_Addr用来表示每个码道数据的基地址，PhyCh_Offset_Addr表示每个数据在对应码道的位置。
虽然公式中存在乘法、除法等操作，但由于k是顺序变化的，因此不必进行乘法、除法操作，只需要设置物理信道计数器,随着k值递增。每次PhyCh_Base_Addr加88，当PhyCh_Cnt＝Ch_Num时，重置PhyCh_Base_Addr；同理，PhyCh_Offset_Addr可以在每次PhyCh_Cnt＝Ch_Num时更新()。
2.4.3.2 De-Physical channel Mapping for 16QAM
16QAM的Physical channel Mapping公式与QPSK不同，同时需要考虑到De-Constellation re-arrangement for 16QAM的影响。同样采用PhyCh_Base_Addr和PhyCh_Offset_Addr完成De-Physical channel Mapping地址的寻址。
与QPSK相同，也需要设置物理信道计数器，但它的值每4个k值更新一次。Re_Arr_Offset是考虑De-Constellation re-arrangement for 16QAM的影响，根据b值和k的不同，Re_Arr_Offset分别取+/-2或者0。
2.4.4 De-Bit Scrambling
为了进行De-Bit Scrambling，必须计算加绕序列，其中，，。由于De-2nd-interleaving产生的地址是乱序的，因此可以事先产生加扰序列，存入ROM，然后根据De-2nd-interleaving产生的地址得到该数据需要的解扰比特。根据对De-2nd-interleaving产生的数据进行De-Bit Scrambling处理。
需要注意的是：由于的取值范围是-32~31，如果取反后需要进行溢出保护，以防治32的出现。
2.4.5 De-Bit Collection
De-Bit Collection首先要区分经过De-Bit Scrambling后的数据属于system、parity#1、parity#2中的哪一个，其次再计算每个数据在各个RAM中的具体地址。为了实现上述目的，需要定义两个变量：Row_Addr和Col_Addr，分别表示Bit Collection采用的rectangular interleaver的行地址和列地址。
Row_Addr和Col_Addr的更新公式如下：
判断第k个数据属于system、parity#1、parity#2中的哪一个的方法如下：
由于parity#1和parity#2是交替放入interleaver的（parity#2在前），因此只需要记录下前一次存入parity RAM的是parity#1还是parity#2，即可得到当前是parity#1还是parity#2。
综上所述，De-PhyMap-2ndInlv-BitScr-BitCol中每个数据至少需要经过6步操作，因此完成De-PhyMap-2ndInlv-BitScr-BitCol步骤总共需要的时钟个数为或者，其中表示每个数据完成De-PhyMap-2ndInlv-BitScr-BitCol步骤所需要的确切clock数目。
2.5 De-2ndRM步骤
本步骤完成De-HARQ 2nd Rate Matching stage的相关操作，HS-DSCH采用的Rate Matching方法与普通的传输信道的Rate Matching相同。需要复杂计算的参数如可以由DSP事先计算得到，在进行HS_DSCH Outer Receiver之前传递FPGA或者ASIC。
定义Rd-Addr和Wr_Addr分别表示Temp RAM#1的读地址和Temp RAM#2的写地址。De-2nd RM操作就是根据e值的不同，更新Rd-Addr和Wr_Addr，并对读出的数据采取不同的策略写入Temp RAM#2中即可。具体的实现方法如下所示：
2.6 De-1stRM-BitSep步骤
本步骤主要完成De-HARQ 1st Rate Matching stage的相关操作，1st Rate Matching只存在puncturing操作，没有repetition操作，因此可以延用De-2ndRM步骤中针对puncturing的操作。需要复杂计算的参数可以由DSP事先计算得到，在进行HS_DSCH Outer Receiver之前传递FPGA或者ASIC。
2.7 HARQ 软信息合并
为了完成HARQ，如果当前通道的HS-DSCH传输块CRC结果不正确，需要将Temp RAM#2中的数据存入片外的SDRAM中响应的位置（对应于本通道），在下次次传送该通道数据时完成软信息的合并，提高译码输入数据的可信度。由于现有方案将Interface RAM#2和Temp RAM#2复用，这就要求在进行本次De-2nd-RM之前，必须将片外SDRAM中该通道的数据搬入Temp RAM#2中，然后将De-2nd-RM的结果与Temp RAM#2对应位置中的数据进行合并，合并后的数据再写回该地址。
为了完成HS_DSCH进行HARQ时所要求的软信息合并，需要考虑Temp RAM#2与片外SDRAM的读写时序。考虑在进行De-PhyMap-2ndInvl-BitScr-BitCol步骤时将当前TTI中第一个编码块的软信息读入Temp RAM#2相应地址，然后进行De-2ndRM和De-1stRM-BitSep；在进行Turbo Decoding时将当前编码块合并后的软信息写入SDRAM相应地址，并且将下一个编码块的软信息读入Temp RAM#2中。以SDRAM或者SRAM的读写速度为40.96MHz、SDRAM的数据宽度为8bit、当前业务为2.8Mbps为例，基本不需要增加额外的运行时间。