VCP的輸入為DSP軟件根據(jù)待譯碼數(shù)據(jù)計(jì)算得到的分支度量。若為硬判決,每個(gè)輸出符號(hào)用1bit表示;若為軟判決,每個(gè)輸出符號(hào)用16bit表示,VCP也計(jì)算Vterbi譯碼的質(zhì)量指示Yamamoto比特。VCP的可編程參數(shù)包括：約束長(zhǎng)度K（5、6、7、8、9）、編碼速率r(1/2、1/3、1/4)、編碼器生成多項(xiàng)式、編碼塊長(zhǎng)度F、是否使用滑窗及滑窗參數(shù)（可靠程度R、收斂長(zhǎng)度C）、硬判決還是軟判決、計(jì)算狀態(tài)矩陣的初始條件、質(zhì)量指示Yamamoto比特門(mén)限等。
VCP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中EDMA接口包含譯碼輸入數(shù)據(jù)FIFO和輸出數(shù)據(jù)FIFO;存儲(chǔ)單元包含存儲(chǔ)器內(nèi)部狀態(tài)矩陣和判決的回溯路徑;運(yùn)算單元根據(jù)輸入分支度量進(jìn)行加、比較、選擇運(yùn)算和回溯;VCPINT為VCP譯碼完成后到DSP內(nèi)核的中斷;VCPXEVT觸發(fā)EDMA通道29,搬移VCP的可編程配置參數(shù)或待譯碼數(shù)據(jù)的分支度量到VCP內(nèi)部寄存器或內(nèi)部輸入FIFO;VCPREVT觸發(fā)EDMA通道28,從VCP輸出FIFO搬移譯碼結(jié)果到DSP內(nèi)部或外部存儲(chǔ)區(qū)。
DSP協(xié)同VCP進(jìn)行譯碼處理的過(guò)程如下：
（1）DSP初始化輸入緩沖區(qū)。DSP根據(jù)待譯碼數(shù)據(jù)預(yù)先計(jì)算其分支度量（分支度量的計(jì)算見(jiàn)參考文獻(xiàn)[5]）,并寫(xiě)入指定的緩沖區(qū)。
（2）DSP分配輸出緩沖區(qū),準(zhǔn)備存儲(chǔ)譯碼結(jié)果。
（3）準(zhǔn)備VCP的寄存器配置參數(shù)。這些參數(shù)首先準(zhǔn)備好放在DSP的內(nèi)存或外存,當(dāng)VCP啟動(dòng)時(shí)由EDMA寫(xiě)入VCP內(nèi)部寄存器。
（4）設(shè)置EDMA參數(shù)。設(shè)置EDMA通道29參數(shù),由VCPXEVT觸發(fā),搬移VCP配置參數(shù)到VCP內(nèi)部寄存器,搬移待譯碼數(shù)據(jù)的分支度量到VCP內(nèi)部輸入FIFO;設(shè)置EDMA通道28參數(shù),由VCPREVT觸發(fā),從VCP輸出FIFO搬移VCP譯碼結(jié)果到DSP指定的輸出緩沖區(qū)。
（5）使能EDMA。使能EDMA通道28和29,使其可以響應(yīng)VCPXEVT和VCPREVT同步觸發(fā)事件。
（6）啟動(dòng)VCP。DSP寫(xiě)“開(kāi)始”命令到VCP內(nèi)部的命令寄存器（VCPEXE）,這會(huì)使VCP生成VCPXEVT事件,觸發(fā)EDMA通道29,搬移配置參數(shù)和待譯碼數(shù)據(jù)的分支度量到VCP。
（7）處理VCP譯碼結(jié)果。VCP譯碼完成后會(huì)觸發(fā)EDMA,由EMDA通道28搬移譯碼結(jié)果到DSP指定的輸出緩沖,還會(huì)產(chǎn)生到DSP內(nèi)核的中斷。DSP應(yīng)響應(yīng)這個(gè)中斷,對(duì)譯碼結(jié)果進(jìn)行處理。
VCP的工作頻率為150MHz,最大可處理558路7.95 ARM語(yǔ)音信道。對(duì)于3G ARM 12.2K語(yǔ)音信道,約束長(zhǎng)度為9,編碼速率為1/3,編碼數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為81,當(dāng)信噪比SNR為1dB時(shí)譯碼結(jié)果的誤碼率BER為1.00E-02,當(dāng)信噪比SNR為3.25dB時(shí)譯碼結(jié)果的誤碼率BER為1.00E-05。
3 Turbo譯碼協(xié)處理器TCP
在WCDMA、CDMA2000系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)傳輸采用Turbo碼。Turbo譯碼算法包括軟輸出Viterbi算法（SOVA）、最大后驗(yàn)概率算法（MAP）。TMS320C6416中的TCP中采用的是MAX*-LOG-MAP譯碼算法。
TCP執(zhí)行的譯碼算法是一種迭代MAP算法,原理框圖如圖3所示。第一個(gè)MAP譯碼器接收信息比特R0和校驗(yàn)比特R1,產(chǎn)生的軟輸出A1e進(jìn)行交織作為對(duì)先驗(yàn)概率的改進(jìn)估計(jì),輸入到第二個(gè)MAP譯碼器中。第二個(gè)MAP譯碼器還同時(shí)輸入接收信息序列的交絞序列/RO和校驗(yàn)比較序列R2,譯碼產(chǎn)生的軟輸出A2e進(jìn)行解交織并作為第一個(gè)MAP譯碼器的先驗(yàn)概率,這樣反復(fù)進(jìn)行,成為迭代譯碼。經(jīng)過(guò)多次迭代后,對(duì)第二個(gè)MAP譯碼器的輸出結(jié)果A2進(jìn)行解交織和硬判決,作為T(mén)urbo譯碼器的譯碼結(jié)果。
TCP有兩種譯碼模式,當(dāng)編碼塊長(zhǎng)度大小等于5114時(shí),TCP完成MAP算法和整個(gè)迭代過(guò)程,直接輸出譯碼硬判決結(jié)果;當(dāng)編碼塊長(zhǎng)度大于5114（僅對(duì)CDMA2000而言）時(shí),TCP僅完成MAP算法,多次迭代、交織、解交織和硬判決由DSP軟件來(lái)完成。對(duì)WCDMA系統(tǒng)而言,編碼塊長(zhǎng)度小于等于5114,此時(shí)TCP完成整個(gè)譯碼過(guò)程。
待譯碼數(shù)據(jù)的系統(tǒng)信息位和校驗(yàn)位必須由DSP進(jìn)行8比特量化處理。8比特中第一位為符號(hào)位,接著四位是整數(shù)位,最后三位為小數(shù)位（具體計(jì)算見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]）。量化后才能輸入到TCP進(jìn)行譯碼。TCP譯碼后每個(gè)輸出符號(hào)用1bit表示。TCP的可編程配置參數(shù)包括：編碼速率r(1/3、1/4)、編碼塊長(zhǎng)度F、譯碼模式選擇、最大迭次數(shù)、停止迭代的信噪比（SNR）門(mén)限等。DSP輸入到TCP的數(shù)據(jù)還包括Turbo碼交織表。
TCP的結(jié)構(gòu)框圖和VCP的結(jié)構(gòu)框圖類(lèi)似,如圖4所示。輸入數(shù)據(jù)（待譯碼數(shù)據(jù)、配置參數(shù)、交織表）都由EDMA通道31輸入到TCP內(nèi),EDMA通道31由TCP發(fā)出的同步事件TCPXEVT觸發(fā);譯碼結(jié)果由EDMA通道30從TCP內(nèi)搬移到DSP指定的存儲(chǔ)區(qū),EDMA通道30由TCP發(fā)出的同步事件TCPREVT觸發(fā);TCP譯碼完成后也生成一個(gè)到DSP內(nèi)核的中斷TCPINT。
（1）DSP初始化輸入緩沖區(qū)。DSP對(duì)待譯碼數(shù)據(jù)進(jìn)行8bit量化并寫(xiě)放指定緩沖區(qū),Turbo碼交織表也寫(xiě)入指定緩沖區(qū)。
（2）DSP分配輸出緩沖區(qū),準(zhǔn)備存儲(chǔ)結(jié)果。
（3）準(zhǔn)備TCP的寄存器配置參數(shù),TCP啟動(dòng)后由EDMA寫(xiě)入TCP內(nèi)部寄存器。
（4）設(shè)置EDMA參數(shù)。設(shè)置EDMA通道30、31參數(shù),由TCP的兩個(gè)同步事件觸發(fā),控制EDMA向TCP輸入數(shù)據(jù)和從TCP輸出譯碼結(jié)果。
（5）使能EDMA。使能EDMA通道30和31,使其可以響應(yīng)TCPXEVT和TCPREVT同步觸發(fā)事件。
（6）啟動(dòng)TCP。DSP寫(xiě)“開(kāi)始”命令到TCP內(nèi)部命令寄存器,這會(huì)使TCP生成TCPXEVT事件,觸發(fā)EDMA通道31,搬移待譯碼數(shù)據(jù)、交織表、寄存器配置參數(shù)到TCP。
（7）處理TCP譯碼結(jié)果。TCP譯碼完成后會(huì)觸發(fā)EDMA通道30輸出譯碼結(jié)果,還會(huì)產(chǎn)生到DSP內(nèi)核的中斷。DSP響應(yīng)這個(gè)中斷,對(duì)譯碼結(jié)果進(jìn)行處理。
TCP的工作頻率為300MHz,最大可處理29路384K數(shù)據(jù)信道;對(duì)編碼速率1/3、編碼塊長(zhǎng)度為3840的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行6次迭次譯碼所需時(shí)間為0.3ms。對(duì)于編碼速率1/3、編碼塊長(zhǎng)度為1400的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行8次迭代譯碼,當(dāng)信噪比SNR為0.8dB時(shí)譯碼結(jié)果的誤碼率BER為1.00E-04,當(dāng)信噪比SNR為1.6dB時(shí)譯碼結(jié)果的誤碼率BER為5.00E-08。
4 TMS320C6416在WCDMA基站上行鏈路基帶處理中的應(yīng)用
TMS320C6416在WCDMA基站上行鏈路基帶處理中的應(yīng)用方案如圖5所示。在該方案中,經(jīng)過(guò)射頻接收、A/D轉(zhuǎn)換、中頻處理后的數(shù)據(jù)送到FPGA/ASIC,FPGA/ASIC完成碼片速率級(jí)處理如RAKE接收等;然后送到DSP,DSP（TMS320C6416）主要進(jìn)行符號(hào)速率級(jí)算法處理,如第二次解交織、物理信道合并、傳輸信道解復(fù)用、解速率匹配、合并無(wú)線幀、第一次解交織、Viterbi譯碼/Turbo譯碼、去CRC校驗(yàn)比特、FP幀組成等。外部主CPU完成信令面協(xié)議的處理,同時(shí)控制整個(gè)單板。
DSP的16bit寬的EMIFB異步接口連接到FPGA/ASIC,用來(lái)控制FPGA/ASIC并讀取解調(diào)后的數(shù)據(jù);DSP的HPI接口連接到外部主CPU,外部主CPU通過(guò)HPI下發(fā)信道的建立、刪除等命令;DSP的64bit寬的EMIFA接口連接到一個(gè)外部SDRAM,用來(lái)緩存處理過(guò)程中的中間數(shù)據(jù);UTOPIA接口連接到接口電路,把FP幀轉(zhuǎn)換成ATM信元進(jìn)而送到RNC進(jìn)行上層業(yè)務(wù)處理。
在WCDMA系統(tǒng)中,移動(dòng)終端發(fā)出的信號(hào)通過(guò)空中接口到達(dá)無(wú)線基站。在基站中經(jīng)過(guò)射頻接收、中頻處理、RAKE接收,然后進(jìn)行信道解復(fù)用、解交織和Viterbi/Turbo譯碼處理。在沒(méi)有采用TMS320C6416的系統(tǒng)中,兩種譯碼可以由DSP軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),但這會(huì)大大降低DSP處理其它業(yè)務(wù)的能力;譯碼也可以由外部FPGA/ASIC硬件實(shí)現(xiàn),但這會(huì)增加單板器件的密度和功耗。TMS320C6416除了具有比一般DSP更強(qiáng)大的處理能力外,內(nèi)部還集成了一個(gè)Viterbi譯碼處理器和Turbo譯碼協(xié)處理器,提供的符號(hào)率處理性能幾乎是TMS320C6203的十幾倍,因此TMS320C6416十分適合3G基站基帶符號(hào)速率級(jí)處理。
TMS320C6203現(xiàn)已用在大多數(shù)無(wú)線設(shè)備制造商的3G基站設(shè)計(jì)中。為了在低功耗和低成本下具有更大的通道密度,這些廠商需重新設(shè)計(jì)他們的設(shè)備。而TMS320C6416目標(biāo)代碼與TMS320C6203兼容,軟件移值方便,再加上TMS320C6416具有的強(qiáng)大處理能力和低功耗特性,目前已有很多無(wú)線設(shè)備制造商打算在3G基站設(shè)計(jì)中采用TMS320C6416。
