專利名稱：濾波協(xié)處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及協(xié)處理器，并且更具體地涉及數(shù)字信號處理器中設(shè)置的濾波協(xié)處理器。
當(dāng)前的無線通信系統(tǒng)，例如數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。為進行信道均衡、信道編碼／譯碼和語音編碼需要大量的數(shù)字信號處理。一種這樣的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)是Groupe專用移動(GSM)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。在典型的GSM數(shù)字蜂窩系統(tǒng)配置中，每個獨立的數(shù)字信號處理器(DSP)專用于一個時隙，從而為均衡單個射頻(RF)載波需要八個DSP。但是，為進行信道譯碼必須把均衡器的每個輸出輸入到另一個獨立的DSP中。為了均衡／譯碼單個RF載波總共需要16個DSP。
當(dāng)考慮到諸如GSM的蜂窩系統(tǒng)中所部署的大量RF載波時，接收機內(nèi)使用的DSP的數(shù)量變成是昂貴的。除了成本之外，大量的DSP占據(jù)了接收機內(nèi)寶貴空間的大量部分。另外，大量的DSP相應(yīng)地散逸出必須從接收機中除去的熱量?？傊缟厦嫠龅囊粋€接收機中設(shè)置的大量DSP帶來許多不利。從而，需要一種在現(xiàn)有技術(shù)中不需要大量專用DSP就可接收單個載波中存在的相同數(shù)量的信號的方法。


圖1以方塊圖的形式概略地描述根據(jù)本發(fā)明的濾波協(xié)處理器的硬件結(jié)構(gòu)。
圖2描述圖1的濾波協(xié)處理器所使用的數(shù)據(jù)、系數(shù)和輸出的總結(jié)構(gòu)。
圖3至圖12描述如圖2中所示的通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表示正如施加到圖1的硬件結(jié)構(gòu)的方式0和1上的各種抽選的相關(guān)值和卷積值。
圖13概略地描述了能從根據(jù)本發(fā)明的濾波協(xié)處理器中受益的均衡器。
圖14至圖19描述如圖2中所示的通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表示正如施加到圖1的硬件結(jié)構(gòu)的方式2和3的各種抽選的相關(guān)值和匹配濾波值。
圖20概略地描述有益地設(shè)置在無線通信系統(tǒng)的接收機中的圖1的濾波協(xié)處理器。
概括地說，數(shù)字信號處理器(DSP)中的濾波協(xié)處理器利用均衡化處理期間調(diào)制信號的正交特性。因為在接收后僅僅接收信號的某些實值／虛值對于解調(diào)是有用的，濾波協(xié)處理器只處理這些值來估計發(fā)射信號。通過僅處理對解調(diào)有用的值，濾波協(xié)處理器能在給定的時間內(nèi)處理更多的信息，與現(xiàn)有技術(shù)相比它可帶來增大的處理能力。
在最佳實施方式中，濾波協(xié)處理器包括用于存儲數(shù)據(jù)信息的第一存儲器和用于存儲系數(shù)的第二存儲器。濾波協(xié)處理器還包括一個控制器，用于控制按多種運行方式執(zhí)行乘法／累加操作的乘法器／累加器，并用于協(xié)調(diào)對數(shù)據(jù)信息和系數(shù)的檢索。
在最佳實施方式中，一種運行方式還包括復(fù)數(shù)據(jù)序列和中序(mid-amble)序列之間的相關(guān)，其中中序系列由交變的純實數(shù)／純虛數(shù)的復(fù)數(shù)值組成。此外，另一種運行方式包括對相關(guān)輸出的一個抽選。在和相關(guān)處理有關(guān)的實施方式中，另一種運行方式還包括2X過采樣復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和中序序列之間的相關(guān)，其中中序序列由1X交變的純實數(shù)／純虛數(shù)的復(fù)數(shù)值組成。
在最佳實施方式中，一種運行方式還包括匹配濾波，其中輸入數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)，和匹配濾波有關(guān)的系數(shù)是復(fù)數(shù)，輸出是交變的純實數(shù)數(shù)據(jù)／純虛數(shù)數(shù)據(jù)的實序列。另一種運行方式包括對匹配濾波的輸出的一個抽選。
上面描述的濾波協(xié)處理器產(chǎn)生由最大似然序列估計(MLSE)算法使用的輸出。濾波協(xié)處理器的系數(shù)包括信道響應(yīng)系數(shù)和匹配濾波系數(shù)。為了使中央處理器的介入為最小，濾波協(xié)處理器在一種運行方式下運行，其中使用一個直接存儲訪問設(shè)備以便把輸入數(shù)據(jù)從存儲器中移入濾波協(xié)處理器并把濾波協(xié)處理器的輸出移入存儲器。
濾波協(xié)處理器應(yīng)用于一個均衡器中，此均衡器用在與無線通信系統(tǒng)相兼容的接收器中。在該實施方式中，該均衡器包括一個相關(guān)塊和一個匹配濾波塊，相關(guān)塊用于相關(guān)復(fù)數(shù)據(jù)序列和中序序列，該中序序列由交變的純實數(shù)／純虛數(shù)復(fù)數(shù)值組成，匹配濾波塊用于利用復(fù)系數(shù)匹配濾波復(fù)輸入并輸出一個交變的純實數(shù)數(shù)據(jù)／純虛數(shù)數(shù)據(jù)的實數(shù)序列。最大似然序列估計(MLSE)塊基于匹配濾波塊的輸出估計無線通信系統(tǒng)中發(fā)射的信號。
在該實施方式中，利用第一和第二存儲器及一個控制器設(shè)置相關(guān)塊和匹配濾波塊，該控制器用于在與相關(guān)有關(guān)的第一方式下和與匹配濾波有關(guān)的第二方式下控制乘法器／累加器以進行乘法／累加操作。和相關(guān)有關(guān)的第一方式以及和匹配濾波有關(guān)的第二方式是在數(shù)字信號處理器中的濾波協(xié)處理器上執(zhí)行的。
圖1概略地描述根據(jù)本發(fā)明的濾波協(xié)處理器的硬件結(jié)構(gòu)。在最佳實施方式中，濾波協(xié)處理器是一個有限脈沖響應(yīng)(FIR)協(xié)處理器。如圖1中所示，該系統(tǒng)包括與乘法器／累加器(MAC)109連接的數(shù)據(jù)存儲單元103和系數(shù)存儲單元106。存儲單元的尺寸委托給硬件設(shè)計者，但應(yīng)足夠大以容納GSM電信標(biāo)準(zhǔn)。圖1中還示出二個專用的直接存儲器訪問(DMA)信道112和113，第一信道112用于把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)存儲單元，第二信道113用于把FIR結(jié)果傳回到中央處理單元CPU的數(shù)據(jù)傳送。在這種配置下，CPU的介入量為最小，僅僅在初始化時介入。四字的輸入緩沖器115和單字的輸出緩沖器118在DMA傳送處理和FIR數(shù)據(jù)采集處理之間接合。濾波計數(shù)器121負(fù)責(zé)控制FIR濾波長度。地址發(fā)生器124負(fù)責(zé)根據(jù)選定的方式生成指向存儲單元103和106的地址指針。控制器127控制FIR的運行并和CPU接合。
如圖1中所示，每個時鐘周期只執(zhí)行一次乘法／累加(MAC)運算。這種體系結(jié)構(gòu)對支持各種各樣的FIR濾波應(yīng)用提供最大的靈活性，同時對每種應(yīng)用保持最小的計算步驟。這促使在面積上和總計算時間上提供低成本的解決辦法。
如上面所述，圖1中所示的濾波協(xié)處理器的體系結(jié)構(gòu)能支持多種方式。在最佳實施方式中，支持四種運行方式(由2個方式位設(shè)置)1．方式0-實數(shù)FIR濾波器。
2．方式1-復(fù)數(shù)FIR濾波器。
3．方式2-交變產(chǎn)生純實數(shù)／純虛數(shù)輸出的復(fù)數(shù)FIR濾波器。
4．方式3-在完整的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和由交變的純實數(shù)數(shù)據(jù)元素／純虛數(shù)數(shù)據(jù)元素組成的復(fù)數(shù)序列之間的復(fù)數(shù)相關(guān)。
還限定一個附加的非抽選的／每二個中取一個的方式位以支持T間距(T-spaced)和T／2間距的通信系統(tǒng)。從而，三個可編程的位使得能有效地實施大范圍的FIR濾波應(yīng)用，下面列舉并簡單說明其中的一部分應(yīng)用·實卷積FIR濾波器(圖3)；·按輸出中每二個取一個的實卷積FIR濾波器(圖4)；·實相關(guān)FIR濾波器(圖5)；·按輸出中每二個取一個的實相關(guān)FIR濾波器(圖6)；·復(fù)卷積FIR濾波器(圖7)；·按輸出中每二個取一個的復(fù)卷積FIR濾波器(圖8)；·只產(chǎn)生實數(shù)輸出的復(fù)卷積FIR濾波器(圖9)；·只產(chǎn)生虛數(shù)輸出的復(fù)卷積FIR濾波器(圖10)；·復(fù)相關(guān)FIR濾波器(圖11)；·按輸出中每二個取一個的復(fù)相關(guān)FIR濾波器(圖12)；·交變產(chǎn)生純實數(shù)／純虛數(shù)輸出的復(fù)數(shù)FIR濾波器(圖14)；·按輸出中每二個取一個產(chǎn)生交變的純實數(shù)／純虛數(shù)輸出的復(fù)數(shù)FIR濾波器(圖15)；·在完整的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和由交變的純實數(shù)數(shù)據(jù)元素／純虛數(shù)數(shù)據(jù)元素組成的復(fù)數(shù)序列之間的復(fù)相關(guān)(圖16和圖17)；·按2倍過采樣的完整的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和由交變的純實數(shù)數(shù)據(jù)元素／純虛數(shù)數(shù)據(jù)元素組成的復(fù)數(shù)序列之間的復(fù)相關(guān)(圖18和圖19)；根據(jù)本發(fā)明的濾波協(xié)處理器的硬件體系結(jié)構(gòu)和GSM電信標(biāo)準(zhǔn)兼容。在GSM中，具有包含著8個時隙的4．615毫秒幀結(jié)構(gòu)使用時分多址聯(lián)接(TDMA)。每個時隙由156．25個比特組成。對于常規(guī)的脈沖數(shù)據(jù)，存在二組各58個的密碼數(shù)據(jù)比特、26個排成序列的序列比特、6個尾部比特和8．25個保護比特。對脈沖數(shù)據(jù)的一次訪問，存在36個密碼數(shù)據(jù)比特、41個排成序列的序列比特、8個擴充的尾部比特、3個尾部比特和68．25個擴充的保護比特。調(diào)制模式是均勻編碼的高斯濾波MSK(GMSK)。
圖3至圖12描述如圖2中所示的通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表示正如施加到圖1的硬件結(jié)構(gòu)上的方式0和1的各種抽選的相關(guān)值和卷積值。每張圖中以簡報形式提供了初始化數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)的各個步驟，并且還給出用于執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的適用公式。
·實卷積FIR濾波器(圖3)；公式F(n)=Σi-0N-1H(i)·D(n-i)]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按反向次序排列。
核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序/DMA以傳送4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序/DMA執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。
·計算F(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·使數(shù)據(jù)存儲單元中得到新的數(shù)據(jù)字并且遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·按輸出中二中取一的實卷積FIR濾波器(圖4)；公式F(n\even)=Σi=0N-1H(i)·D(n-i)]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按反向次序排列。
核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序／DMA以傳送4個新的數(shù)據(jù)字，
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序／DMA執(zhí)行濾波器記數(shù)號寫入。
·計算F(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·使數(shù)據(jù)存儲單元中得到新的數(shù)據(jù)字并且遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·使數(shù)據(jù)存儲單元中得到新的數(shù)據(jù)字并且遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·實相關(guān)FIR濾波器(圖5)；公式F(n)=Σi=0N-1H(i)·D(n+i)]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按正向次序排列。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序/DMA以傳送4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序/DMA執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。
·計算F(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·使數(shù)據(jù)存儲單元中得到新的數(shù)據(jù)字并且遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·按每二個輸出中取一個輸出的實相關(guān)FIR濾波器(圖6)；公式F(n\even)=Σi=0N-1H(i)·D(n+i)]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按正向次序排列。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序/DMA傳送4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序／DMA執(zhí)行濾波器記數(shù)號寫入。
·計算F(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·使數(shù)據(jù)存儲單元中得到新的數(shù)據(jù)字并且遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·使數(shù)據(jù)存儲單元中得到新的數(shù)據(jù)字并且遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·復(fù)卷積FIR濾波器(圖7)；公式FR(n)-Σi=0N-1(HR(i)·DR(n-i))-(HI(i)·DI(n-i))]]>F1(n)=Σi-0N-1(HR(i)·DI(n-i))+(HI(i)·DR(n-i))]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按正向次序排列。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序／DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序/DMA執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。
·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·按每二個輸出中取一個輸出的復(fù)卷積FIR濾波器(圖8)；公式FR(n\even)=Σi=0N-1(HR(i)·DR(n-i))-(HI(i)·DI(n-i))]]>F1(n\even)=Σi=0N-1(HR(i)·DI(n-i))+(HI(i)·DR(n-i))]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按正向次序排列。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序/DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序／DMA執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。
·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·只產(chǎn)生實數(shù)輸出的復(fù)卷積FIR濾波器(圖9)；公式FR(n)=Σi=0N-1(HR(i)·DR(n-i))-(HI(i)·DI(n-i))]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按反向次序排列，同時首先使虛數(shù)系數(shù)為負(fù)。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理
·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序／DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序/DMA執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。
·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·只產(chǎn)生虛數(shù)輸出的復(fù)卷積FIR濾波器(圖10)；公式Fl(n)=Σi=0N-1(HR(i)·DI(n-i))+(HI(i)·DR(n-i))]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·按虛部／實部對的形式組織數(shù)據(jù)。
系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按反向次序排列，同時首先使虛數(shù)系數(shù)為負(fù)。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序／DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序／DMA執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·復(fù)相關(guān)FIR濾波器(圖11)；公式FR(n)=Σi-0N-1(HR(i)·DR(n+i))+(HI(i)·DI(n+i))]]>FI(n)=Σi=0n-1(HR(i)·DI(n+i))-(HI(i)·DR(n+i))]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按反向次序排列，同時首先使虛數(shù)系數(shù)為負(fù)。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序/DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序/DMA執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。
·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·按每二個輸出中取一個輸出的復(fù)相關(guān)FIR濾波器(圖12)；公式FR(n\even)=Σi=0N-1(HR(i)·DR(n+i))+(HI(i)·DI(n+i))]]>F1(n\even)=Σi=0N-1(HR(i)·DI(n+i))-(HI(i)·DR(n+i))]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按反向次序排列，同時首先使虛數(shù)系數(shù)為負(fù)。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序/DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序／DMA執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。
·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
在接收機的均衡器中使用圖1所描述的硬件體系結(jié)構(gòu)是特別有好處的。在圖13中概略地描述這種均衡器，其中正交信號I和Q輸入到相關(guān)塊203中。重要的是請注意本發(fā)明利用I和Q之間的正交性，從而可以在正交調(diào)制系統(tǒng)中有益地實施圖1的濾波協(xié)處理器。接著，相關(guān)塊203把它的輸出作為匹配濾波器206的輸入。匹配濾波器206還把正交信號I和Q作為輸入。匹配濾波器206的輸出輸入到維特比譯碼器209。如現(xiàn)有技術(shù)中所周知，均衡器大致是由相關(guān)塊203、匹配濾波器206以及維特比譯碼器209組成的。維特比譯碼器209的輸出輸入到信道譯碼器(未示出)，后者對接收信號進行進一步的處理。
圖14至圖19描述如圖2中所示的通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表示施加在圖1的硬件結(jié)構(gòu)上的各種抽選的相關(guān)值(方式3)以及匹配濾波值(方式2)。首先的分析是相關(guān)處理。在相關(guān)處理中，輸入數(shù)據(jù)和中序形式下的同步字模式相關(guān)。由于GSM的GMSK調(diào)制模式的特性，同步字在純實數(shù)值和純虛數(shù)值之間交變。通常，一次完整的復(fù)數(shù)相乘需要四次乘法和累加運算。由于同步字的特性，因為實部或虛部中的一個為零(即正交)僅需要二次相乘。圖1的濾波協(xié)處理器利用這種特性從而把計算時間減少一半。同樣，每張圖中以簡報形式提供初始化數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)的各個步驟，并且還給出用于執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的適用公式。
·完整的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和由交變的純實數(shù)／純虛數(shù)數(shù)據(jù)元素組成的復(fù)數(shù)序列之間的復(fù)相關(guān)(圖16和17)；排列的序列(接收數(shù)據(jù))為復(fù)數(shù)(每比特一對I和Q的采樣)。中序序列(基準(zhǔn)數(shù)據(jù))組成交變的純實數(shù)／純虛數(shù)的復(fù)數(shù)值序列(每比特一個純復(fù)數(shù))，并組成圖16中所示的表。公式·相關(guān)函數(shù)是FR(n)=Σi=0N-1(HR(i)·DR(n+i))+(HI(i)·DI(n+i))]]>FI(n)=Σi=0N-1(HR(i)·DI(n+i))-(HI(i)·DR(n+i))]]>·利用中序(mid-amble)序列的正交組元可得到FR(n)=Σi=0N/2-1(HR(2i)·DR(n+2i))+(HI(2i+1)·DI(n+2i+1))]]>FI(n)=Σi=0N/2-1(HR(2i)·DI(n+2i))-(HI(2i+1)·DR(n+2i+1))]]>·從而，對每個復(fù)輸入計算一個復(fù)相關(guān)輸出需要一半的MAC運算。初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值號)。
·系數(shù)存儲單元中初始系數(shù)按正向次序排列。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號寫入。數(shù)據(jù)處理·一旦輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序／DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)采樣。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序/DMA執(zhí)行2×濾波器計數(shù)號寫入。
·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·二倍過采樣的完整的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和由交變的純實數(shù)／純虛數(shù)數(shù)據(jù)元素組成的序列之間的復(fù)相關(guān)(圖18和19)。
排列的序列(接收數(shù)據(jù))是二倍過采樣的(每比特2×I和Q的采樣)。中序序列(基準(zhǔn)數(shù)據(jù))由交變的純實數(shù)／純虛數(shù)的復(fù)數(shù)值組成(每比特一個純復(fù)數(shù))。在相關(guān)前，通過在純復(fù)數(shù)值之間增添復(fù)數(shù)零對中序序列乘2插值，形成圖18中所示的表。公式·相關(guān)函數(shù)為FR(n)=Σi=0N-1(HR(i)·DR(n+i))+(HI(i)·DI(n+i))]]>FI(n)=Σi=0N-1(HR(i)·DI(n+i))-(HI(i)·DR(n+i))]]>·利用插值后的中序(mid-amble)序列的正交組元可得到FR(n)=Σi=0N/4-1(HR(4I)·DR(n+4i))+(HI(4i+2)·DI(n+4i+2))]]>FI(n)=Σi=0N/4-1(HR(4i)·DI(n+4I))-(HI(4i+2)·DR(n+4i+2))]]>·可以容易地看出，當(dāng)n為“偶數(shù)”時，濾波器輸出和“奇數(shù)”輸入采樣無關(guān)，而當(dāng)n為“奇數(shù)”時，濾波器輸出和“偶數(shù)”輸入采樣無關(guān)。從而，在需要一半的數(shù)據(jù)存儲器尺寸下，可以分別計算偶數(shù)和奇數(shù)濾波器輸出。初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按正向次序排列。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)寫入。數(shù)據(jù)處理·一旦輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序／DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)采樣。
·數(shù)據(jù)存儲單元中的初始數(shù)據(jù)按正向次序排列，核心程序/DMA執(zhí)行2x濾波器計數(shù)號寫入，僅對偶數(shù)或者僅對奇數(shù)·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
第二分析是匹配濾波處理。在匹配濾波處理中，使用GSM系統(tǒng)中采用的二個專用于均衡化處理的元件。首先，只計算交變的實數(shù)和虛數(shù)輸出值。這又一次利用GMSK調(diào)制模式的正交特性。另外，從每二個輸出數(shù)據(jù)中取一個輸出數(shù)據(jù)，從而處理2X過采樣數(shù)據(jù)并對每個比特輸出提供單個采樣。輸出序列看作是由維特比濾波器209進一步處理的純實數(shù)序列。濾波協(xié)處理器的匹配濾波模式再一次利用這些特性以便減小與執(zhí)行完整的復(fù)數(shù)乘法運算有關(guān)的計算時間。同樣，每張圖中以簡報形式提供初始化數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)的各個步驟，并且還給出用于執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的適用公式。
·交變生成純實數(shù)輸出／純虛數(shù)輸出的復(fù)FIR濾波器(圖14)；公式FR(n\even)=Σi=0N-1(HR(i)·DR(n-i))-(HI(i)·DI(n-i))]]>FI(n\odd)=Σi=0N-1(HR(i)·DI(n-i))+(HI(i)·DR(n-i))]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計數(shù)(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按反向次序排列。
·核心程序執(zhí)行濾波器計數(shù)號的寫入。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖器是空的，觸發(fā)核心程序/DMA以傳送2個或4個新的數(shù)據(jù)字。
·數(shù)據(jù)存儲單元中初始數(shù)據(jù)按正向排列，核心程序/DMA執(zhí)行濾波器計算號寫入。
·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·生成每二個中取一個的交變的純實數(shù)輸出／純虛數(shù)輸出的復(fù)FIR濾波器(圖15)；公式FR(n\0,4,8,c1c)=Σi=0N-1(HR(i)·DR(n-i))-(HI(i)·DI(n-i))]]>FI(N\2,6,10,C1C)=Σi=0N-1(HR(i)·DI(n-i))+(HI(i)·DR(n-i))]]>初始化·設(shè)定方式和濾波器計算(=系數(shù)值的號)。
·系數(shù)存儲單元中的初始系數(shù)按反向次序排列。數(shù)據(jù)處理·若輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是空的，觸發(fā)核心程序/DMA以傳送4個新的數(shù)據(jù)字(2個復(fù)數(shù)數(shù)據(jù))。
·初始數(shù)據(jù)按正向次序排列(核心程序／DMA寫入)。
·計算FR(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序／DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·計算FI(n)，存儲結(jié)果，觸發(fā)核心程序/DMA。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DR)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
·得到新的數(shù)據(jù)字(DI)，遞增數(shù)據(jù)存儲單元指針。
預(yù)先，已經(jīng)利用在處理器核心程序上運行的微程序語言完成了上述任務(wù)。下面的表說明通過利用濾波協(xié)處理器得到的改進。
表1常規(guī)猝發(fā)比較
表2接入猝發(fā)比較
圖20概略地描述在無線通信系統(tǒng)中有益地設(shè)置圖1的濾波協(xié)處理器。一般地說，接收機在接收機前端406中接收正交調(diào)制信號400。正交調(diào)制信號400由多個符號組成。在最佳實施方式中，在接收機前端406的第一和第二分支中接收這些符號并且按預(yù)定的時間間隔偏移第一分支和第二分支之間的符號接收。在設(shè)置著圖1所描述的濾波協(xié)處理器硬件的信道均衡器212中，來自接收機的第一分支的偶數(shù)符號被獨立譯碼并且來自接收機的第二分支的奇數(shù)符號被獨立譯碼目的是為接收機的每個分支產(chǎn)生譯碼信息。然后由接收機的后端(未示出)組合和處理接收機各個分支的譯碼信息。
在最佳實施方式中，正交調(diào)制信號還包括偏置的正交相移鏈控(QPSK)調(diào)制信號，后者具體地是高斯最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制信號?？梢圆捎闷渌愋偷恼{(diào)制，例如最小頻移鍵控(MSK)。圖20的接收機可和時分多址聯(lián)接(TDMA)空中接口兼容，并且具體地是Groupe專用移動(GSM)TDMA空中接口。
獨立地對來自接收機的第一分支的偶數(shù)符號進行譯碼并且獨立地對來自接收機的第二分支的奇數(shù)符號進行譯碼以便為接收機的每個分支產(chǎn)生譯碼信息。為了進行這種獨立的譯碼，在對帶有接收數(shù)據(jù)的估計信道進行匹配濾波之前，I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)和排列的序列相關(guān)以估計信道脈沖響應(yīng)。如圖16的表中所示，排列的序列(基準(zhǔn)數(shù)據(jù))由交變的純實數(shù)／純虛數(shù)復(fù)數(shù)值(每比特一個純復(fù)數(shù))組成。接著進行最大似然序列估計(MLSE)及符號間干擾消除以執(zhí)行軟件決策的數(shù)據(jù)序到估計。然后軟件決策的數(shù)據(jù)通過信道譯碼器(接收機后端)進行進一步的處理。本文中所說明的及圖1中所描述的濾波協(xié)處理器執(zhí)行信道脈沖響應(yīng)的相關(guān)處理以及利用該估計信道的接收數(shù)據(jù)的匹配濾波處理。通過利用GSM系統(tǒng)的GMSK調(diào)制模式，執(zhí)行相關(guān)及匹配濾波處理的步驟數(shù)量明顯減少，從而每個RF載波需要較少的DSP。
盡管參照特定的實施方式具體地顯示和說明了本發(fā)明，應(yīng)該理解熟練的技術(shù)人員可在不違背的精神和范圍下對其形式和細(xì)節(jié)進行各種修改。
權(quán)利要求
1．一種濾波協(xié)處理器，包括第一存儲器，用于存儲數(shù)據(jù)信息；第二存儲器，用于存儲系數(shù)；以及一個控制器，用于在多種運行方式下控制乘法器／累加器執(zhí)行乘法／加法操作并且用于協(xié)調(diào)對數(shù)據(jù)信息和系數(shù)的檢索。
2．權(quán)利要求1的濾波協(xié)處理器，其中運行方式還包括復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和中序序列之間的相關(guān)，該中序序列由交變的純實數(shù)／純虛數(shù)復(fù)數(shù)值組成。
3．權(quán)利要求1的濾波協(xié)處理器，其中運行方式還包括2X過采樣復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和中序序列之間的相關(guān)，該中序序列由1X交變的純實數(shù)／純虛數(shù)的復(fù)數(shù)值組成。
4．權(quán)利要求1的濾波協(xié)處理器，其中運行方式還包括匹配濾波，其中輸入數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)，和匹配濾波有關(guān)的系數(shù)是復(fù)數(shù)，而輸出是交變的純實數(shù)／純虛數(shù)數(shù)據(jù)的實數(shù)序列。
5．權(quán)利要求1的濾波協(xié)處理器，其中一種運行方式利用直接存儲器訪問裝置把輸入數(shù)據(jù)從存儲器移入濾波協(xié)處理器和把輸出從濾波協(xié)處理器移入存儲器，從而無須中央處理器的介入。
6．一種在接收機中譯碼正交調(diào)制信號的方法，該正交調(diào)制信號包括多個符號，該方法包括步驟在該接收機的第一分支和第二分支中接收符號，其中按預(yù)定的時間周期偏移第一分支和第二分支間的符號接收；獨立地在接收機的第一分支中譯碼偶數(shù)符號及在接收機的第二分支中譯碼奇數(shù)符號以便為接收機的每個分支產(chǎn)生譯碼信息；組合用于接收機的每個分支的譯碼信息；以及在接收機中處理組合的譯碼信息。
7．權(quán)利要求6的方法，其中正交調(diào)制信號還包括偏置的正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制信號。
8．權(quán)利要求7的方法，其中該偏置的QPSK調(diào)制信號還包括最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制信號或高斯最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制信號。
9．權(quán)利要求6的方法，其中接收機和時分多址聯(lián)接(TDMA)空中接口兼容。
10．權(quán)利要求6的方法，其中TDMA空中接口還包括和Groupe專用移動(GSM)TDMA空中接口兼容的TDMA空中接口。
11．一種用于和無線通信系統(tǒng)兼容的接收機中的均衡器，該均衡器包括一個相關(guān)塊，用于相關(guān)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)序列和中序序列，該中序序列由交變的純實數(shù)／純虛數(shù)復(fù)數(shù)值組成；一個匹配濾波塊，用于利用復(fù)系數(shù)匹配濾波復(fù)輸入并輸出交變的純實數(shù)／純虛數(shù)數(shù)據(jù)的實序列；以及一個最大似然序列估計塊，用于根據(jù)該匹配濾波塊的輸出估計無線通信系統(tǒng)中發(fā)送的信號。
12．權(quán)利要求11的均衡器，其中相關(guān)塊和匹配濾波塊是利用第一存儲器、第二存儲器和一個控制器實現(xiàn)的，該控制器用于控制乘法器／累加器以在與相關(guān)有關(guān)的第一方式下和在與匹配濾波有關(guān)的第二方式下進行乘法／加法操作。
13．權(quán)利要求12的均衡器，其中與相關(guān)有關(guān)的第一方式和與匹配濾波有關(guān)的第二方式是在數(shù)字信號處理器中的濾波協(xié)處理器中進行的。
全文摘要
數(shù)字信號處理器(DSP)中的濾波協(xié)處理器(圖1)利用均衡處理期間調(diào)制信號的正交特性。因為,在接收后,僅僅接收信號的某些實數(shù)值/虛數(shù)值對于解調(diào)是有用的,濾波協(xié)處理器(圖1)僅處理這些值以估計發(fā)送的信號。通過處理僅對解調(diào)有用的值,濾波協(xié)處理器能在給定的時間內(nèi)處理更多的信息,當(dāng)和現(xiàn)有技術(shù)相比時其具有更大的處理能力。
文檔編號H03M7/30GK1205133SQ97191376
公開日1999年1月13日 申請日期1997年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月4日
發(fā)明者托馬斯·庫恩德曼, 馬克·曼蘇瑞, 莫舍·塔拉布, 伊拉·皮斯克 申請人:摩托羅拉公司