CN100391171C - 第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时分同步码分多址通信系统中基带协议数据测试装置及系统，装置包括：数据转换接口，用于与外部数据的交互；现场可编程门阵列模块，用于接收数据的解析分发、发送数据的打包分发并对整个装置进行时钟控制；存储模块，用于解析后数据、打包前数据及相关指令数据的存储；数字信号处理器，用于读取存储模块中的解析数据并进行相应处理；处理发送的数据并发送至现场可编程门阵列模块。系统基于所述装置完成相应测试。本发明可用于TD-SCDMA、CDMA2000及WCDMA系统中，可以多个数据源发生器和数据检测来使用。

Description

第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置及系统

技术领域

本发明涉及一种第三代移动通信系统(3G)中基带协议数据测试装置及相应系统。

背景技术

近年来，第三代移动通信一直是人们关注的热点，而第三代移动通信标准经过不断融合，逐渐形成了三大主流标准，即欧洲提出的WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)、美国提出的CDMA2000和中国提出的TD-SCDMA。遵循相应标准协议的产品已陆续出现，以大唐移动通信为主导的TD-SCDMA为标准的基站产品的商品化进程已进入最后阶段。如图1所示，TD-SCDMA系统的结构主要包括核心网、无线网络子系统(RNS)和用户设备(UE)三部分。核心网和无线网络子系统通过Iu逻辑接口连接，无线网络子系统和用户设备通过无线接口Uu连接，无线网络子系统子系统之间通过Iur逻辑接口连接。无线网络子系统包括无线网络控制器(RNC)和NodeB(节点B)，其通过Iub接口连接。以TD-SCDMA为标准的基站产品即为图1中的NodeB。如图2所示，其中NodeB主要由以下五部分组成：交换主控单元(ACU)、基带板单元(BBU)、射频板单元(RFU)、天线子系统(Antenna subsystem)和GPS模块，各自连接关系如图所示，其中，交换主控单元连接于无线网络控制器以进行数据交互，NodeB通过天线子系统连接于用户设备，GPS模块用于定位用户设备，并调整天线子系统的发射方向以对准用户设备。一个BBU负责一个载波上的4个天线的数据，一个RFU负责三个载波四个天线的数据，所以整个系统能完成三载波8天线数据的处理，其中BBU和RFU之间是通过低电压差分信号(LVDS)进行连接。高速的串行数据要满足TD-SCDMA的传输链路(TR_LINK)通信协议，实践证明该传输通道的数据稳定是整个系统稳定的关键。

如图3所示，TD_SCDMA帧中TS0、DwPTS为固定的下行时隙(BBU向RFU发送数据和信令)，UpPTS、TS1为固定的上行时隙(BBU接收RFU的数据)，GP为保护时隙，和第一时隙转换点相对应，其余时隙的上下行方向根据配置是可变的，因此第二时隙转换点的位置是可变的。NodeB中当BBU和RFU正常通信时，在5ms的一帧中，在下行时隙是BBU发送数据或者指令给RFU，上行时隙是BBU接收RFU的数据或指令。

在实际的开发过程中，不论是BBU还是RFU都需要有对应的模块与其通信，用来检测本模块的工作是否正常，但这些不同的模块的开发是并行开展的，所以需要有一种装置可以模拟BBU或RFU给对应的RFU或BBU提供符合协议的数据源，用来检测相应模块的接收通道是否正常，同时还需要一种装置可以模拟BBU或RFU接收对应的RFU或BBU的数据用来检测相应模块的发送通道是否正常。

由于TD-SCDMA、WCDMA及CDMA2000都是全新的3G技术，市场上还没有类似的装置出现。

发明内容

针对上述现有第三代移动通信系统中NodeB开发中所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种功能强大、方便实用的第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置及系统。

本发明是这样实现的：一种第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置，包括：

数据转换接口，用于与外部数据的交互；

现场可编程门阵列模块，用于接收数据的解析分发、发送数据的打包分发并对整个装置进行时钟控制；

存储模块，用于解析后数据、打包前数据及相关指令数据的存储；

数字信号处理器，用于读取存储模块中的解析数据并进行相应处理，处理发送的数据并发送至现场可编程门阵列模块；

其中，所述现场可编程门阵列模块包括时钟控制、发送分布式数据处理、接收分布式数据处理三部分：时钟控制部分负责产生符合TD-SCDMA标准的时隙信号、子帧信号及相关控制；发送分布式数据处理部分负责暂存用于发送的数字信号处理器发送来的数据，并将数据打包后发送到对应的数据转换接口；接收分布式数据处理部分负责接收数据转换接口的数据，对所接收数据解析后暂存，并通知用于接收的数字信号处理器读取。

进一步地，所述发送分布式数据处理部分包括：发送打包、发送多路复用、先进先出写入三部分功能模块；先进先出写入模块用于暂存用于发送的数字信号处理器从存储模块移入的数据；发送多路复用模块根据时钟控制信号将先进先出写入模块中的数据解复用到发送打包模块不同通道进行打包；发送打包模块负责把接收到的天线数据加载上TR-LINK协议再发送给数据转换接口；

接收分布式数据处理部分包括：接收解包、接收多路复用、先进先出读取三部分功能模块；接收解包模块先对数据转换接口发来的数据进行解析，将去掉协议的数据发送给接收多路复用模块；接收多路复用模块接收解析后数据，并对其进行复用后发送给先进先出读取模块存储；先进先出读取模块暂存用于接收的数字信号处理器要移出到存储模块的数据。

所述数据转换接口可为PCI(Peripheral Component Interconnect，外围设备互连)接口、HPI(host-port Interface，主机接口)接口，可与计算机连接而进行数据交互。所述数据转换接口可为低电压差分信号接口及串行/解串接口组合接口、光电接口，用于模拟数据和数字数据之间的互相转换。所述存储模块可为同步动态随机存储器或双倍速率同步动态随机存储器，用于存储解析后数据、打包前数据；电可擦可编程只读存储器，用于存储相关指令数据。

一种利用前述基带协议数据测试装置的测试系统，包括测试用计算机、数据测试仪和具有发射或接收能力的时分同步码分多址通信系统的待测设备，所述基带协议数据测试装置连接于测试用计算机，并通过数据转换接口连接于待测设备，待测设备及数据测试仪受控于测试用计算机；测试用计算机生成待发送数据，经基带协议数据测试装置打包处理后发送至待测设备，经相应处理后发送至数据测试仪，数据测试仪根据采样到的数据判断待测设备的接收和处理通道是否正常；测试用计算机生成待发送数据，经待测设备打包处理后发送至基带协议数据测试装置，经相应处理后发送至测试用计算机，测试用计算机根据采样到的数据判断待测设备的接收和处理通道是否正常。

进一步地，所述待测设备可为节点B中的射频单元或基带单元。所述数据测试仪可为频谱分析仪、报文监测分析仪，用于数据监测分析，并将分析结果输出。

本发明的测试装置同时具有BBU和RFU的功能，在BBU和RFU的开发过程中能够模拟任何一部分提供符合TD-SCDMA协议的数据源或接收方。本发明的系统由个人计算机(PC)端生成所需要的数据源，通过FPGA芯片对数据进行处理，打包生成符合移动通信数字基带协议的不同载波上的天线数据进行发送；在接收过程中通过FPGA的解析，把符合数字基带协议的打包数据处理成不带协议的纯有效数据，然后传输到PC进行分析。本发明在RFU和BBU产品的开发、单板调试和联合调试过程中都起到不可缺少的作用；而且在BBU和RFU产品的生产过程中可以进行质量检测，保证了基站产品的稳定性。

本发明还可通过PC端对FPGA的在线控制，用符合不同移动通信数字基带协议更新FPGA芯片，使其可兼容多种3G通信标准协议，以多个数据源发生器和数据检测来使用。

附图说明

图1是现有TD-SCDMA系统的结构示意图；

图2是NodeB的结构示意图；

图3是TD-SCDMA的帧结构示意图；

图4是本发明测试装置的结构示意图；

图5是本发明测试装置模拟三载波四天线RFU与三个BBU连接的示意图；

图6是本发明测试装置模拟三个BBU与一个RFU连接的示意图；

图7是本发明测试装置的FPGA的结构示意图；

图8是本发明天线数据在SDRAM中的存储顺序示意图；

图9是本发明SDRAM中天线数据经过分配后的发送顺序示意图；

图10是本发明测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面以TD-SCDMA为例，详细说明本发明。

如图4所示，本发明的测试装置包括TR-LINK SERDES(Serializer/Deserializer，串行/解串)接口、FPGA芯片、接收数字信号处理器(DSP)、发送数字信号处理器(DSP)、PCI接口、存储模块和电源。TR-LINKSERDES接口是把带TR-LINK协议的16bits并行数据和LVDS串行高速信号互相转换的链路接口，用于发送时并行数据到标准LVDS串行数据和接收时标准LVDS串行数据到并行数据的转换。本发明共三片SERDES。本发明的LVDS也可为其他串行高速传输接口，任何具有数据转换功能的通信接口均可用于本发明，如光电转换接口等。本发明和计算机的连接接口也可为其他的数据接口，如HPI接口等。如图5、6所示，本发明的测试装置模拟BBU时，一个SERDES可以实现一个载波四天线的下行数据的发送和一个载波四天线上行数据的采集；模拟RFU时，一个SERDES可以实现一个载波四天线的上行数据的发送和一个载波四天线下行数据的采集。完全能实现与TD-SCDMA系统中基站的对应设备进行通信。本发明的SERDES器件可采用DS92LV16TVHG型号的。

接收DSP实现数据采集、数据缓存、数据预处理以及采集数据向测试端的转移。接收DSP有两个主要的接口，与FPGA内嵌FIFOR接口(FIFO读取接口)和与测试端的PCI接口。其中FIFOR接口用于读取FPGA解析的数据，PCI接口用于向测试端发送抽样数据。

发送DSP实现模拟数据缓存、模拟数据预处理以及模拟数据向FPGA端的转移。发送DSP同时完成对FPGA的协议更新及FPGA工作模式等寄存器的配置。发送DSP同时包括PCI接口和FIFOW接口，其中PCI接口作为外部数据的输入接口，而FIFOW接口用于对FPGA进行写入。本发明的DSP可采用TMS320C6416DGLZ型号的。

本发明的存储模块用于解析后数据、打包前数据的缓存，指令数据的只读存储等。本发明的存储器可包括用于数据缓存的同步动态随机存储器(SDRAM)或双倍速率同步动态随机存储器(DDR SDRAM)及用于指令数据存储的电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。本发明的存储模块还包括用于其他数据存储的普通存储器。

电源用于向本发明的测试装置提供工作电源，以保证本发明的测试装置的正常工作。

本发明的FPGA完成数据的协议处理及交互，是本发明的测试装置的核心设备，以下详细介绍之。

如图7所示，FPGA在功能上主要分为t_f_s_sel(时钟控制)、TX-DDP(发送分布式数据处理)、RX-DDP(接收分布式数据处理)三大部分，t_f_s_sel负责产生符合TD-SCDMA标准的时隙信号、子帧信号及相关的一些控制，TX-DDP负责暂存发送DSP发送来的三个载波上的四天线数据，并在特定的时隙把数据分配到不同的载波通道并按照TD-SCDMA的TR-LINK协议进行打包，经过处理后的每个载波上的四个天线的数据同时被发送给对应的TR-LINK SERDES接口。TX-DDP由TX_PACKAGE、TX_MUX(发送多路复用)、FIFOW(先进先出写入)三部分功能模块组成RX-DDP负责接收三个TR-LINK SERDES接口发送过来的带TR-LINK协议的四天线的数据，解析后的不带协议的数据先暂存到FPGA内部的FIFO中，并且在特定时隙通知接收DSP进行读取。对应地，RX-DDP包括RX_UNPACKAGE、RX_MUX(接收多路复用)、FIFOR(先进先出读取)三部分。本发明的FPGA可采用XC2V1000-FF896C型号的。

以下详细描述FPGA的TX-DDP和RX-DDP两大功能模块。

如图7所示，TX-DDP主要由TX_PACKAGE、TX_MUX、FIFOW三部分组成，用来模拟BBU或RFU进行数据源发送的过程。

当发送时，数据源通过PCI接口发送给发送DSP，发送DSP先把16帧的数据按照图8所示的存储顺序存放在SDRAM存储器中，然后通过EDMA(增强型直接存储器访问)端口的PDT模式把数据从SDRAM搬运到FIFOW中，直到FIFO的存储深度达到一半时停止搬运数据，并且给FPGA一个启动信号，当FPGA收到该信号后会启动t_f_s_sel模块产生时隙信号和子帧信号，并且在特定的时隙启动TX-DDP模块进行工作。其中TX_MUX模块的作用是按特定的时间把图8所示的顺序排列的FIFO中的三个载波四个天线数据分配给三个通道，三个载波四个天线的I路和Q路数据同时发送给对应三个TX_PACKAGE通道，TX_MUX模块转换后的数据的具体分配形式如图9所示的那样，不同载波的天线数据被发送给了不同的TX_PACKAGE模块，天线数据按照天线0的I路，天线0的Q路、天线1的I路，天线1的Q路...的顺序发送；TX_PACKAGE模块负责把接收到的天线数据加载上TR-LINK协议再发送给TR-LINK SERDES接口模块。本发明可以同时模拟三个BBU发送数据给一个RFU或者模拟一个三载波四线天线RFU发送数据给三个BBU。

RX-DDP功能模块主要由RX_UNPACKAGE、RX_MUX、FIFOR三部分组成，用来模拟BBU或RFU进行数据接收采集和检测的过程。

外部控制发起接收命令，RX_UNPACKAGE模块先把TR-LINKSERDES接口模块发送的数据进行解析，去掉协议的数据以图9所示的排列顺序发送给RX_MUX，RX_MUX模块把三个载波的并行数据组合成图8的顺序发送给FIFOR，接收DSP模块再根据读FIFO存储深度的半满标志先把数据搬运到SDRAM中，然后在数据量达到要求时，从SDRAM中把数据通过PCI接口发送给测试终端进行分析。本发明可以同时模拟三个BBU接收一个RFU的数据或者模拟一个三载波四线天线RFU接收三个BBU的数据。

本领域普通技术人员应当理解，本发明可采用多个发送DSP和接收DSP搬运数据，同时支持六个载波的八个天线的数据的发送和采集。并且可根据需要，在理论支持前提下设计出任何个数的载波多路天线的数据的发送和采集。

如图10所示，本发明的测试系统包括PC(个人计算机)，前述的测试装置、被测对象(DUT)和测试仪器。图中，ARES||表示本发明的测试装置。由图中可知ARES||和PC之间通过PCI接口进行通信，与被测对象(BBU、RFU或其他具有标准LVDS接口的TD-SCDMA产品)是通过标准的LVDS接口进行通信的，经过DUT处理后的数据可以通过测试仪器进行检测，测试仪器可以通过控制接口由PC进行控制。图中若ARES||模拟BBU或RFU等多种产品为被测对象提供数据源，其过程为，由PC产生的不同载波上的天线数据，通过PCI接口发送给ARES||，ARES||给数据源增加TD-SCDMA协议，然后在对应的时隙通过LVDS接口发送给被测对象，数据由被测对象接收处理后再发送给测试仪器，由测试仪器根据采样到的数据判断被测对象的接收和处理通道是否正常；ARES||模拟RFU或BBU等产品接受数据为相反的过程，在对应的时隙由被测对象通过LVDS发送带TD-SCDMA协议的数据，ARES||把解析得到的不同载波上的天线数据通过PCI接口发送到PC上，并进行分析，判断被测对象的发送和处理通道是否正常。

本发明测试系统的测试仪器可为频谱分析仪、报文监测分析仪等；本领域普通技术人员应当理解，PC机具有数据分析处理能力，可完成对发送和处理通道是否正常的判断。

本发明同样适用于其他3G系统如CDMA2000、WCDMA，只要用符合不同移动通信数字基带协议更新FPGA芯片即可。监测处理方式与前述的相同，这里不再赘述。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置，其特征在于，该装置包括：

数据转换接口，用于与外部数据的交互；

现场可编程门阵列模块，用于接收数据的解析分发、发送数据的打包分发并对整个装置进行时钟控制；

存储模块，用于解析后数据、打包前数据及相关指令数据的存储；

数字信号处理器，用于读取存储模块中的解析数据并进行相应处理，处理发送的数据并发送至现场可编程门阵列模块；

其中，所述现场可编程门阵列模块包括时钟控制、发送分布式数据处理、接收分布式数据处理三部分：

时钟控制部分负责产生符合TD-SCDMA标准的时隙信号、子帧信号及相关控制；

发送分布式数据处理部分负责暂存用于发送的数字信号处理器发送来的数据，并将数据打包后发送到对应的数据转换接口；

接收分布式数据处理部分负责接收数据转换接口的数据，对所接收数据解析后暂存，并通知用于接收的数字信号处理器读取。

2.如权利要求1所述的第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置，其特征在于，所述发送分布式数据处理部分包括：发送打包、发送多路复用、先进先出写入三部分功能模块；

先进先出写入模块用于暂存用于发送的数字信号处理器从存储模块移入的数据；发送多路复用模块根据时钟控制信号将先进先出写入模块中的数据解复用到发送打包模块不同通道进行打包；发送打包模块负责把接收到的天线数据加载上TR-LINK协议再发送给数据转换接口；

接收分布式数据处理部分包括：接收解包、接收多路复用、先进先出读取三部分功能模块；

接收解包模块先对数据转换接口发来的数据进行解析，将去掉协议的数据发送给接收多路复用模块；接收多路复用模块接收解析后数据，并对其进行复用后发送给先进先出读取模块存储；先进先出读取模块暂存用于接收的数字信号处理器要移出到存储模块的数据。

3.如权利要求1所述的第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置，其特征在于，所述数据转换接口可为PCI、HPI接口，可与计算机连接而进行数据交互。

4.如权利要求1所述的第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置，其特征在于，所述数据转换接口可为低电压差分信号接口、串行/解串接口组合接口及光电接口，用于模拟数据和数字数据之间的互相转换。

5.如权利要求1所述的第三代移动通信系统中基带协议数据测试装置，其特征在于，所述存储模块包括有同步动态随机存储器或双倍速率同步动态随机存储器，用于存储解析后数据、打包前数据；电可擦可编程只读存储器，用于存储相关指令数据。

6.一种利用权利要求1所述基带协议数据测试装置的测试系统，其特征在于，该系统包括测试用计算机、数据测试仪和具有发射或接收能力的时分同步码分多址通信系统的待测设备，所述基带协议数据测试装置连接于测试用计算机，并通过数据转换接口连接于待测设备，待测设备及数据测试仪受控于测试用计算机；测试用计算机生成待发送数据，经基带协议数据测试装置打包处理后发送至待测设备，经相应处理后发送至数据测试仪，数据测试仪根据采样到的数据判断待测设备的接收和处理通道是否正常；测试用计算机生成待发送数据，经待测设备打包处理后发送至基带协议数据测试装置，经相应处理后发送至测试用计算机，测试用计算机根据采样到的数据判断待测设备的接收和处理通道是否正常。

7.如权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述待测设备可为节点B中的射频单元或基带单元。

8.如权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述数据测试仪可为频谱分析仪、报文监测分析仪，用于数据监测分析，并将分析结果输出。

9.如权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述基带协议数据测试装置与测试用计算机之间可通过PCI、HPI接口连接。

10.如权利要求6所述的测试系统，其特征在于，所述数据转换接口可为低电压差分信号接口、串行/解串接口组合接口及光电接口，用于模拟数据和数字数据之间的互相转换。

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