WCDMA信道編解碼任務(wù)調(diào)度方案

　　0 引言

　　WCDMA支持高速率傳輸，并且同時(shí)滿足不同速率和質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)復(fù)用。這就要求信道編解碼模塊必須采用一種靈活的業(yè)務(wù)復(fù)用方案，高效、動(dòng)態(tài)的進(jìn)行多信道處理。而由于終端設(shè)備在功耗、實(shí)時(shí)性及存儲(chǔ)要求等方面的特殊性，使整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)變得更加復(fù)雜。

　　隨著DSP處理器和大規(guī)模FPGA技術(shù)在近些年的高速發(fā)展，DSP+FPGA的硬件架構(gòu)能完全支持上述這些復(fù)雜技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。但由于該硬件架構(gòu)需要相應(yīng)的軟件支持才能發(fā)揮它們的性能，所以尋求一種有效的軟件方案是實(shí)現(xiàn)整個(gè)信道編解碼模塊的關(guān)鍵。本文結(jié)合WCDMA一幀多時(shí)隙[3]的特點(diǎn)，給出了一種基于時(shí)隙來靈活調(diào)度各處理模塊的中斷任務(wù)處理方案，該方案充分發(fā)揮DSP在任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度方面的優(yōu)勢(shì)，使整個(gè)系統(tǒng)的硬件資源得到最大的利用，執(zhí)行效率得到盡可能的提升，并且系統(tǒng)功耗在一定程度上能得到有效降低。

　　1 WCDMA終端側(cè)信道編解碼的描述

　　終端側(cè)信道編解碼模塊包含上行編碼復(fù)用鏈路和下行解碼復(fù)用鏈路。

　　根據(jù)3GPP TS25.212協(xié)議，WCDMA系統(tǒng)上行鏈路復(fù)用和信道編碼的過程為：傳輸塊經(jīng)過CRC校驗(yàn)后進(jìn)行信道編碼，編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行第一次交織和速率匹配，然后對(duì)多個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)復(fù)用并進(jìn)行第二次交織，最后映射到相應(yīng)的物理信道。如果進(jìn)行多碼傳輸，則在傳輸信道復(fù)用以后還需進(jìn)行物理信道的數(shù)據(jù)分割。

　　每個(gè)數(shù)據(jù)塊集從上層到達(dá)傳輸信道的時(shí)間間隙(TTI)上都附有相關(guān)的處理參數(shù)(TFI)。信道編解碼模塊根據(jù)TFI的信息查表計(jì)算出關(guān)于從CRC開始到速率匹配的各個(gè)環(huán)節(jié)的處理參數(shù)。當(dāng)有多個(gè)傳輸信道復(fù)用到物理信道時(shí)，物理層對(duì)不同傳輸信道的TFI信息進(jìn)行排序得到傳輸格式組合(TFCI)，它描述了各個(gè)傳輸信道的復(fù)用關(guān)系。同時(shí)經(jīng)過速率匹配的多個(gè)傳輸信道的數(shù)據(jù)按照TFCI進(jìn)行相應(yīng)的串行復(fù)用處理，組成一個(gè)編碼合成傳輸信道(CCTrCH)，并進(jìn)行第二次交織后把CCTrCH映射到物理信道。

　　下行鏈路的解碼復(fù)用鏈和上行鏈路的復(fù)用鏈結(jié)構(gòu)大致相同，只是對(duì)應(yīng)上行鏈路每個(gè)編碼模塊，下行鏈路都提供一種相應(yīng)的逆處理模塊。與上行鏈路不一致的是速率匹配模塊和無線幀合并模塊所處的位置不同于上行鏈路，并增加了固定或可變比特位置的DTX處理。

　　2 基于時(shí)隙的任務(wù)調(diào)度研究

　　本文給出的基于時(shí)隙的任務(wù)調(diào)度方案是基于DSP+FPGA的硬件架構(gòu)之上。DSP實(shí)現(xiàn)任務(wù)的控制與調(diào)度，F(xiàn)PGA完成各處理子模塊的具體實(shí)現(xiàn)，并且這些模塊為各信道所共享。

　　2.1 基于時(shí)隙的任務(wù)調(diào)度方案原理描述

　　根據(jù)WCDMA信道編解碼的協(xié)議說明，信息流分成為多個(gè)傳輸塊以TTI周期為單位進(jìn)行發(fā)送和接受，整個(gè)信息流的處理由DSP根據(jù)接受的中斷觸發(fā)不同的任務(wù)來完成。在本方案*采用兩個(gè)DSP中斷：一個(gè)是時(shí)隙(Slot)中斷，中斷周期為667us;另一個(gè)是幀(Frame)中斷，中斷周期為10ms。兩個(gè)中斷有不同的優(yōu)先級(jí)，時(shí)隙中斷的優(yōu)先級(jí)高于幀中斷。本文基于時(shí)隙的任務(wù)調(diào)度方案就是以這兩個(gè)中斷為參考，周期性的定位出時(shí)隙任務(wù)。

　　時(shí)隙中斷的主要任務(wù)是通過中斷觸發(fā)將10ms分為15等分，每次中斷根據(jù)上下行編解碼流程的不同環(huán)節(jié)，調(diào)度運(yùn)行FPGA中不同的功能子模塊，對(duì)于在一個(gè)577us時(shí)間內(nèi)不能完成的功能子模塊，監(jiān)控其運(yùn)行的狀態(tài)以控制整個(gè)流程的運(yùn)行。幀中斷的任務(wù)就是通過中斷觸發(fā)，周期性地把一個(gè)TTI周期以10ms幀為單位進(jìn)行劃分。

　　2.2 WCDMA終端側(cè)編解碼模塊執(zhí)行機(jī)制

　　在一個(gè)TTI周期為10ms的通路中上行編碼各階段所占用的時(shí)隙分配如表1。該TTI周期所需的信道編碼參數(shù)在該slot 0確定，并且由傳輸格式半靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算出Turbo或卷積的編碼參數(shù)和速率匹配參數(shù)。

　　表1 WCDMA終端側(cè)上行編碼鏈路流程時(shí)隙分配

　　Slot 1-Slot 11進(jìn)行多個(gè)信道的卷積編碼或Turbo編碼，多個(gè)信道共享Turbo編碼器和卷積編碼器，DSP在每個(gè)slot中斷查詢編碼器的狀態(tài)，當(dāng)有編碼器處于空閑狀態(tài)并且有信道需要進(jìn)行編碼時(shí)，DSP調(diào)度編碼器為該信道服務(wù)。

　　Slot 12-slot 13進(jìn)行第一次交織和速率匹配，第一次交織有三個(gè)獨(dú)立的模塊，可以同時(shí)進(jìn)行三個(gè)信道的交織，DSP根據(jù)各個(gè)信道的處理流程控制使用。

　　Slot 14進(jìn)行CCTrCH的復(fù)用和第二次交織。

　　當(dāng)上行傳輸信道TTI不等于10ms時(shí)，上行處理流程有些變化。TTI中的第一幀按照表1進(jìn)行相關(guān)流程動(dòng)作，在TTI后面的幾幀中，由于CRC校驗(yàn)和Turbo編碼或卷積編碼已經(jīng)在第一幀中完成，所以只要進(jìn)行第一次交織與速率匹配、第二次交織與信道復(fù)用。

　　在一個(gè)TTI等于10ms的下行鏈路中，解碼各階段所占用的時(shí)隙分配如表2。各時(shí)隙的執(zhí)行調(diào)度機(jī)制與上行編碼鏈路類似。

　　表2 WCDMA終端側(cè)下行解碼鏈路流程時(shí)隙分配

　　當(dāng)TTI不等于10ms時(shí)， 首先在TTI中的第一幀中必須進(jìn)行參數(shù)計(jì)算與內(nèi)存分配，然后在TTI的前面幾幀中進(jìn)行第二次解交織與信道解復(fù)用、第一次解交織與速率匹配，在該TTI最后的一幀中才進(jìn)行Viterbi解碼或Turbo解碼，以及CRC校驗(yàn)和數(shù)據(jù)輸出。

　　在整個(gè)上下行鏈路并行處理的過程中，由于各子處理單元是通過FPGA模塊化實(shí)現(xiàn)的，某一時(shí)刻未被調(diào)用的子模塊，DSP都將關(guān)閉它們的時(shí)鐘，使其處于休眠狀態(tài)，當(dāng)它們被再一次調(diào)用時(shí)，DSP重新啟動(dòng)時(shí)鐘。這樣通過節(jié)省各模塊的執(zhí)行時(shí)間使系統(tǒng)功耗得到降低。

　　3 方案實(shí)現(xiàn)與性能測(cè)試

　　在實(shí)現(xiàn)過程中我們采用以TEAK[5]為內(nèi)核的DSP處理芯片，這一方面有利于最后ASIC的集成，另外作為一款32位的處理器，它具有靈活多樣的尋址方式，提供巨大的處理能力。FPGA采用Xilinx公司的VirtexII XC2V6000[6]，它具有豐富的資源，強(qiáng)大的輸入輸出能力。

　　根據(jù)本方案針對(duì)這個(gè)系統(tǒng)所提出的流程結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)制，本文列出了上行鏈路的數(shù)據(jù)處理流程圖(見圖1)。根據(jù)上行數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)，將整個(gè)上行鏈路的信道解碼過程分割為三個(gè)主要環(huán)節(jié)：卷積編碼或TURBO編碼、第一次交織和第二次交織。經(jīng)過CRC處理的數(shù)據(jù)塊根據(jù)TFCI的編碼方式分別輸入給卷積編碼器或者TURBO編碼器;經(jīng)編碼后的數(shù)據(jù)寫入第一次交織器輸入緩沖區(qū)，第一次交織器有3個(gè)獨(dú)立的模塊，可以同時(shí)進(jìn)行三路傳輸信道的交織。在把數(shù)據(jù)從第一次交織輸出緩沖區(qū)寫入第二次交織輸入緩沖區(qū)的過程完成了CCTrCH的復(fù)用。

　　圖1 WCDMA終端側(cè)信道編解碼上行鏈路信號(hào)流圖

　　FPGA完成信道解碼中的各個(gè)具體模塊的實(shí)現(xiàn)，并且每個(gè)功能模塊提供相應(yīng)的控制接口。DSP通過這些控制接口對(duì)各硬件模塊進(jìn)行參數(shù)配置、任務(wù)調(diào)度，從而控制多個(gè)下行傳輸信道的解碼過程，并能夠最大限度的調(diào)度各個(gè)功能模塊為多個(gè)傳輸信道服務(wù)，這樣實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊為多個(gè)傳輸信道所共享，提高同時(shí)處理多路下行信道的能力。整個(gè)流程充分考慮到了DSP和FPGA各自的優(yōu)缺點(diǎn)，通過軟硬件的相互配合，協(xié)同處理來提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

　　下行鏈路和上行類似，DSP完成任務(wù)調(diào)度和模塊配置，F(xiàn)PGA完成下行各解碼子模塊的具體實(shí)現(xiàn)。

　　最后，我們采用對(duì)兩種業(yè)務(wù)進(jìn)行復(fù)用來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的環(huán)回測(cè)試。整個(gè)平臺(tái)通過把上行鏈路的第二次交織輸出緩沖區(qū)與下行鏈路的第二次解交織輸入緩沖區(qū)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)上行編碼鏈路和下行解碼鏈路的環(huán)回。兩個(gè)業(yè)務(wù)中一個(gè)是速率為12.2kbps，TTI為20ms，采用卷積編碼的低速率話音業(yè)務(wù);一個(gè)是速率為384kbps，TTI為10ms，采用Turbo編碼的高速率業(yè)務(wù)。整個(gè)測(cè)試過程連續(xù)進(jìn)行了兩個(gè)小時(shí)，結(jié)果語音環(huán)回聲音清晰，高速率數(shù)據(jù)環(huán)回測(cè)試誤碼率小于10e-6，這樣的結(jié)果完全滿足了3GPP所規(guī)定的實(shí)現(xiàn)要求。

　　測(cè)試表明本方案不僅在高速率業(yè)務(wù)的處理上符合規(guī)范要求，而且對(duì)不同類型的業(yè)務(wù)復(fù)用處理有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，達(dá)到了WCDMA的基本性能要求。同時(shí)，由于在運(yùn)行過程中對(duì)空閑子模塊采用了休眠處理，使整個(gè)系統(tǒng)模塊在運(yùn)行過程中大大降低功耗，充分考慮了移動(dòng)終端的特殊要求。

　　4 結(jié)束語

　　通過靈活調(diào)度業(yè)務(wù)復(fù)用中各個(gè)環(huán)節(jié)的處理子模塊，本文提出的基于時(shí)隙的任務(wù)調(diào)度方案實(shí)現(xiàn)了WCDMA終端側(cè)信道編解碼的處理。作為一個(gè)ASIC的驗(yàn)證平臺(tái)，利用本方案，可以降低系統(tǒng)的功耗，增加模塊的可擴(kuò)展性，從而更有利于系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。