利用並行處理技術的碼分多址接收系統的製作方法
2023-05-05 00:48:41 1
專利名稱：利用並行處理技術的碼分多址接收系統的製作方法
利用並行處理技術的碼分多址接收系統屬於無線通信及計算機應用技術領域。其主要技術特徵在於採用並行計算機晶片實現多路碼分多址接收系統中接收與發送部分的數位訊號處理，各種數位訊號處理算法均在並行計算機晶片中完成，另外採用ASIC晶片完成一些必要的系統控制任務，利用並行處理技術的碼分多址接收系統很好地解決了在通用計算機晶片上用軟體方法完成碼分多址系統數位訊號處理算法的問題，使成本降低。該系統可用於CDMA移動臺和固定無線終端。
CDMA數字蜂窩移動通信系統由於具有容量大、抗幹擾性強、保密性好等特點，正越來越引起人們的重視。利用並行處理技術的碼分多址接收系統作為CDMA無線環路接入系統中的用戶設備，可以廣泛用於架設電話線路困難的各種場合。對於開發者來說，它具有信令簡單，開發周期短的優點。
目前由於CDMA碼分多址接收系統是一個用戶佔用一個接收、發射器，而且是採用專用集成電路，因而其成本較高。隨著並行計算技術及超大規模計算機晶片技術的飛速發展，在並行計算機處理晶片上用軟體方法完全可以實現過去由硬體完成的一部分功能。通用計算機晶片由於生產規模大，因而價格較低，是實現大眾化通信設備的極好途徑。
我們先介紹利用並行處理技術的碼分多址接收系統組成原理，然後根據系統組成原理圖，從硬體和軟體兩方面介紹系統的各部分。
圖1是系統組成原理圖。它由6部分構成①接收／發射設備，②模數／數模轉換器，③前向信道，④反向信道，⑤信令處理及系統控制，⑥聲碼器。
一個CDMA信道分為前向信道和反向信道。對於用戶設備，前向信道的主要工作是進行解擴，信道解碼和信源解碼。反向信道的主要工作是進行信源編碼，信道編碼，擴頻調製。由CDMA基站發來的信號經RF送到A／D進行模-數轉換後以20ms為一幀送入前向信道進行處理。RF，A／D，D／A及反向信道均為硬體實現。前向信道，信令處理和系統控制，聲碼器均由SIMD晶片上的軟體完成。
圖2是系統的硬體結構框架圖。它由6部分構成①接收／發射設備，②模數／數模轉換器，③數據緩存，④控制電路，⑤並行計算機處理晶片，⑥話音設備。
並行處理器晶片是硬體部分的核心，以下主要介紹並行處理器晶片結構。
圖3是並行處理器晶片的結構。它主要由標量處理器①和向量處理器②兩部分構成。標量處理器由PowerPC擴展核心③和SIU④構成。向量處理器②由向量sequencer⑤，指令和數據高速緩存⑥，處理器陣列⑦，向量數據存儲器⑧構成。標量處理器①和向量處理器②通過U總線相連，向量處理器與I／O子系統⑩通過T總線相連，總線橋⑨連接U總線和T總線。I／O子系統⑩負責與外部進行數據交換，它具有很高的帶寬。
標量處理器的PowerPC擴展核心③為一個32位的RISC處理器。該處理器的指令使用PowerPC的定點指令集。SIU為系統接口單元。標量部分主要用來進行系統控制。
向量處理器陣列⑦由16個16位的處理器構成，其基本特點可歸納如下●每個處理器有一個算術邏輯部件ALU；●每個處理器有2K字節的存儲器；●對於指令和數據各有1K字節的高速緩存；●大多數指令在一個向量處理器時鐘周期內完成，在部分情況下一個周期可執行兩條指令；●一次乘-加運算可在一個周期內完成；●處理器到處理器通信網絡支持混洗交換，蝶形變換及雙向相鄰數據移動。可對Viterbi解碼器，FFT，向量內積，各種數字濾波器的計算提供高效的支持。
根據這種結構的特點，為了充分發揮該晶片各部分的處理能力，我們用標量部件進行系統控制和信令處理，用向量部件完成前向信道信號處理及語音的編碼和解碼。這是因為，IS-95中規定的移動臺和基站間的信令交換，主要是進行消息數據的處理，數值計算量較少，適合於用標量部件完成。在前向信道信號處理及語音的編碼和解碼的過程中，由於許多算法中都有大量的可並行執行的成分，它們的並行化效果很好，所以用向量部件完成這些部分可以顯著提高系統的處理能力。標量部件和向量部件可以通過相連的總線進行數據交換。
圖4是系統的軟體結構圖。它由兩大部分構成在向量處理器上實現的QCELP聲碼器和前向信道軟體模塊，在標量處理器上實現的多線程管理及狀態處理程序。
電源接通後系統進入初始化狀態。它為每個線程建立一個不定長的線程表，系統用它來進行線程管理。線程表格式為
●線程號用數字1-4指定一個線程●狀態號用數字1-3指定該線程目前所處的狀態●子狀態入口目前所處狀態的子狀態●參數個數用來記錄目前子狀態中應記錄參數的個數●參數1-n各子狀態中應記錄的各種參數基於線程表的線程調度管理方法為1．按以下方法計算出將要在SE上運行的下一個線程號新線程號=(原線程號+1)(mod(系統實際線程數))；2．根據新線程號找到它的線程表；3．在線程表中找到線程狀態和子狀態入口；4．轉入子狀態。
下面對圖4作進一步描述對於每一個20毫秒的數據幀時間內，多線程管理調度模塊調度每個線程運行一次，這些線程將根據它們各自的狀態／子狀態記錄以及運行參數進入一個信令狀態，然後直接進入一個子狀態，這些子狀態的工作過程在IS-95標準中有詳細規定，這些子狀態可以調用前向信道軟體模塊對一幀數據解碼或往語音編碼器中發送或接收一幀語音數據，若子狀態需要轉移到別的子狀態，則在狀態／子狀態環境參數記錄模塊中修改線程表的狀態／子狀態及參數，如果有錯誤發生則轉入錯誤處理模塊進行出錯處理。
權利要求
1．利用並行處理技術的碼分多址接收系統是一項屬於計算機與通信領域的發明專利，其特徵是利用SIMD並行處理計算機晶片實現碼分多址系統的信號處理；
2．根據權利要求1所述的利用並行處理技術的碼分多址接收系統，其特徵在於使用SIMD並行處理模型與方法實現快速數位訊號處理，這種模型中包括標量處理器和向量處理器兩部分，向量處理器各處理單元之間的通信網絡支持混洗交換，蝶形變換及雙向相鄰數據移動的功能；
3．根據權利要求1所述的利用並行處理技術的碼分多址接收系統，其特徵是在SIMD並行處理計算機晶片上用標量處理器實現多線程處理方式，分時處理四路用戶信號，用向量處理器完成信道及信源的編解碼。
全文摘要
利用並行處理技術的碼分多址接收系統屬於無線通信及計算機應用技術領域。其主要技術特徵在於採用並行計算機晶片實現多路碼分多址接收系統中接收與發送部分的數位訊號處理,各種數位訊號處理算法均在並行計算機晶片中完成,另外採用ASIC晶片完成一些必要的系統控制任務。利用並行處理技術的碼分多址接收系統很好地解決了在通用計算機晶片上用軟體方法完成碼分多址系統數位訊號處理算法的問題。使成本降低。該系統可用於CDMA移動臺和固定無線終端。
文檔編號G06F13/00GK1206152SQ9711254
公開日1999年1月27日 申請日期1997年7月22日 優先權日1997年7月22日
發明者高文, 湯軍其, 孫彤, 江海, 高德剛, 馮鳳華, 劉進軍, 王小川, 馬旭, 朱嶸, 趙巍, 王濱, 李惠科 申請人:北京算通科技發展有限公司