一种对CDMA2000屏蔽的灵巧设计方法

常琪　吴伟　周利华

摘 要： 在常规的手机屏蔽策略中，主要还是依靠传统的大功率压制手段进行。这种屏蔽方式功耗大、效能差，越来越难以满足一些系统的需求。而灵巧屏蔽以其省功率、屏蔽效果好等优势逐渐成为了手机屏蔽领域的热点。针对CDMA2000通信体制提出了一种相对简单的屏蔽手段，并着重介绍该平台的设计方法。在此基础之上，利用设计的屏蔽平台进行了相应的测试。测试结果表明，与具有相同功率的白噪声压制相比，该设计具有更加优越的屏蔽性能，可以满足系统的要求。

关键字： CDMA2000； 屏蔽； 手机； 前向导频信道

中图分类号： TN914?34 文献标识码： A 文章编号： 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

在传统的手机屏蔽中，主要是依赖大功率压制的方式取胜，存在诸如暴露自身目标、屏蔽持续性不够等弱点，并且随着现代信号处理技术的发展，利用大功率压制的手段压制跳频、扩频等通信方式，显得有些得不偿失，因此设计研发新型的、灵巧的通信屏蔽设备的需求变得越来越迫切。

CDMA2000技术是IS95技术的演进。在CDMA2000系统中，基站覆盖区域内的所有移动用户都共享前向导频信道。基于这个特点，本文设计出了一个相对简单、灵巧的手机屏蔽的设计方法。本设计选择同步区域内所有小区的导频信道，在各个小区的同步时刻发射前向链路寻呼信号，来对覆盖范围内所有小区的寻呼信道进行破坏，隔离该区域内手机移动终端和基站之间的通信，从而达到手机屏蔽的效果。

1 CDMA2000屏蔽原理及FPGA实现

基站通过使用前向导频信道为所有的移动台提供相位基准，前向导频信道为移动台接收机的相干解调提供相位基准以保证相干检测。前向导频信道的信道结构如图1所示。

导频信道（F?PICH）输入为全0，未经过编码交织，用walsh序列0进行扩频，由于PN码序列的周期为[215=]32 768码片，所以一个导频信号的PN序列周期内可容纳512个码长为64的Walsh函数序列。所有基站的导频信号均使用相同的短PN码，不同的基站之间通过对应的时间偏置来识别。每个偏置是64码片的整倍数，所以共有[32 76864=512]个不同偏置。

前向寻呼信道（F?PCH）用来为尚未指配业务信道的移动台传送控制信息。基站利用寻呼信道向移动台发送CDMA移动通信系统的开销信息和特定的报文，这些消息使得网络能够得到以下信息：提供给移动台显示的信息；被叫方号；叫方号码；通过音频或告警信号方式向移动台发送的信息。

本平台的设计是基于FPGA+DSP完成的，在FPGA上进行了CDMA2000前向导频信道的同步和寻呼信道的破坏。在DSP中通过上位机控制参数来实时产生寻呼信道的基带信号样式。下面介绍信号处理的主要流程。

实际中的CDMA2000信号经射频通道处理后输出70 MHz的中频信号，经过ADC采样变换将14 b的数字数据送入FPGA，在FPGA内部进行正交下变频，15倍的CIC抽取、FIR低通滤波，将输出的DDC数据送入小区搜索模块进行处理。

在小区搜索模块中，如果有相关峰出现，则可以获取该区域中的某一小区的同步位置，此时FPGA通过EMIF接口利用DMA的方式读出DSP中预先生成的寻呼信道原始信息，经过正交复扩频加扰后，成为1.228 8 MCPS速率的码片，经过成形滤波器（5倍FIR成形滤波和15倍的CIC内插滤波）和数字上变频，经过DAC输出，最终经过模拟上变频和功放通过天线将信号发射出去。

手机屏蔽器发射的寻呼信道屏蔽信号和侦收的基站寻呼信道信号是需要严格同步的，否则会影响屏蔽效能。为了达到这个目的，需要利用延时预测对信号处理模块、射频部分以及天线的延时进行补偿。由于屏蔽距离的不同会造成码片的左右偏移，经过计算得出距离相差244 m时会有一个码元的偏移，为了在比较大的距离范围内获得比较理想的屏蔽性能，在发射同步码片的前后各补一路相同的信号，组成三路不同码片延时的信号。

无论是系统的时钟本身还是和基站的时钟相比，都或多或少地会有频偏，屏蔽信号发射数帧后，需要重新进行同步，而此时必须先将发射信号停止，以确保信号接收正常。因此屏蔽器需要采取收/发分时的工作模式。

2 系统硬件结构设计

随着大规模集成电路的发展和信号处理技术的不断提高，采用FPGA+DSP的架构来完成系统成为很多工程师的首选。该架构具有一定的优势：

（1） 开发周期较短，平台易于维护和升级；

（2） 结构灵活具有较强的通用性；

（3） 软硬件协同设计，DSP易实现低速复杂的运算，FPGA易实现高速逻辑性强的处理。

正是基于这些特点，本文设计了如图2所示的系统。

其中FPGA采用Xilinx新一代高端V5系列芯片，型号为XC5VSX95T?1FF1136C，具有较多的逻辑资源、运算单元以及存储资源；DSP采用TMS320C6455，时钟主频1 GHz，通过EMIF和McBSP与FPGA进行数据交互；FPGA挂载的DDR2用来存储产生的屏蔽信号，DSP的DDR2用来进行大块数据操作的缓存。

ADC芯片采用14 b的ADS62P64，最大采样可达250 MSPS，具有高动态、低功耗等特点，非常适合运用于多载波、高带宽的通信领域；DAC芯片采用16 b的DAC5688，内置了最大×8的内插滤波器，超过80 dB的阻带衰减；另外还有最大可达900 MHz的AD9552时钟芯片，以上这三个芯片都可以从上位机配置频点、带宽等参数，因此平台具有很高的通用性。

在系统中关键的两个接口模块为EMIF和PCI，而在这两个接口中都是用了DMA进行控制字和数据流的读写，下面介绍该系统中PCI总线上的DMA高速数据传输。图3为PCI中DMA操作的主要步骤。

系统上电后，DSP首先进行初始化，初始化模块包括init_PLL（），init_emif（），C6455_PCI_init（），InitPCIEDMAParam（），主要进行配置PLL、EMIF空间、PCI接口、EDMA和中断参数。上位机通过PCI向DSP发送读写指令，触发DSP进入PCI终端服务程序，DSP根据上位机的指令并调用EDMA进行数据搬移，EDMA传输模块根据上位机下发的物理内存地址，配置EDMA源地址及目的地址等参数，实现读取或者写入指定大小的数据块。数据搬移完成后通知DSP或上位机，以便进行下一步的操作。

3 试验验证

在目前现有的测试城市基站发射只有4个频点，即 37号信道（871.11 MHz）、78号信道（872.34 MHz）、201号信道（876.03 MHz）和283号信道（878.49 MHz），而只在201号信道和283号信道上存在语音业务。图4为所在城市监测到的CDMA2000信号，其中右边两个载波承载话音业务和低速数据业务，左边的两个载波承载高速数据业务。

利用89 600 s采集了一段283号信道的数据，图5分别为CDMA2000的频谱图和导频信道相关结果。图5（a）为CDMA2000其中两个载波的频谱图，图5（b）为图5（a）中心载波导频信道的相关图，水平线为选取的峰值阈值。从图5可以看到，在该测试地区存在2个小区，需要在同步时刻发射2路寻呼信道的信号，考虑到屏蔽的距离，每个小区在同步时刻各左右偏移一个码元，即每个小区发射3路寻呼信道数据，总共发射6路。

该屏蔽器在进行外场试验时，可以在系统要求的距离范围之内完成对移动台和基站之间的语音屏蔽功能，达到了系统的要求。

4 结 语

本文对屏蔽策略及平台的设计进行了比较详尽的介绍，该屏蔽器具有优于高斯白噪声10 dB以上的性能，具有一定的参考价值。

本设计由于只针对前向寻呼信道进行了破坏，只能确保未进行话音业务的移动台无法接通或无法拨打，而对于已经进行通话的移动台进入屏蔽区域时，屏蔽功能可能会失效。由于开发周期的局限性，当手机终端进行数据业务的操作时就无法进行屏蔽，在此系统中还有很多不足，以后在功能上还需要进一步完善。

参考文献

[1] 赵国栋，徐建良.CDMA2000前向链路中频接收机算法以及FPGA实现[J].电路与系统学报，2011，16（6）：30?35.

[2] 杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2001.

[3] 窦中兆，雷湘.CDMA无线通信原理[M].北京：清华大学出版社，2004.

[4] LEE J S， MILLER L E. CDMA系统工程手册[M].许希斌，译.北京：人民邮电出版社，2000.

[5] 田耘，徐文波，张延伟.无线通信FPGA设计[M].北京：电子工业出版社，2008.

[6] POISEL R A.现代通信干扰原理与技术[M].北京：电子工业出版社，2005.