用於cdma系統前向鏈路的濾波器裝置及其濾波的方法
2023-05-30 17:35:06 1
專利名稱：用於cdma系統前向鏈路的濾波器裝置及其濾波的方法
技術領域：
本發明涉及CDMA系統的前向鏈路，具體地說，是涉及CDMA系統中前向鏈路數據的濾波器裝置及其濾波方法。
背景技術：
在CDMA系統中，對前向送出的數字基帶信號進行四相相移鍵控(QPSK)調製、濾波、放大和上變頻，從而將基帶數位訊號轉變為無線射頻信號，最後通過功放和天線將無線射頻信號發射出去，完成小區覆蓋功能。基帶濾波裝置對無線通信系統有效利用頻譜、消除碼間幹擾、提高系統性能起著重要作用。圖1給出了CDMA IS2000系統中基站發數據的示意圖，信源11是從上層來的用戶數據，經過QPSK調製12後送入到前向基帶濾波器中對基帶數位訊號進行前向基帶濾波13，然後將濾波後所得的數據送入到D/A變換器中進行D/A變換14，再進行上變頻和放大處理，最後將模擬信號通過發射機15發射出去。
在IS2000協議中規定了前向基帶濾波器的係數為一組48階的係數，同時一般我們又要求對多路基帶信號進行濾波處理，這樣就必須對每一路基帶數據做濾波，使得基帶濾波器裝置的數量龐大，實現複雜，耗費的硬體資源也很大。圖2是傳統的有限衝擊響應(FIR)濾波器的示意圖。設Yn是FIR濾波器的輸出，Sn是FIR濾波器的輸入數據序列，Kn是濾波器係數，則FIR濾波器的實現公式表示如下Yn=n=0NSnkn---(1)]]>將輸入數據序列S0S1S2...Sn21送入到一組由D觸發器構成的延遲器22中，每來一個採樣時鐘就延遲一個時鐘周期，然後將延遲後的數據送入乘法運算單元23中與濾波器係數組K0K1K2...Km中與對應的係數做乘法運算，例如在第一個時鐘周期時，由數據S0和K0相乘；在第二個時鐘周期時則由S1和K0相乘，而S0和K1相乘；同樣道理，在第三個時鐘周期時則由S2和K0相乘，而S1和K1相乘，S0和K2相乘；以此類推，完成所有輸入數據序列和係數的乘法。在每一個時鐘周期完成乘法運算後，再將所有輸入數據與係數組中係數相乘的結果輸入加法器單元24進行求和運算得到FIR濾波器的輸出。例如，在第一個時鐘周期時，求和得到的結果為S0K0；第二個時鐘周期得到的求和結果為S1K0+S0K1，以此類推，就用目前所常用的方法實現了FIR濾波器的功能，得到了公式(1)的結果。由上述敘述不難看出，如果在係數組的階數很高的時候，採用這種方法所耗費的資源是十分巨大的。而在IS2000系統中，所規定的FIR濾波器的階數為48階濾波器，並且如果還要實現多路濾波器的話，這樣所耗費的資源將幾乎不可能實現。
在塞靈思(XILINX)公司的FPGA開發工具FOUNDATION中提供了實現FIR濾波器的IP內核，此內核只給出外部接口定義，未描述內部結構，但該IP內核有以下幾個缺點1、沒有原代碼，不便移植，這個IP是以黑匣的形式給出的，只有埠定義，內部結構不祥，而且只能用於XILINX公司的FPGA上；2、資源消耗很大，在濾波器的運算速度為1.2288MHz時，實現16路48階係數FIR濾波器所耗費的硬體資源為75，712個D觸發器。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供一種耗費邏輯資源少的、易實現的、用於CDMA系統前向鏈路的濾波器裝置。
本發明要解決的又一技術問題在於提供一種易實現的、基於CDMA系統前向鏈路濾波器裝置的濾波方法。
為解決本發明要解決的技術問題，本發明所述的CDMA系統前向鏈路的濾波器裝置包括反轉法FIR濾波器，其特徵在於反轉法FIR濾波器由m個乘法器構成的乘法運算組單元、以及由2×m個加法器構成的加法器組單元，且每個乘法器的輸出端分別與對應的兩個加法器的一個輸入端相連，每級加法器的另一個輸入端接上一級加法器的輸出端。
為解決本發明的又一技術問題，本發明基於CDMA系統前向鏈路濾波器裝置的濾波方法包括1)將N路輸入數據組送入時分復用單元復用為一路數據組；2)將復用後的一路數據組送入所述反轉法FIR濾波器中完成濾波；
3)將濾波後的一路數據組輸入解復用單元，還原成N路輸出數據組。
由於IS2000協議中規定了基帶濾波器的係數為48階且為完全對稱的，針對濾波器的係數的這一特性，本發明採用了一種反轉法來實現基帶濾波器，大大地降低了濾波器所佔用的邏輯資源。同時還利用提高濾波器運算速度，採用多路基帶數據復用的方法來進一步降低多路數據進行濾波時所佔用的資源。
圖1是CDMA IS2000系統中前向鏈路基站發數據的示意圖；圖2是傳統的FIR濾波器示意圖；圖3是反轉法FIR濾波器的基本原理示意圖；圖4是用於CDMA系統前向鏈路濾波器係數特性的反轉法FIR濾波器的示意圖；圖5是用於CDMA系統前向鏈路的濾波器裝置示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例詳細說明本發明。
一種用於CDMA系統前向鏈路的濾波器裝置，包括反轉法FIR濾波器，其特徵在於反轉法FIR濾波器由m個乘法器構成的乘法運算組單元、以及由2×m個加法器構成的加法器組單元，且每個乘法器的輸出端分別與對應的兩個加法器的一個輸入端相連，每個加法器的另一個輸入端接上一級加法器的輸出端。
所述的濾波器裝置還包括用於接收多路輸入數據組並與反轉法FIR濾波器相連的時分復用單元，及與反轉法FIR濾波器相連將濾波後數據復用為N路輸出數據組的解復用單元。
一種基於CDMA系統前向鏈路的濾波器裝置濾波的方法，該濾波器裝置包括時分復用單元、反轉法FIR濾波器以及解復用單元，其特徵在於所述的方法包括1)將N路輸入數據送入所述按時隙復用模塊復用為一路數據；
2)將復用後的一路數據送入所述反轉法FIR濾波器中成濾波運算；3)將濾波後的一路數據組輸入解復用單元，還原成N路輸出數據組。
所述步驟2)又包含有以下分步驟21)將復用後的該路數據組採樣，送至乘法運算組單元中與係數組的每一係數相乘；22)將乘法運算的結果送入加法器組單元中相應的兩個加法器中求和，其中，加法器組單元的第一級加法器的一個輸入端設為零，各級乘法運算的結果送入相應的加法器的一個輸入端，另一個輸入端接上一級加法器的輸出端。
實用中，圖3是反轉法FIR濾波器的基本原理的示意圖。反轉法FIR濾波器包括有乘法運算組單元32和加法器組單元33。反轉法實現FIR濾波的基本原理是輸入數據序列S0S1S2...Sn31中的每一個數據在整個過程中只被採樣一次，並且在每一個時鐘周期將所採樣的數據同時送入到乘法運算組單元32中與係數組K0K1K2...Km中的每一個係數都進行乘法運算，然後將乘法運算後的結果送入到加法器組單元33進行求和運算，並由最後一級加法器36輸出FIR濾波器的結果Y34。反轉法FIR濾波器與傳統FIR濾波器的區別在於，反轉法FIR濾波器中沒有D觸發器組去實現延遲的功能，取而代之的是一組加法器，並由加法器完成了濾波器實現方法中延遲一個時鐘周期的功能，並且在反轉法FIR濾波器中，係數組中係數的位置正好與傳統FIR濾波器中係數的位置相反。反轉法實現FIR濾波的過程如下在第一個時鐘周期，將數據S0進行採樣，並將採樣的結果送到係數組K0K1K2...Km中同時與每一個係數做乘法運算，並將結果送到加法器組33中完成求和運算，由加法器組最後一級加法器36得到濾波器第一個時鐘周期的輸出S0K0；在第二個時鐘周期，將數據S1進行採樣，也將採樣的結果送到乘法運算組單元32中與係數組K0K1K2...Km中同時與每一個係數做乘法運算，並將結果送到加法器組單元33中進行求和運算，此時，由於加法器組單元33中最後一級的加法器36的兩個輸入是倒數第二級加法器35上一個時鐘周期的輸出S0K1和這一個時鐘周期S1和K0的乘積S1K0，所以第二個時鐘周期的最後一級加法器36的輸出，也即是第二個時鐘周期濾波器的輸出為S0K1+S1K0；以此類推，就可以得到反轉FIR濾波器的輸出。
在濾波器的係數沒有任何規律的時候，採用反轉法實現濾波的方法所能節省的資源不很明顯。但是，當濾波器的係數是有著明顯對稱的特點的時候，採用反轉法實現濾波則節省很多硬體資源。由於IS2000系統中所給出的基帶前向FIR濾波器的係數是48階的，並且是對稱的。本發明是基於CDMA系統的前向鏈路濾波器的這種特性，採用反轉法實現濾波，從而節省了大量的資源。
圖4給出的是基於CDMA系統前向鏈路濾波器係數特性的反轉法FIR濾波器的示意圖。反轉法FIR濾波器包括由m個乘法器構成的乘法運算組單元42、以及由2×m個加法器構成的加法器組單元43，每個乘法器的輸出端與對應的兩個加法器輸入端相連。在對輸入數據序列S0S1S2...Sn41中的數據進行採樣後，將採樣後的數據送入到乘法運算組單元42中與係數組K0K1K2...Km中的每一個係數都進行乘法運算，然後將乘法運算後的結果送入到加法器組單元43中對應的加法器的輸入端，由於濾波器係數是對稱的這一特性，所以與每個係數相乘後的結果送入的加法器的位置在物理上也是對稱的。例如，將與係數K0相乘後的結果送入到最後一級加法器49和第一級加法器44中，將與係數K1相乘後的結果送入到倒數第二級加法器48和第二級加法器45中；以此類推，我們將與係數Km相乘後的結果送入到中間兩級加法器46和加法器47中。由上面的敘述不難看出，我們在實現基於CDMA系統前向鏈路的基帶濾波器的時候，由於採取了反轉法濾波實現，雖然加法器的個數有所增加，但是節省了一半乘法器的個數，並且省去了延時用的大量D觸發器。乘法器所佔用的資源是加法器無法比擬的，所以，在本發明中採用的這種方法為實現CDMA系統中的基帶濾波器節省了大量的資源。
圖5是用於CDMA系統前向鏈路的反轉法濾波器裝置的示意圖。反轉法濾波器裝置包括時分復用單元52、與時分復用單元52相連的反轉法FIR濾波器54、以及與反轉法FIR濾波器54相連的解復用單元55。反轉法FIR濾波器54與圖4中的反轉法FIR濾波器結構相同。反轉法FIR濾波器54包括由m個乘法器構成的乘法運算組單元、以及由2×m個加法器構成的加法器組單元，每個乘法器的輸出端與對應的兩個加法器輸入端相連。時分復用單元52的m個輸出端與m個乘法器的輸入端分別相連，m個乘法器的輸出端與對應的2×m個加法器的輸入端相連。
在CDMA系統中，要求對多路基帶數據進行濾波處理，這樣，如果不提高採樣速率，而直接進行簡單的濾波器的累加的話，則如果輸入數據為N路，則所耗費的硬體資源將是實現一路濾波器的N倍，但是如果採用了復用解復用的方法，在濾波器速率允許的範圍內，將採樣速率提高N倍，則所佔用的資源就遠小於N個濾波器簡單累加所耗費的資源。基於CDMA系統前向鏈路的反轉法濾波器裝置的濾波方法包括N路輸入數據組的每一路都由多個輸入數據構成，將N路數據輸入時分復用單元52；時分復用單元52將N路數據輸入組復用成一路數據組並輸出至反轉法FIR濾波器54中；反轉法FIR濾波器54對該路數據組進行濾波運算；濾波運算完成後，將濾波後的該路數據輸入解復用單元進行時分解復用；所述的解復用單元的輸出即為本發明所述的碼分多址系統中前向鏈路基帶濾波裝置的輸出。反轉法FIR濾波器54對該路數據組進行濾波運算包括以下步驟將復用後的該路數據組採樣，送至乘法運算組單元中與各係數組的每一係數相乘；將乘法運算的結果送入加法器組單元中相應的兩個加法器中求和，加法器組單元的第一級加法器的一個輸入端設為零，各級乘法運算的結果送入相應加法器的一個輸入端，另一個輸入端接上一級加法器的輸出端。
上述分析表明，通過針對CDMA系統中前向鏈路的濾波器係數的特點，本發明採用了反轉法濾波實現方法和分時復用的方法實現基帶濾波器，本裝置在濾波器允許的運算速度下，極大地減少了基帶濾波器所耗費的資源，可廣泛應用於CDMA系統中前向鏈路的濾波。
權利要求
1.一種用於CDMA系統前向鏈路的濾波器裝置包括反轉法FIR濾波器，其特徵在於反轉法FIR濾波器由m個乘法器構成的乘法運算組單元、以及由2×m個加法器構成的加法器組單元，且每個乘法器的輸出端分別與對應的兩個加法器的一個輸入端相連，每個加法器的另一個輸入端接上一級加法器的輸出端。
2.根據權利要求1所述的濾波器裝置，其特徵在於還包括用於接收多路輸入數據組並與反轉法FIR濾波器相連的時分復用單元，及與反轉法FIR濾波器相連將濾波後數據復用為N路輸出數據組的解復用單元。
3.一種基於CDMA系統前向鏈路的濾波器裝置濾波的方法，該濾波器裝置包括時分復用單元、反轉法FIR濾波器以及解復用單元，其特徵在於所述的方法包括1)將N路輸入數據送入所述按時隙復用模塊復用為一路數據；2)將復用後的一路數據送入所述反轉法FIR濾波器中成濾波運算；3)將濾波後的一路數據組輸入解復用單元，還原成N路輸出數據組。
4.根據權利要求3所述的實現方法，其特徵在於所述步驟2)又包含有以下分步驟21)將復用後的該路數據組採樣，送至乘法運算組單元中與係數組的每一係數相乘；22)將每個乘法運算器的乘法運算的結果送入加法器組單元中相應的兩個加法器中求和，將加法器組單元的第一級加法器的一個輸入端設為零，各級乘法運算的結果送入相應的加法器的一個輸入端，每一級加法器的求和結果送入下一級加法器的另一個輸入端，輸出最後一級加法器的求和結果。
全文摘要
本發明涉及CDMA系統中前向鏈路數據的濾波器裝置及其濾波方法，包括時分復用單元及依次相連的反轉法FIR濾波器和解復用單元。濾波器包括與時分復用單元相連的由m個乘法器構成的乘法運算組單元、以及由2×m個加法器構成的加法器組單元，乘法器輸出端與對應兩個加法器輸入端相連。濾波方法包括將N路輸入數據組送入時分復用單元復用為一路數據組，再送入反轉法FIR濾波器濾波；然後輸入解復用單元還原成N路輸出數據組。本發明針對完全對稱48階濾波器係數採用反轉法實現基帶濾波器，降低佔用的邏輯資源。同時提高速度，採用多路基帶數據復用進一步降低佔用的資源。
文檔編號H03H17/02GK1567780SQ0313211
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月26日 優先權日2003年6月26日
發明者肖俊民, 張永智, 杜江 申請人:中興通訊股份有限公司