專利名稱：寬帶fft信道分路器的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)(例如蜂窩和個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS))并且更具體地是面向一種新的改進(jìn)的收發(fā)機(jī)裝置，其接收機(jī)部分包括一個(gè)寬帶的、基于快速傅立葉變換(FFT)的信道分路器，以便從數(shù)字化的中頻(IF)信號(hào)中提取多個(gè)信道，并包括一組數(shù)字抽樣率變換器，對(duì)每個(gè)信道進(jìn)行最佳的抽樣定時(shí)調(diào)整，其發(fā)射機(jī)部分包括一個(gè)寬帶、基于逆FFT的合路器，以便將多個(gè)數(shù)字化的基帶信道合成一個(gè)單一的IF信號(hào)用于發(fā)射。
發(fā)明的背景為了在一個(gè)廣闊的地理區(qū)域上提供多信道的話音和數(shù)據(jù)通信，無線(例如，蜂窩)通信業(yè)務(wù)提供者目前在有保護(hù)及可維護(hù)的設(shè)施(例如，建筑物)中安裝收發(fā)器基站。因?yàn)槟壳坝脕韺?shí)現(xiàn)用于單個(gè)蜂窩信道的信號(hào)處理設(shè)備的大量的硬件，每個(gè)基站一般要為提供給業(yè)務(wù)提供者的只是很有限的一部分頻譜而配置成具有多信道通信的能力。典型的基站可包括三到五個(gè)設(shè)備架，容納多套獨(dú)立的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)信號(hào)處理組件，以便為可用的帶寬(例如，12MHz)內(nèi)的總信道數(shù)(例如，400-30kHz)中規(guī)定的一部分(例如，48)服務(wù)。基站的多個(gè)(例如，48)窄帶(30kHz)信道單元中典型的一個(gè)的接收機(jī)部分在

圖1中示意性地說明為包括一組專用的信號(hào)處理組件，包括前端或下變頻部分10、中頻(IF)部分20和基帶部分30。
前端部分10由收發(fā)機(jī)站點(diǎn)處的天線12所連接的低噪聲放大器11、射頻到中頻(RF-IF)下變頻轉(zhuǎn)換混頻器13和有關(guān)的IF本振15組成。IF部分20由混頻器13的輸出所連接的帶通濾波器21、放大器23、IF-基帶混頻器25以及有關(guān)的基帶本振27組成。帶通濾波器21的中心在12MHz寬蜂窩話音/數(shù)據(jù)通信頻段的400-30kHz的子部分中相應(yīng)的一個(gè)上，帶寬為100kHz，在圖2的多信道頻譜分布圖中示意性地說明。
基帶部分30包括低通(抗混淆)濾波器31、模數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換器33、用作解調(diào)器和糾錯(cuò)器的數(shù)字信號(hào)處理單元35以及有關(guān)的電話(例如T1載體)單元37，處理過的信道信號(hào)通過該單元連接到輔助的電話系統(tǒng)設(shè)備中。A-D變換器33的抽樣率典型地在75K抽樣/秒的量級(jí)上。通過A-D變換器33數(shù)字化的窄帶信道信號(hào)由數(shù)字信號(hào)處理(DSP)單元35解調(diào)，恢復(fù)其中的話音/數(shù)據(jù)信號(hào)用于電話載體單元37。(連接一個(gè)類似的專用信號(hào)處理發(fā)射機(jī)部分，作為接收機(jī)部分的補(bǔ)充，以便接收來自電話系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)字饋入并給收發(fā)機(jī)站點(diǎn)處的天線輸出一個(gè)上變頻的RF信號(hào)。)對(duì)于一個(gè)典型的城市服務(wù)區(qū)，為了在提供給業(yè)務(wù)提供者的整個(gè)帶寬(例如，12MHz)內(nèi)使業(yè)務(wù)覆蓋最佳化，并且為了保證在基站所處的分散的收發(fā)機(jī)站點(diǎn)之間無干擾的覆蓋，蜂窩收發(fā)機(jī)站點(diǎn)地理分布習(xí)慣上處于彼此相鄰的六角形網(wǎng)眼中(七個(gè)網(wǎng)眼組成一組)。因此，每個(gè)網(wǎng)眼有它自己的容量有限的多架基站，為可用的400個(gè)信道的各自不同的一個(gè)子集服務(wù)，藉此，在廣闊的地理區(qū)域上，可以規(guī)定相應(yīng)網(wǎng)眼內(nèi)的頻率分配和相鄰網(wǎng)眼組之間的劃分以便有效地防止網(wǎng)絡(luò)的任何信道間的相互干擾。
很容易理解的是，由于每個(gè)信道具有分散在多個(gè)設(shè)備架上的組件，例如上面參考圖1描述的組成一個(gè)典型信道接收機(jī)部分的那些組件，因此地理上選址、安裝和維護(hù)這樣的設(shè)備所用的成本及人力就不是微不足道的。確實(shí)，無論是在所處的位置的意義上還是相應(yīng)的收發(fā)機(jī)站點(diǎn)可以提供的可用帶寬覆蓋范圍的意義上，業(yè)務(wù)提供者都希望使用更靈活的設(shè)備。在非城市地區(qū)更是如此，這里所希望的蜂窩覆蓋可能集中在高速公路沿線，一般的48信道收發(fā)機(jī)站點(diǎn)的有限容量就不夠用了，而且在這里不一定很容易提供多架設(shè)備所需的相對(duì)較大的、安全的且具有保護(hù)性的結(jié)構(gòu)。
盡管寬帶發(fā)射機(jī)在過去曾用于某些其它的應(yīng)用中，但是可能有幾個(gè)原因使它們未在諸如蜂窩和其它PCS系統(tǒng)這樣的多信道系統(tǒng)中找到廣泛的應(yīng)用。其一與每個(gè)被接收的信道信號(hào)是包括一串符號(hào)的數(shù)字編碼信號(hào)這個(gè)事實(shí)有關(guān)。在這樣的情況下，數(shù)字信號(hào)處理器35所使用的恢復(fù)算法典型地需要A-D變換器33提供的抽樣在每個(gè)符號(hào)的峰值幅度時(shí)間處或附近來提取，以便最大化正確檢測(cè)每個(gè)符號(hào)的概率。
在如上所述的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，本地時(shí)鐘同步到最佳的抽樣時(shí)間是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。這是因?yàn)槊總€(gè)信道是分別處理的，因此A-D變換器33的信道信號(hào)的輸出代表了只是來自一個(gè)信道的信息。因此，本地接收機(jī)時(shí)鐘可以使用常見的鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)來同步，為同步到符號(hào)率的A-D變換器33產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘選通脈沖。
但是如果系統(tǒng)使用一個(gè)寬帶的前端，例如低通濾波器31覆蓋幾個(gè)信道所占的帶寬，那么來自多個(gè)信道的信號(hào)將出現(xiàn)在A-D變換器33的輸出中。在一個(gè)典型的蜂窩或其它PCS系統(tǒng)中，信道信號(hào)沒有彼此同步的需要。因此，沒有唯一的最佳抽樣時(shí)間，而且傳統(tǒng)的鎖相技術(shù)也不能用于同步A-D變換器33。
此外，即使可以獨(dú)立地控制多數(shù)字信道信號(hào)所采樣的速率，這個(gè)速率一般不能保證是符號(hào)率的一個(gè)整倍數(shù)。這就使在每個(gè)數(shù)字信道信號(hào)中恰當(dāng)?shù)赝椒?hào)抽樣的問題變惡化了，因?yàn)樯踔翑?shù)字符號(hào)率中的一個(gè)很小差別會(huì)很快地在即使是短時(shí)信道信號(hào)的持續(xù)時(shí)間中累積，因此使抽樣定時(shí)再次偏離。
發(fā)明的概述根據(jù)本發(fā)明，有限信道容量和與多信道無線通信業(yè)務(wù)提供者目前所使用的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)有關(guān)的相當(dāng)大的硬件需求，以及上面所描述的抽樣率同步問題，通過一種新的改進(jìn)的、相當(dāng)緊湊的多信道收發(fā)機(jī)裝置得以有效地避免，使得相當(dāng)大地降低無線(話音和數(shù)據(jù))通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)機(jī)站點(diǎn)的大小和硬件復(fù)雜性變?yōu)榭赡堋?br> 因此收發(fā)機(jī)可以很容易地安置在多種安裝站點(diǎn)上，例如辦公樓的吊頂上或電器設(shè)施的桿子上，同時(shí)具有提供跨越業(yè)務(wù)提供者所提供的整個(gè)信道容量的多信道通信業(yè)務(wù)(例如，大于100條信道)的能力，而不是可用信道的一個(gè)子集。
因此，本發(fā)明的收發(fā)機(jī)裝置包括具有寬帶離散傅立葉變換(DFT)信道分路器的接收機(jī)部分，處理多個(gè)信道的數(shù)字化的接收信號(hào)，并包括含有寬帶逆DFT合路器的發(fā)射機(jī)部分，處理多個(gè)數(shù)字化的發(fā)射信道信號(hào)。依據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，DFT信道分路器和DFT合路器可以、但不限于用一個(gè)快速傅立葉變換(FFT)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楫?dāng)變換的大小是二的方冪時(shí)快速傅立葉變換是計(jì)算離散傅立葉變換的一個(gè)有效算法。
多信道接收機(jī)單元的工作是接收多個(gè)輸入的通信信道信號(hào)并輸出代表多個(gè)輸入的通信信道信號(hào)內(nèi)容的數(shù)字信號(hào)。連接一個(gè)基于DFT的信道分路器單元，以接收多信道接收機(jī)單元輸出的數(shù)字信號(hào)并輸出代表多信道接收機(jī)單元接收的相應(yīng)的幾個(gè)通信信道的內(nèi)容的相應(yīng)的數(shù)字信道信號(hào)。
基于DFT的信道分路器所輸出的數(shù)字信道信號(hào)隨后饋入一組抽樣率變換器，每個(gè)相應(yīng)的通信信道有一個(gè)抽樣率變換器。速率變換器通過確定在每個(gè)信道產(chǎn)生最佳抽樣的時(shí)間位置上插值的數(shù)字信道信號(hào)值來工作，即使用該速率的數(shù)字信道分路器提供的輸出抽樣不是符號(hào)率的整數(shù)倍。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)速率變換器用抽取的、線性相位、低通數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)，例如有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器，這里每個(gè)信道的濾波器系數(shù)通過在每個(gè)數(shù)字信道信號(hào)的前導(dǎo)部分期間確定抽樣相位差來分別選擇。
然后相應(yīng)的插值的數(shù)字信道輸出提供給第一組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元，信道分路器輸出的每一個(gè)數(shù)字信道信號(hào)輸出都有一個(gè)相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理器單元與之關(guān)聯(lián)。數(shù)字信號(hào)處理器單元處理(例如，解調(diào))相應(yīng)的數(shù)字信道信號(hào)，然后將處理過的數(shù)字信道信號(hào)在相應(yīng)的輸出端口提供，以便發(fā)布到輔助的話音/數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
在發(fā)射一邊，收發(fā)機(jī)包括第二套數(shù)字信號(hào)處理器單元，分別關(guān)聯(lián)于將分別在不同頻道上發(fā)射的多個(gè)入(話音/數(shù)據(jù))通信信號(hào)中相應(yīng)的幾個(gè)，而且其工作是處理多個(gè)入通信信號(hào)中相應(yīng)的幾個(gè)并在相應(yīng)的輸出端口提供這幾個(gè)處理過的通信信道信號(hào)，供逆DFT處理合成器單元使用。連接基于逆DFT的合成器單元以接收第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元處理的通信信道信號(hào)并輸出代表第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元處理的通信信道信號(hào)內(nèi)容的合成信號(hào)。
然后多信道發(fā)射機(jī)單元再根據(jù)基于離散傅立葉變換的合路器單元輸出的合成信號(hào)發(fā)射一個(gè)多頻通信信道信號(hào)。
更具體地是，根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)射和接收通道上采用的基于DFT的信道分路器和合路器使用了卷積和消卷積濾波器，可用重疊和相加濾波器單元或多相濾波器單元來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，寬帶信道分路器使用了一個(gè)重疊和相加濾波器結(jié)構(gòu)，與FFT處理器一起產(chǎn)生數(shù)字信道信號(hào)。在這個(gè)實(shí)施例中，寬帶接收機(jī)中高速A-D變換器輸出的數(shù)字化的數(shù)據(jù)抽樣首先提供給重疊和相加單元。當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)抽樣饋入一個(gè)輸入速率緩沖器中時(shí)，為對(duì)輸入信號(hào)提供增益控制并保證完全利用A-D變換器的動(dòng)態(tài)范圍，一個(gè)幅度監(jiān)視單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。(為了這個(gè)目的，幅度監(jiān)視單元的輸出反饋到寬帶接收機(jī)，控制A-D變換器前面的衰減器。)當(dāng)速率緩沖器包含M個(gè)數(shù)據(jù)抽樣組成的一個(gè)完整的“塊”時(shí)，它對(duì)控制單元發(fā)信號(hào)，以便開始處理該塊。一個(gè)塊中數(shù)據(jù)抽樣的個(gè)數(shù)，M，等于信道分路器的抽取率，它由輸入抽樣率除以兩倍的復(fù)信道抽樣率所得的最接近的整數(shù)來給出。
當(dāng)輸入抽樣率較大時(shí)(30MHz的量級(jí)上)，也可使用半帶寬濾波器降低數(shù)據(jù)的時(shí)鐘速率。半帶寬濾波器執(zhí)行數(shù)據(jù)實(shí)數(shù)到復(fù)數(shù)的變換，且以2抽取數(shù)據(jù)和時(shí)鐘速率。降低時(shí)鐘對(duì)用目前的集成電路實(shí)現(xiàn)濾波結(jié)構(gòu)是很必要的。如果輸入的時(shí)鐘速率相當(dāng)?shù)?，或?dāng)將來技術(shù)提供的處理能力提高時(shí)，半帶寬濾波器可能就不必要了。
M個(gè)抽樣以高于輸入抽樣時(shí)鐘率的速率、成組地按時(shí)鐘節(jié)拍移出速率緩沖器進(jìn)入半帶寬濾波器，以便適應(yīng)需要N個(gè)抽樣的FFT處理器的大小，這里N大于M。這就意味著重疊和相加濾波器必須以高于輸入抽樣率一半的時(shí)鐘速率工作。
來自半帶寬濾波器的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)值按時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)入重疊和相加濾波器中所用的移位寄存器。重疊和相加濾波器是一個(gè)截止頻率為信道帶寬一半的實(shí)數(shù)值的低通濾波器。重疊和相加濾波器的基本結(jié)構(gòu)類似于有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。但是，本發(fā)明的濾波器與一般的FIR濾波器不同在于使用了反饋復(fù)用器和濾波器抽頭之間的長(zhǎng)延遲線單元。
更具體的是，重疊和相加濾波器中的移位寄存器優(yōu)選地用級(jí)連的延遲存儲(chǔ)器單元組并交織以“反饋”復(fù)用器來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的抽頭、或?yàn)V波器的級(jí)由一對(duì)串聯(lián)的存儲(chǔ)器部分、一個(gè)反饋復(fù)用器、一個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器和一個(gè)系數(shù)乘法器組成。每個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)相應(yīng)的一組濾波器系數(shù)，個(gè)數(shù)與重疊和相加濾波器的輸出要發(fā)送到的FFT處理器的大小相對(duì)應(yīng)。
在信道分路器濾波器結(jié)構(gòu)的一個(gè)示范實(shí)施例中，可以使用四個(gè)重疊和相加濾波器抽頭級(jí)。相應(yīng)的抽頭級(jí)的乘法器輸出相加在一起。在一個(gè)存儲(chǔ)器部分中，輸入存儲(chǔ)器級(jí)的長(zhǎng)度等于抽取率M；輸出存儲(chǔ)器級(jí)的長(zhǎng)度表示濾波器“重疊”等于N-M，這里N是FFT處理器的大小。
為了使FFT處理器處理每個(gè)M輸入抽樣塊，需要N個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，以便提供足夠數(shù)目的數(shù)據(jù)抽樣給FFT處理器用于FFT處理。在N個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的前M個(gè)中，M個(gè)抽樣按時(shí)鐘節(jié)拍通過速率緩沖器和半帶寬濾波器并通過濾波器的存儲(chǔ)器級(jí)，后者實(shí)際上是一個(gè)移位寄存器。在這個(gè)時(shí)間段中，數(shù)據(jù)從左到右移位通過移位寄存器的每個(gè)存儲(chǔ)器部分。對(duì)于N個(gè)數(shù)據(jù)抽樣中剩下的N-M個(gè)樣值，數(shù)據(jù)沒有按時(shí)鐘節(jié)拍移出速率緩沖存儲(chǔ)器，而且沒有數(shù)據(jù)移位通過每個(gè)抽頭級(jí)的輸入存儲(chǔ)器。換句話說，數(shù)據(jù)沒有移位通過移位寄存器，只有輸出存儲(chǔ)器仍按時(shí)鐘節(jié)拍工作。輸出存儲(chǔ)器的這種時(shí)鐘關(guān)系是使所要求的重疊相加操作有效而使用的機(jī)制。
當(dāng)濾波器抽頭級(jí)產(chǎn)生的相應(yīng)的系數(shù)權(quán)重?cái)?shù)據(jù)抽樣相加時(shí)，在重疊和相加濾波器的輸出產(chǎn)生N-抽樣、被混淆的、被卷積的輸出數(shù)據(jù)序列。這個(gè)數(shù)據(jù)序列又存入隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(RAM)中，準(zhǔn)備用于FFT處理器。
為了保持通過量達(dá)到高處理速率，F(xiàn)FT處理器一般包括多個(gè)FFT機(jī)(engine)，以適當(dāng)?shù)腇FT大小對(duì)它們編程，該大小與感興趣的信號(hào)處理參數(shù)有關(guān)。用多個(gè)FFT機(jī)實(shí)現(xiàn)FFT處理器保證了數(shù)據(jù)通過量，因?yàn)閱蝹€(gè)引擎的處理時(shí)間一般比收集處理所需的N個(gè)抽樣所需要的時(shí)間要長(zhǎng)些。
根據(jù)一種實(shí)用的實(shí)施例，F(xiàn)FT機(jī)可以使用一種FFT大小是四的冪的4-基(塊浮點(diǎn))算法。對(duì)于512點(diǎn)的FFT處理器，所有512頻率點(diǎn)(bin)的產(chǎn)生是通過使用施加了頻率抽取的2-基蝶形運(yùn)算的兩個(gè)256點(diǎn)FFT來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于512點(diǎn)的FFT，抽樣從RAM讀出并提供給算術(shù)邏輯單元(ALU)，后者將連續(xù)的偶數(shù)據(jù)抽樣對(duì)相加并減去連續(xù)的奇數(shù)據(jù)抽樣對(duì)。對(duì)于偶數(shù)據(jù)抽樣的處理，ALU輸出的求和值直接提供給FFT處理器引擎。為了產(chǎn)生512點(diǎn)FFT的奇數(shù)點(diǎn)(bin)，當(dāng)奇數(shù)點(diǎn)(bin)數(shù)據(jù)抽樣從RAM中讀出時(shí)，ALU提供的數(shù)據(jù)抽樣間的差被數(shù)控振蕩器、調(diào)制器乘以WNn，并按時(shí)鐘節(jié)拍入FFT處理器。
由于FFT機(jī)使用了塊浮點(diǎn)運(yùn)算(隨復(fù)FFT數(shù)據(jù)輸出四比特標(biāo)度因子)，使用了一種標(biāo)度邏輯電路控制桶形移位電路，F(xiàn)FT機(jī)的輸出連接到該移位電路。當(dāng)數(shù)據(jù)從FFT機(jī)讀出時(shí)桶形移位電路根據(jù)標(biāo)度因子對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以便保證連續(xù)的FFT按相同標(biāo)度校準(zhǔn)。桶形移位電路的輸出連接到輸出RAM。
FFT處理器的輸出必須乘以一個(gè)復(fù)指數(shù)，WN-kmM，這里m是抽取率，k是FFT點(diǎn)(bin)數(shù)，M是FFT(塊)數(shù)。信道分路器的重疊相加實(shí)施例使用以下恒等式執(zhí)行等價(jià)操作x[(n-r)N]＝FFT(WN-rk*X[k])這里x[n]是FFT輸入序列，x[(n-r)N]是x[n]模N循環(huán)移位r次的結(jié)果。這個(gè)循環(huán)移位按照使FFT輸入數(shù)據(jù)序列循環(huán)移位的順序以存取處理過的數(shù)據(jù)值的方式尋址雙口輸出RAM。
因此FFT輸出若干數(shù)字信道信號(hào)，每個(gè)數(shù)字信道信號(hào)包括與特定信道有關(guān)的信號(hào)的一串抽樣。當(dāng)每個(gè)信道(頻率點(diǎn)(bin))FFT處理過的數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入輸出RAM時(shí)，一個(gè)跟隨的時(shí)分復(fù)用(TDM)的總線接口電路確定數(shù)據(jù)在TDM總線上，因此可以提供給總線上的數(shù)字信號(hào)處理器，該處理器用于插值、隨后解調(diào)并從信道數(shù)據(jù)中提取話音或數(shù)據(jù)。TDM總線上的數(shù)據(jù)優(yōu)選地分成多個(gè)時(shí)隙。連接處理器的總線通過常規(guī)的組幀信號(hào)同步到TDM總線，因此處理器將知道從中讀取數(shù)據(jù)的正確時(shí)隙。
在解調(diào)和從每個(gè)信道信號(hào)中提取話音和/或數(shù)據(jù)之前，數(shù)字信號(hào)處理器首先處理經(jīng)過由線性相位、插值低通數(shù)字濾波器組成的速率變換器的每個(gè)數(shù)字信道信號(hào)。通過適當(dāng)?shù)爻槿〔逯禂?shù)字濾波器的輸出，速率變換器在每個(gè)數(shù)字信道信號(hào)中調(diào)整抽樣值的有效時(shí)序。插值和抽取濾波器優(yōu)選地使用多速率數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，以最小化必要的運(yùn)算功能總數(shù)。
與每個(gè)輸入信道信號(hào)有關(guān)的相應(yīng)的速率變換器確定對(duì)應(yīng)于該信道最佳抽樣的插值數(shù)字信號(hào)值。具體地，每個(gè)速率變換器在峰值符號(hào)幅度的位置處或附近提供相應(yīng)數(shù)字信道信號(hào)的抽樣。算法上，速率變換器的功能等價(jià)于產(chǎn)生相應(yīng)FFT信道所對(duì)應(yīng)的輸出的零-填充擴(kuò)展，用低通、線形相位、有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器對(duì)零填充的信號(hào)濾波，然后抽取FIR濾波器的輸出信號(hào)，以便只選擇處于最接近峰值符號(hào)幅度的抽樣。
但是，實(shí)際上不是每個(gè)這樣的等價(jià)操作都要在算法上執(zhí)行，本發(fā)明利用某些多速率信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)減少得到同樣結(jié)果所需的操作次數(shù)。具體地，速率變換器由一個(gè)低通濾波器組成，該低通濾波器具有幾組可能的濾波器系數(shù)中的一個(gè)。各種有效的濾波器系數(shù)組代表在零-填充數(shù)字信道信號(hào)上操作的插值低通濾波器各種可能的相移。產(chǎn)生最佳輸出信號(hào)相位的特定的濾波器系數(shù)組在從數(shù)字信道信號(hào)中濾出實(shí)際數(shù)據(jù)前確定。例如，當(dāng)接收的數(shù)字信道信號(hào)的期望值預(yù)先知道時(shí)，典型地在數(shù)字信道信號(hào)的前導(dǎo)部分過程中完成這個(gè)任務(wù)。這就允許使用相關(guān)器確定通過FIR濾波器每個(gè)可能相移檢測(cè)的每個(gè)輸出信號(hào)能量。濾波器的最佳相移因此是具有最大相關(guān)功率電平的那一個(gè)。
因此，每個(gè)速率變換器也包括一個(gè)濾波器相位選擇機(jī)制，在檢測(cè)到相應(yīng)數(shù)字信道信號(hào)的前導(dǎo)部分目前正被接收時(shí)，該機(jī)制將濾波接收信道信號(hào)的結(jié)果與每個(gè)可能的插值低通濾波器相比較，確定可能的低通濾波器系數(shù)組中哪一個(gè)產(chǎn)生了正確檢測(cè)數(shù)字信道信號(hào)的數(shù)據(jù)部分中符號(hào)的最大概率。
可選地，速率變換器也可執(zhí)行抽樣率差值調(diào)整，以便作用于離散傅立葉變換提供的抽樣率和解調(diào)器期望的最佳抽樣率中必要的差值。為了進(jìn)行必要的抽樣定時(shí)調(diào)整，抽樣通過插值低通濾波器的時(shí)間通過以期望的輸出抽樣率操作的輸出抽樣計(jì)數(shù)器精確地控制。這個(gè)輸出抽樣計(jì)數(shù)器提供一個(gè)抽樣索引號(hào)，該號(hào)再與抽樣率調(diào)整因子相乘。這個(gè)乘法的結(jié)果用于控制插值濾波器目前處理哪個(gè)輸入抽樣，并且及時(shí)地調(diào)整在任意給定的瞬間使用的特定的濾波器系數(shù)組的索引。用這種方式，可以適應(yīng)輸入數(shù)字信道信號(hào)的期望抽樣率和輸出數(shù)字信道信號(hào)中的任意差值。來自信道分路器的插值數(shù)字信道輸出信號(hào)隨后提供給數(shù)字信號(hào)處理器執(zhí)行的解調(diào)器功能。
作為上述具有重疊和相加濾波器結(jié)構(gòu)的寬帶信道分路器的互補(bǔ)，多信道合路器的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)使用了一個(gè)定制的TDM總線，在相當(dāng)高的數(shù)據(jù)率上收集大量信道上的數(shù)據(jù)，因?yàn)閬碜运行诺赖目偤蛿?shù)據(jù)率一般要超過標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議(例如，VMEbusTM)的總線帶寬。
確定在TDM總線上的按信道分的(話音/數(shù)據(jù))信號(hào)的來源是DSP處理器，它將來自輔助的電話網(wǎng)絡(luò)的話音或數(shù)據(jù)信號(hào)格式化(例如，根據(jù)蜂窩標(biāo)準(zhǔn))并調(diào)制，因此提供一個(gè)基帶的分解信號(hào)。每個(gè)數(shù)據(jù)源指定一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙，當(dāng)合路器請(qǐng)求時(shí)在時(shí)隙中傳輸一個(gè)單個(gè)復(fù)抽樣。兩個(gè)源不能分配同一個(gè)時(shí)隙。時(shí)隙由系統(tǒng)控制器在系統(tǒng)初始化過程中(在VMEbusTM上的一個(gè)獨(dú)立的中心處理單元(CPU))分配。系統(tǒng)控制器也對(duì)合路器編程以便規(guī)定包含有效數(shù)據(jù)的所有時(shí)隙。
來自每個(gè)DSP處理器的抽樣通過來自TDM總線控制器和有關(guān)的緩沖器/驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)的請(qǐng)求提供給TDM總線。這個(gè)抽樣寫入一個(gè)輸入(RAM)緩沖器。TDM總線控制器將RAM緩沖器的尋址同步到TDM總線的組幀信號(hào)，因此保證每個(gè)信道寫入雙口RAM的適當(dāng)?shù)牡刂诽?。?dāng)合路器已從所有操作中的信道收集了數(shù)據(jù)時(shí)，TDM總線控制器將控制信號(hào)連接到FFT控制邏輯單元，使FFT控制邏輯單元啟動(dòng)FFT處理。
作為重疊相加信道分路器的前向FFT處理器功能的互補(bǔ)，重疊相加合路器進(jìn)行逆FFT處理。從實(shí)際應(yīng)用的觀點(diǎn)來看，逆FFT的產(chǎn)生使用前向FFT實(shí)現(xiàn)。FFT處理器的大小配置為比要合成的信道數(shù)大的一個(gè)2的方冪。為了保證通過量，F(xiàn)FT處理器包括多個(gè)FFT機(jī)，用與感興趣的信號(hào)處理參數(shù)有關(guān)的合適的FFT大小為其編程。用多個(gè)機(jī)實(shí)現(xiàn)FFT處理器保證了數(shù)據(jù)通過量，因?yàn)閱蝹€(gè)機(jī)的處理時(shí)間一般比收集處理所需的N個(gè)抽樣所需的時(shí)間要長(zhǎng)。
對(duì)規(guī)定(比較有限)數(shù)目的頻率點(diǎn)(bin)零按順序?qū)懭胍粋€(gè)FFT機(jī)。對(duì)于后續(xù)的多個(gè)點(diǎn)(bin)，數(shù)據(jù)從激活信道的輸入雙口RAM中讀出。如果信道不是激活信道，控制邏輯單元將零寫入點(diǎn)(bin)中。這些激活信道的標(biāo)識(shí)在系統(tǒng)初始化期間編入控制邏輯單元中。其余(比較有限)數(shù)目的點(diǎn)(bin)，寫入零。
為了使用前向FFT產(chǎn)生逆FFT，使用下列標(biāo)識(shí)x[n]＝K*FFT(X[((-k))K)，這里x[n]是x[k]的逆FFT，n是抽樣數(shù)，k是FFT點(diǎn)(bin)數(shù)，K是FFT大小，而X[((-k))K]等于序列x[k]的逆順序，模K。通過產(chǎn)生到FFT的輸入數(shù)據(jù)關(guān)于點(diǎn)(bin)0的鏡像，前向FFT成為以FFT大小標(biāo)度的逆FFT。當(dāng)向FFT機(jī)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)FT控制邏輯單元以逆順序?qū)ぶ份斎隦AM。
在重疊相加信道分路器中，為了在合路器結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生512點(diǎn)FFT，F(xiàn)FT機(jī)使用一種FFT大小為四的方冪的基-4(塊浮點(diǎn))算法。使用基-2時(shí)域抽取蝶形算法，N/2點(diǎn)FFT從512點(diǎn)輸入序列的偶和奇抽樣中產(chǎn)生。奇抽樣FFT數(shù)據(jù)值的乘法通過一個(gè)數(shù)控振蕩器、調(diào)制器(NCOM)實(shí)現(xiàn)。為了處理512點(diǎn)FFT的前256個(gè)點(diǎn)(bin)，通過一個(gè)ALU，雙口RAM的前一半的輸出與該RAM的后一半輸出相加。對(duì)于后256個(gè)點(diǎn)(bin)，兩個(gè)RAM一半的輸出彼此相減。為了容忍通過NCOM的傳播時(shí)延并保證適當(dāng)?shù)某闃訉?duì)由ALU處理，在從RAM到ALU的輸出通道中連接一組延遲寄存器。
合路器算法需要逆FFT的輸入序列乘上一個(gè)復(fù)指數(shù)，VKkmR，這里k是輸入頻率點(diǎn)(bin)數(shù)，K是逆FFT大小，m是逆FFT數(shù)，R是合路器的插值率，且Wk=e-j*2*π/K]]>。
使用一個(gè)數(shù)學(xué)恒等，這個(gè)乘法運(yùn)算可以通過逆FFT的輸出抽樣的循環(huán)移位進(jìn)行，即x[((n-r))k]＝逆FFT(Wrk*X[k])，這里r等于-mR。通過將逆FFT輸出抽樣循環(huán)-mR次，就產(chǎn)生了復(fù)指數(shù)的相移。這種循環(huán)通過FFT輸出尋址邏輯實(shí)現(xiàn)。
由于FFT機(jī)使用浮點(diǎn)塊算法產(chǎn)生FFT，該算法根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的特性提供一個(gè)標(biāo)度因子，在到ALU的信號(hào)流的輸入通道中連接桶形移位電路，以便將FFT數(shù)據(jù)調(diào)整到相同的標(biāo)度，為了后續(xù)處理恰當(dāng)?shù)匦?zhǔn)數(shù)據(jù)。
類似信道分路器，合路器的重疊和相加濾波器包括多個(gè)濾波器抽頭級(jí)。FFT大小和級(jí)數(shù)設(shè)定了濾波器的總長(zhǎng)度。該濾波器設(shè)計(jì)為實(shí)低通濾波器，截止頻率等于信道帶寬的一半。該濾波器的相應(yīng)級(jí)由移位寄存器的一對(duì)延遲存儲(chǔ)器單元中的一個(gè)或兩個(gè)、反饋復(fù)用器、系數(shù)存儲(chǔ)器、乘法器和內(nèi)部加法器組成。每個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)N個(gè)濾波器(權(quán)重)系數(shù)中相應(yīng)的一組，其數(shù)目對(duì)應(yīng)于FFT處理器的大小。來自ALU的FFT處理器的輸出分布到所有濾波器級(jí)的乘法器中并被每級(jí)的系數(shù)同時(shí)相乘。一個(gè)抽頭級(jí)乘法器的輸出與被累加的數(shù)據(jù)求和并通過抽頭級(jí)加法器中的延遲存儲(chǔ)器移位，以便用于濾波器的下一級(jí)。
濾波器的第一個(gè)抽頭級(jí)不需要輸入延遲存儲(chǔ)器部分，因?yàn)榱闶紫纫迫氲谝粸V波器級(jí)。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器的長(zhǎng)度通過濾波器插值率確定，插值率根據(jù)信道和輸出抽樣率定義。濾波器插值率，R，是和輸出和信道抽樣率的商的最接近的整數(shù)R＝round(輸出抽樣率/信道抽樣率)每個(gè)輸出延遲存儲(chǔ)器部分的長(zhǎng)度是R，而每個(gè)輸入延遲存儲(chǔ)器部分的長(zhǎng)度，也就是濾波器的重疊，是N-R。
插值率R也規(guī)定了重疊和相加濾波器所需的信號(hào)處理速率。為保證通過率，濾波器處理數(shù)據(jù)必須的最小時(shí)鐘速率如下給出
濾波器處理速率＝輸出率*N/R。
對(duì)于逆FFT處理器輸出的每N個(gè)抽樣，重疊和相加濾波器輸出R個(gè)抽樣。對(duì)于每個(gè)逆FFT的前R個(gè)抽樣，選擇通過復(fù)用器的第一輸入口。在這段時(shí)間中，所有數(shù)據(jù)按時(shí)鐘節(jié)拍輸入，濾波器最后一級(jí)中的加法器產(chǎn)生的求和值輸入到一個(gè)半帶寬濾波器。其余的N-R個(gè)抽樣，選擇每個(gè)復(fù)用器的第二端口，而且相應(yīng)級(jí)的內(nèi)部加法器的輸出反饋到它們的延遲存儲(chǔ)器部分。在這段時(shí)間中，輸入存儲(chǔ)器部分不移位，來自最后一級(jí)中加法器的數(shù)據(jù)不按時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)入半帶寬濾波器。與信道分路器中的重疊和相加濾波器一樣，最后N-R個(gè)抽樣的反饋提供濾波器的重疊。
半帶寬濾波器配置為一個(gè)提供復(fù)數(shù)到實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換的集成電路，將輸出抽樣率加倍。盡管整個(gè)合路器可以作為一個(gè)完全的實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，但是這需要所有的抽樣率、處理速率和FFT大小都加倍，增加了復(fù)雜性和成本。速率緩沖器連接到半帶寬濾波器的輸出端，以容納來自合路器的連續(xù)數(shù)據(jù)流。存儲(chǔ)在速率緩沖器中的數(shù)據(jù)通過輸出驅(qū)動(dòng)單元連接到輸出數(shù)據(jù)鏈路，用于收發(fā)機(jī)站點(diǎn)發(fā)射一邊的D-A變換器。速率緩沖器的半滿標(biāo)志通過控制信號(hào)線提供給控制邏輯電路，當(dāng)請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)向TDM總線接口單元發(fā)指示。當(dāng)存儲(chǔ)在速率緩沖器中的數(shù)據(jù)量降到容量的一半以下時(shí)，標(biāo)志變?yōu)闊o效，通知TDM總線接口從其激活信道請(qǐng)求信道數(shù)據(jù)以保持連續(xù)的輸出數(shù)據(jù)流。
同重疊和信道分路器結(jié)構(gòu)中一樣，為每個(gè)需要的輸出抽樣率提供相應(yīng)的振蕩器。要包括另一組邏輯電路以產(chǎn)生合路器使用的附加的時(shí)鐘信號(hào)。高速率振蕩器的時(shí)鐘輸出通過計(jì)數(shù)器分頻以產(chǎn)生必要的濾波器處理時(shí)鐘、TDM總線時(shí)鐘、以及FFT機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘。
本發(fā)明寬帶信道分路器的第二個(gè)實(shí)施例配置為多相濾波器結(jié)構(gòu)。與重疊相加信道分路器實(shí)施例中一樣，基于FFT的多相濾波器陣列分解(信道分路器)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)接收實(shí)時(shí)寬帶IF(中頻)信號(hào)并進(jìn)行頻率變換、分割成多個(gè)單獨(dú)的窄基帶分解信號(hào)。多相濾波信道分路器通過標(biāo)準(zhǔn)的VMEbustm接口(由電子電氣工程師協(xié)會(huì)(IEEE)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)Std1014-1987)提供對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的完全可編程控制并將分布在自定制、時(shí)分復(fù)用(TDM)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)信道化。
在多相信道分路器結(jié)構(gòu)中，輸入抽樣率是信道抽樣率的整數(shù)倍，意味著信道抽樣率必須是信道帶寬的倍數(shù)。信道化的數(shù)據(jù)通過信道分路器分為分解的基帶信號(hào)。信道分路器的輸入與來自上行寬帶數(shù)字接收機(jī)的A-D變換器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出鏈路接口。輸入抽樣時(shí)鐘速率通過接收的信道數(shù)和這些信道的帶寬來決定。與重疊和相加實(shí)施例一樣，幅度監(jiān)視邏輯電路監(jiān)視輸入數(shù)據(jù)，以便提供對(duì)輸入信號(hào)的自動(dòng)增益控制，并保證接收機(jī)中A-D變換器的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍都能利用。
輸入抽樣按時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)入半帶寬濾波器，進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)實(shí)數(shù)-到-復(fù)數(shù)的轉(zhuǎn)換。半帶寬濾波器也以二抽取數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的時(shí)鐘速率減半。然后復(fù)數(shù)據(jù)抽樣饋入多相濾波器的移位寄存器中，特別是，按時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)入第一濾波器級(jí)內(nèi)組成移位寄存器一部分的延遲存儲(chǔ)器中。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器的長(zhǎng)度等于信道分路器中FFT的大小。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器的輸出提供給系數(shù)乘法器，該乘法器以移位寄存器時(shí)鐘速率的I倍速率操作，這里I是過抽樣因子2。這表示延遲存儲(chǔ)器輸出端的每個(gè)抽樣在按時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)入下一個(gè)延遲存儲(chǔ)器之前，被乘以2(I＝2)濾波器系數(shù)。
在多相濾波器結(jié)構(gòu)的示范實(shí)施例中，使用了四個(gè)濾波器級(jí)。FFT大小、過抽樣因子、以及級(jí)數(shù)構(gòu)成了濾波器的總長(zhǎng)度。N濾波器系數(shù)存儲(chǔ)在每個(gè)濾波器抽頭級(jí)的系數(shù)RAM中。當(dāng)寫入系數(shù)RAM時(shí)，濾波器系數(shù)通過抽頭數(shù)(例如，四)抽取。相應(yīng)系數(shù)的輸出、數(shù)據(jù)乘數(shù)被求和并寫入雙口RAM中，以用于多相信道分路器的FFT處理器。
多相信道分路器的FFT處理器與上述重疊和相加信道分路器的FFT處理器有著相同配置并按實(shí)際上相同的方式操作。一旦每個(gè)信道(頻率點(diǎn)(bin))FFT處理過的數(shù)據(jù)被寫入輸出RAM，F(xiàn)FT控制邏輯單元就通知跟隨的TDM總線接口電路將數(shù)據(jù)放到TDM總線上，以便可用于總線上跟隨的數(shù)字信號(hào)處理器，該處理器用于解調(diào)并從信道數(shù)據(jù)中提取話音或數(shù)據(jù)。多相信道分路器也可配置為將一個(gè)或多個(gè)信道的數(shù)據(jù)寫入一個(gè)測(cè)試存儲(chǔ)器，允許VMEbustm上的CPU收集并分析信道數(shù)據(jù)，而不需與自定義的TDM總線接口。
多相合路器的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，是上述具有多相濾波器結(jié)構(gòu)的寬帶信道分路器的互補(bǔ)，也允許實(shí)時(shí)處理多路數(shù)字話音或數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行頻率變換并將信號(hào)合成為IF(中頻)輸出抽樣率，也通過VMEbustm接口提供對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的完全可編程控制并將自定義的、時(shí)分復(fù)用(TDM)數(shù)據(jù)總線上收集的數(shù)據(jù)信道化。
多相合路器的前端(FFT處理器)與上述重疊和相加結(jié)構(gòu)中的一樣，但是使用了不同的濾波器結(jié)構(gòu)，其中相加器不是象重疊的相加合路器濾波器一樣在內(nèi)部與相應(yīng)的延遲存儲(chǔ)器級(jí)連。多相合路器濾波器結(jié)構(gòu)則是與多相信道分路器中所使用的相對(duì)應(yīng)。多相濾波器的輸出連接到半帶寬濾波器，提供復(fù)數(shù)到實(shí)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將輸出抽樣率加倍。半帶寬濾波器到輸出數(shù)據(jù)鏈路的輸出，提供給收發(fā)機(jī)站點(diǎn)發(fā)射一側(cè)的D-A變換器。
當(dāng)然，即使使用多相結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)卷積濾波器，上述的插值濾波器仍然要使用，以便實(shí)現(xiàn)所產(chǎn)生的數(shù)字信道信號(hào)的最佳抽樣。
附圖的簡(jiǎn)單描述圖1圖示說明常規(guī)蜂窩通信基站信道單元的接收機(jī)部分；圖2是12MHz寬話音/數(shù)據(jù)通信頻帶的四百個(gè)30kHz子部分的多信道頻譜分布圖；圖3圖示說明根據(jù)本發(fā)明的寬帶多信道收發(fā)機(jī)裝置；圖4A圖示說明多信道收發(fā)機(jī)裝置的信道分路器部分；圖4B圖示說明多信道收發(fā)機(jī)裝置的合路器部分；圖5A圖示說明根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例可用于圖4A的信道分路器裝置中的卷積濾波器的重疊和相加實(shí)施例的配置；圖5B圖示說明可與圖5A的重疊和相加濾波器一起用于信道分路器的快速傅立葉變換(FFT)的配置；圖6是與圖5A的重疊和相加信道分路器執(zhí)行的信號(hào)處理機(jī)制有關(guān)的功能圖；圖7圖示說明了一個(gè)插值濾波器，與卷積濾波器和FFT一起構(gòu)成圖4A的信道分路器的組成部分；圖8A和8B表示示范數(shù)字信道信號(hào)x(n)、示范速率變換器輸出信號(hào)z(n)、以及示范插值濾波器h(n)的時(shí)域響應(yīng)的幾個(gè)離散時(shí)間線；圖9是與圖7中所示的插值濾波器一起工作的濾波器索引選擇器的優(yōu)選實(shí)施例的功能圖；圖10是在每個(gè)信道中期望收到的一串符號(hào)的時(shí)域曲線，符號(hào)串由包括前導(dǎo)部分和數(shù)據(jù)部分的一個(gè)幀組成；圖11A和11B是表示數(shù)字信道信號(hào)x(n)和插值的信道信號(hào)z(n)的相對(duì)定時(shí)關(guān)系的離散時(shí)間線，分所希望的每符號(hào)大約一個(gè)抽樣和每符號(hào)兩個(gè)抽樣的兩種情況。
圖12是插值濾波器機(jī)制和當(dāng)x(n)的抽樣率不是z(n)的抽樣率的精確整數(shù)倍時(shí)所使用的濾波器時(shí)鐘產(chǎn)生器電路的功能圖；圖13圖示說明可用于保持與插值濾波器恰當(dāng)?shù)亩〞r(shí)關(guān)系的抽樣相位跟蹤功能。
圖14A圖示說明多信道重疊和相加消卷積濾波器的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，該濾波器構(gòu)成圖4B中合路器的一部分，功能是圖5A中重疊和相加卷積濾波器的互補(bǔ)；圖14B圖示說明構(gòu)成圖4B中合路器一部分的逆快速傅立葉變換處理器，它是圖5B中FFT處理器的互補(bǔ)；圖15A和15B分別圖示說明根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例使用多相卷積濾波器的信道分路器的配置；圖16A和16B分別圖示說明，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，使用逆FFT和多相消卷積濾波器的合路器的配置；以及圖17是與圖14B的重疊和相加合路器的多相實(shí)施所執(zhí)行的信號(hào)處理機(jī)制有關(guān)的功能圖。
詳細(xì)描述在詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明特別改進(jìn)的寬帶多信道收發(fā)機(jī)之前，應(yīng)該注意到本發(fā)明主要著眼于已商品化的通信和信號(hào)處理電路以及元件的新穎組合，而不是它們本身的特別詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。因此，這些常規(guī)電路及元件的結(jié)構(gòu)、控制和排列是用比較容易理解的框圖來說明的，只表示了與本發(fā)明有關(guān)的特殊細(xì)節(jié)，以便不會(huì)因?yàn)槟切?duì)在這里享受這種描述的好處的本領(lǐng)域技術(shù)人員非常顯然的結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)使本公開變得不清晰。因此，圖中的框圖說明不一定代表示范系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)排列，而主要是試圖以方便的功能組形式表示該系統(tǒng)的主結(jié)構(gòu)性元件，這樣可以更容易地理解本發(fā)明。
現(xiàn)在參考圖3，本發(fā)明的收發(fā)機(jī)裝置被示意性地圖解為包括接收機(jī)部分100和發(fā)射機(jī)部分200。接收機(jī)部分100連接在天線38和能夠接收通信業(yè)務(wù)提供者提供的任何信道的寬帶接收機(jī)101之間。作為非限制性例子，寬帶接收機(jī)101可以包括WJ-9104接收機(jī)，Watkins-Johnson公司制造，700 Quince Orchard Road，Gaithersburg Maryland20878-1794。
首先描述有關(guān)的無線頻譜，例如，包括四百個(gè)信道的12兆赫茲(MHz)頻帶，每個(gè)寬30千赫茲(kHz)。但是應(yīng)該注意到，本發(fā)明不限于用這樣或任何其它的通信系統(tǒng)參數(shù)來使用。這里給出的值只是提供一個(gè)說明性的例子。而且，“寬帶”這個(gè)術(shù)語(yǔ)也不限于特定的頻譜范圍，應(yīng)理解其含義為至少是覆蓋系統(tǒng)可操作的通信范圍的整個(gè)有用部分的頻譜(例如12MHz)。另一方面，窄帶表示只是頻譜的一部分，例如，單個(gè)信道的寬度(例如30kHz)。
寬帶接收機(jī)101的輸出是一個(gè)下變頻的、多信道(基帶)信號(hào)，包括有關(guān)的通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)中目前可操作的所有30kHz話音/數(shù)據(jù)信道的內(nèi)容。這個(gè)多信道基帶信號(hào)連接到高速A-D變換器103，例如ModelAD9032 A-D變換器，Analog Devices制造，one Technology Way，Norwood，Massachusetts 02062-9106。有利的是，目前商品化的A-D變換器，例如上面提到的，其動(dòng)態(tài)范圍和抽樣速率能力是足夠高的(例如，抽樣率可以在每秒25兆抽樣(Msps)的量級(jí)上)，可以使下行的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)元件一包括離散傅立葉變換(DFT)信道分路器111，將在下面參考圖4A-B描述一處理系統(tǒng)的400個(gè)30kHz信道中任一個(gè)的信號(hào)并將這樣的信號(hào)輸出到連接電話網(wǎng)載波接口(例如，T1載波數(shù)字接口)的相應(yīng)信道鏈路上。
快速傅立葉變換(FFT)信道分路器111處理A-D變換器103的輸出，該變換器通過數(shù)字同相/正交(I/Q)轉(zhuǎn)換器107與之連接。I/Q轉(zhuǎn)換器107分別通過I和Q鏈路107I和107Q輸出相應(yīng)的I和Q信道(即，復(fù)數(shù)的)數(shù)字格式化的信號(hào)。然后FFT信道分路器111從復(fù)合的數(shù)字化多信道(I/Q)信號(hào)中提取代表寬帶接收機(jī)101接收的相應(yīng)(30kHz)通信信道內(nèi)容的相應(yīng)的窄帶信道信號(hào)。相應(yīng)的信道信號(hào)通過N個(gè)輸出鏈路(例如，在本例中N＝400)連接到相應(yīng)的數(shù)字接收機(jī)處理單元113-1，…，113-N，每個(gè)單元解調(diào)并執(zhí)行調(diào)制信號(hào)中嵌入的有關(guān)的糾錯(cuò)處理，如同圖1中的常規(guī)收發(fā)機(jī)單元。因此，每個(gè)數(shù)字接收機(jī)處理單元113可以包括一個(gè)Texas Instruments TMS320C50數(shù)字信號(hào)處理器，Texas Instruments制造，Post Office Box 655303，Dallas，Texas75265。數(shù)字接收機(jī)處理單元113得到的解調(diào)信號(hào)通過相應(yīng)的信道鏈路115-1，…，115-N連接到跟隨的電話網(wǎng)(未表示)的電話載波接口(例如，T1載波數(shù)字接口)。
發(fā)射機(jī)部分200包括第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理單元，確切地說是發(fā)射機(jī)信號(hào)處理單元121-1，…，121-N，連接這些單元接收來自電話網(wǎng)的分別通過多信道網(wǎng)絡(luò)不同的窄帶(30kHz)頻率信道發(fā)射的多個(gè)信道中相應(yīng)幾個(gè)的數(shù)字話音/數(shù)據(jù)通信信號(hào)。類似接收機(jī)部分100中的接收機(jī)數(shù)字信號(hào)處理單元113，相應(yīng)的發(fā)射機(jī)數(shù)字信號(hào)處理單元121可以包括一個(gè)Texas Instruments制造的TMS320C50型號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器。發(fā)射機(jī)信號(hào)處理單元121對(duì)多個(gè)入通信信號(hào)中相應(yīng)的幾個(gè)進(jìn)行調(diào)制并進(jìn)行發(fā)射前的糾錯(cuò)處理，將處理過的幾個(gè)窄帶通信信道信號(hào)提供在相應(yīng)的輸出端口123-1，…，123-N上。來自發(fā)射機(jī)信號(hào)處理單元121的輸出端口123-1，…，123-N、經(jīng)過調(diào)制的窄帶信道信號(hào)通過信道鏈路125-1，…，125-N連接到基于逆FFT的多信道合路器單元131的相應(yīng)輸入端口，如下所述，合路器單元輸出一個(gè)合成的信號(hào)。這個(gè)合成信號(hào)代表由輸入到數(shù)字發(fā)射機(jī)信號(hào)處理單元121的相應(yīng)窄帶通信信道信號(hào)組成的寬帶信號(hào)的內(nèi)容。多信道合路器單元131的輸出連接到I/Q轉(zhuǎn)換器單元132。I/Q轉(zhuǎn)換器在鏈路131I和131Q上接收來自合路器131的同相和正交的信號(hào)分量，并向數(shù)模(D-A)變換器133提供合成的輸出信號(hào)。數(shù)模(D-A)變換器133，類似接收機(jī)部分100中的高速A-D變換器，優(yōu)選地包括一個(gè)目前已商品化的元件，例如Analog Devices制造的AD9712A型號(hào)的D-A變換器。D-A變換器133的輸出連接到寬帶(多信道)發(fā)射機(jī)單元141，發(fā)射寬帶(多信道)的通信信道信號(hào)，該信號(hào)包含由基于逆快速傅立葉變換的合路器單元131輸出的合成信號(hào)。發(fā)射機(jī)單元141的輸出連接到天線39以供發(fā)射。
本發(fā)明減少為增加了(滿頻帶)容量的蜂窩收發(fā)機(jī)站點(diǎn)提供寬帶覆蓋所需的硬件數(shù)量，其特性之一是對(duì)寬帶多信道信號(hào)提取結(jié)構(gòu)(信道分路器111)和寬帶多信道信號(hào)合成結(jié)構(gòu)(合路器131)中的每一個(gè)使用了卷積-抽取頻譜分析技術(shù)。因?yàn)闃I(yè)務(wù)提供者可以使用的可操作的通信頻帶中的所有信道都可以用以很高的、足以容納當(dāng)今無線通信系統(tǒng)實(shí)際帶寬的數(shù)據(jù)率工作的數(shù)字處理元件進(jìn)行處理，而不必再為每個(gè)信道建立單個(gè)的窄帶信號(hào)處理單元，也不必將每個(gè)站點(diǎn)的信道個(gè)數(shù)限制在網(wǎng)絡(luò)的滿容量以下。
更具體的是，本發(fā)明通過使用重疊和相加或多相信道分路器及合路器結(jié)構(gòu)使顯著降低無線通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)機(jī)站點(diǎn)的大小和硬件復(fù)雜性成為可能，這種結(jié)構(gòu)的基本信號(hào)處理機(jī)能在R.E.Crochiere等人所著、Prentice-HaH Inc.出版的教材“Multirate Digital Signal Processing”的第7章中做詳細(xì)的數(shù)學(xué)描述。由于這兩種濾波器變換功能中每一個(gè)的算法都在Crochiere的教材中嚴(yán)格地提出，這里就不做重復(fù)了。對(duì)于重疊和相加和多相信號(hào)處理、以及有關(guān)內(nèi)容的詳細(xì)描述，注意Crochiere的教材即可。
下面的描述將詳述重疊和相加及多相的實(shí)用實(shí)施例、在所發(fā)明的收發(fā)器裝置中使用的每個(gè)信道分路器和合路器的實(shí)現(xiàn)，為了進(jìn)行實(shí)時(shí)的寬帶無線IF信號(hào)處理，該裝置對(duì)多個(gè)單個(gè)的窄基帶信號(hào)進(jìn)行頻率變換和信道分割。
此外，下面的描述包括對(duì)抽樣定時(shí)調(diào)整濾波器的詳細(xì)討論，該濾波器使用了插值和抽取數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信道分路器輸出的每個(gè)數(shù)字信道信號(hào)中的最佳抽樣定時(shí)，同時(shí)使執(zhí)行快速離散傅立葉變換必須的速率最小化。
信道分路器和合路器概述(圖4A和4B)圖4A是根據(jù)本發(fā)明的信道分路器111的一個(gè)高層框圖，包括卷積濾波器40、FFT處理器42、以及多個(gè)抽樣速率變換器43-1、43-2，…，43-N。信道分路器111提供的N個(gè)輸出信道的每一個(gè)都關(guān)聯(lián)一個(gè)速率變換器。
卷積濾波器40從前向I/Q轉(zhuǎn)換器107中接收I和Q抽樣(圖3)并執(zhí)行一組操作中的第一部分，這組操作對(duì)于將寬帶數(shù)字輸入分成獨(dú)立的數(shù)字信道信號(hào)很必要，每個(gè)這樣的信號(hào)代表寬帶多信道接收機(jī)101(圖3)接收的通信信道中相應(yīng)一個(gè)的內(nèi)容。正如下面將詳細(xì)描述的那樣，卷積濾波器40可以用重疊和相加結(jié)構(gòu)或多相結(jié)構(gòu)來體現(xiàn)。下面分別結(jié)合圖5A和圖14A對(duì)卷積濾波器40的這些實(shí)現(xiàn)的每一個(gè)做更完整的討論。
簡(jiǎn)單地說，卷積濾波器40作為一個(gè)滑動(dòng)分析窗口，將轉(zhuǎn)換器107輸出的I和Q抽樣107I和107Q的連續(xù)短時(shí)部分選出并加上權(quán)重。然后FFT所提供的序列的離散離散傅立葉變換產(chǎn)生短時(shí)譜，例如，用一種特定的抽樣頻率。分析窗口的大小，即濾波器40的抽頭長(zhǎng)度，以及離散傅立葉變換的抽樣數(shù)目分別決定了所產(chǎn)生的短時(shí)譜的時(shí)間和頻率分辨率。重疊和相加結(jié)構(gòu)，正如結(jié)合圖5A詳細(xì)描述的那樣，通過利用信道間共享濾波器計(jì)算這個(gè)有效方法的好處有效地實(shí)現(xiàn)了這些功能。
卷積濾波器40的輸出是一個(gè)復(fù)數(shù)值的數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)傳給離散傅立葉變換單元，該單元典型地、但并不局限于用一個(gè)快速傅立葉變換(FFT)單元42來實(shí)現(xiàn)。FFT單元42產(chǎn)生N個(gè)輸出信號(hào)，稱做數(shù)字信道信號(hào)。FFT單元42輸出的N個(gè)數(shù)字信道信號(hào)中的每一個(gè)代表多信道接收機(jī)101接收的通信信道中相應(yīng)一個(gè)的內(nèi)容。
FFT單元42的優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)于重疊相加實(shí)施例，結(jié)合圖5B詳細(xì)描述；對(duì)于多相實(shí)施例，在圖14B中描述。
然后FFT單元42輸出的數(shù)字信道信號(hào)饋入多個(gè)速率變換器43-1，…，43-N。相應(yīng)每個(gè)輸入信道信號(hào)都關(guān)聯(lián)一個(gè)速率變換器43。速率變換器43-1，…，43-N通過確定對(duì)應(yīng)于每個(gè)數(shù)字信道信號(hào)最佳抽樣的插值數(shù)字信號(hào)值來操作。
特別是，每個(gè)速率變換器43在峰值符號(hào)幅度或附近位置提供它所對(duì)應(yīng)的數(shù)字信道信號(hào)的抽樣。數(shù)學(xué)上講，這種操作等價(jià)于產(chǎn)生FFT單元42相應(yīng)輸出點(diǎn)(bin)的零-填充擴(kuò)展，并隨后以低通、線性相位、有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器對(duì)零填充的信號(hào)濾波。然后確定最接近這種低通濾波信號(hào)峰值幅度的抽樣位置。隨后用適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)對(duì)濾波器的輸出進(jìn)行抽取，以便只保留最接近峰值幅度位置的抽樣。
可選地，速率變換器43-1，…，43-N也可進(jìn)行抽樣速率差別調(diào)整，使FFT 42提供的抽樣速率和解調(diào)器113期望的抽樣速率之間產(chǎn)生必要的差別。
速率變換器43-1，…，43-N在下面結(jié)合圖7到圖13做更詳細(xì)的討論。在速率變換之后，N個(gè)數(shù)字信道信號(hào)饋入圖3中的數(shù)字信號(hào)處理器113-1，…，113-N執(zhí)行的解調(diào)器功能。
重疊和相加信道分路器(圖5A、5B和6)在討論圖5A和5B中所示的重疊和相加信道分路器的具體實(shí)施例之前，應(yīng)該參考圖6，該圖說明了實(shí)現(xiàn)DFT濾波器陣列分析器的加權(quán)重疊相加結(jié)構(gòu)所必須的操作序列。輸入數(shù)據(jù)，x(n)，以M個(gè)抽樣為一組首先移入N(h)位抽樣移位寄存器422，這里Nh是分析窗口H(n)中抽頭的數(shù)目。在這里假設(shè)Nh等于四K；即窗口的大小是變換大小的四倍。移位寄存器中的數(shù)據(jù)隨后用時(shí)域逆窗H(-R)加權(quán)，產(chǎn)生短時(shí)序列ym(r)。然后這個(gè)序列分成自r＝0始、K個(gè)抽樣一組的塊，做時(shí)間混淆產(chǎn)生K個(gè)抽樣混淆的序列xm(r)。隨后計(jì)算xm(r)的K點(diǎn)DFT，得到短時(shí)傅立葉變換xk(m)，稱為滑動(dòng)時(shí)間幀。最后，這個(gè)變換乘以因子WK-KnM，轉(zhuǎn)換成所需的固定時(shí)間幀變換xk(m)。這個(gè)特定濾波算法更多的細(xì)節(jié)應(yīng)參考上面提到的Crochiere等人的教材。
圖5A和5B中描繪的這種重疊和相加濾波器的實(shí)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn)VMEbustm接口提供了對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的完全可編程控制，以及在自定制的時(shí)分復(fù)用(TDM)數(shù)據(jù)總線上信道化數(shù)據(jù)的分布。為了提供不受限制的說明性的例子，將描述四百(400)個(gè)信道、30kHz的系統(tǒng)(可在North American Digital Celluar(NADC)中使用，如電子工業(yè)委員會(huì)及電信工業(yè)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(TIA/EIA IS-54)蜂窩系統(tǒng)所定義)以及五十(50)個(gè)信道、200kHz的系統(tǒng)(可與Pan-European Groupe SpecialeMobile(GSM)蜂窩標(biāo)準(zhǔn)一起使用)，以便有利于理解系統(tǒng)參數(shù)(信道帶寬、信道數(shù)、抽樣和處理速率、等等)和信道分路器本身的控制參數(shù)之間的關(guān)系。對(duì)于400個(gè)信道、30kHz的系統(tǒng)，假設(shè)FFT輸出抽樣率為50kHz。對(duì)于200kHz的系統(tǒng)，假設(shè)FFT輸出抽樣率為300kHz。信道化的數(shù)據(jù)作為分解的基帶信號(hào)由信道分路器輸出，而且信道抽樣率將依賴于信道分路器的濾波器設(shè)計(jì)，正如將要討論的那樣。
如上面所指出的，信道分路器111所操作的原始數(shù)據(jù)從寬帶接收機(jī)101(圖3)得到。該接收機(jī)所關(guān)聯(lián)的A-D變換器103的抽樣率通過鏈路401提供的、來自控制單元405控制之下的緩沖/驅(qū)動(dòng)接口403的抽樣速率時(shí)鐘信號(hào)控制。控制單元405優(yōu)選地包括一組組合邏輯以及通過有關(guān)的時(shí)鐘源407驅(qū)動(dòng)的觸發(fā)器，以便實(shí)現(xiàn)將要描述的狀態(tài)機(jī)序列控制功能。輸入的抽樣時(shí)鐘速率由接收的信道數(shù)和接收信道的帶寬確定。
將要描述的濾波器系統(tǒng)、FFT處理器以及輸出TDM總線的時(shí)鐘信號(hào)從高速的(例如，200MHz)參考振蕩器412以及有關(guān)的向下計(jì)數(shù)器414和416得到。
由于信道分路器111是基于FFT的，信道的總數(shù)必須是二的方冪。由于寬帶接收機(jī)中所含的抗混淆濾波器的特性，接近頻帶邊緣的信道一般是不能使用的。為了處理400個(gè)30kHz的信道，F(xiàn)FT信道分路器的大小必須為512點(diǎn)處理器。為了處理50個(gè)200kHz的信道，需要64點(diǎn)的FFT處理器。
被抽樣的總輸入帶寬是信道帶寬的N倍，這里N是FFT處理器的大小。信道分路器算法需要輸入抽樣速率等于2*N*信道帶寬，這是等于奈奎斯特抽樣定律所要求的最小速率的抽樣速率。
因此，對(duì)于30kHz的信道分路器，最小的時(shí)鐘速率是25.62MHz，而200kHz的信道分路器濾波器的最小時(shí)鐘速率是19.05MHz。在本例中，為了適應(yīng)每種抽樣速率，時(shí)鐘單元407可分別包括專用的振蕩器407-1和407-2，如圖所示。使用哪個(gè)振蕩器在初始化過程中由系統(tǒng)控制器(例如，一個(gè)連接到系統(tǒng)VMEbustm410的CPU(未表示出來))確定。
對(duì)于30kHz的信道，512點(diǎn)FFT信道分路器覆蓋了15.36MHz的帶寬，400個(gè)30kHz的信道則覆蓋了12MHz。因此，接收機(jī)必須在15.36MHz頻帶的中央集中400個(gè)30kHz的信道，這樣頻帶的兩端提供了56個(gè)信道或1.68MHz的保護(hù)頻帶以允許混淆。類似，對(duì)于200kHz的信道，64點(diǎn)FFT信道分路器覆蓋了12.8MHz的帶寬。將50個(gè)信道置于中央在頻帶的兩端提供了7個(gè)信道或1.4MHz的保護(hù)頻帶以允許混淆。
通過雙向鏈路415上來自控制器405的控制信號(hào)，接收機(jī)高速A-D變換器輸出的數(shù)字化數(shù)據(jù)抽樣順序地在鏈路411上按時(shí)鐘節(jié)拍通過緩沖/驅(qū)動(dòng)器接口403并載入速率緩沖器FIFO(先入、先出)存儲(chǔ)器413。當(dāng)數(shù)據(jù)饋入速率緩沖器FIFO時(shí)，它的兩個(gè)最高有效比特被用做幅度監(jiān)視單元的邏輯電路416所監(jiān)視，為了提供輸入信號(hào)的增益控制并保證完全利用A-D變換器的動(dòng)態(tài)范圍。單元416的輸出反饋到寬帶接收機(jī)，控制位于A-D變換器之前的一個(gè)衰減器(未表示出來)。
當(dāng)FIFO速率緩沖器413包括了一個(gè)M個(gè)抽樣的塊時(shí)，它就對(duì)控制單元405發(fā)出信號(hào)，開始處理該數(shù)據(jù)塊。隨后這M個(gè)抽樣以高于輸入抽樣時(shí)鐘率的速率、突發(fā)式地在鏈路417上按時(shí)鐘節(jié)拍移出FIFO 413，進(jìn)入半帶寬濾波器419，以便適應(yīng)FFT處理器的大小，F(xiàn)FT處理器需要N個(gè)抽樣。正如下面將詳細(xì)解釋的，N＞M意味著重疊和相加濾波器必須以高于輸入抽樣率一半的時(shí)鐘速率操作。
半帶寬濾波器419對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)數(shù)到復(fù)數(shù)變換并以因子2對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，因此將時(shí)鐘速率除以2。這些復(fù)數(shù)據(jù)值在鏈路421上按時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)入重疊和相加濾波器420內(nèi)使用的移位寄存器422。濾波器420包括兩個(gè)實(shí)低通濾波器，截止頻率為信道帶寬的一半。濾波器420的整個(gè)長(zhǎng)度如下給出
濾波器長(zhǎng)度＝N*濾波器抽頭的數(shù)目移位寄存器422優(yōu)選地通過級(jí)連的延遲存儲(chǔ)器單元431與交織的“反饋”復(fù)用器433來實(shí)現(xiàn)，如圖所示。濾波器420相應(yīng)的抽頭級(jí)430由存儲(chǔ)器元件431A和431B、反饋復(fù)用器433、系數(shù)存儲(chǔ)器435以及乘法器437構(gòu)成。每個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器435存儲(chǔ)相應(yīng)的一組濾波器系數(shù)，系數(shù)的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)于FFT處理器的大小。在初始化過程中，系統(tǒng)控制器通過20VMEbustm410將系數(shù)下載到系數(shù)存儲(chǔ)器。
在所說明的實(shí)施例中，有四個(gè)抽頭級(jí)430-1，…，430-4。相應(yīng)抽頭級(jí)的乘法器437的輸出通過求和級(jí)432、434、436加在一起。因此，如圖5中功能性說明的那樣，移位寄存器422可以認(rèn)為是由一組J個(gè)級(jí)連的K級(jí)移位寄存器構(gòu)成(在優(yōu)選實(shí)施例中J等于四)，或是由長(zhǎng)度為J*K級(jí)的單個(gè)移位寄存器構(gòu)成，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)抽樣輸出提供給移位寄存器。移位寄存器422的總長(zhǎng)度(J*K)由卷積濾波器所需的(時(shí)域)窗口長(zhǎng)度給出，這樣寄存器越長(zhǎng)(級(jí)數(shù)越多)，濾波器的特性就越尖銳。對(duì)于本例中30kHz的信道分路器，50kHz信道抽樣率每20微秒必須產(chǎn)生512點(diǎn)FFT，而對(duì)于300kHz抽樣率200kHz的信道分路器，每3.333微秒就必須產(chǎn)生64點(diǎn)FFT。對(duì)于使用64點(diǎn)FFT處理器的200kHz信道分路器，濾波器420的總長(zhǎng)度為256級(jí)。
如圖5A中所示，重疊和相加濾波器420的基本結(jié)構(gòu)類似于有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。但是，本發(fā)明的濾波器由于在濾波器抽頭間使用了反饋復(fù)用器433和長(zhǎng)延遲線元件(存儲(chǔ)器431)而與常規(guī)的FIR濾波器有所不同。存儲(chǔ)器431的長(zhǎng)度由系統(tǒng)控制器在初始化過程中配置并根據(jù)濾波器抽取率M來確定，見上述。抽取率定義為M＝取整(輸入抽樣率/2*信道抽樣率)對(duì)于30kHz信道分路器的例子，則抽取率為M＝3.072*107/(2*5.0*104)＝307對(duì)于200kHz信道分路器的例子，抽取率為M＝2.56*107/(2*3*105)＝43在存儲(chǔ)器431內(nèi)，存儲(chǔ)器431B的長(zhǎng)度為抽取率M；代表濾波器“重疊”的存儲(chǔ)器431A的長(zhǎng)度等于N-M，這里N是FFT處理器的大小。因此，對(duì)于30kHz信道分路器的例子，相應(yīng)存儲(chǔ)器431A的長(zhǎng)度或“重疊”為512-307＝205個(gè)抽樣，而在200kHz信道的情況下，存儲(chǔ)器431A的重疊長(zhǎng)度是64-43＝21個(gè)抽樣。
正如上面所指出的，輸入數(shù)據(jù)按M個(gè)數(shù)據(jù)抽樣的“塊”進(jìn)行處理，它們以高于輸入抽樣時(shí)鐘速率的突發(fā)形式按時(shí)鐘節(jié)拍移出FIFO 413，為了適應(yīng)需要N個(gè)抽樣的FFT處理器的大小。也就是說，N＞M意味著重疊和相加濾波器必須以高于輸入抽樣率一半的時(shí)鐘速率操作。濾波器的最小時(shí)鐘速率定義為濾波器抽樣率＝輸入抽樣率*N/(2*M)因此，對(duì)于30kHz的信道分路器，最小抽樣率是25.62MHz，而200kHz的信道分路器的最小抽樣率為19.05MHz。
為了處理每塊M個(gè)輸入抽樣，需要N個(gè)時(shí)鐘信號(hào)提供給FFT 42(圖4A)足夠數(shù)目的數(shù)據(jù)抽樣以供FFT處理。在N個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的前M個(gè)中，M個(gè)抽樣按時(shí)鐘節(jié)拍通過速率緩沖器431和半帶寬濾波器419并進(jìn)入移位寄存器422。在這個(gè)時(shí)間幀中，以狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的濾波器控制單元440通過鏈路442將選擇控制信號(hào)加到復(fù)用器433的選擇輸入端口433S選出它的上端口433-，通過鏈路444將時(shí)鐘信號(hào)加到延遲存儲(chǔ)器431，使得數(shù)據(jù)從左至右通過每個(gè)延遲存儲(chǔ)器431移位。對(duì)于N個(gè)數(shù)據(jù)抽樣余下的N-M個(gè)，門控單元440使每個(gè)復(fù)用器433選擇它的下端口433-2，使得數(shù)據(jù)不按時(shí)鐘節(jié)拍移出速率緩沖存儲(chǔ)器413并且沒有數(shù)據(jù)移位通過延遲存儲(chǔ)器431B。也就是說，數(shù)據(jù)不再?gòu)淖笾劣乙莆煌ㄟ^移位寄存器，只有存儲(chǔ)器431A仍按時(shí)鐘運(yùn)轉(zhuǎn)。存儲(chǔ)器431A的這種定時(shí)是一種機(jī)制，用于產(chǎn)生圖6的功能流圖中示意性說明的濾波器重疊。
更具體的是，在N個(gè)時(shí)鐘時(shí)間內(nèi)，延遲存儲(chǔ)器431A的輸出被存儲(chǔ)在四個(gè)抽頭級(jí)430-1，…，430-4的系數(shù)存儲(chǔ)器435中的濾波器系數(shù)相乘。第一組N個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)在抽頭級(jí)430-1的系數(shù)存儲(chǔ)器435中；第二組N個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)在抽頭級(jí)430-2的系數(shù)存儲(chǔ)器435中；第三組N個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)在抽頭級(jí)430-3的系數(shù)存儲(chǔ)器435中；第四組N個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)在抽頭級(jí)430-4的系數(shù)存儲(chǔ)器435中。應(yīng)該注意的是抽頭級(jí)的數(shù)目不限于四或任何其它數(shù)?？梢允褂酶嗟募?jí)增加濾波器的長(zhǎng)度，以便減少信道間的混淆，增加信道的選擇性并允許信道抽樣率的降低。也就是說，數(shù)據(jù)移入卷積濾波器操作的速率對(duì)應(yīng)于濾波器的抽取率M，并因此控制了濾波器滾降的尖銳度。為最佳系統(tǒng)性能的設(shè)置M依賴于FFT處理能力和數(shù)字化元件(A-D變換器103)的可用抽樣率。
重疊和相加FFT處理器(圖5B)當(dāng)濾波器級(jí)430-1，…，430-4產(chǎn)生的四組系數(shù)加權(quán)的數(shù)據(jù)抽樣通過求和級(jí)432、434和436加在一起時(shí)，產(chǎn)生N個(gè)抽樣混淆的卷積數(shù)據(jù)序列，存儲(chǔ)在包括RAM部分451A和451B的雙口RAM451中，以便用于FFT 42。如圖5B中所示，F(xiàn)FT 42的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)因此包括雙口RAM451、算術(shù)邏輯單元(ALU)453、數(shù)控振蕩器/調(diào)制器(NCOM)455、FFT機(jī)460、標(biāo)度邏輯466、桶形移位471、雙口輸出473以及其它元件。雙口RAM 451和FFT 42其它部分的尋址由狀態(tài)機(jī)控制，優(yōu)選地用邏輯門陣列468實(shí)現(xiàn)。
FFT 42的處理速率定義為FFT速率＝1/(信道抽樣率)對(duì)于所考慮的30kHz信道分路器例子，50kHz信道抽樣率的512點(diǎn)FFT的產(chǎn)生需要20微秒，而對(duì)于200kHz的信道分路器、300kHz信道抽樣率，64點(diǎn)FFT必須以3.333微秒的速率產(chǎn)生。由于目前可用的一般FFT設(shè)備不能以這樣的速率工作，那么為了保證通過量，F(xiàn)FT單元42(圖4A)包含圖5B所示的多個(gè)FFT機(jī)(例中為三個(gè)-461、462、463)，用與有關(guān)的信號(hào)處理參數(shù)相關(guān)聯(lián)的恰當(dāng)?shù)腇FT大小對(duì)它們進(jìn)行編程。用三個(gè)FFT機(jī)實(shí)現(xiàn)FFT 42，將512點(diǎn)FFT處理器的FFT重訪問時(shí)間減少到60微秒，64點(diǎn)FFT處理器減少到10微秒，用目前可用的集成電路就可使FFT處理器保持實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通過量。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，F(xiàn)FT機(jī)使用FFT大小是4的方冪的基-4(塊浮點(diǎn))算法。對(duì)于512點(diǎn)FFT處理器，所有512頻率點(diǎn)(bin)的產(chǎn)生是通過使用施加了頻率抽取的2-基蝶形運(yùn)算的兩個(gè)256點(diǎn)FFT來實(shí)現(xiàn)的。為了用N/2點(diǎn)FFT產(chǎn)生N點(diǎn)FFT的偶數(shù)點(diǎn)(bin)，必須X[2k]＝FFT(x[n]+x[n+N/2])，這里x[n]是FFT的N點(diǎn)輸入序列，k是FFT點(diǎn)(bin)數(shù)，X[k]是FFT點(diǎn)(bin)抽樣。
在512點(diǎn)FFT的情況下，抽樣從雙口RAM 451中讀出并提供給算術(shù)邏輯單元(ALU)453，在FFT控制邏輯單元468的控制下，單元453將數(shù)據(jù)抽樣x[n]和x[n+N/2]相加。此時(shí)下游的數(shù)控振蕩調(diào)制器455-其輸出可以被ALU 453的輸出驅(qū)動(dòng)-被FFT控制邏輯門陣列468禁止。求和值提供給產(chǎn)生偶數(shù)頻率點(diǎn)(bin)FFT的FFT處理器460，即上面所提出的X[2k]＝FFT(x[n]+x[n+N/2])，為了產(chǎn)生N點(diǎn)FFT的奇數(shù)點(diǎn)(bin)，使用下面的等式X[2k+1]＝FFT((x[n]-x[n+N/2])*WNn)這里WN=e-j*2*π/N]]>為了對(duì)于奇數(shù)點(diǎn)(bin)產(chǎn)生512點(diǎn)FFT，當(dāng)奇數(shù)點(diǎn)(bin)數(shù)據(jù)抽樣從雙口RAM 451中讀出時(shí)，F(xiàn)FT控制邏輯單元468控制算術(shù)邏輯單元(ALU)451取數(shù)據(jù)抽樣x[n]和x[n+N/2]之差。這個(gè)差被數(shù)控振蕩器、調(diào)制器455相乘，按時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)入FFT處理器460，產(chǎn)生奇數(shù)頻率點(diǎn)(bin)的FFT，即X[2k+1]＝FFT((x[n]-x[n+N/2])*WNn)。
在使用64點(diǎn)、四的方冪FFT機(jī)的200kHz信道分路器的情況下，既不需要ALU 453也不需要振蕩器455，因此它們被FFT控制邏輯單元468禁止。
如前所述，F(xiàn)FT機(jī)460使用了塊浮點(diǎn)算法，與復(fù)FFT數(shù)據(jù)一起輸出四比特標(biāo)度因子。這個(gè)標(biāo)度因子反饋到標(biāo)度邏輯電路466控制桶形移位電路470，F(xiàn)FT機(jī)的輸出連接到該移位電路。當(dāng)數(shù)據(jù)從FFT機(jī)讀出時(shí)，桶形移位電路470對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以便保證連續(xù)的FFT校準(zhǔn)到同一個(gè)標(biāo)度上。桶形移位電路471的輸出連接到雙口RAM 473上。
如上面提到的Crochiere的教材中所述，傅立葉變換算符(這里是處理器460的FFT機(jī))的輸出乘上復(fù)指數(shù)WN-kmM，這里M是抽取率，k是FFT點(diǎn)(bin)數(shù)，m是FFT(塊)數(shù)(即，對(duì)于產(chǎn)生的第一個(gè)FFT，m＝0；下一個(gè)FFT，m＝1；第三個(gè)FFT，m＝2；等等)。抽取率M在初始化過程中被編程入FFT控制邏輯單元468。為了執(zhí)行等價(jià)的運(yùn)算，圖5B的FFT單元42使用了下面的恒等式x[(n-r)N]＝FFT(WN-rk*X[k])，這里x[n]是FFT的輸入序列，如上面提到的，x[(n-r)N]是x[n]模N循環(huán)移位r次。在圖5B所示的實(shí)施例中，r等于mM。
取代執(zhí)行FFT下游的復(fù)數(shù)乘法，控制邏輯單元468可控地尋址雙口RAM 473，以便按照產(chǎn)生FFT輸入數(shù)據(jù)序列循環(huán)移位的順序存取處理過的數(shù)據(jù)值。
一旦每個(gè)信道經(jīng)FFT處理的數(shù)據(jù)(頻率點(diǎn)(bin))寫入輸出雙口RAM473，F(xiàn)FT控制邏輯單元468向跟隨的時(shí)分復(fù)用(TDM)總線接口電路475發(fā)出信號(hào)確保數(shù)據(jù)在TDM總線480上，這樣數(shù)據(jù)就可加到TDM總線上跟隨的處理器113。這樣的處理器與以前提到的處理器113相對(duì)應(yīng)，而且可包括數(shù)字信號(hào)處理器，其作用是從信道數(shù)據(jù)中解調(diào)并提取話音或數(shù)據(jù)，也執(zhí)行插值器43-1，…，43-N的功能，正如將要簡(jiǎn)要描述的那樣。
TDM總線480上的數(shù)據(jù)分成多個(gè)時(shí)隙(例如，每個(gè)TDM幀400個(gè)時(shí)隙)。TDM總線可以用20MHz的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，允許單個(gè)時(shí)隙用于輸出達(dá)50kHz抽樣率的單信道數(shù)據(jù)。如果需要較高的信道抽樣率，可以將多個(gè)時(shí)隙指定給一個(gè)單個(gè)信道。例如，300kHz抽樣率可分配六個(gè)時(shí)隙。時(shí)隙可以通過系統(tǒng)控制器動(dòng)態(tài)分配，控制器用所有激活的時(shí)隙配置信道分路器。如果數(shù)據(jù)已在雙口RAM 473中而且時(shí)隙是激活的，信道分路器通過緩沖電路481輸出數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)就緒信號(hào)一起放在TDM總線480上。所有從該時(shí)隙收集數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)處理器將從TDM總線上讀數(shù)據(jù)。連接處理器的總線通過常規(guī)的幀信號(hào)同步到TDM總線，這樣處理器113(圖3)就可以知道從中讀數(shù)據(jù)的正確時(shí)隙。
插值濾波器(圖7到13)正如上面關(guān)于圖4A簡(jiǎn)單提到的那樣，在優(yōu)選的實(shí)施例中，F(xiàn)FT 42提供的數(shù)字信道信號(hào)不直接提供給數(shù)字信號(hào)處理器113-1，…，113-N執(zhí)行的解調(diào)和/或糾錯(cuò)算法。這是因?yàn)椋瑸榱俗罴褭z測(cè)概率，DSP處理器113使用的解調(diào)算法希望在每個(gè)符號(hào)的峰值幅度處或附近對(duì)每個(gè)信道信號(hào)抽樣。一般，這個(gè)峰值幅度在每個(gè)符號(hào)的中間或其附近出現(xiàn)。
在現(xiàn)有技術(shù)的單信道系統(tǒng)中，每個(gè)信道是單獨(dú)處理的，因此每個(gè)數(shù)字化信道只代表來自一個(gè)信道的信息。在這樣的方法中，A-D變換器103(圖3)的輸出包含只屬于一個(gè)信道的信息，一般使用鎖相環(huán)技術(shù)就可保證來自FFT 42輸出的抽樣具有最佳相位。
但是，對(duì)于諸如圖4A中所示的寬帶的信道分路器111來說，出現(xiàn)在A-D變換器103輸出的是來自多個(gè)信道的信號(hào)。此外，這些信道信號(hào)不一定能保證彼此同步。因此，對(duì)于A-D變換器103來說沒有單一的最佳抽樣時(shí)間，因?yàn)槊總€(gè)單個(gè)的信道信號(hào)不能保證是同相位的。所以，不可能通過簡(jiǎn)單調(diào)整A-D變換器103的抽樣時(shí)間來提供每個(gè)信道的最佳抽樣。
在這種情況下一個(gè)可能的解決方法是通過一個(gè)插值因子L增加FFT 42輸出的數(shù)字抽樣數(shù)，這樣至少有一個(gè)抽樣能保證出現(xiàn)在每個(gè)數(shù)字信道信號(hào)的每個(gè)符號(hào)的峰值處或附近。通過這種增加FFT 42輸出抽樣率的方法，保證每個(gè)信道存在一個(gè)足夠接近最佳點(diǎn)的抽樣是可能的。
但是，增加FFT的大小要求計(jì)算復(fù)雜性增加得相當(dāng)多。例如，只要以因子4增加FFT的大小，以此保證一個(gè)抽樣點(diǎn)可以在最佳點(diǎn)的至少九十度(90°)范圍內(nèi)抽取，那么需要大約八倍的計(jì)算資源。這是因?yàn)镕FT計(jì)算的復(fù)雜度以下述量級(jí)增加(N/2)log2(N)因此作為例子，在上面討論的圖5B的實(shí)施例中，用二十四個(gè)FFT機(jī)代替三個(gè)FFT機(jī)461、462和463，使抽樣率增加四倍。
因此，不是大量增加FFT計(jì)算能力的總量，而使用速率變換器43-1，…，43-N。速率變換器43使用有效的插值和抽取技術(shù)對(duì)FFT輸出的抽樣有效地進(jìn)行插值，然后只在最佳抽樣點(diǎn)對(duì)這些抽樣進(jìn)行抽取。
圖8A中最上面的圖說明速率變換器43-i的一個(gè)示范在數(shù)字信道信號(hào)x(n)上執(zhí)行的信號(hào)處理，該信號(hào)由FFT 42的一個(gè)輸出提供。正如通過實(shí)曲線所看到的，信道信號(hào)x(n)由一串交流符號(hào)組成，第一個(gè)符號(hào)的幅度為正1，第二個(gè)符號(hào)幅度為負(fù)1，而第三個(gè)符號(hào)幅度為正1。作為數(shù)字信道信號(hào)x(n)而提供的實(shí)際抽樣由較深的沿水平、離散的時(shí)間軸標(biāo)以“x”的垂直抽樣線表示。這些實(shí)際的抽樣以輸入抽樣率fi抽取。
抽樣率變換器43-I確定以速率fs抽取的插值抽樣的位置，fs是輸入抽樣率fi的整數(shù)倍。然后這些插值抽樣的一個(gè)子集，也就是那些最接近每個(gè)符號(hào)中間的插值抽樣，作為最佳抽樣被選出。最佳抽樣位于雙箭頭所示的時(shí)間處。圖8A中下面的圖表示速率變換器43-i的輸出z(n)，它只包括以輸出抽樣率fo抽取的最佳位置的那些抽樣。
為了在輸入抽樣之間進(jìn)行這種最佳插值，首先要在實(shí)際抽樣之間有效地用附加的零值抽樣填充數(shù)字信道信號(hào)x(n)。這些附加的零值抽樣的位置在x(n)的圖中用在x軸上標(biāo)“o”表示的抽樣來指示。一般，這種零填充在x(n)實(shí)際抽樣率fi的一些整數(shù)倍處產(chǎn)生。在所說明的例子中，插值因子L設(shè)為8。
為了在每個(gè)實(shí)際抽樣之間產(chǎn)生L-1個(gè)插值抽樣中每一個(gè)的值，零填充的信號(hào)可以用具有線性相位響應(yīng)的低通濾波器濾波，例如FIR濾波器。一個(gè)這種線性相位濾波器的例子的時(shí)域脈沖響應(yīng)h(n)，在圖8B最上面的圖中表示。該脈沖響應(yīng)h(n)具有一個(gè)時(shí)間周期，也稱為抽頭數(shù)，等于N’，這里N’由所要求的濾波器參數(shù)，例如響應(yīng)時(shí)間、截止頻率以及尖峰來決定。
但是，因?yàn)樵谌我饨o定的時(shí)間插值輸出抽樣中只有一些有用，因此整個(gè)脈沖響應(yīng)h(n)中只有某些部分需要計(jì)算。換句話說，在任意給定的時(shí)間L個(gè)可能的抽取濾波器中只有特定的一個(gè)需要作用在數(shù)字信道信號(hào)x(n)上。L個(gè)可能的抽取濾波器代表速率變換器43-i的L種可能的相移。
在任意給定時(shí)間，速率變換器43-i實(shí)現(xiàn)的L個(gè)抽取濾波器中特定的一個(gè)由濾波器索引號(hào)參數(shù)“p”來確定。
因此一個(gè)示范性的速率變換器43-i可以用一個(gè)具有可選擇的相位輸入?yún)?shù)“p”的數(shù)字濾波器裝置實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。來自FFT 42輸出的數(shù)字信道信號(hào)x(n)饋入實(shí)現(xiàn)了L個(gè)可能抽取濾波器之一的低通濾波器結(jié)構(gòu)71。濾波器結(jié)構(gòu)71中單個(gè)的抽取濾波器有“g”個(gè)抽頭，這里“g”由h(n)的總脈沖響應(yīng)長(zhǎng)度N’與插值率L的比值決定。在所示的例子中，N’等于32而L等于8，因此g等于4。(請(qǐng)注意在對(duì)速率變換器的這個(gè)討論中，盡管N’值為了方便用于表示濾波器h(n)的長(zhǎng)度，但是這個(gè)N’值與上面聯(lián)系FFT處理器的描述所討論的N值毫無關(guān)系。)為了理解如何確定實(shí)現(xiàn)L個(gè)濾波器所需的L組濾波器系數(shù)，現(xiàn)在注意圖8B，并考慮下面的關(guān)系所給出的L個(gè)可能的抽取濾波器的時(shí)域響應(yīng)h0(n)＝h(n)，對(duì)于n＝0，2L，3L，，…，h1(n)＝h(n)，對(duì)于n＝1，L+1，2L+1，3L+1，，…，h2(n)＝h(n)，對(duì)于n＝2，L+2，2L+2，3L+2，，…，hk(n)＝h(n)，對(duì)于n＝k，L+k，2L+k，3L+k，，…，hL-1(n)＝h(n)，對(duì)于n＝L-1，2L-1，3L-1，，…，每個(gè)這樣的濾波器的時(shí)域響應(yīng)在圖8B的下面部分繪出。
選擇器72基于因子數(shù)確定所需的濾波器索引p。一般，選擇器72執(zhí)行一次初始化定時(shí)同步處理，以找到最佳可能的“p”作為起始點(diǎn)。然后，通過精確跟蹤輸入抽樣率fi和輸出抽樣率fo之間比例的任何微小差別所引起的抽樣定時(shí)的偏差，可以按需要調(diào)整參數(shù)p，而且速率變換器43-i將總是具有合適的相位。
為了同步定時(shí)的目的，使用了一些以速率fs抽取的中間抽樣。這些中間抽樣的位置由圖8A中的單箭頭指示。中間抽樣率fs，等于所需的輸出速率fo乘上一個(gè)因子M’。應(yīng)該注意到，這個(gè)同步因子M’不一定等于或是插值因子L的整數(shù)倍。(請(qǐng)注意這里為了在討論速率變換器的上下文中方便起見將插值因子標(biāo)為M’，但是這個(gè)M’值與聯(lián)系FFT處理器的操作所討論的M毫無關(guān)系。)圖9是選擇器72的詳細(xì)框圖，選擇器72通過產(chǎn)生一組M個(gè)中間輸出信號(hào)z0(n)到zM’-1(n)確定中間抽樣值。每個(gè)中間輸出信號(hào)以所需的輸出符號(hào)率fo提供抽樣，但是針對(duì)一種不同可能的相位。因此其結(jié)果是對(duì)于輸出信號(hào)z(n)中的每個(gè)符號(hào)產(chǎn)生整數(shù)M’個(gè)抽樣。
在對(duì)選擇器72的操作做詳細(xì)討論之前，考慮圖10中所示的一個(gè)典型的信道信號(hào)x(n)，它包括前導(dǎo)部分，s(n)和數(shù)據(jù)部分d(n)。在前導(dǎo)部分s(n)中，信道信號(hào)x(n)由一個(gè)預(yù)先確定且熟知的數(shù)據(jù)符號(hào)序列組成，例如所示的一串負(fù)和正符號(hào)值的交變序列。選擇器72操作的基本概念是確定M’個(gè)可能的濾波器部分中每一個(gè)相對(duì)這個(gè)前導(dǎo)部分的實(shí)際響應(yīng)。由于所需的對(duì)前導(dǎo)的響應(yīng)是已知的，M’個(gè)濾波器響應(yīng)中每個(gè)的品質(zhì)因數(shù)可以通過將M’個(gè)實(shí)際響應(yīng)與理想的響應(yīng)做相關(guān)、或比較來確定。然后選出具有對(duì)理想前導(dǎo)響應(yīng)的最佳相關(guān)的濾波器部分，在速率變換器43-i接收數(shù)據(jù)部分d(n)時(shí)作為所使用的濾波器部分。
如圖9中所示，示范的速率變換器43-i包括多個(gè)-M’個(gè)濾波器結(jié)構(gòu)部分92-0，…，92-M’-1、同樣多個(gè)相關(guān)器93-0，…，93-M’-1、同樣多個(gè)解調(diào)器91-0，…，91-M’-1、相位選擇和跟蹤電路94、以及峰值檢測(cè)器和比較電路95。所說明的實(shí)施例既執(zhí)行圖7中濾波器結(jié)構(gòu)71的功能也執(zhí)行選擇器72的功能。
為了執(zhí)行選擇器72的功能，數(shù)字信道信號(hào)x(n)首先并行地饋入M’個(gè)濾波器部分92-0，…，92-M’-1中的每一個(gè)，部分92中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于M’個(gè)可能的相位中的一個(gè)。一個(gè)給定濾波器92的特定相位作為參數(shù)u輸入。M’個(gè)濾波器部分92中的每一個(gè)在數(shù)字信道信號(hào)x(n)上操作以提供M’個(gè)濾波的信號(hào)z0(n)，…，zM’-1(n)。
這M’個(gè)濾波的信號(hào)接著饋入解調(diào)器91-0，…，91-M’-1中相應(yīng)的一個(gè)，去掉諸如相位編碼這樣的任何符號(hào)調(diào)制。例如，被去掉的一種這樣的編碼是已知的π/4DQPSK(差分正交相移鍵控)，按照“EIA/TIAInterim Standard Cellular System Dual Mode Mobile Station BaseStation Compatibility Standard IS-54-B”的規(guī)定，日期1992年四月，電信工業(yè)委員會(huì)頒布。
M’個(gè)解調(diào)器的輸出然后饋入相關(guān)器93-0，…，93-M’-1，相關(guān)器的其它輸入是理想的前導(dǎo)序列s(n)。在所描述的例子中，理想的前導(dǎo)由交替變化的一串正和負(fù)符號(hào)構(gòu)成。每個(gè)相關(guān)器電路93-0，…，93-M’輸出表示相應(yīng)的中間濾波信號(hào)z0(n)，…，zM’-1(n)與理想的符號(hào)序列s(n)之間相關(guān)的值。這種相關(guān)可以用任意適當(dāng)?shù)姆绞酵瓿?，例如通過將前導(dǎo)的方向上兩個(gè)信號(hào)之間的差求積分。
峰值檢測(cè)和比較95隨后處理每個(gè)相關(guān)器的輸出。特別是，當(dāng)在相關(guān)器93-0，…，93-M’-1之一的輸出中檢測(cè)到一個(gè)峰值時(shí)，就比較所有相關(guān)器輸出的大小。當(dāng)速率變換器在數(shù)字信道信號(hào)x(n)的數(shù)據(jù)部分操作時(shí)，對(duì)應(yīng)于最大輸出相關(guān)器93的特定濾波器部分92被選中作為所需的濾波器部分92使用。這通過輸出一個(gè)參數(shù)x來表示。
速率變換器43-i隨后進(jìn)入跟蹤模式，所選的中間信號(hào)zx(n)作為選擇和跟蹤電路94所需的輸出信號(hào)z(n)被保持。因此，在這種模式中，只有所選的濾波器部分92需要是可操作的。這種跟蹤模式維持到再次進(jìn)入前導(dǎo)模式，一般是檢測(cè)到另一個(gè)前導(dǎo)的時(shí)候。
正如將簡(jiǎn)單討論的那樣，選擇和跟蹤電路94也可以通過將所選的濾波器部分92-x的響應(yīng)和濾波器部分92-0，…，92-M’-1所有響應(yīng)的一個(gè)子集做比較，主動(dòng)地調(diào)整參數(shù)x，基于一個(gè)誤差檢測(cè)準(zhǔn)則確定另一種相位的濾波器部分何時(shí)可提供較好的抽樣值。
M’個(gè)濾波器部分92-u的一個(gè)示范的信號(hào)流圖在圖12中表示。在所描述的例子中，抽頭數(shù)g等于4。因此，濾波器部分92-u包括四個(gè)延遲單元125-0，…，125-3、四個(gè)濾波器系數(shù)存儲(chǔ)器126-0，…，126-3、四個(gè)乘法器127-0，…，127-3、以及三個(gè)加法器128-1，…，128-3。濾波器92-u是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)輸入抽樣x(n)首先饋入第一延遲單元125-0，然后在隨后的以時(shí)鐘信號(hào)129所表示的抽樣計(jì)數(shù)、或時(shí)鐘周期出現(xiàn)時(shí)進(jìn)入后面的延遲單元125-1、125-2和125-3。時(shí)鐘信號(hào)129在輸入數(shù)字信道信號(hào)x(n)的每個(gè)抽樣提供一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘脈沖。
濾波器92-u的第一級(jí)也包括一個(gè)乘法器127-0，將延遲單元125-0的輸出接收作為它的一個(gè)輸入。乘法器127-0的另一個(gè)輸入來自系數(shù)存儲(chǔ)器126-0，126-0為L(zhǎng)個(gè)可能的濾波器部分中的每一個(gè)存儲(chǔ)以0編號(hào)的系數(shù)hp(0)。因此前面描述的濾波器系數(shù)參數(shù)p，也輸入到系數(shù)存儲(chǔ)器126-0，用于所需的hp(0)的選擇。第一濾波器級(jí)的輸出是隨后提供給加法器128-1的乘法器127-0。
類似地，第二濾波器級(jí)包括延遲單元125-1、為L(zhǎng)個(gè)可能的濾波器的每一個(gè)存儲(chǔ)系數(shù)hp(1)的系數(shù)存儲(chǔ)器126-1、以及乘法器127-1。第二濾波器級(jí)的輸出與第一濾波器級(jí)的輸出一起饋入加法器128-1。后面的第三和第四濾波器級(jí)類似實(shí)現(xiàn)。
包括濾波器部分92-u的zu(n)的輸出抽樣從最后級(jí)的輸出提取出來，在所說明的例子中最后級(jí)是第三級(jí)加法器128-3。
為了進(jìn)行抽樣定時(shí)調(diào)整以便產(chǎn)生最大可能的正確符號(hào)檢測(cè)，也必須保持正確的濾波器系數(shù)參數(shù)p。如果輸入抽樣率fo、也就是輸入數(shù)字信道信號(hào)x(n)的抽樣率等于輸出信號(hào)z(n)的抽樣率，或至少是該速率的整數(shù)倍的話，這可能是比較簡(jiǎn)單的事。在這種情況下，初始的相位差不隨所通過的輸入數(shù)字信道信號(hào)而改變。但是，在大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)中，不是這種情況，而且一個(gè)抽樣率可能大于或小于另一個(gè)，而且比例不一定是整數(shù)。本發(fā)明因此也提供了一種方便的調(diào)整這種非整數(shù)抽樣率差的方法。
特別是，通過恰當(dāng)?shù)乜刂戚斎氲綖V波器部分92-u的時(shí)鐘信號(hào)129的頻率以及參數(shù)p，可以精確地調(diào)整任何抽樣率差值。為了理解如何完成這個(gè)過程，考慮一個(gè)典型的示范輸入信道信號(hào)序列x(n)和輸出信號(hào)z(n)，如圖11A所示。從n＝-2到n＝5的x(n)的抽樣沿著水平時(shí)間線的上部表示。所需的輸出抽樣z(n)沿著時(shí)間線的下部表示。用標(biāo)號(hào)116表示的那種雜散的標(biāo)志，表示插值抽樣的可能位置。在所描述的例子中，由于L＝8，每個(gè)插值抽樣有八種可能的位置。輸出數(shù)字信道信號(hào)z(0)的第一個(gè)抽樣相對(duì)于最近的輸出抽樣x(0)定時(shí)的延遲也表示出來了。這種延遲是參數(shù)p的初始估計(jì)。
對(duì)于給定的x(n)和給定的z(n)，可以確定抽樣率調(diào)整因子，μ，它等于每個(gè)序列的頻率比值。在圖11A所示的例子中，數(shù)字信道信號(hào)x(n)的抽樣頻率是每秒45千抽樣(ksps)，所需的插值輸出信號(hào)抽樣率z(n)是24.3ksps。速率調(diào)整因子μ因此等于1.851。所以，對(duì)于每個(gè)所需的輸出序列抽樣z(n)，大約有2個(gè)、但不很精確地為2個(gè)輸入序列抽樣x(n)。
實(shí)際需要的輸出抽樣率fo一般由接收機(jī)100所實(shí)現(xiàn)的特定信令標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)率所規(guī)定。例如，上述的輸出抽樣率24.3ksps由蜂窩系統(tǒng)的示范時(shí)分多址(TDMA)實(shí)現(xiàn)所規(guī)定，例如前面提到的IS-54-B標(biāo)準(zhǔn)中的描述。(應(yīng)該理解這種技術(shù)的用途不限于IS-54-B。)但是，回顧速率變換器43-i實(shí)際上包括M’個(gè)濾波器部分92-0，…，92-M’-1。為了確定如何在輸入數(shù)字信道信號(hào)x(n)和輸出數(shù)字信道信號(hào)z(n)之間最佳地調(diào)整抽樣率差值μ，考慮濾波器部分92-u所需的抽樣輸出的時(shí)間由下式給出tu(n)=(n+uM′)T]]>這里u是濾波器部分92-u的系數(shù)，M’是濾波器部分92的總數(shù)，T是符號(hào)間隔。已知輸入抽樣間隔，Ti=1fi,]]>則速率調(diào)整因子μ由下式給出μ=TTi,]]>而且在離散時(shí)間n處的特定輸入抽樣的系數(shù)vu由下式給出vu(n)=integer(tn(n)Ti)=integer[(n+uM′)TTi],]]>參數(shù)p為pu(n)=round L(tu(n)Ti-vu(n))]]>。對(duì)于輸出序列z(n)的每個(gè)抽樣將輸入序列x(n)移位的抽樣數(shù)就是輸入抽樣系數(shù)之間的差值qu(n)＝vu(n)-vu(n-1)。
圖12表示如何確定驅(qū)動(dòng)濾波器部分92-u的時(shí)鐘129以及參數(shù)p。計(jì)數(shù)器140對(duì)z-抽樣的個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，同步到輸出信號(hào)z(n)所需的輸出速率fo上。z-抽樣計(jì)數(shù)器140的內(nèi)容因此提供了等于當(dāng)前輸出抽樣系數(shù)的抽樣系數(shù)號(hào)nz。
乘法器141隨后確定比值
而且加法器142將該值加到當(dāng)前的抽樣系數(shù)號(hào)nz上。為了確定由于輸入和輸出抽樣率的差別帶來的適當(dāng)偏差，這個(gè)值再由乘法器143乘上速率調(diào)整因子μ。然后乘法器143的輸出饋入一個(gè)整數(shù)部分選擇器144以及減法器145。因此整數(shù)部分選擇器144的輸出提供了vu(n)。
隨后這個(gè)vu(n)值饋入減法器149和延遲單元148。減法器149的輸出是號(hào)碼qu(n)，表示用于產(chǎn)生以前的輸出抽樣z(n)的x(n)以前抽樣的系數(shù)與目前需要的z(n)輸出抽樣所用的x(n)抽樣的系數(shù)之間的差別。在圖11A中討論的例子中，這里μ＝1.851，qu(n)將有一個(gè)為2的值或?yàn)?的值，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間nz而定。
為了保持適當(dāng)?shù)妮敵龀闃佣〞r(shí)，這個(gè)qu(n)值饋入一個(gè)時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器150，向?yàn)V波器部分92-u的延遲單元125-0，…，125-g-1輸出所指示的時(shí)鐘脈沖數(shù)。
為了確定濾波器系數(shù)參數(shù)p，在輸入和輸出抽樣速率不同的情況下，來自乘法器143的相乘的結(jié)果與索引vu(n)一起饋入減法器145。通過將這個(gè)結(jié)果在乘法器146中乘以插值因子L，然后在塊147中將結(jié)果取整，就確定了參數(shù)p。
因此，當(dāng)z符號(hào)計(jì)數(shù)器140運(yùn)行且得到了輸出序列z(n)隨后的抽樣時(shí)，調(diào)整系數(shù)p和時(shí)鐘信號(hào)149以保證恰當(dāng)?shù)剡x擇L個(gè)可能的濾波器。
在迄今為止的討論中，假設(shè)輸出選擇器94(圖12)只是簡(jiǎn)單的M取一選擇器，從來自峰值比較器95的參數(shù)x所給出的中間信號(hào)zx(n)中選出一個(gè)。因此，當(dāng)處于跟蹤模式時(shí)，僅需要實(shí)現(xiàn)濾波器部分92-x。然而，如果要求動(dòng)態(tài)調(diào)整濾波器部分的系數(shù)，可以通過執(zhí)行一種延遲鎖定環(huán)路確定來增強(qiáng)跟蹤功能94。
如圖13所示，這包括確定三個(gè)濾波器部分92-x-1、92-x、92-x+1的輸出。這三個(gè)濾波器部分中每個(gè)的輸出隨后轉(zhuǎn)發(fā)到確定調(diào)整因子xadj的峰值偏移檢測(cè)電路132。
如圖13所示，如果來自當(dāng)前選擇的或者準(zhǔn)時(shí)的濾波器部分92-x的抽樣的幅度大于來自落后的濾波器部分92-x-1的抽樣和來自超前的濾波器部分92-x+1這二者，就不需要調(diào)整。在這種情況下，xadi因子設(shè)為0，并且x不調(diào)整。
然而，如果來自超前的濾波器部分92-x+1的抽樣幅度大于準(zhǔn)時(shí)的濾波器部分92-x的值及落后的濾波器部分92-x-1的值，表示必須進(jìn)行相位調(diào)整，將速率變換器43-i的輸出靠近符號(hào)的中間。因此，輸出調(diào)整因子+1，并在用于選擇激活的濾波器部分92-x之前加到來自峰值檢測(cè)和比較95的x參數(shù)上。
類似的，當(dāng)來自落后的濾波器部分92-x-1的抽樣幅度大于準(zhǔn)時(shí)的濾波器部分92-x的值及超前的濾波器部分92-x+1這二者時(shí)，就表示需要在相反的方向上調(diào)整。
速率變換器43-i的前述操作一般在與特定的信道i有關(guān)的相應(yīng)的DSP113-u中實(shí)現(xiàn)。但是，應(yīng)該理解，速率變換器43-i的操作也可以通過恰當(dāng)排列的硬件來執(zhí)行。此外，有專用于對(duì)多個(gè)信道執(zhí)行速率變換器43-i功能的DSP單元113。
重疊和相加合路器(圖14A和14B)圖14A和14B圖解說明了與上面描述的具有圖5A重疊和相加濾波器結(jié)構(gòu)的寬帶信道分路器111互補(bǔ)的多信道合路器131的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)。與信道分路器的情況一樣，多信道合路器的信號(hào)處理功能本質(zhì)上對(duì)應(yīng)并且功能上等價(jià)于圖17所示的對(duì)應(yīng)于上面提到的Crochiere文本的圖7.20的信號(hào)處理流程圖。
象上面描述的圖5A所示的重疊和相加信道分路器那樣，合路器單元131使用的實(shí)際實(shí)現(xiàn)能夠?qū)崟r(shí)處理多個(gè)數(shù)字語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信號(hào)，并且進(jìn)行頻率變換并將信號(hào)合路為一個(gè)IF(intermediatefrequency中頻)輸出抽樣速率。圖14A的實(shí)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn)VMEbusTM接口601、603提供對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的全可編程控制并且在一個(gè)定制的、時(shí)分復(fù)用(TDM)數(shù)據(jù)總線605上提供分信道的數(shù)據(jù)采集。
如上面描述的圖5A和5B的信道分路器，圖14A和14B的重疊和相加合路器將描述為一個(gè)可用于NADC(TDMA)蜂窩系統(tǒng)的400信道/30kHz系統(tǒng)，和一個(gè)可用于歐洲GSM蜂窩系統(tǒng)的50信道/200kHz系統(tǒng)的非限制例子。對(duì)于30kHz信道，假設(shè)抽樣速率是50kHz。對(duì)于200kHz，假設(shè)抽樣速率是300kHz。分信道的數(shù)據(jù)是由合路器作為分解的基帶信號(hào)接收的。信道抽樣速率依合路器的濾波器設(shè)計(jì)而不同。
由于在典型情況下，所有信道的總計(jì)數(shù)據(jù)率超過VMEbusTM605和其它標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議的總線帶寬，圖14A和14B的合路器結(jié)構(gòu)使用一個(gè)定制的TDM總線610在相對(duì)高的數(shù)據(jù)率上采集大量信道的數(shù)據(jù)。TDM總線610的時(shí)鐘設(shè)為20MHz，以允許每幀400時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙能夠在上至上面提到的50kHz的抽樣速率上傳輸一個(gè)單一信道的數(shù)據(jù)。對(duì)于更高的速率，可以為一個(gè)信號(hào)源分配每幀多個(gè)時(shí)隙。如上面參考圖4合路器的TDM總線提到的，由于每個(gè)時(shí)隙處理50kHz的抽樣速率(并且6×50kHz是300kHz)，300kHz的抽樣速率將要求每幀6個(gè)時(shí)隙。
確定在TDM總線上的分信道的數(shù)據(jù)源是格式化(例如，成為蜂窩標(biāo)準(zhǔn))并且調(diào)制來自伴隨電話網(wǎng)的入語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信號(hào)以提供基帶分解信號(hào)的DSP處理器113(圖3)。每個(gè)數(shù)據(jù)源分配一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙，在其間一旦合路器請(qǐng)求它將傳輸一個(gè)單一的復(fù)數(shù)抽樣。沒有兩個(gè)源會(huì)被分配同一個(gè)時(shí)隙。時(shí)隙是系統(tǒng)控制器(在VMEbusTM605上的獨(dú)立的CPU)在系統(tǒng)初始化期間分配的。系統(tǒng)控制器還編程合路器以指定包括有效數(shù)據(jù)的全部時(shí)隙。
來自每個(gè)DSP處理器的抽樣是通過從TDM總線控制器611(邏輯陣列實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī))和相關(guān)的緩沖器/驅(qū)動(dòng)器613加到TDM總線610上的控制信號(hào)請(qǐng)求的。這個(gè)抽樣通過總線緩沖單元617寫入一個(gè)雙端口RAM緩沖器615。TDM總線控制邏輯單元611將RAM緩沖器615的尋址同步到TDM總線的幀信號(hào)，以確保每個(gè)信道被寫入雙端口RAM615中的正確地址。當(dāng)合路器已經(jīng)從全部工作信道采集數(shù)據(jù)之后，TDM總線控制器611通過鏈路612將控制信號(hào)耦合到FFT控制邏輯單元620，使得FFT控制邏輯單元620初始化FFT處理。象在信道分路器中的邏輯門陣列468那樣，F(xiàn)FT控制邏輯單元620是一個(gè)作為邏輯門陣列優(yōu)選實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)。與圖4信道分路器的前向FFT處理器功能互補(bǔ)，圖6的合路器實(shí)現(xiàn)一個(gè)逆FFT。然而，在實(shí)現(xiàn)方面，如將要描述的，逆FFT的產(chǎn)生是使用一個(gè)前向FFT完成的。
FFT處理器示于圖14A中630處的FFT處理器配置為大小等于下一個(gè)“2的冪”大于被合路的信道數(shù)。如上面提到的，400個(gè)30kHz信道要求512點(diǎn)的FFT，而50個(gè)200kHz信道要求64點(diǎn)的FFT。FFT的大小是在初始化期間編程到FFT機(jī)中的。信道速率也根據(jù)下面的恒等式指定了FFT處理速率FFT速率＝1/(信道抽樣速率)如以前說明的，用于30kHz信道的50kHz抽樣速率要求每20毫秒產(chǎn)生一個(gè)512點(diǎn)FFT，而300kHz抽樣速率要求每3.333毫秒產(chǎn)生一個(gè)64點(diǎn)FFT。由于當(dāng)前可用的典型的FFT裝置并不工作在這些速度上，為了獲得通過量，F(xiàn)FT處理器630包括已經(jīng)用與信號(hào)處理參數(shù)有關(guān)的正確FFT大小編程的多個(gè)FFT機(jī)(例如，在說明的例子中是3個(gè)-631、632、633)。實(shí)現(xiàn)具有多個(gè)機(jī)的FFT處理器630將512點(diǎn)FFT處理器的FFT再訪問時(shí)間減小60毫秒，和64點(diǎn)FFT處理器10毫秒。
一個(gè)512點(diǎn)逆FFT要求512個(gè)抽樣；但是只有400個(gè)時(shí)隙。這400個(gè)時(shí)隙居于FFT處理器630的512點(diǎn)(bin)窗口中間?？刂七壿媶卧?20將0順序?qū)懭氲紽FT機(jī)的前56點(diǎn)(bin)中。下面的400點(diǎn)(bin)，對(duì)于活動(dòng)信道數(shù)據(jù)可以是從雙端口RAM 615中讀出的。如果信道是一個(gè)非活動(dòng)信道，控制邏輯單元620將向那些點(diǎn)(bin)寫入0。那些活動(dòng)信道的標(biāo)識(shí)是5，是在系統(tǒng)初始化期間編程到控制邏輯單元620中的。對(duì)于最后的56點(diǎn)(bin)，向它們寫入0。(對(duì)于64點(diǎn)FFT，0被寫入前和后7個(gè)FFT點(diǎn)(bin)以允許50個(gè)200kHz信道。)為了提供內(nèi)置測(cè)試能力，測(cè)試數(shù)據(jù)可以通過VMEbusTM605寫入一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(bin)。為了這個(gè)目的，專用于測(cè)試能力的先入先出(FIFO)存儲(chǔ)器635通過收發(fā)機(jī)單元601連接到總線605，使VMEbusTM605上的CPU能夠?qū)y(cè)試信號(hào)寫入合路器。另外，系統(tǒng)控制器可以將FFT控制邏輯單元620編程為對(duì)于特殊的點(diǎn)(bin)從FIFO存儲(chǔ)器635而不是雙端口RAM 615讀取數(shù)據(jù)。測(cè)試數(shù)據(jù)可以寫入頭和尾7個(gè)FFT點(diǎn)(bin)，而留下50個(gè)200kHz信道用于入活動(dòng)數(shù)據(jù)信道。
用下面的恒等式，使用前向FFT產(chǎn)生逆FFTx[n]＝K*FFT(X[((-k))K])，其中x[n]是X[k]的逆FFT，n是抽樣數(shù)，k是FFT點(diǎn)(bin)數(shù)，K是FFT的大小，而X[((-k))K]代表序列X[k]模K的逆序列。通過產(chǎn)生到FFT的輸入數(shù)據(jù)關(guān)于0號(hào)點(diǎn)(bin)的鏡像，前向FFT變成了一個(gè)由FFT大小標(biāo)度的逆FFT?？刂七壿媶卧?20在將數(shù)據(jù)寫入FFT機(jī)時(shí)按逆序?qū)ぶ份斎腚p端口RAM 615。
與圖5A和5B的信道分路器實(shí)現(xiàn)一樣，為了在圖14A和14B的合路器結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一個(gè)512點(diǎn)的FFT，F(xiàn)FT機(jī)使用了FFT大小是4的冪次的基4(塊浮點(diǎn))算法。使用N*2點(diǎn)FFT產(chǎn)生N點(diǎn)FFT的偶點(diǎn)(bin)需要X[k]＝G[k]+H[k]*WNk，其中X[k]是輸入序列x[n]的N點(diǎn)FFT，k是FFT點(diǎn)(bin)數(shù)，N是FFT大小(512)，G[k]是x[n]的偶抽樣的N/2點(diǎn)FFT，H[k]是x[n]的奇抽樣的N/2點(diǎn)FFT，而WN=e-j*2*π/N]]>。
與圖5A和5B的信道分路器一樣，用于合路器的512點(diǎn)FFT也是用兩個(gè)256點(diǎn)FFT產(chǎn)生的。
N/2點(diǎn)FFT產(chǎn)生于512點(diǎn)輸入序列的偶抽樣和奇抽樣。在圖6的結(jié)構(gòu)中，第一(圖中上邊)FFT數(shù)據(jù)雙端口RAM 641存儲(chǔ)G[k]。第二(圖中下邊)FFT數(shù)據(jù)雙端口RAM 642存儲(chǔ)H[k]*WNK。H[k]和WNK的乘法由數(shù)控振蕩器/調(diào)制器(NCOM)651進(jìn)行，k從0到255。為了處理512點(diǎn)FFT的前256點(diǎn)(bin)，算術(shù)邏輯單元(ALU)655將RAM641的輸出與RAM 642的輸出相加。因?yàn)閃Nk＝-WNk-N/2，k從256到511，對(duì)于512點(diǎn)FFT的余下的256點(diǎn)(bin)，RAM 642的輸出N被從RAM 641的輸出中減去。
為了調(diào)整通過NCOM 651的傳播延遲并且確保ALU 655處理正確的抽樣對(duì)，一組延遲寄存器657連接在從雙端口RAM 641到ALU的輸出路徑上。(對(duì)于200kHz信道，使用64點(diǎn)FFT。由于64是4的冪，因此不需要NCOM 651、雙端口RAM 642和ALU 655并且通過來自控制單元620的控制信號(hào)將它們禁止。)與在上面提到的Crochiere文本中描述的，以及圖17中所示的一樣，合路器算法要求逆FFT的輸入序列乘上一個(gè)復(fù)指數(shù)WKkmR其中k等于輸入頻率點(diǎn)(bin)數(shù)，K等于逆FFT大小，m是逆FFT數(shù)(即，對(duì)于第一個(gè)產(chǎn)生的逆FFT，m＝0；對(duì)于下一個(gè)FFT，m＝1；等等。)，R是合路器的插值率，而WK=e-j*2*π/K]]>。
使用數(shù)學(xué)恒等式，這個(gè)乘法運(yùn)算可以通過逆FFT輸出抽樣的循環(huán)移位實(shí)現(xiàn)，即x[((n-r))k]＝逆FFT(WK-rk*X[k])，其中r等于-mR。通過將逆FFT輸出抽樣移位-mR，就產(chǎn)生了復(fù)指數(shù)的相移。這個(gè)移位由FFT控制邏輯門陣列620中的FFT輸出尋址邏輯進(jìn)行。移位計(jì)數(shù)在合路器的初始化期間編程。
如前面提到的，F(xiàn)FT機(jī)使用塊浮點(diǎn)算法產(chǎn)生FFT。塊浮點(diǎn)FFT提供依輸入數(shù)據(jù)特性而定的標(biāo)度因子。因?yàn)橛糜诋a(chǎn)生一個(gè)512點(diǎn)FFT的兩個(gè)256點(diǎn)FFT可能不具有同樣的標(biāo)度因子或連續(xù)FFT可能不具有同樣的標(biāo)度因子，所以將桶形移位電路658、659連接在到ALU 655的信號(hào)流輸入路徑上。如前面結(jié)合圖4信道分路器的操作描述的，桶形移位器將FFT數(shù)據(jù)調(diào)整到同樣的標(biāo)度以正確地對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)用于后續(xù)處理。
重疊和相加濾波與圖5A和5B的信道分路器一樣，在圖14B的660處所示的圖6的合路器的消卷積重疊和相加濾波器，包括四個(gè)濾波器抽頭級(jí)660-1、660-2、660-3、660-4。FFT大小和級(jí)數(shù)設(shè)置了濾波器的總長(zhǎng)度，如下式定義濾波器長(zhǎng)度＝N*級(jí)數(shù)，其中N是FFT大小。
濾波器620實(shí)際設(shè)計(jì)為截止頻率等于信道帶寬之半的低通濾波器。應(yīng)該觀察到，濾波器并不限于4級(jí)濾波器，如果需要可以使用更多級(jí)，這將提高信道選擇性、減少信道中的混淆并且降低信道抽樣速率。濾波器630的各級(jí)630-I是由存儲(chǔ)器組件631A和631B中的一個(gè)或兩個(gè)、一個(gè)反饋復(fù)用器633、一個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器635和一個(gè)乘法器637組成的。每個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器分別存儲(chǔ)一組N濾波器(權(quán)重)系數(shù)，它的數(shù)目對(duì)應(yīng)于FFT處理器的大小。系數(shù)是初始化期間通過VMEbusTM605下載到系數(shù)存儲(chǔ)器635中的。系數(shù)存儲(chǔ)器的地址輸入是通過鏈路629從(門陣列邏輯實(shí)現(xiàn)的)濾波器控制狀態(tài)機(jī)670提供的，而數(shù)據(jù)輸入是通過數(shù)據(jù)鏈路連接的。
第一個(gè)N個(gè)系數(shù)加載到第一或最左級(jí)630-1的系數(shù)存儲(chǔ)器635，第二個(gè)N個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)在抽頭級(jí)630-2的系數(shù)存儲(chǔ)器635中，第三個(gè)N個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)在抽頭級(jí)630-3的系數(shù)存儲(chǔ)器635中，而第四個(gè)N個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)在抽頭級(jí)630-4的系數(shù)存儲(chǔ)器635中。來自ALU 655的FFT處理器的輸出通過鏈路656分發(fā)到所有濾波器級(jí)的乘法器637并且同時(shí)被每個(gè)級(jí)的系數(shù)乘。乘法器637的輸出連接到加法器639，與被延遲存儲(chǔ)器累加并移位的數(shù)據(jù)相加。
與圖4的信道分路器的濾波器一樣，除去第一級(jí)630-1的每級(jí)延遲存儲(chǔ)器都被分為兩個(gè)存儲(chǔ)器部分631A和631B。第一濾波器抽頭級(jí)630-1不需要延遲存儲(chǔ)器部分631B，因?yàn)橐迫氲谝粸V波器級(jí)的是通過到復(fù)用器633的鏈路632提供的0。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器的長(zhǎng)度是由濾波器插值率決定的，它根據(jù)信道和輸出抽樣速率確義。合路器的輸出抽樣速率由下式給出輸出抽樣速率＝N*信道帶寬。
對(duì)于30kHz信道，輸出抽樣速率是3.0*104*512＝15.36MHz。對(duì)于200kHz信道，輸出抽樣速率是2.0*105*64＝12.8MHz。濾波器插值率R是下述商的最接近整數(shù)R＝取整(輸出抽樣速率/信道抽樣速率)如上面提到的，對(duì)于使用具有50kHz信道抽樣速率的30kHz信道的例子，插值率是R＝307；對(duì)于具有300kHz信道抽樣速率的200kHz信道，插值率是R＝43。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器部分631A的長(zhǎng)度是R，而延遲存儲(chǔ)器部分631B的長(zhǎng)度，也稱為濾波器重疊，由下式給出重疊＝(N-R)。
因此，對(duì)于30kHz信道，濾波器重疊是205；對(duì)于200kHz信道，濾波器重疊是21。插值率R也規(guī)定了重疊和相加濾波器所要求的信號(hào)處理速率。最小時(shí)鐘速率，濾波器必須能處理數(shù)據(jù)以維持下式給出的通過量濾波器處理速率＝輸出速率*N/R。
對(duì)于30kHz信道系統(tǒng)，最小速率是25.62MHz。對(duì)于200kHz信道系統(tǒng)，該速率是19.05MHz。
對(duì)于逆FFT處理器輸出的每N個(gè)抽樣，重疊和相加濾波器660輸出R個(gè)抽樣。對(duì)于每個(gè)逆FFT的前R個(gè)抽樣，濾波器控制狀態(tài)機(jī)670，通過選擇控制鏈路671選擇通過復(fù)用器633的第一個(gè)或上邊的輸入端口633-1。在這期間，全部數(shù)據(jù)通過時(shí)鐘控制鏈路669從左向右移或由時(shí)鐘從左到右定時(shí)，如圖6所示，并且將濾波器的最后級(jí)630-4中由加法器639產(chǎn)生的和輸出到半頻帶濾波器672。
對(duì)于余下的N-R個(gè)抽樣，每個(gè)復(fù)用器633的第二或下邊的端口633-2被選中，并且加法器639的輸出通過鏈路638反饋到延遲存儲(chǔ)器部分631A。在這期間，存儲(chǔ)器部分631B并不移位并且在最后級(jí)630-4中的數(shù)據(jù)并不被時(shí)鐘定時(shí)到半頻帶濾波器。另外，與信道分路器濾波器一樣，最后N-R個(gè)抽樣的反饋提供濾波器重疊。
半頻帶濾波器和速率緩沖器由于典型地RF收發(fā)器激勵(lì)源要求一個(gè)實(shí)信號(hào)而不是一個(gè)復(fù)信號(hào)，所以濾波器630的輸出連接到半頻帶濾波器672。半頻帶濾波器630被配置為一個(gè)提供復(fù)數(shù)到實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)變換的集成電路，它加倍了輸出抽樣速率。雖然圖6的合路器的整體能夠作為一個(gè)徹底的實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，但這要求所有的抽樣速率、處理速率和FFT大小都要加倍，增加了復(fù)雜性和成本。速率緩沖器FIFO存儲(chǔ)器674連接到半頻帶濾波器672的輸出以允許來自合路器的連續(xù)的數(shù)據(jù)流。存儲(chǔ)在FIFO存儲(chǔ)器674中的數(shù)據(jù)通過輸出驅(qū)動(dòng)器單元675連接到輸出數(shù)據(jù)鏈路690供收發(fā)機(jī)站點(diǎn)發(fā)射端的D-A變換器133(圖3)使用。
如前面提到的，重疊和相加濾波器630提供每N個(gè)時(shí)鐘周期R個(gè)抽樣的突發(fā)，并且FIFO 674的輸出在實(shí)際的輸出抽樣速率上提供連續(xù)的數(shù)據(jù)流。另外，來自FIFO的半滿標(biāo)志通過控制信號(hào)線673提供給控制邏輯電路，通過在各自的狀態(tài)機(jī)之間分布的控制鏈路，指示TDM總線接口單元611何時(shí)請(qǐng)求數(shù)據(jù)。當(dāng)存儲(chǔ)在FIFO674中的數(shù)據(jù)量掉到FIFO的容量的一半之下時(shí)，該標(biāo)志失效，這表明TDM總線接口要請(qǐng)求來自活動(dòng)的信道的信道數(shù)據(jù)并且進(jìn)行處理以維持輸出數(shù)據(jù)流的連續(xù)。
與圖5A和5B的信道分路器結(jié)構(gòu)一樣，每個(gè)所要求的輸出抽樣速率由各自的振蕩器提供。對(duì)于當(dāng)前這個(gè)既能處理30kHz又能處理200kHz信道的合路器例子而言，分別提供30.72MHz和25.6MHz(2*輸出抽樣速率)時(shí)鐘676和677。在系統(tǒng)控制器對(duì)合路器進(jìn)行初始化期間，正確的振蕩器由相關(guān)聯(lián)的控制邏輯單元678選擇。
包含另一組邏輯電路集以產(chǎn)生合路器使用的額外的時(shí)鐘信號(hào)。與圖5A和5B的信道分路器結(jié)構(gòu)一樣，高速率(大約200MHz)振蕩器681的時(shí)鐘輸出被計(jì)數(shù)器682和683分頻以產(chǎn)生所需的濾波器處理時(shí)鐘、TDM總線時(shí)鐘和FFT機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘。
使用多相濾波器的信道分路器(圖15A和15B)
本發(fā)明的寬帶信道分路器的第二個(gè)實(shí)施例配置為一個(gè)多相濾波器結(jié)構(gòu)，它的功能用上面提到的Crochiere文本的圖7.15中所示的信號(hào)處理流程圖表示。另外，由于每個(gè)濾波器變換函數(shù)(由圖3的信道分路器111和合路器131中包含的濾波器結(jié)構(gòu)的多相實(shí)現(xiàn)分別使用的)的算法都在該Crochiere文本中有精確地闡述，就不在這里重復(fù)了。
與圖5A的重疊和相加信道分路器一樣，圖15A的基于FFT的多相濾波器組分析(信道分路器)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也接受實(shí)時(shí)寬帶IF(中頻)信號(hào)并進(jìn)行頻率變換以及將信道分割為多個(gè)獨(dú)立的窄基帶分解信號(hào)。多相濾波器信道分路器通過標(biāo)準(zhǔn)VMEbusTM接口提供系統(tǒng)參數(shù)的全可編程控制并且在一個(gè)自定制的、時(shí)分復(fù)用(TDM)數(shù)據(jù)總線上提供分信道的數(shù)據(jù)分發(fā)。(與前面的例子一樣，下面的多相濾波器實(shí)現(xiàn)的描述將強(qiáng)調(diào)特定的400信道/30kHz系統(tǒng)，和50信道/200kHz系統(tǒng)。)多相信道分路器結(jié)構(gòu)的特性是，輸入抽樣速率是信道抽樣速率的整數(shù)倍。這就意味著，信道抽樣速率必須是信道帶寬的倍數(shù)。在本描述中，信道被因子2過抽樣；因此，假設(shè)30kHz信道的抽樣速率是60kHz，而200kHz信道的抽樣速率是400kHz。信道化的數(shù)據(jù)被信道分路器作為分解的基帶信號(hào)分發(fā)。
半頻帶濾波器和幅度監(jiān)視現(xiàn)在更具體地參考圖15A，信道分路器的輸入通過緩沖器/驅(qū)動(dòng)器單元701與上游的寬帶數(shù)字接收機(jī)接口，特別是與來自圖3的A-D變換器103的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出鏈路703接口。時(shí)鐘線705提供用于變換器的編碼時(shí)鐘的抽樣時(shí)鐘。輸入抽樣時(shí)鐘速率取決于接收的信道數(shù)和那些信道的帶寬。幅度監(jiān)視邏輯電路708監(jiān)視數(shù)據(jù)鏈路703上來自數(shù)字接收機(jī)的A-D變換器的輸入數(shù)據(jù)的最高兩個(gè)有效比特，以提供輸入信號(hào)的自動(dòng)增益控制。這確保了在接收器中的A-D變換器103的全部動(dòng)態(tài)范圍被利用。幅度監(jiān)視邏輯電路在鏈路709上向接收機(jī)輸出一個(gè)控制字，用于控制A-D變換器上游的數(shù)字衰減器。
對(duì)每個(gè)信道分路器可能使用的輸入速率提供各自的振蕩器702、704。選擇和二分頻邏輯電路706在濾波器狀態(tài)機(jī)707的控制下，與振蕩器702、704相連。在初始化期間，系統(tǒng)控制器(VMEbusTM上的CPU)配置信道分路器選擇正確的振蕩器。振蕩器時(shí)鐘也下分頻以在輸出時(shí)鐘鏈路712上產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘去驅(qū)動(dòng)將要描述的信道分路器的移位寄存器延遲存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)鏈路703上的輸入抽樣被時(shí)鐘定時(shí)到半頻帶濾波器711，該濾波器被配置為一個(gè)進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)實(shí)域-復(fù)域變換的有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。半頻帶濾波器711也被2除，將數(shù)據(jù)的時(shí)鐘速率減半。然后復(fù)抽樣被饋入多相濾波器715的移位寄存器713。特別地，半帶濾波器711的輸出被時(shí)鐘定時(shí)到濾波器715的第一濾波器級(jí)715-1的移位寄存器713的延遲存儲(chǔ)器721。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器721的長(zhǎng)度等于信道分路器中的FFT大小。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器721的輸出供系數(shù)乘法器723使用。系數(shù)乘法器723和其它硬件部件都工作在移位寄存器713的時(shí)鐘速率的I倍的速率上，其中I是過抽樣因子。如上面提到的，過抽樣因子等于2。這意味著在延遲存儲(chǔ)器的輸出處的每個(gè)抽樣在被時(shí)鐘定時(shí)到一個(gè)延遲存儲(chǔ)器之前都被乘以2(I＝2)濾波器系數(shù)。
在圖15A的濾波器結(jié)構(gòu)中，多相濾波器715包括四個(gè)濾波器級(jí)715-1、715-2、715-3和715-4。FFT大小、過抽樣因子和級(jí)數(shù)確定了濾波器的總長(zhǎng)度。濾波器的長(zhǎng)度是濾波器長(zhǎng)度＝I*N*S其中S是濾波器抽頭數(shù)。如前面提到，更多的濾波器級(jí)提高信道選擇性并且減少信道中的混淆。當(dāng)通過總線收發(fā)機(jī)731從VMEbusTM接口710提供濾波器系數(shù)時(shí)，系數(shù)由控制門陣列707下載到系數(shù)RAM 725。每級(jí)715-i的RAM 725存儲(chǔ)N個(gè)系數(shù)。當(dāng)根據(jù)下面的抽取恒等式加載系數(shù)RAM 725時(shí)，濾波器系數(shù)被抽頭數(shù)(這里是4)抽取Ca[n]＝c[S*n+a]，n從0到N*I-1其中c(n)是濾波器系數(shù)序列，a是抽頭數(shù)(a從0到S-1)，而ca是加載到抽頭中的系數(shù)。例如，第一濾波器抽頭級(jí)715-1的系數(shù)RAM 725被下列系數(shù)加載c0[n]＝{c
，c[4]，c[8]，c[12]…c[I*N-S]}然后系數(shù)乘法器723的輸出被加法器732、734和736求和并寫入包括存儲(chǔ)器部分741和742的雙端口RAM 740。
用于多相濾波器的FFT處理器(圖15B)如上面描述的，圖15B所示的多相合路器的FFT處理器與圖5B的重疊和相加信道分路器的FFT處理器實(shí)際上有相同的配置并且大體上按同樣的方法工作。在N個(gè)抽樣寫入雙端口RAM 740之后，濾波器控制單元707通過鏈路719將控制信號(hào)耦合到(門陣列邏輯實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī))FFT控制單元735以開始FFT處理。在FFT處理器7’50中，一組三個(gè)FFT機(jī)751、752、753已經(jīng)在初始化期間預(yù)先用正確的FFT大小編程。
與圖5B的重疊和相加實(shí)現(xiàn)中一樣，多相合路器使用的FFT機(jī)使用基4算法并且產(chǎn)生4的冪次的FFT大小。在圖15B的結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)FT的全部512點(diǎn)(bin)都是通過將基2頻率抽取FFT蝶形算法作用于256點(diǎn)FFT產(chǎn)生的。
在產(chǎn)生偶數(shù)FFT點(diǎn)(bin)的過程中，數(shù)據(jù)抽樣從雙端口RAM 740讀出并饋入算術(shù)邏輯單元(ALU)743。ALU 743對(duì)x[n]和x[n+N/2]求和并且將這個(gè)和直接送到FFT處理器，做為數(shù)控振蕩器，調(diào)制器(NCOM)745在偶點(diǎn)(bin)處理期間被禁止。對(duì)于奇點(diǎn)(bin)處理，F(xiàn)FT控制邏輯電路735通過控制鏈路744配置ALU 743，得到x[n]和x[n+N/2]的差值。這個(gè)差值被NCOM 745拿來與WNn乘并定時(shí)到產(chǎn)生512點(diǎn)FFT的奇點(diǎn)(bin)的FFT機(jī)。(對(duì)于200kHz信道分路器，要求4的冪次的64點(diǎn)FFT，不需要ALU743和NCOM 745并且它們被FFT控制單元735禁止。)如前面描述的，F(xiàn)FT機(jī)751、752、753使用塊浮點(diǎn)算法并且與復(fù)FFT數(shù)據(jù)一起輸出一個(gè)4比特標(biāo)度因子。該標(biāo)度因子用于在比例邏輯電路762的控制下控制下游的桶形移位器761。另外，桶形10移位器用于調(diào)整從FFT機(jī)中讀出的數(shù)據(jù)，以確保來自連續(xù)FFT的數(shù)據(jù)被調(diào)整到相同的標(biāo)度。來自桶形移位器761的數(shù)據(jù)被寫入雙端口RAM存儲(chǔ)器765。
如上面提到的，信道分路器算法要求FFT處理器的輸出被一個(gè)復(fù)指數(shù)WN-kmM乘，其中M＝抽取速率，K＝FFT點(diǎn)(bin)數(shù)，而m＝FFT(塊)數(shù)(即，對(duì)產(chǎn)生的第一個(gè)FFT，m＝0；對(duì)產(chǎn)生的下一個(gè)FFT，m＝1；20等等)。換句話說，使用下面恒等式x[((n-r))N]＝FFT(WN-rk*X[k])其中x[n]是FFT輸入序列，而x[((n-r))N]是x[n]被r模N循環(huán)移位，信道分路器進(jìn)行等價(jià)操作。這里，mM＝r。不同于乘FFT處理器的復(fù)指數(shù)下游，信道分路器的FFT控制邏輯單元735可以控制雙端口RAM765的尋址，以按一種完成FFT的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)序列的循環(huán)移位的順序訪問處理的數(shù)據(jù)值。
一旦對(duì)每個(gè)信道(頻率點(diǎn)(bin))的FFT處理的數(shù)據(jù)都已經(jīng)寫入雙端口RAM 765中，F(xiàn)FT控制邏輯單元735用信號(hào)通知輔助的時(shí)分復(fù)用(TDM)總線接口電路767將數(shù)據(jù)確定在TDM總線770上，使得它可以被總線上輔助的用于從信道數(shù)據(jù)解調(diào)并提取語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)處理器使用。
多相信道分路器也可以配置為將一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信道寫入測(cè)試FIFO存儲(chǔ)器771。FIFO存儲(chǔ)器771允許VMEbusTM上的CPU在不與定制的TDM總線710接口的情況下采集并分析信道數(shù)據(jù)。
一旦來自每個(gè)信道的數(shù)據(jù)已經(jīng)從FFT機(jī)寫入雙端口RAM 765，F(xiàn)FT控制邏輯單元735就用一個(gè)信號(hào)通知TDM總線接口邏輯電路767將數(shù)據(jù)分發(fā)到總線上的用于從信道數(shù)據(jù)解調(diào)并提取語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)字信號(hào)處理器。總線緩沖器單元775連接在雙端口RAM765和TDM總線770之間。TDM總線上的數(shù)據(jù)可以象在高速參考振蕩器782的驅(qū)動(dòng)下一樣，被分到計(jì)數(shù)器電路781提供的每幀400時(shí)隙中，藉此允許一個(gè)單一的時(shí)隙用于輸出上至60kHz抽樣速率的單一信道的數(shù)據(jù)。如果需要更高的信道抽樣速率，可以將多個(gè)時(shí)隙分配給一個(gè)單一的信道。例如，如上面描述的，400kHz抽樣速率將分配7個(gè)時(shí)隙。
時(shí)隙也可以由系統(tǒng)控制器動(dòng)態(tài)分配。信道分路器被控制器用所有活動(dòng)的時(shí)隙配置。如果數(shù)據(jù)在雙端口RAM中存在并且時(shí)隙是活動(dòng)的，信道分路器就在TDM總線上輸出該數(shù)據(jù)和一個(gè)數(shù)據(jù)可用信號(hào)。所有從該時(shí)隙采集數(shù)據(jù)的處理器都將從TDM總線讀取數(shù)據(jù)。處理器被幀信號(hào)與TDM總線770同步，因此處理器將知道將從中讀取數(shù)據(jù)的正確時(shí)隙。
多相合路器(圖16A和16B)圖16A和16B圖示說明了合路器131的多相實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，該合路器與上面描述的圖15A和15B的具有多相濾波器的寬帶20信道分路器互補(bǔ)。多相合路器的一個(gè)特點(diǎn)是輸出抽樣速率是信道抽樣速率的整數(shù)倍。這意味著，信道抽樣速率必須是信道25帶寬的倍數(shù)。在本描述中，信道被因子2過抽樣，因此，假設(shè)30kHz的信道的抽樣速率是60kHz，而200kHz信道的抽樣速率是400kHz。信道化的數(shù)據(jù)由多相合路器作為分解的基帶信號(hào)接收。
與上面描述的圖14A和14B所示的重疊和相加合路器一樣，多相合路器使用的實(shí)際實(shí)現(xiàn)能夠?qū)崟r(shí)處理多個(gè)數(shù)字語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信號(hào)，并且進(jìn)行頻率變換并將信號(hào)合路為一個(gè)IF(intermediate frequency中頻)輸出抽樣速率。圖16A和16B的實(shí)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn)VMEbusTM接口801、803提供對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的全可編程控制并且在一個(gè)定制、時(shí)分復(fù)用(TDM)數(shù)據(jù)總線805上提供信道化的數(shù)據(jù)采集。
此外，與上面對(duì)多相信道分路器的描述一樣，多相合路器將描述為一個(gè)可用于NADC(TDMA)蜂窩系統(tǒng)的400信道/30kHz系統(tǒng)，和一個(gè)可用于歐洲GSM蜂窩系統(tǒng)的50信道/200kHz系統(tǒng)的非限制性例子。對(duì)于30kHz信道，假設(shè)抽樣速率是50kHz。對(duì)于200kHz，假設(shè)抽樣速率是400kHz。信道化的數(shù)據(jù)是由合路器作為分解的基帶信號(hào)接收的。信道抽樣速率依合路器的濾波器設(shè)計(jì)而不同。
由于在典型情況下，所有信道的總計(jì)數(shù)據(jù)率超過VMEbusTM805和其它標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議的總線帶寬，圖16A和16B的合路器結(jié)構(gòu)使用一個(gè)定制的TDM總線810在相對(duì)高的數(shù)據(jù)率上采集大量信道的數(shù)據(jù)。
為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)使用多相合路器(和信道分路器)的收發(fā)機(jī)系統(tǒng)，將TDM總線時(shí)鐘設(shè)置為24MHz是合適的，這樣允許每幀400時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙能夠在上至上面提到的60kHz的抽樣速率上傳輸一個(gè)單一信道的數(shù)據(jù)。這個(gè)時(shí)鐘速率不同于作為例子給出的50kHz信道抽樣速率的收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的重疊和相加合路器/信道分路器實(shí)施例中的TDM總線時(shí)鐘速率。時(shí)鐘速率不限于這個(gè)值，只是選作提供一個(gè)收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單例子。
對(duì)于更高的速率，可以為一個(gè)單一信號(hào)源分配每幀多個(gè)時(shí)隙。如上面參考圖16A和16B信道分路器的TDM總線提到的，400kHz的抽樣速率將要求每幀7個(gè)時(shí)隙。
確定在TDM總線上的信道化的數(shù)據(jù)源是格式化(例如，成為蜂窩標(biāo)準(zhǔn))并且調(diào)制來自輔助電話網(wǎng)的入語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信號(hào)以提供基帶分解信號(hào)的DSP處理器。每個(gè)數(shù)據(jù)源分配一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙，在其間一旦合路器請(qǐng)求它將傳輸一個(gè)單一的復(fù)雜抽樣。沒有兩個(gè)源會(huì)被分配同一個(gè)時(shí)隙。時(shí)隙是系統(tǒng)控制器(在VMEbusTM805上的獨(dú)立的CPU)在系統(tǒng)初始化期間分配的。系統(tǒng)控制器還編程合路器以指定包括有效數(shù)據(jù)的全部時(shí)隙。來自每個(gè)DSP處理器的抽樣是通過從TDM總線控制器811(邏輯陣列實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī))和相關(guān)的緩沖器/驅(qū)動(dòng)器813加到TDM總線810上的控制信號(hào)請(qǐng)求的。這個(gè)抽樣通過總線緩沖單元817寫入一個(gè)雙端口RAM緩沖器815。TDM總線控制邏輯單元811將RAM緩沖器815的尋址同步到TDM總線的幀信號(hào)，以確保每個(gè)信道被寫入雙端口RAM815中的正確地址。
當(dāng)合路器已經(jīng)從全部工作信道采集數(shù)據(jù)之后，TDM總線控制器811通過鏈路812將控制信號(hào)耦合到FFT控制邏輯單元820，使得FFT控制邏輯單元820初始化FFT處理。FFT控制邏輯單元820是一個(gè)作為邏輯門陣列優(yōu)選實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)。與圖7信道分路器的前向FFT處理器功能互補(bǔ)，圖8的多相合路器實(shí)現(xiàn)一個(gè)逆FFT。然而，與圖6的重疊和相加合路器一樣，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)方面，如將要描述的，逆FFT的產(chǎn)生是使用一個(gè)前向FFT完成的。
當(dāng)合路器已經(jīng)從全部工作信道采集數(shù)據(jù)之后，TDM總線控制器811通過鏈路812將控制信號(hào)耦合到FFT控制邏輯單元820，使得FFT控制邏輯單元820初始化FFT處理。FFT控制邏輯單元820是一個(gè)作為邏輯門陣列優(yōu)選實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)機(jī)。
FFT處理器(圖16A)與圖15B的信道分路器的前向FFT處理器功能互補(bǔ)，圖16A的多相合路器實(shí)現(xiàn)逆FFT。然而，與圖6的重疊和相加合路器一樣，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)方面，如將要描述的，逆FFT的產(chǎn)生是使用一個(gè)前向FFT完成的。
示于圖14A中830處的兩個(gè)多相？？？FFT處理器配置為大小等于大于將被合路信道數(shù)的下一個(gè)“2的冪”。如上面提到的，400個(gè)30kHz信道要求512點(diǎn)的FFT，而50個(gè)200kHz信道要求64點(diǎn)的FFT。FFT的大小是在初始化期間編程到FFT機(jī)中的。信道速率也根據(jù)下面的恒等式指定了FFT處理速率FFT速率＝1/(信道抽樣速率)如以前說明的，用于30kHz信道的60kHz抽樣速率要求每16.667毫秒產(chǎn)生一個(gè)512點(diǎn)FFT，而400kHz抽樣速率要求每2.5毫秒產(chǎn)生一個(gè)64點(diǎn)FFT。由于當(dāng)前可用的典型的FFT裝置并不工作在這些速度上，為了獲得通過量，F(xiàn)FT處理器830包括已經(jīng)用與信號(hào)處理參數(shù)有關(guān)的正確FFT大小編程的多個(gè)FFT機(jī)(例如，在說明的例子中是3個(gè)-831、832、833)。實(shí)現(xiàn)具有3個(gè)機(jī)的FFT處理器830將FFT再訪問時(shí)間減小為512點(diǎn)FFT處理器50毫秒，和64點(diǎn)FFT處理器7.5毫秒。
如前面描述的，一個(gè)512點(diǎn)逆FFT要求512個(gè)抽樣；但是只有400個(gè)時(shí)隙。這400個(gè)時(shí)隙居于FFT處理器830的512點(diǎn)(bin)窗口中間。控制邏輯單元820使0順序?qū)懭氲紽FT機(jī)的前56點(diǎn)(bin)中。下面的400點(diǎn)(bin)，對(duì)于活動(dòng)信道數(shù)據(jù)可以是從雙端口RAM815中讀出的。如果信道是一個(gè)非活動(dòng)信道，F(xiàn)FT控制邏輯單元820將向那些點(diǎn)(bin)寫入0。那些活動(dòng)信道的標(biāo)識(shí)是在系統(tǒng)初始化期間編程到控制邏輯單元820中的。對(duì)于最后的56點(diǎn)(bin)，向它們寫入0。(對(duì)于64點(diǎn)FFT，0被寫入前和后7個(gè)FFT點(diǎn)(bin)以允許50個(gè)200kHz信道。)為了提供內(nèi)置測(cè)試能力，測(cè)試數(shù)據(jù)可以通過VMEbusTM805寫入一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(bin)。為了這個(gè)目的，專用于測(cè)試能力的先入先出(FIFO)存儲(chǔ)器835通過收發(fā)機(jī)單元801連接到總線805，使VMEbus上的CPU能夠?qū)y(cè)試信號(hào)寫入合路器。另外，系統(tǒng)控制器可以將FFT控制邏輯單元820編程為對(duì)于特殊的點(diǎn)(bin)從FIFO存儲(chǔ)器835而不是雙端口RAM815讀取數(shù)據(jù)。測(cè)試數(shù)據(jù)可以寫入頭和尾7個(gè)FFT點(diǎn)(bin)，而留下50個(gè)200kHz信道用于入活動(dòng)數(shù)據(jù)信道。
為了使用前向FFT產(chǎn)生逆FFT，F(xiàn)FT控制邏輯單元820在向FFT機(jī)中寫入數(shù)據(jù)時(shí)按逆序?qū)ぶ份斎腚p端口RAM 815。
與圖14A的重疊和相加合路器的實(shí)現(xiàn)一樣，為了在圖16A的多相合路器結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生512點(diǎn)FFT，F(xiàn)FT機(jī)使用了FFT大小是4的冪次的基4(塊浮點(diǎn))算法。同樣在圖14A的合路器中，合路器的512點(diǎn)FFT是從兩個(gè)256點(diǎn)FFT產(chǎn)生的。N/2點(diǎn)FFT是從512點(diǎn)輸入序列的偶抽樣和奇抽樣產(chǎn)生的。
在圖14A的結(jié)構(gòu)中，第一(圖中上邊)FFT數(shù)據(jù)雙端口RAM 841存儲(chǔ)G[k]。第二(圖中下邊)FFT數(shù)據(jù)雙端口RAM 842存儲(chǔ)H[k]。H[k]和WNK的乘法由數(shù)控振蕩器/調(diào)制器(NCOM)851進(jìn)行，k從0到255。為了處理512點(diǎn)FFT的前256點(diǎn)(bin)，算術(shù)邏輯單元(ALU)855將RAM 841的輸出與RAM 842的輸出相加。因?yàn)閃Nk＝-WNk-N/2，k從256到511，對(duì)于512點(diǎn)FFT的余下的256點(diǎn)(bin)，RAM 842的輸出通過NCOM被從RAM 841的15輸出中減去。
為了調(diào)整通過NCOM 851的傳播延遲并且確保ALU 855處理正確的抽樣對(duì)，一組延遲寄存器857 20連接在從雙端口RAM 841到ALU的輸出路徑上。(對(duì)于200kHz信道，使用64點(diǎn)FFT。由于64是4的冪，因此不需要NCOM 851、雙端口RAM 842和ALU 855并且通過來自控制單元820的控制信號(hào)將它們禁止。)與在上面參考的Crochiere文本指出的一樣，合路器算法要求逆FFT的輸入序列乘上一個(gè)復(fù)指數(shù)WKkmR，其中k等于輸入頻率點(diǎn)(bin)數(shù)，K等于逆FFT大小，m是逆FFT數(shù)，R是合路器插值率，而WK=e-j*2*π/K]]>。
使用數(shù)學(xué)恒等式，這個(gè)乘法運(yùn)算可以通過逆FFT輸出抽樣的循環(huán)移位實(shí)現(xiàn)，即x[((n-r))k]＝逆FFT(WK-rk*X[k])，其中r等于-mR。通過將逆FFT輸出抽樣移位-mR，就產(chǎn)生了復(fù)指數(shù)的相移。這個(gè)移位由FFT控制邏輯門陣列820中的FFT輸出尋址邏輯進(jìn)行。移位計(jì)數(shù)在合路器的初始化期間編程。
另外，F(xiàn)FT機(jī)使用塊浮點(diǎn)算法產(chǎn)生FFT，塊浮點(diǎn)FFT提供依輸入數(shù)據(jù)特性而定的標(biāo)度因子。因?yàn)橛糜诋a(chǎn)生一個(gè)512點(diǎn)FFT的兩個(gè)256點(diǎn)FFT可能不具有同樣的標(biāo)度因子或連續(xù)FFT可能不具有同樣的標(biāo)度因子，所以將桶形移位電路858、859連接在到ALU 855的信號(hào)流輸入路徑上。如前面結(jié)合圖14A重疊和相加合路器的操作描述的，桶形移位器將FFT數(shù)據(jù)調(diào)整到同樣的標(biāo)度以正確地對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)用于后續(xù)處理。
多相濾波器(圖16B)ALU 855提供的FFF的輸出被定時(shí)到濾波器865的第一濾波器級(jí)865-1的移位寄存器863的延遲存儲(chǔ)器861中。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器861的長(zhǎng)度等于FFT大小。每個(gè)延遲存儲(chǔ)器861的輸出供各個(gè)系數(shù)乘法器869使用。系數(shù)乘法器869和其它硬件部件都工作在移位寄存器863的時(shí)鐘速率的I倍的速率上，其中I是10過抽樣因子。如上面提到的，過抽樣因子等于2。這意味著在延遲存儲(chǔ)器的輸出處的每個(gè)抽樣在被定時(shí)到下一個(gè)延遲存儲(chǔ)器之前都被乘以2(I＝2)濾波器系數(shù)。
在圖16B的濾波器結(jié)構(gòu)中，多相濾波器865包括四個(gè)濾波器級(jí)865-1、865-2、865-3和865-4。FFT大小、過抽樣因子和級(jí)數(shù)確定了濾波器的總長(zhǎng)度。濾波器的長(zhǎng)度是濾波器長(zhǎng)度＝N*S其中S是濾波器抽頭數(shù)。如前面提到，更多的濾波器級(jí)提高信道選擇性并且減少信道中的混淆。象通過總線收發(fā)機(jī)801從VMEbusTM接口803提供濾波器系數(shù)一樣，濾波器系數(shù)由控制門陣列871下載到系數(shù)RAM 867。每級(jí)865-i的RAM 867存儲(chǔ)N個(gè)系數(shù)。當(dāng)根據(jù)下面的抽取恒等式加載系數(shù)RAM 867時(shí)，濾波器系數(shù)被抽頭數(shù)(這里是4)抽取Ca[n]＝c[S*n+a]，n從0到N-1其中c(n)是濾波器系數(shù)序列，a是抽頭數(shù)(a從0到S-1)，而ca是加載到抽頭中的系數(shù)。例如，第一濾波器抽頭級(jí)865-1的系數(shù)RAM 725被下列系數(shù)加載c0[n]＝{c
，c[4]，c[8]，c[12]…c[N-S]}然后系數(shù)乘法器869的輸出被加法器872、874和876求和并提供給半頻帶濾波器872。
半頻帶濾波器和速率緩沖區(qū)(圖16B)與圖14A的重疊和相加合路器一樣，由于典型情況下，RF發(fā)射機(jī)激勵(lì)源要求一個(gè)實(shí)信號(hào)而不是復(fù)信號(hào)，所以使用了半頻帶濾波器672。半頻帶濾波器872被配置為提供復(fù)域到實(shí)域數(shù)據(jù)變換的集成電路，它加倍了輸出抽樣速率。雖然圖8的合路器的整體可以作為一個(gè)完全的實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，但是這將要求全部的抽樣速率、處理速率和FFT大小都加倍，增加了復(fù)雜度和成本。
半頻帶濾波器872的輸出通過輸出驅(qū)動(dòng)單元874連接到輸出數(shù)據(jù)鏈路866供收發(fā)機(jī)站點(diǎn)的發(fā)射端的D-A變換器(圖3)使用。與圖6的合路器結(jié)構(gòu)一樣，為所要求的每個(gè)輸出抽樣速率提供各自的振蕩器。對(duì)于當(dāng)前的既能處理30kHz又能處理200kHz信道的例子，分別提供30.72MHz和25.6MHz(2*輸出抽樣速率)的時(shí)鐘876和877。在系統(tǒng)控制器初始化合路器期間，正確的振蕩器由關(guān)聯(lián)的控制邏輯單元878選擇。
包含另一組邏輯電路集以產(chǎn)生合路器使用的額外的時(shí)鐘信號(hào)。與圖6的合路器結(jié)構(gòu)一樣，高速率(大約200MHz)振蕩器的時(shí)鐘輸出被計(jì)數(shù)器882和883分頻以產(chǎn)生所需的濾波器處理時(shí)鐘、TDM總線時(shí)鐘和FFT機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘。
正如前面的描述所推崇的，本發(fā)明的多信道收發(fā)機(jī)裝置成功地避免了多信道無線通信(例如，蜂窩)業(yè)務(wù)提供者當(dāng)前使用的與信號(hào)處理結(jié)構(gòu)相關(guān)的有限信道容量和實(shí)質(zhì)硬件需求，它通過對(duì)每個(gè)寬帶多信道信號(hào)提取結(jié)構(gòu)和寬帶多信號(hào)合路結(jié)構(gòu)使用卷積-抽取譜分析技術(shù)減少了為擴(kuò)容的(全頻譜)蜂窩收發(fā)機(jī)站點(diǎn)而提供廣闊的覆蓋所要求的硬件的量。由于對(duì)業(yè)務(wù)提供者可用的可操作的通信波段的全部信道都可以使用工作在適應(yīng)當(dāng)今無線通信系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)帶寬的非常高的數(shù)據(jù)率的數(shù)字處理元件處理，因此不再需要對(duì)每個(gè)信道構(gòu)造一個(gè)獨(dú)立的窄帶信號(hào)處理單元或限制每站點(diǎn)信道數(shù)小于網(wǎng)絡(luò)的總?cè)萘?。本發(fā)明的簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)使得它很容易地物理容納于不同的安裝站點(diǎn)，如辦公建筑中的吊頂上面或電工具桿上，同時(shí)具有提供跨越業(yè)務(wù)提供者提供的整個(gè)信道容量的多信道通信業(yè)務(wù)能力，而不僅僅是可用信道的一個(gè)子集。
在我們展示并描述根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例20時(shí)，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的，應(yīng)當(dāng)理解在那里同樣并不限于而是允許有很多變化和修改，并且我們因此并不希望限于這里展示和描述的細(xì)節(jié)，而是打算覆蓋對(duì)一個(gè)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然的所有這樣的變化和修改。
權(quán)利要求
1.用于無線通信網(wǎng)的收發(fā)機(jī)裝置，該通信網(wǎng)包括在多個(gè)地理分布的第一站點(diǎn)之中，通過一個(gè)或多個(gè)收發(fā)機(jī)站點(diǎn)，支持通信的多頻通信信道，上述收發(fā)機(jī)裝置可以分別安裝在上述一個(gè)或多個(gè)收發(fā)機(jī)站點(diǎn)中的一個(gè)上并且包括接收機(jī)單元，用于接收多個(gè)上述多頻通信信道并且輸出代表上述多個(gè)多頻通信信道內(nèi)容的數(shù)字信號(hào)；基于傅立葉變換的信道分路器單元，連接它以接收來自上述接收機(jī)單元的數(shù)字信號(hào)并且用于分別輸出代表上述接收機(jī)單元接收的通信信道中的相應(yīng)一個(gè)的內(nèi)容的數(shù)字信道信號(hào)；多個(gè)速率變換單元，分別與上述信道分路器單元輸出的數(shù)字信道信號(hào)相關(guān)聯(lián)并用于輸出以插值的形式代表每一個(gè)上述數(shù)字信道信號(hào)的插值數(shù)字信道信號(hào)；第一組多個(gè)信號(hào)處理器單元，分別與上述速率變換單元輸出的插值數(shù)字信道信號(hào)相關(guān)聯(lián)，用于解調(diào)每一個(gè)上述插值數(shù)字信道信號(hào)并且在它們各自的輸出端口提供每一個(gè)解調(diào)的上述數(shù)字信道信號(hào)；第二組多個(gè)信號(hào)處理器單元，分別與上述網(wǎng)絡(luò)的彼此不同的頻率信道上發(fā)射的多個(gè)入通信信號(hào)中的每一個(gè)相關(guān)聯(lián)，用于處理上述多個(gè)入通信信號(hào)中的每一個(gè)并且在它們各自的輸出端口提供每一個(gè)處理過的上述通信信道信號(hào)；基于傅立葉變換的合路器單元，連接它以接收上述第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元處理的通信信道信號(hào)并且輸出代表上述第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元處理的通信信道信號(hào)內(nèi)容的合路信號(hào)；而且發(fā)射機(jī)單元，用于根據(jù)上述基于傅立葉變換的合路器單元輸出的合路信號(hào)發(fā)射多頻通信信道信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元包括一個(gè)重疊和相加濾波器，上述多信道接收機(jī)單元輸出的數(shù)字信號(hào)與之耦合，和一個(gè)連接到該重疊和相加濾波器輸出的基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的重疊和相加濾波器包括多個(gè)級(jí)連的濾波器抽頭級(jí)，它們中的每一個(gè)包括多個(gè)彼此可切換地串聯(lián)的延遲存儲(chǔ)器，使得有選擇地使連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的重疊和相加濾波器有一個(gè)抽取率M，并且其中所述的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器包括一個(gè)具有M數(shù)據(jù)抽樣長(zhǎng)度的第一延遲存儲(chǔ)器和具有N-M數(shù)據(jù)抽樣長(zhǎng)度的第二延遲存儲(chǔ)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元被配置為處理所述重疊和相加濾波器的奇和偶數(shù)的濾波的數(shù)據(jù)抽樣輸出的連續(xù)集。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元被配置為用復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上所述的重疊和相加濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出，產(chǎn)生的乘積值耦合到所述的基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元包括數(shù)控振蕩器、調(diào)制器，由所述的重疊和相加濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出控制其輸出，以便有效地用復(fù)指數(shù)信號(hào)與上述濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出相乘。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的每個(gè)濾波器抽頭級(jí)包括一個(gè)可控制的開關(guān)，在上述級(jí)的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之間的信號(hào)流通道上連接，用于可選擇地使上述級(jí)的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器彼此串聯(lián)，并因此在級(jí)連的信號(hào)流通道上與上述濾波器的其它抽頭級(jí)串聯(lián)，或者將上述多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之一的內(nèi)容反饋到它本身。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的每個(gè)濾波器抽頭級(jí)還包括存儲(chǔ)N個(gè)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，以及一個(gè)乘法器，該乘法器用于將來自信號(hào)流通道、通過所述的延遲存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)抽樣值與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的重疊和相加濾波器還包括求和級(jí)，用于將所述的濾波器抽頭級(jí)的各個(gè)乘法器輸出的乘積加在一起，上述求和級(jí)的輸出連接到所述的N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元被配置為處理所述重疊和相加濾波器的奇和偶數(shù)的濾波的數(shù)據(jù)抽樣輸出的連續(xù)集。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元被配置為用復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上所述的重疊和相加濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出，產(chǎn)生的乘積值耦合到所述的基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元包括數(shù)控振蕩器、調(diào)制器由所述的重疊和相加濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出控制其輸出，以便有效地用復(fù)指數(shù)信號(hào)與上述濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出相乘。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的合路器單元包括N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器，連接它以接收所述的第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元處理的通信信道信號(hào)，并包括一個(gè)上述N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器的輸出與之相連的重疊和相加濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的重疊和相加濾波器包括多個(gè)(J個(gè))級(jí)連的濾波器抽頭級(jí)，它們中的每一個(gè)包括多個(gè)彼此可切換地串聯(lián)的延遲存儲(chǔ)器，使得有選擇地使連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器串聯(lián)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的重疊和相加濾波器有一個(gè)抽取率M，并且其中所述的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器包括一個(gè)具有M數(shù)據(jù)抽樣長(zhǎng)度的第一延遲存儲(chǔ)器和具有N-M數(shù)據(jù)抽樣長(zhǎng)度的第二延遲存儲(chǔ)器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的合路器單元用于以復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上經(jīng)傅立葉處理的數(shù)據(jù)抽樣，產(chǎn)生的乘積值耦合到所述的重疊和相加濾波器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的合路器單元包括數(shù)控振蕩器、調(diào)制器，由傅立葉處理的數(shù)據(jù)抽樣控制其輸出，以便有效地用復(fù)指數(shù)信號(hào)與上述經(jīng)傅立葉處理的數(shù)據(jù)抽樣相乘。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的重疊和相加濾波器包括多個(gè)級(jí)連的濾波器抽頭級(jí)，它們中的每一個(gè)包括多個(gè)彼此可切換地串聯(lián)的延遲存儲(chǔ)器，使得有選擇地使連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器受控地串聯(lián)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的每個(gè)濾波器抽頭級(jí)包括一個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)多個(gè)與經(jīng)傅立葉處理的數(shù)據(jù)抽樣相乘的上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)，以及一個(gè)加法器，上述的乘法器和所述的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之一的輸出與之相連，上述的加法器具有一個(gè)連接到連續(xù)濾波器抽頭級(jí)的第二組所述的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器的輸出。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的每個(gè)濾波器抽頭級(jí)包括一個(gè)可控制的開關(guān)，在上述級(jí)的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之間的信號(hào)流通道上連接，用于可選擇地使上述級(jí)的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器彼此串聯(lián)，并因此在級(jí)連的信號(hào)流通道上與上述濾波器的其它抽頭級(jí)串聯(lián)，或者將上述多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之一的內(nèi)容反饋到它本身。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述重疊和相加濾波器具有第一抽頭級(jí)，包括一個(gè)存儲(chǔ)N個(gè)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，一個(gè)乘法器，該乘法器用于將經(jīng)傅立葉處理的數(shù)據(jù)抽樣與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘，一個(gè)可控制的開關(guān)，連接該開關(guān)的第一輸入口以接收規(guī)定數(shù)據(jù)值的序列、第二輸入口連接到所述加法器的輸出、輸出口連接到一個(gè)N-M抽樣延遲存儲(chǔ)器，上述N-M抽樣延遲存儲(chǔ)器具有一個(gè)輸出，連接到上述加法器以便與上述乘法器的輸出相加，而且其中上述第一濾波器抽頭級(jí)的乘法器的輸出連接到上述重疊和相加濾波器連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)，其中上述的可控制的開關(guān)用于將上述規(guī)定數(shù)據(jù)值的序列連接到上述N-M抽樣存儲(chǔ)器或?qū)⑸鲜鲅舆t存儲(chǔ)器的內(nèi)容反饋到它本身。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的收發(fā)機(jī)裝置，其中連接所述的i個(gè)濾波器抽頭級(jí)的第i個(gè)的相加器輸出以提供代表所述的第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元處理的通信信道信號(hào)內(nèi)容的合路信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的合路器單元被配置為處理所述第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元提供的奇和偶數(shù)的濾波的數(shù)據(jù)抽樣的連續(xù)集。
25.根據(jù)權(quán)利要求14的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的合路器單元被配置為用復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上所述的N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器輸出的數(shù)據(jù)值，產(chǎn)生的乘積值耦合到所述的重疊和相加濾波器的每個(gè)濾波器抽頭級(jí)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的合路器單元包括數(shù)控振蕩器、調(diào)制器，由所述的N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器控制其輸出，以便有效地用復(fù)指數(shù)信號(hào)與上述變換處理器的輸出相乘。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的合路器包括多個(gè)塊浮點(diǎn)快速傅立葉變換機(jī)，將其輸出移位以使機(jī)的輸出校準(zhǔn)到共同的標(biāo)度。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元包括一個(gè)所述的多信道接收機(jī)單元輸出的數(shù)字信號(hào)與之連接的多相濾波器，以及一個(gè)基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器，連接到上述多相濾波器的輸出。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的多相濾波器包括含有多個(gè)濾波器抽頭級(jí)的有限脈沖響應(yīng)濾波器，每個(gè)抽頭級(jí)包括一個(gè)延遲存儲(chǔ)器，以便連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器串行連接，每個(gè)濾波器抽頭級(jí)還包括一個(gè)存儲(chǔ)多個(gè)(N)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，以及一個(gè)乘法器，用來將來自信號(hào)流通道、通過上述延遲存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)抽樣值與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘，以及一個(gè)將上述濾波器抽頭級(jí)的各個(gè)乘法器輸出的乘積加在一起的求和級(jí)，上述求和級(jí)的輸出與所述的N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器相連。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元被配置為處理所述多相濾波器的奇和偶數(shù)的濾波的數(shù)據(jù)抽樣輸出的連續(xù)集。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元被配置為用復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上所述的多相濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出，產(chǎn)生的乘積值耦合到所述的基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元包括數(shù)控振蕩器、調(diào)制器，由所述的多相濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出控制其輸出，以便有效地用復(fù)指數(shù)信號(hào)與上述濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出相乘。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元被配置為處理所述多相濾波器的奇和偶數(shù)的濾波的數(shù)據(jù)抽樣輸出的連續(xù)集。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元被配置為用復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上所述的多相濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出，產(chǎn)生的乘積值耦合到所述的基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的信道分路器單元包括數(shù)控振蕩器、調(diào)制器，由所述的多相濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出控制其輸出，以便有效地用復(fù)指數(shù)信號(hào)與上述濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出相乘。
36.根據(jù)權(quán)利要求1的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的基于傅立葉變換的合路器單元包括N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器，連接它以接收所述的第二組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器單元處理的通信信道信號(hào)，并包括一個(gè)上述N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器的輸出與之相連的多相濾波器。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的多相濾波器包括含有多個(gè)濾波器抽頭級(jí)的有限脈沖響應(yīng)濾波器，每個(gè)抽頭級(jí)包括一個(gè)延遲存儲(chǔ)器，以便連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器串行連接，每個(gè)濾波器抽頭級(jí)還包括一個(gè)存儲(chǔ)N個(gè)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，以及一個(gè)乘法器，用來將來自信號(hào)流通道、通過上述延遲存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)抽樣值與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘，以及一個(gè)將上述濾波器抽頭級(jí)的各個(gè)乘法器輸出的乘積加在一起的求和級(jí)，上述求和級(jí)的輸出與所述的多信道發(fā)射機(jī)單元相連。
38.為了用于具有在多個(gè)地理分布的第一站點(diǎn)之中、通過一個(gè)或多個(gè)收發(fā)機(jī)站點(diǎn)支持通信的多頻通信信道的無線通信網(wǎng)，一種分別在上述一或多個(gè)收發(fā)機(jī)站點(diǎn)中的一個(gè)發(fā)射和接收寬帶通信信號(hào)的方法包括以下步驟(a)接收多個(gè)上述多頻通信信道并產(chǎn)生代表上述多個(gè)多頻通信信道內(nèi)容的多個(gè)數(shù)字信號(hào)；(b)用傅立葉變換處理在步驟(a)中產(chǎn)生的上述多個(gè)數(shù)字信號(hào)并從中產(chǎn)生代表步驟(a)中接收的各個(gè)通信信道內(nèi)容的各個(gè)數(shù)字信道信號(hào)；(c)轉(zhuǎn)換上述各個(gè)數(shù)字信道信號(hào)的抽樣率，以插值的形式提供代表上述各個(gè)數(shù)字信道信號(hào)的各個(gè)插值的數(shù)字信道信號(hào)；(d)處理上述各個(gè)插值的數(shù)字信道信號(hào)；(e)proc(f)用傅立葉變換處理步驟(d)中處理的數(shù)字通信信號(hào)并從中產(chǎn)生代表步驟(e)中處理的數(shù)字通信信道信號(hào)內(nèi)容的合路信號(hào)；并且(g)根據(jù)步驟(f)中產(chǎn)生的合路信號(hào)發(fā)射多頻通信信道信號(hào)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中步驟(b)包括通過重疊和相加濾波器將所述的步驟(a)中產(chǎn)生的多個(gè)數(shù)字信號(hào)濾波，并通過基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器處理所產(chǎn)生的濾波信號(hào)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中所述的重疊和相加濾波器包括多個(gè)級(jí)連的濾波器抽頭級(jí)，它們中的每一個(gè)包括多個(gè)彼此可切換地串聯(lián)的延遲存儲(chǔ)器，使得有選擇地使連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器串聯(lián)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，其中所述的重疊和相加濾波器有一個(gè)抽取率M，并且其中所述的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器包括一個(gè)具有M數(shù)據(jù)抽樣長(zhǎng)度的第一延遲存儲(chǔ)器和具有N-M數(shù)據(jù)抽樣長(zhǎng)度的第二延遲存儲(chǔ)器。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中步驟(b)包括用傅立葉變換處理所述重疊和相加濾波器的奇和偶數(shù)的濾波的數(shù)據(jù)抽樣輸出的連續(xù)集。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中步驟(b)還包括用復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上所述的重疊和相加濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出，產(chǎn)生的乘積值由所述的基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器處理。
44.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中步驟(f)包括將步驟(e)中處理的通信信道信號(hào)提供給N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器并通過重疊和相加濾波器將上述N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器的輸出濾波。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中所述的重疊和相加濾波器包括i個(gè)級(jí)連的濾波器抽頭級(jí)，它們中的每一個(gè)包括多個(gè)彼此可切換地串聯(lián)的延遲存儲(chǔ)器，使得有選擇地使連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器串聯(lián)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中所述的重疊和相加濾波器有一個(gè)抽取率M，并且其中所述的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器包括一個(gè)具有M數(shù)據(jù)抽樣長(zhǎng)度的第一延遲存儲(chǔ)器和具有N-M數(shù)據(jù)抽樣長(zhǎng)度的第二延遲存儲(chǔ)器。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中步驟(f)包括用復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上傅立葉變換處理的數(shù)字通信信號(hào)，并將產(chǎn)生的乘積信號(hào)提供給所述的重疊和相加濾波器。
48.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中所述的重疊和相加濾波器包括多個(gè)級(jí)連的濾波器抽頭級(jí)，它們中的每一個(gè)包括多個(gè)彼此可切換地串聯(lián)的延遲存儲(chǔ)器，使得有選擇地使連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器受控地串聯(lián)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，其中所述的每個(gè)濾波器抽頭級(jí)包括一個(gè)存儲(chǔ)N個(gè)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，一個(gè)乘法器，該乘法器用于將傅立葉處理的數(shù)據(jù)抽樣與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘，以及一個(gè)加法器，上述乘法器和所述的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器中一個(gè)的輸出與之相連，上述的加法器具有一個(gè)連接到連續(xù)濾波器抽頭級(jí)的第二組所述的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器的輸出。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，其中所述的每個(gè)濾波器抽頭級(jí)包括一個(gè)可控制的開關(guān)，在上述級(jí)的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之間的信號(hào)流通道上連接，用于可選擇地使上述級(jí)的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器彼此串聯(lián)，并因此在級(jí)連的信號(hào)流通道上與上述濾波器的其它抽頭級(jí)串聯(lián)，或者將上述多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之一的內(nèi)容反饋到它本身。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中所述重疊和相加濾波器具有第一抽頭級(jí)，包括一個(gè)存儲(chǔ)多個(gè)(N)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，一個(gè)乘法器，該乘法器用于將傅立葉處理的數(shù)據(jù)抽樣與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘，一個(gè)可控制的開關(guān)，連接該開關(guān)的第一輸入口以接收規(guī)定數(shù)據(jù)值的序列、第二輸入口連接到所述加法器的輸出、輸出口連接到一個(gè)N-M抽樣延遲存儲(chǔ)器，上述N-M抽樣延遲存儲(chǔ)器具有一個(gè)輸出，連接到上述加法器以便與上述乘法器的輸出相加，而且其中上述第一濾波器抽頭級(jí)的乘法器的輸出連接到上述重疊和相加濾波器連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)，其中上述的可控制的開關(guān)用于將上述規(guī)定數(shù)據(jù)值的序列連接到上述N-M抽樣存儲(chǔ)器或?qū)⑸鲜鲅舆t存儲(chǔ)器的內(nèi)容反饋到它本身。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的方法，連接其中所述多個(gè)(i)濾波器抽頭級(jí)的第J個(gè)的加法器輸出，以提供在步驟(g)中發(fā)射的合路信號(hào)。
53.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中，在步驟(b)和(f)中用多個(gè)塊浮點(diǎn)快速傅立葉變換機(jī)執(zhí)行傅立葉變換處理，將其輸出移位以使變換機(jī)的輸出校準(zhǔn)到共同的標(biāo)度。
54.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中步驟(b)包括通過多相濾波器將所述的步驟(a)中產(chǎn)生的多個(gè)數(shù)字信號(hào)濾波，并通過基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器處理所產(chǎn)生的濾波信號(hào)。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的方法，其中所述的多相濾波器包括含有多個(gè)濾波器抽頭級(jí)的有限脈沖響應(yīng)濾波器，每個(gè)抽頭級(jí)包括一個(gè)延遲存儲(chǔ)器，以便連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器串行連接，每個(gè)濾波器抽頭級(jí)還包括一個(gè)存儲(chǔ)多個(gè)(N)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，以及一個(gè)乘法器，用來將來自信號(hào)流通道、通過上述延遲存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)抽樣值與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘，以及一個(gè)將上述濾波器抽頭級(jí)的各個(gè)乘法器輸出的乘積加在一起的求和級(jí)，上述求和級(jí)的輸出與所述的N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器相連。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的方法，其中步驟(b)包括用傅立葉變換處理所述多相濾波器的奇和偶數(shù)的濾波的數(shù)據(jù)抽樣輸出的連續(xù)集。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中步驟(b)還包括用復(fù)指數(shù)信號(hào)乘上所述的多相濾波器的濾波數(shù)據(jù)抽樣輸出，產(chǎn)生的乘積值連接到所述的基于N點(diǎn)快速傅立葉變換的處理器。
58.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中步驟(f)包括將所述的數(shù)字通信信道信號(hào)提供給N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器并通過多相濾波器將上述N點(diǎn)快速傅立葉變換處理器的輸出濾波。
59.一個(gè)重疊和相加濾波器結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)級(jí)連的濾波器抽頭級(jí)，它們中的每一個(gè)包括多個(gè)彼此可切換地串聯(lián)的延遲存儲(chǔ)器，使得有選擇地使連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)的延遲存儲(chǔ)器受控地串聯(lián)，每個(gè)濾波器抽頭級(jí)包括一個(gè)存儲(chǔ)多個(gè)(N)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，一個(gè)乘法器，該乘法器用于使要被濾波的數(shù)據(jù)抽樣與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘，以及一個(gè)加法器，上述乘法器和上述多個(gè)延遲存儲(chǔ)器中一個(gè)的輸出與之相連，上述的加法器具有一個(gè)連接到連續(xù)濾波器抽頭級(jí)的第二組上述多個(gè)延遲存儲(chǔ)器的輸出。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的一個(gè)重疊和相加濾波器結(jié)構(gòu)，其中所述的每個(gè)濾波器抽頭級(jí)包括一個(gè)可控制的開關(guān)，在上述級(jí)的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之間的信號(hào)流通道上連接，用于可選擇地使上述級(jí)的多個(gè)延遲存儲(chǔ)器彼此串聯(lián)，并因此在級(jí)連的信號(hào)流通道上與上述濾波器的其它抽頭級(jí)串聯(lián)，或者將上述多個(gè)延遲存儲(chǔ)器之一的內(nèi)容反饋到它本身。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的一個(gè)重疊和相加濾波器結(jié)構(gòu)，其中所述重疊和相加濾波器具有第一抽頭級(jí)，包括一個(gè)存儲(chǔ)多個(gè)(N)權(quán)重系數(shù)的系數(shù)存儲(chǔ)器，一個(gè)乘法器，該乘法器用于把要被濾波的數(shù)據(jù)抽樣與上述系數(shù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各個(gè)權(quán)重系數(shù)相乘，一個(gè)可控制的開關(guān)，連接該開關(guān)的第一輸入口以接收規(guī)定數(shù)據(jù)值的序列、第二輸入口連接到所述加法器的輸出、輸出口連接到一個(gè)延遲存儲(chǔ)器，上述延遲存儲(chǔ)器具有一個(gè)輸出，連接到上述加法器以便與上述乘法器的輸出相加，而且其中上述第一濾波器抽頭級(jí)的乘法器的輸出連接到上述重疊和相加濾波器連續(xù)的濾波器抽頭級(jí)，其中上述的可控制的開關(guān)用于將上述規(guī)定數(shù)據(jù)值的序列連接到所述N-M抽樣存儲(chǔ)器或?qū)⑸鲜鲅舆t存儲(chǔ)器的內(nèi)容反饋到它本身。
62.根據(jù)權(quán)利要求60的一個(gè)重疊和相加濾波器，其中上述濾波器的輸出從所述的多個(gè)(i)濾波器抽頭級(jí)的第J個(gè)的加法器輸出得到。
63.根據(jù)權(quán)利要求1的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的速率變換器單元每個(gè)都另外包括一個(gè)抽取的、線性相位低通數(shù)字濾波器。
64.根據(jù)權(quán)利要求1的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的速率變換器單元另外包括抽取的低通濾波器結(jié)構(gòu)，連接它以分別接收數(shù)字信道信號(hào)中的一個(gè)，并輸出插值的數(shù)字信道信號(hào)，該抽取低通濾波器結(jié)構(gòu)提供多個(gè)、L個(gè)可能的濾波器響應(yīng)中的一個(gè)。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的收發(fā)機(jī)裝置，其中所述的抽取低通濾波器結(jié)構(gòu)另外包括濾波器響應(yīng)選擇單元，該濾波器響應(yīng)選擇單元連接到抽取低通濾波器結(jié)構(gòu)，向抽取低通濾波器結(jié)構(gòu)提供濾波器選擇信號(hào)以便在給定時(shí)間確定選擇L個(gè)濾波器響應(yīng)中哪一個(gè)作為激活的濾波器響應(yīng)。
66.根據(jù)權(quán)利要求65的收發(fā)機(jī)裝置，其中數(shù)字信道信號(hào)包括一個(gè)前導(dǎo)部分和一個(gè)數(shù)據(jù)部分，而且其中的濾波器響應(yīng)選擇單元在它的各個(gè)數(shù)字信道信號(hào)前導(dǎo)部分過程中通過確定抽樣相位差來決定選擇L個(gè)可能的濾波器響應(yīng)中的哪一個(gè)。
67.根據(jù)權(quán)利要求65的收發(fā)機(jī)裝置，其中數(shù)字信道信號(hào)包括一個(gè)前導(dǎo)部分和一個(gè)數(shù)據(jù)部分，而且其中的濾波器響應(yīng)選擇單元通過確定L個(gè)可能的濾波器響應(yīng)中哪一個(gè)對(duì)數(shù)字信道信號(hào)前導(dǎo)部分提供最佳響應(yīng)來決定選擇L個(gè)可能的濾波器響應(yīng)中的哪一個(gè)。
68.根據(jù)權(quán)利要求1的收發(fā)機(jī)裝置，其中每個(gè)速率變換器以插值的輸出信號(hào)提供一個(gè)信號(hào)，包括在它的各個(gè)信道期望的峰值符號(hào)幅度位置處或附近抽取的該數(shù)字信道信號(hào)的插值抽樣。
69.根據(jù)權(quán)利要求65的收發(fā)機(jī)裝置，其中數(shù)字信道信號(hào)包括一個(gè)前導(dǎo)部分和一個(gè)數(shù)據(jù)部分，而且其中的濾波器響應(yīng)選擇單元另外包括多個(gè)、M個(gè)濾波器部分，M個(gè)濾波器部分中每一個(gè)是L個(gè)可能的濾波器響應(yīng)中的一個(gè)，每個(gè)濾波器部分提供一個(gè)中間插值的數(shù)字信號(hào)。
70.根據(jù)權(quán)利要求65的收發(fā)機(jī)裝置，其中數(shù)字信道信號(hào)包括一個(gè)前導(dǎo)部分和一個(gè)數(shù)據(jù)部分，而且其中的濾波器響應(yīng)選擇單元另外包括多個(gè)、M個(gè)濾波器部分，M個(gè)濾波器部分中每一個(gè)是L個(gè)可能的濾波器響應(yīng)中的一個(gè)，每個(gè)濾波器部分提供一個(gè)中間插值的數(shù)字信號(hào)；多個(gè)、M個(gè)相關(guān)單元，用來分別接收M個(gè)中間插值數(shù)字信號(hào)中的一個(gè)以及一個(gè)期望的前導(dǎo)數(shù)字信號(hào)，并且用來將M個(gè)濾波器響應(yīng)與期望的前導(dǎo)數(shù)字信號(hào)相關(guān)，并提供M個(gè)相關(guān)器輸出信號(hào)。一個(gè)比較器，接收M個(gè)相關(guān)器輸出信號(hào)并確定表示M個(gè)中間插值數(shù)字信號(hào)中每一個(gè)和期望的前導(dǎo)數(shù)字信號(hào)之間最大相關(guān)的相關(guān)器輸出信號(hào)之一的索引，x；而且藉此，濾波器選擇單元根據(jù)比較器確定的索引，x，選擇L個(gè)濾波器部分中需要的一個(gè)。
71.根據(jù)權(quán)利要求63的收發(fā)機(jī)裝置，其中抽取低通數(shù)字濾波器部分另外包括濾波器時(shí)鐘產(chǎn)生器，控制數(shù)字信道信號(hào)的抽樣通過抽取低通濾波器的一組時(shí)間。
72.根據(jù)權(quán)利要求70的收發(fā)機(jī)裝置，其中L個(gè)濾波器部分中的每一個(gè)另外包括濾波器時(shí)鐘產(chǎn)生器，控制數(shù)字信道信號(hào)的抽樣通過抽取低通濾波器的一組時(shí)間。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的收發(fā)機(jī)裝置，其中濾波器時(shí)鐘產(chǎn)生器包括數(shù)字信道信號(hào)抽樣索引計(jì)數(shù)器，連接它以對(duì)輸入的數(shù)字信道信號(hào)的抽樣計(jì)數(shù)，并提供抽樣索引值；乘法器，將抽樣索引值與抽樣速率調(diào)整因子相乘，抽樣速率調(diào)整因子根據(jù)輸入數(shù)字信道信號(hào)的抽樣速率與各個(gè)中間插值數(shù)字信號(hào)的抽樣速率的比值而定
74.根據(jù)權(quán)利要求70的收發(fā)機(jī)裝置，其中只有所選擇的具有索引x的濾波器在數(shù)字信道信號(hào)的數(shù)據(jù)部分可操作。
75.根據(jù)權(quán)利要求70的收發(fā)機(jī)裝置另外包括一個(gè)跟蹤單元，連接它以接收L個(gè)濾波器部分中當(dāng)前選擇的一個(gè)的索引值x，并且也連接它從當(dāng)前選擇的濾波器部分接收至少是中間插值的數(shù)字信號(hào)，并且用來將所選擇的濾波器部分的響應(yīng)至少與L個(gè)濾波器部分中至少一個(gè)其它的響應(yīng)相比較，如果上述其它濾波器部分提供接近所期望的最靠近數(shù)字信道信號(hào)中符號(hào)的抽樣位置的抽樣，就提供一個(gè)索引值調(diào)整量；以及一個(gè)索引值調(diào)整器，連接它以接收索引值x和索引值調(diào)整量，并用于通過調(diào)整量周期性地調(diào)整索引值。
全文摘要
一個(gè)外觀緊湊、多信道的無線通信收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)為了寬帶信號(hào)處理，使用了重疊相加或多相位的信號(hào)處理功能，帶有一個(gè)抽樣速率。接收機(jī)部分接收多個(gè)多頻通信信道并輸出代表多個(gè)多頻通信信道內(nèi)容的數(shù)字信號(hào)。接收機(jī)部分包括一個(gè)基于FFT的信道分路器，處理寬帶數(shù)字接收機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)并將相應(yīng)的信道輸出連接到第一組多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理單元，該多個(gè)單元處理(例如，解調(diào))相應(yīng)幾個(gè)數(shù)字信道信號(hào)并將處理過的幾個(gè)數(shù)字信道信號(hào)在相應(yīng)的輸出端口提供，以便分配到一個(gè)跟隨的話音/數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中。在發(fā)射方面，發(fā)射部分包括多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，分別與相應(yīng)的要分別在不同頻道上發(fā)射的多個(gè)入(話音/數(shù)據(jù))通信信號(hào)中的幾個(gè)相關(guān)聯(lián)。它們處理(調(diào)制，編碼)過的輸出提供給一個(gè)逆FFT合路器。FFT合路器給發(fā)射多頻通信信道信號(hào)的寬帶發(fā)射機(jī)提供一個(gè)合成的多信道信號(hào)。信道分路器和合路器中的每一個(gè)都可用重疊相加或多相濾波來實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04J1/05GK1152981SQ95193439
公開日1997年6月25日 申請(qǐng)日期1995年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月8日
發(fā)明者R·R·卡尼, T·L·威廉斯 申請(qǐng)人:空中網(wǎng)絡(luò)通信公司