專利名稱：在cdma通信系統(tǒng)中的彈性相關和排隊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說涉及在無線通信系統(tǒng)中接收信號，更具體的，涉及在CDMA通信系統(tǒng)中相關信號。
背景技術：
碼分多址系統(tǒng)，例如直接序列(DS-CDMA)通信系統(tǒng)，用于運行在800MHz的蜂窩電話系統(tǒng)以及1800MHz的個人通信系統(tǒng)(PCS)中。例如，在DS-CDMA系統(tǒng)中，所有蜂窩中的所有基站使用相同無線頻率通信。用唯一分配的擴展碼唯一識別系統(tǒng)內的基站。使用指定的偽隨機噪聲序列或最大長度線性反饋移位寄存器序列(m-序列)擴展用戶數(shù)據(jù)流。在正交調制系統(tǒng)中，通常使用一個序列進行I信道符號的同相(I)信道擴展，使用另一個用于Q信道符號的正交(Q)信道擴展。系統(tǒng)中的移動站具有相同長度的擴展碼，并將其用于I和Q信道的初始解擴。在第三代合作組項目(3GPP)寬帶CDMA(WCDMA)和全球定位系統(tǒng)(GPS)系統(tǒng)中，通常將金色碼用作擴展序列而非m-序列。
在I和Q信道上擴展之前，傳輸符號通常使用常說的Walsh或正交可變擴展因子(OVSF)碼覆蓋的處理擴展。當在呼叫中時，基站給各個移動站分配唯一的Walsh或OVSF碼，以確保在給定蜂窩中到每個移動站的傳輸和到其他各個移動站的傳輸是正交的，假定每個移動站使用不同的Walsh或OVSF碼。這樣，在基站和移動站之間建立雙向通信信道。例如，移動站通過將接收數(shù)據(jù)和唯一的Walsh和PN碼相關與基站同步?？梢允褂闷渌a，例如金色、Barker和Kasami碼，并且通常所有碼都可以組合使用。
通常，移動站使用相關器作為接收機搜索元件來搜索可接收信號的偽噪聲碼相位。和移動站通信的基站的正確I和Q信道擴展碼PN相位的知識允許基站發(fā)射的所有其它碼信道的相干檢測。標準的DS-CDMA移動站接收機使用具有三個或更多獨立受控指狀元件的耙式(rake)接收機，這些指狀元件是和接收機相位搜索元件確定的正確PN序列相位時間對準的。
耙式指狀元件包括接收機搜索器和主要包括相關器的解調器。相關器將數(shù)據(jù)流和預定PN碼序列(使用該序列作為密鑰反轉或不反轉數(shù)據(jù)元素)相乘，并將結果累計(或取和)以提供解碼(解擴)信號。中心思想就是只有正確PN序列(或碼相位)的持有者才知道成功取和表面上隨機的數(shù)據(jù)模式的正確序列，從而達到確切的數(shù)據(jù)符號判決。根據(jù)PN序列反轉數(shù)據(jù)并取和的處理術語通常稱為相關。然而，在建議的下一代CDMA和全球定位系統(tǒng)(GPS)通信系統(tǒng)系列中，需要若干不同的相關器硬件配置來適應所有建議的系統(tǒng)。例如，寬帶CDMA系統(tǒng)提出需要適應的可變擴展碼和碼片速率。
現(xiàn)有相關技術通常包括兩種類型之一。第一類型包括使用在特定應用所需的特定用途集成電路(ASIC)上實施的專用硬件相關器，如上所述。雖然可執(zhí)行某些優(yōu)化以重用相關器的某些操作塊從而最小化開銷，在操作模式上的任何輕微改動通常都要求硬件改變以調節(jié)若干參數(shù)(例如擴展碼、相關器長度、數(shù)據(jù)類型等)任意之一。
第二種現(xiàn)有相關器類型提供可調節(jié)的相關長度。然而，此種類型相關器仍然依賴于特定的空中接口，因此被隨該硬件包含的PN產(chǎn)生器單元所限制。此外，此種類型相關器包括特定通信標準的存儲器存儲位置。
因此，所需的是單個、可編程通用CDMA處理器，可以搜索、接收并跟蹤若干現(xiàn)有和下一代CDMA通信標準產(chǎn)生的任何一種(或多種)信號。這些類型的專用處理器結構通常術語稱為特定用途處理器。提供處理而不限制特定寄存器/存儲器存儲位置(如在標準的硬件或ASIC結構中)也是有益的。此外，實現(xiàn)此目的而在通信裝置(及其并發(fā)成本)中不消耗不同或額外的硬件也是有利的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的CDMA接收機結構的簡化框圖；圖2是1-碼片實數(shù)相關器實施例的簡化框圖；圖3是1-碼片復數(shù)相關器實施例的簡化框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖3的相關器用于實數(shù)模式相關的簡化框圖；圖5是圖1的復數(shù)相關器的簡化框圖；圖6是圖1的輸入隊列的簡化框圖；圖7是圖6的輸入隊列數(shù)據(jù)采樣的圖形表示；圖8是根據(jù)本發(fā)明的相位相關簡化框圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種用于可編程CDMA處理的設備和方法，可以搜索、接收并跟蹤各種下一代和現(xiàn)有CDMA通信標準產(chǎn)生的任何一個或多個信號。這是在通用硬件結構上實現(xiàn)的，并僅需要軟件上載以解決用在通信系統(tǒng)中的特定空中接口的需求。本發(fā)明在此公開的是例如彈性微編碼CDMA處理器部件，考慮輸入信號的可編程相關或解擴，以及同等的考慮多個獨立信號源、采樣寬度(精確度)、重復取樣(over-sampling)速率以及采樣時鐘的可編程輸入隊列結構。然后該輸入隊列通常將捕獲數(shù)據(jù)饋入可編程相關器單元，用于專門處理。在描述的處理結構中，輸入源通常被饋入輸入裝置(或輸入寄存器)，并通常提供來自模擬數(shù)字轉換器(ADC)或其他預處理部件(例如數(shù)字信道濾波器等)的數(shù)據(jù)。多個輸入源(例如信道)可用于支持多個通信標準、多個天線(例如分極天線)等。
更具體的，本發(fā)明提供了一種可編程相關器以及輸入隊列，可根據(jù)包含的通用微編碼引擎操作，該引擎能集中寄存容納任何代碼或系統(tǒng)專用信息的文件到稱為操作數(shù)存儲器的長期存儲單元上。注意所有處理器都根據(jù)某種類型的微編碼指令運行，如本領域公知的。在描述的發(fā)明中如所需要的應用微代碼(或存儲器中的指令)，從而在任何特定CDMA環(huán)境中運行。注意控制微代碼可存在于隨機訪問存儲器(RAM)技術、只讀存儲器(ROM)技術中，或可由另一個裝置(例如處理器)產(chǎn)生。此外，該微編碼引擎可選的包括在來自可編程處理器的微代碼控制之下的算術邏輯單元(ALU)，它還可在其結構中包括其他輔助ALU，以在協(xié)處理器(更接近通用數(shù)字信號處理器或DSP)之上改進靈活性單元。
本發(fā)明還有除在此描述的優(yōu)選實施例之外的應用，提供的說明僅為示范和說明本發(fā)明，而不應當被認為是對本發(fā)明的限制。雖然該說明書用定義被認為是新穎的本發(fā)明特點的權利要求結束，相信考慮以下結合附圖的說明將會更好的理解本發(fā)明，在附圖中延續(xù)使用相同的參考標記。如在本發(fā)明中定義的，無線電話是用無線頻率范圍的電磁波傳送信息到基站的通信裝置。一般的，無線電話是便攜式的，并當使用時，通常舉到頭部，接近耳朵。
本發(fā)明的概念可有利的用在任何要求RF信號收發(fā)的電子產(chǎn)品上，雖然它的應用不限于這些產(chǎn)品。優(yōu)選的，通信裝置的無線電話部分是適于個人通信的蜂窩無線電話，但也可是尋呼機、無繩無線電話或個人通信服務(PCS)無線電話。無線電話部分可按照模擬通信標準或數(shù)字通信標準構造。無線電話部分通常包括無線頻率(RF)發(fā)射機、RF接收機、控制器、天線、電池、雙工濾波器、頻率合成器、信號處理器以及至少包括鍵盤、顯示器、控制開關以及麥克風之一的用戶接口。無線電話部分還可以包括尋呼接收機。結合到蜂窩電話、諸如尋呼機的雙向無線或選擇無線接收機內的電子元件在本領域中是公知的，并可以結合到本發(fā)明的通信裝置中。本發(fā)明可應用到要求相關(或點積)操作、特別是數(shù)據(jù)集之一是二值的任何信號處理問題中。
圖1顯示使用本發(fā)明的CDMA通信裝置的通用耙式接收機結構。僅為示例目的，該通信裝置被嵌入到具有本領域公知的通用蜂窩無線收發(fā)機電路的蜂窩無線電話中，在此為簡明起見并不顯示。該蜂窩電話包括通用蜂窩電話硬件(為簡明起見也未顯示)，例如集成到緊湊外殼內的用戶接口，并根據(jù)本發(fā)明進一步包括天線系統(tǒng)。各個特定無線裝置都會提供實現(xiàn)本概念以及采用為各個應用選定的裝置的機會。
一般的，通信系統(tǒng)100包括多個諸如基站102的基站，配置用于和一個或多個例如無線電話104的移動站進行無線通信。無線電話104配置用于接收(和發(fā)射)碼分多址(CDMA)信號，以和包括基站102的多個基站在一個或多個可用CDMA通信標準上通信。在此例子中，通信系統(tǒng)100按照TIA/EIA暫行標準IS-95“用于雙模寬帶擴頻蜂窩系統(tǒng)的移動站-基站兼容標準”操作，運行在800MHz。可選的，通信系統(tǒng)100可按照包括1800MHz PCS系統(tǒng)的其他CDMA系統(tǒng)操作。
基站102傳送擴頻信號到無線電話104。在通信期間，如本領域公知的，在通常所說的Walsh覆蓋的處理中使用偽隨機噪聲(PN)和Walsh碼擴展業(yè)務信道上的符號。例如無線電話104的每個移動站都被基站102分配唯一的Walsh代碼，從而到各個移動站的信道傳輸和到其他移動站的信道傳輸是相互正交的。該擴展信號是四相移鍵控(QPSK)調制的，從而形成同相(I)和正交相位(Q)信號。使用兩個專用PN序列擴展I和Q信號。在通信系統(tǒng)100中的所有基站使用相同的I和Q擴展序列。也可以輸入諸如8-PSK，64-QAM，256-QAM等的高級多元(M-ary)調制方案。此外，也可以適應不同碼速率(即每比特(符號)碼片數(shù)目)。
例如，無線電話104包括天線106、模擬前端108、包括至少一個諸如模擬到數(shù)字轉換器(ADC)110的輸入裝置的接收路徑、具有可編程相關器128的可編程處理器114以及控制器或處理器116(例如具有呼叫處理器的DSP)?？蛇x的，可以包括其他接收機輸入路徑，例如在多天線系統(tǒng)中，用于分集，或在多模式系統(tǒng)中，例如如ADC109和ADC111顯示的。任何或全部ADC都可以提供重復取樣，從而提供子碼片采樣。天線106從基站102并從附近的其他基站接收RF信號。某些接收的RF信號是直接發(fā)送的，基站發(fā)射的視距射線。其他接收的RF信號是反射射線并在時間上延遲。接收的RF信號被天線106轉換為電子信號并提供給模擬前端108。模擬前端108濾波該信號并提供到基帶I和Q信號的轉換。基帶I和Q信號被提供到至少一個ADC110，在此將其轉換為I和Q數(shù)字數(shù)據(jù)流，并在可編程處理器114的控制下將該流傳送到輸入隊列113，用于進一步處理。
主處理器116控制無線電話104的一般功能。優(yōu)選的，處理器116是數(shù)字信號處理器或微控制器。該處理器響應存儲的程序指令操作并包括存儲器132用于存儲這些指令和其他數(shù)據(jù)。當然，該處理器還連接到無線電話104的其他元件。沒有顯示這樣的連接，從而不使附圖過度復雜?？删幊滔嚓P器塊128操作用于接收、搜索并跟蹤，通常是可編程處理器114的子部分，該處理器使用不同微代碼組運行在CDMA、WCDMA和GPS系統(tǒng)中。包含可以是隨機訪問或只讀的存儲器130，并將其用于數(shù)據(jù)存儲以及指令性微代碼。輸入隊列113在可編程相關器128的控制之下，該相關器還控制彈性相關器128，從而可經(jīng)軟件微代碼控制要被相關的數(shù)據(jù)?？蛇x的，可以提供分離的存儲器來存儲該微代碼。在兩個例子的任一個中，微代碼存儲器塊被連接到所有可編程子塊(即PN橫桿單元、PN ALU、復數(shù)相關器以及輸入隊列存儲器)，以控制它們的行為，雖然為了簡化附圖沒有顯示這些連接。
在實際中，主處理器116可以發(fā)送面向任務的消息到可編程CDMA處理器114，例如“執(zhí)行3GPP相位1搜索”。在本發(fā)明的標準實施例中，主處理器116給可編程處理器128到早已在處理器114的指令存儲器130中的指令的跳轉指針(或向量)，或載入新的指令到存儲器130中。一旦指令駐留或載入到可編程處理器114中，它就是相對獨立的，管理輸入隊列113、可編程相關器128等都由可編程處理器114執(zhí)行，而不是主處理器116。
通常，DS-CDMA接收機最初運行在系統(tǒng)捕獲模式，在該模式中它獲得所有期望的輸入擴頻信號(包括多路徑信號成分)，然后運行在跟蹤模式，在該模式中它監(jiān)測多路徑信號輪廓并解調輸入的數(shù)據(jù)信道。捕獲通常包括檢測來自一個或多個源的導頻擴展序列。解調輸入數(shù)據(jù)信道通常包括相關任務，例如導頻和/或Walsh/OVSF碼相關(或數(shù)據(jù)符號解擴)、延遲鎖定環(huán)(DLL)相關以及頻率鎖定環(huán)(FLL)相關。多個活動代碼信道或多個基站增加了所有這些基本相關操作的需求。
傳統(tǒng)的耙式接收機指狀元件，如現(xiàn)有技術已知的，在本發(fā)明中都不是必要的，因為通過訪問來自輸入隊列的正確數(shù)據(jù)并和正確的PN相位相關，可編程相關器塊可作為接收機指狀元件或搜索器。此外，本發(fā)明通過在微代碼(軟件)控制下偏移數(shù)據(jù)或偏移PN序列可執(zhí)行早期/后期相關。此外，可編程處理器運行速度可以比碼片速率(實時)快，從而相關器在下一采樣數(shù)據(jù)集輸入之前可在多個數(shù)據(jù)序列(為獲得早期、按時、后期指狀元件相關信息，多路徑射線信號等)上相關。通常，可編程相關器和處理器結構能在每時鐘或指令周期處理若干碼片或數(shù)據(jù)采樣。這些并發(fā)(或并行)操作允許通過本發(fā)明實現(xiàn)高速處理吞吐量。
可編程處理器114包括具有存儲器130或寄存器文件的相關器128。在一個例子中，模擬前端108檢測無線電話104從包括基站102的多個基站接收的信號?？删幊烫幚砥?14包括具有存儲器130或寄存器文件的相關器128。相關器128比較從ADC110接收的檢測到的數(shù)據(jù)采樣(PN)序列和預定的(系統(tǒng)專用)PN序列，該預定PN序列可以存儲在存儲器130中或從PN產(chǎn)生器饋入，產(chǎn)生用于主處理器116的解調數(shù)據(jù)流。在顯示的例子中，相關器128包括PN算術邏輯單元(PN ALU)144、PN橫桿單元143以及具有數(shù)字控制振蕩器(NCO)141和本地累加器142的可編程復數(shù)相關器140。
可編程相關器128從ADC110接收I和Q數(shù)據(jù)流。在此例子中該采樣數(shù)據(jù)對應從基站102接收的調制擴頻信號，包括直接接收或初始射線以及具有時間延遲的反射射線。此外，該數(shù)據(jù)可對應直接的和反射的從通信系統(tǒng)100內其他基站接收的調制擴展信號。該數(shù)據(jù)可包括用于在基站102和在所有其它基站擴展I和Q信道的PN序列以及Walsh碼。
相關器128比較檢測的I和Q采樣序列和能包括Walsh或OVSF碼的預定PN序列。通常，在將該序列和輸入采樣數(shù)據(jù)相關之前，預定PN序列和接收機內的Walsh或OVSF碼被異或。這些序列可由PNALU144預先產(chǎn)生并存儲在短期存儲器或寄存器文件130中或直接饋入可編程相關器128。注意PN產(chǎn)生單元144通常是基于硬件(ASIC)的，或是軟件(微代碼)可編程的。在一個例子中，預定PN序列對應用于在所有基站擴展I和Q信道的短PN序列的一部分。無線電話104包括諸如存儲器130或存儲器132的存儲元件，可以存儲PN值的固定模式或在需要時產(chǎn)生的值。然而，應當認識到可以使用單個存儲器并是優(yōu)選的。預定PN序列包括固定模式，該模式包括PN序列預定數(shù)目碼片，例如像短PN序列一樣的PN序列的后512碼片。
接收機搜索器114在處理器116控制之下檢測ADC110提供的接收數(shù)據(jù)流。該數(shù)據(jù)可以包括檢測到的PN簽名序列，該序列對應從例如基站102的一個或多個基站接收的擴展RF信號。在顯示的實施例中，信號是正交調制的，每個信號都包括同相(I)符號和正交相位(Q)符號。I符號用I PN序列擴展，Q符號用Q PN序列擴展。復數(shù)相關器140比較檢測的PN采樣序列和預定的PN序列，從而在預定時間期間捕獲所有可接收基本傳輸(即擴展碼相位)的能量。諸如通信系統(tǒng)100的IS-95 DS-CDMA通信系統(tǒng)的優(yōu)選預定時間期間在捕獲模式中是26-2/3毫秒，這是重復所有用于擴展I和Q信道的PN序列相位所需的時間。相關器140可以包括用于I信道的I信道相關器以及用于Q信道的Q信道相關器，組合兩個相關器的輸出以改進精確度?？删幊滔嚓P器可以包括任務或指令寄存器(未示出)，該寄存器包含從處理器116設定的微代碼指令。
本發(fā)明的一個新穎方面是，使用能每時鐘周期相關M碼片和N相位的可編程相關器140以及能以多個不同采樣時鐘速率存儲來自許多A/D的數(shù)據(jù)流的彈性輸入隊列113，從而以智能方式提供捕獲的采樣數(shù)據(jù)到相關器140?？蛇x的，可包含小型PN橫桿單元143，它會在時間上重新排列(或旋轉)PN ALU144產(chǎn)生的PN序列，以和輸入隊列采樣數(shù)據(jù)序列的時間順序(或旋轉)匹配，確保應用正確的PN到來自輸入隊列的正確數(shù)據(jù)。實際上，這提供了和相關器內輸入隊列數(shù)據(jù)的時間順序匹配的生成PN碼序列時間上的重新排列。該方法極大減少了輸入隊列的硬件復雜性(以及實施成本)。有利的，可編程相關器140固有的比現(xiàn)有技術硬件相關器智能化，因為相關數(shù)量、相關的調整頻率、執(zhí)行的相關類型、在繼續(xù)進行常規(guī)相關之前累加器或PN碼值的種晶(seeding)都可經(jīng)微代碼控制。同樣，使用此新穎的方法，通過使用彈性相關器的屏蔽性能，能相關任何數(shù)目的碼片，甚至那些不能被M整除的，如下所述。對本發(fā)明同等重要的是彈性輸入隊列113基于采樣精度、重復取樣率、以及期望的采樣相位選出正確的M個連續(xù)數(shù)據(jù)采樣來相關的能力。
復數(shù)相關器140是并行相關器，運行在來自彈性輸入隊列113的M個數(shù)據(jù)采樣上，這些采樣通常間隔整個碼片，相關器還與(可能的)復合PN序列的M個碼片相關，這些序列由類似PN ALU144的彈性微編碼PN產(chǎn)生器或甚至是專用硬件PN產(chǎn)生器生成。復數(shù)相關器140的中心是圖2所示M個一比特功能單元，它們裝配在圖3的復數(shù)相關器結構中。應當注意到在圖2-圖4中的乘法塊還可以用反轉或非反轉塊替換。可編程相關器140對各個輸入數(shù)據(jù)流的采樣執(zhí)行以下兩種相關操作來確定部分相關結果(術語也稱為點積和或子相關值)，Iaccum+j*Qaccum(DataI*PNI)+(DataQ*PNQ)+j((DataI*PNQ)-(DataQ*PNI))+Iaccum+j*Qaccum(DataI*PNI)+j(DataQ*PNQ)+Iaccum+j*Qaccum其中DataI＝來自輸入隊列的數(shù)據(jù)的實部，DataQ＝來自輸入隊列的數(shù)據(jù)的虛部，Iaccum＝相干累加的實部，Qaccum＝相干累加的虛部，PNI＝生成的PN序列的實部，PNQ＝生成的PN序列的虛部。較長相關操作通常由這些較小點積或子相關操作組成。第一等式提供具有互相關乘積的復數(shù)相關(參考圖3)，并通常使用。例如，在至少一個實數(shù)和至少一個復數(shù)序列上的互相關。在某些例子中，取代復數(shù)相關，期望保持虛部數(shù)據(jù)和實部數(shù)據(jù)分離而不交叉污染，就好像兩個信道承載兩個獨立的實際信道一樣。第二等式在本發(fā)明中提供這樣的相關(參見圖2)?？蛇x的，(參考圖4)，在僅相關實部PN序列的例子中，在數(shù)據(jù)路徑的虛部側存在PN空間以在每個時鐘周期執(zhí)行多于M碼片的相關。實際上，通過細分數(shù)據(jù)(將數(shù)據(jù)寬度減少一半)，例如可伸縮的單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)方式中，為了額外的性能增強，能將相關碼片數(shù)目從M碼片增加到2M碼片。在特定情況，例如在全球定位系統(tǒng)(GPS)中，可以使用這樣的實數(shù)模式相關促進某些Walsh相關以及在第三代合作組項目(3GPP)中的某些信道同步模式。所有這些操作模式都可由軟件通過微代碼控制。
本發(fā)明使用有效并行運行的M一比特功能單元(如圖5所示)。注意可在高效硬件結構中方便的實施這些功能單元，例如那些使用保留進位加法器(CSA)或Wallace樹結構的硬件。M規(guī)定用于獲得數(shù)據(jù)的正確時鐘速率的功能單元的數(shù)目。一旦確定CDMA操作系統(tǒng)以及所需的處理吞吐量就可以固定M，或它是可變的(雖然通常低于M)以適應變化的數(shù)據(jù)速率。作為替換，M可以是固定的，并且可以屏蔽相關器從而可如需要(例如用于改變WCDMA或無線局域網(wǎng)系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)速率)的在相關中使用少于M個采樣。
參考圖5，對各個M一比特功能單元139應用等式(以上)的結果如所需要的在屏蔽單元152中被屏蔽。通常，屏蔽是透明的，并由微代碼控制。然而，如果要相關的數(shù)據(jù)采樣數(shù)不是M的整數(shù)倍，例如在802.11無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)中的，可應用用戶定義的屏蔽152降低在相關中累加的額外或非必要數(shù)據(jù)的效果。在兩個例子的任一個中，來自各相關器139的相關數(shù)據(jù)在相關器的最終復合加法級150相加。
本發(fā)明的進一步的新穎方面在于在相關器140中包含至少一個本地可編程數(shù)字控制振蕩器(NCO)141，提供用于M子相關采樣的I和Q累積的相干頻率偏移校正。在本發(fā)明中是通過旋轉(或復數(shù)相乘)部分相關(或子相關)結果來實現(xiàn)的。注意對于許多標準應用，所需的頻率校正(例如sin和cos輸出)值精確度非常低(通常是1-2比特)，這使得復數(shù)乘法器的實現(xiàn)簡單或更直接。每個NCO都可實施為多比特計數(shù)器(和在通用DSP中發(fā)現(xiàn)的模數(shù)偏移地址寄存器類似)，用于計算頻率偏移校正源或本地振蕩器的當前相位，如本領域技術人員公知的。注意多頻率校正可編程相關器的實現(xiàn)在硬件上相對簡單，并可直接導致用于多頻率偏移的相關處理速度提升。附加的相關結果(來自各個可能或假定的頻率偏移)通常被存儲在單獨的累積寄存器中。
在相干相關操作期間要求頻率和相位校正的通信系統(tǒng)中，頻率校正是特別有益的。在某些情形中，例如在GPS或其它系統(tǒng)中，期望在較長相關期間通過在相干相關內預旋轉PN序列到預測頻率誤差來跟蹤調制信號星座圖的可能頻率旋轉。這通過在相關器中使用本地NCO影響最終復共軛乘法是可能的。因此，立即應用期望的頻率校正到M采樣(例如可編程相關器的點積或子相關結果)組。NCO計數(shù)器的步長被設定為和輸入采樣序列期望的頻率偏移成正比，計數(shù)器的輸出被解碼以確定在復數(shù)乘法處理中使用的傳統(tǒng)sine和cosine波形值。有利的，在組合M碼片相關之后應用NCO偏移校正值，這比其他通用技術(例如應用頻率偏移校正值到輸入采樣序列)需要更少的硬件。所述技術還重用用于多個并行頻率調整相關的可編程相關(即點積)硬件。
每指令或時鐘周期處理多個碼片的上述優(yōu)點通過彈性輸入隊列113(如圖6所示)饋入可編程相關器140成為可能。通常，將I和Q采樣封裝到相同的基本存儲位置，雖然其他(分離)數(shù)據(jù)配置也可以。提供M個數(shù)據(jù)采樣到相關器的關鍵在于在隨機訪問存儲器(RAM)的第一庫202和第二庫204中存儲輸入數(shù)據(jù)。每個庫都至少為Mx2K比特寬，其中K是在各實數(shù)和虛數(shù)數(shù)據(jù)采樣(通常由ADC分辨率確定)中的比特數(shù)目，M對應期望或要求處理吞吐量所需的相關操作(在每指令或時鐘周期碼片中)數(shù)目。例如，如果M＝4，每個庫概念上具有每行四列采樣，雖然每行都可以組成單個存儲位置。在系統(tǒng)初始化(在軟件控制下)時動態(tài)分配RAM，并僅取決于使用何種CDMA系統(tǒng)。通常，至少一個ADC(例如圖1中的110)提供I和Q采樣數(shù)據(jù)到輸入隊列，填充兩個庫。如所示的，這是從左至右以及從上至下完成的。如果多于一個的ADC(例如圖1的109，111)提供數(shù)據(jù)到輸入隊列，首先用來自一個ADC的采樣填充輸入隊列，然后是來自另一個ADC的采樣等。一旦填滿，以先到先出(FIFO)方式從第一個地址重寫RAM。能使用其它緩沖方案，例如雙緩沖，本發(fā)明并不限制。
可選的，可編程相關器可以將相關輸出數(shù)據(jù)結果寫到輸入隊列，通常將該隊列稍后用于多級相關。換句話說，可從對應特定采樣相位和時間偏移的輸入隊列地址中讀取采樣數(shù)據(jù)，進行相關，然后在相同或不同地址寫回輸入隊列，用于后續(xù)的重相關。所有這些存儲參數(shù)(例如數(shù)據(jù)位置，重復取樣率等)都在軟件或微代碼的控制下。由多路復用器208在相關器或處理器指導下控制輸入數(shù)據(jù)流。新采樣數(shù)據(jù)或相關器輸出數(shù)據(jù)的地址各自由新采樣地址和相關器地址控制線控制，該線尋址輸入隊列的行。這些都由多路復用器210根據(jù)是否將新采樣數(shù)據(jù)或相關器輸出數(shù)據(jù)寫入隊列來多路轉送。地址解碼器212然后根據(jù)重復取樣率和采樣精確度確定寫入到輸入隊列的哪一列。
圖7顯示輸入數(shù)據(jù)流的最初32個新采樣載入到雙庫輸入隊列中的例子，M＝4以及重復取樣率＝2(即碼片速率的兩倍)。在此例子中，每個數(shù)據(jù)碼片都有分布在輸入隊列某列(第一列)中的兩個采樣(例如0，1)。隨后的兩個采樣位于下一列(第二列)中，等等。假定M＝4并有兩個庫，則有16個采樣位于輸入隊列的前兩行中。第17個采樣再次在第一列開始，但在下一行(第三行)。地址解碼塊(圖6的212)將輸入采樣的安排導向隊列。如果例如系統(tǒng)中采用4x重復取樣率，則第一列最初的四個輸入包括采樣0-3，下一列包括采樣4-7等，直至最初的四行用32個采樣填滿，然后重復。因此，重復采樣速率最終定義了輸入隊列映射。通常，每個采樣包含I或Q數(shù)據(jù)，輸入隊列中可具有不同排列。然而，應當注意到如果只使用實數(shù)模式相關，可將不用的Q采樣空間用實數(shù)數(shù)據(jù)填充，輸入隊列被分開以有效地使用同等的2M個相關器。可選的，如果需要輸入采樣分辨率的一半，也可以使用2M個封裝數(shù)據(jù)采樣。
為從輸入隊列中讀取數(shù)據(jù)，解碼器206選擇數(shù)據(jù)并前傳給相關器(如圖2-圖4之一)。再次的，要讀取的數(shù)據(jù)的地址在微代碼控制下由新采樣地址或相關器地址(如果數(shù)據(jù)要被重相關)提供。重復取樣提供列位置，該位置被地址解碼器212饋入解碼器206。本發(fā)明的存儲技術提供用兩個RAM庫編址的輸入數(shù)據(jù)的2M個連續(xù)采樣。這樣，兩個庫提供了僅需由單個地址指針提供的兩個行地址的優(yōu)點，解碼器212讀入相關器數(shù)據(jù)。例如，可輸入采樣{0，2，4，6}，采樣{2，4，6，8}，采樣{4，6，8，10}或采樣{6，8，10，12}到M相關器；所有地址僅有單個地址指針。然后，當數(shù)據(jù)不環(huán)繞存儲位置時，兩個地址相同。如果數(shù)據(jù)環(huán)繞，庫1的地址和庫2的地址不同。沒有了雙庫輸入隊列的益處，會需要多讀取端口RAM，而在硬件上實施該RAM成本會增加。
在實際使用中，單個地址指針指向來自存儲器兩個庫的輸入數(shù)據(jù)M采樣的開始。解碼器206提供各庫地址，并通過從2M個采樣中選出正確的M個連續(xù)序列提供較高分辨率，其實際上是來自每個庫的相應列的多路復用。通過可編程相關器或處理器的微代碼提供的地址確定要讀取的RAM的正確地址。本發(fā)明的雙庫實施例允許使用一個寫端口、一個讀端口RAM以及確保不同時訪問RAM每個庫中的兩個(列)地址的存儲技術，這樣排除了存儲資源的沖突(即因此使用最小數(shù)目的分離RAM實現(xiàn)輸入隊列)。
該存儲技術考慮輸入數(shù)據(jù)的重復取樣率以及采樣精確度，從而允許M或2M連續(xù)完全碼片選擇。即，微代碼可以選擇在數(shù)據(jù)的完全碼片的任意重復取樣位置開始，挑出以完全碼片長度分隔的M或2M個采樣，從而得到碼片內在相同采樣相位的采樣。此外，輸入隊列可被分割在軟件中以接受來自多個不同輸入源(例如ADC)的數(shù)據(jù)采樣，可以根據(jù)輸入源將數(shù)據(jù)采樣放在輸入隊列的不同地址。該性能使得多天線分集解調以及并行接收兩個完全不同的通信系統(tǒng)(例如GPS和3GPP WCDMA)成為可能。
來自RAM的M采樣在時間(或旋轉)上必須正確排序，以校正按時間順序排列的采樣。優(yōu)選的，通過如所述的直接發(fā)送數(shù)據(jù)到相關器并重新排列(或旋轉)PN碼片序列而非數(shù)據(jù)采樣以較低實施成本實現(xiàn)。在PN橫桿單元中按時間(旋轉)重新排列PN碼片序列，PN橫桿單元操作和桶形移位器類似，從而和輸入隊列提供到可編程相關器的數(shù)據(jù)采樣的時間順序匹配。這允許更低的門計數(shù)設備，因為旋轉單比特PN碼片(+/-1)數(shù)據(jù)比旋轉所需的2K比特數(shù)據(jù)值容易，兩者都可以是復數(shù)值?？蛇x的，可從輸入隊列使用輸入數(shù)據(jù)橫桿單元直接重新排列或旋轉數(shù)據(jù)采樣。
在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明通過同時可編程相關PN序列的多個(N)不同碼相位(并累加多個和)提供進一步的處理吞吐量性能增益，如圖8所示。為掃描相關的不同碼相位，需要在給定PN序列組時提供額外的采樣數(shù)據(jù)集來相關。在此實施例中，相關N個相位，并需要使用N個復數(shù)相關器140。對該方法的單獨限制在于所需硬件的可容許數(shù)量(例如小片尺寸)。在優(yōu)選實施例中將相同的采樣數(shù)據(jù)集用于各個具有多個偏移PN碼序列的相關器，因為該方法比上述描述的可選方法使用更少的硬件。N個代碼相位并行相關的優(yōu)選實現(xiàn)是提供單個數(shù)據(jù)集，并使用額外的(例如偏移)PN序列掃描這些相位。這加重了PN產(chǎn)生器的負擔，現(xiàn)在要產(chǎn)生PN序列的M+N-2連續(xù)比特，從而相關器可以利用附加的PN碼序列數(shù)據(jù)。在許多情況中，該額外的PN信息很容易獲得。對于各相關器，可以共用或分別使用相同的PNALU、PN橫桿以及頻率校正(NCO)結構，這進一步擴展了處理吞吐量。優(yōu)選的，對N個復數(shù)相關器的每一個(以及各個獨立的頻率校正相關結果)使用單獨的本地累加器。因此，能每時鐘周期處理(或相關)M碼片/數(shù)據(jù)采樣，每個跨越N個可能碼相位，并進一步的每個跨越F頻率偏移(如上所述用于頻率校正相干相關)，理論上在本發(fā)明的上述處理結構中產(chǎn)生MxNxF處理吞吐量(每時鐘周期碼片)。
本發(fā)明還提供一種方法300，用于CDMA通信系統(tǒng)的軟件可編程相關，如圖9所示。該方法包括第一步302，提供可以并行相關M采樣的可編程復數(shù)相關器，以及具有雙庫隨機訪問存儲器的輸入隊列，存儲器寬度2M，用于寫入I和Q采樣的2K比特。優(yōu)選的，可編程相關器包括至少一個本地數(shù)字控制振蕩器(NCO)以及頻率校正邏輯。NCO同時提供M數(shù)據(jù)采樣的點積或子相關(I和Q累積)值的頻率偏移校正。下一步驟304包括將復數(shù)采樣寫入輸入隊列。下一步驟306包括讀取2M個采樣中的M個，而RAM每個庫中沒有兩個列地址被同時訪問。下一步驟308包括并行相關M數(shù)據(jù)采樣。
在實際中，該方法包括重新排列(或旋轉)生成的PN碼以和從輸入隊列提供到相關器的采樣數(shù)據(jù)的時間順序(或旋轉)匹配的步驟?？删幊滔嚓P器是提供M個復數(shù)采樣的并行復數(shù)相關的復數(shù)相關器。優(yōu)選的，相關步驟包括每時鐘周期操作N相位。可選的，本方法可以包括細分輸入隊列的步驟，其中相關步驟包括在兩倍吞吐量水平上(通過運行在2M個數(shù)據(jù)采樣上，該2M個數(shù)據(jù)采樣要求M個數(shù)據(jù)采樣的一半精確度)將通常分配給Q采樣相關的相關器用于實數(shù)模式相關。所有上述操作完全在軟件或微代碼控制下，從而導致硬件的最大靈活性。
本發(fā)明提供一種相關器和存儲器結構，可靈活適應多種現(xiàn)有和建議的CDMA通信系統(tǒng)。這是通過提供未組織的隨機訪問存儲器用于輸入隊列實現(xiàn)的，該輸入隊列可被配置為用于特定通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構。也可以成功適應不同的采樣速率、數(shù)據(jù)速率以及采樣精確度。該輸入隊列存儲器尋址被減少到簡單的一個寫入、一個讀取地址端口。周圍硬件(例如可編程相關器)也配置用于有效使用此彈性存儲技術以及多操作模式，所有都受微代碼控制?？删幊滔嚓P器包括至少一個本地NCO，用于頻率偏移校正相關，例如被特別用于GPS系統(tǒng)。此外，可編程相關能在微代碼控制下同時相關多個碼相位上的數(shù)據(jù)，還可以產(chǎn)生處理速度上的顯著提高。此外，本發(fā)明的可編程相關器為那些不能為所有并行相關器提供足夠數(shù)據(jù)采樣的數(shù)據(jù)流提供了屏蔽。
所有這些技術允許每指令或時鐘周期處理大量數(shù)據(jù)采樣(或碼片)，這使得CDMA通信系統(tǒng)(通常需要硬件結構實施)的全部軟件實現(xiàn)成為可能。通過載入不同的軟件控制代碼集支持多個CDMA系統(tǒng)，這些控制代碼集如上所述都控制可編程硬件的相同基本組。所有這些技術的組合使得高吞吐量處理引擎成為可能，該引擎可包括具有合理時鐘速率的多個CDMA系統(tǒng)，最小化硬件實現(xiàn)成本，降低功耗。
應當理解在此采用的措辭或術語是描述而非限制目的。因此，期望本發(fā)明包括落入附隨權利要求廣闊范圍內的所有這樣的可選方案、修改、等同物以及改變。
權利要求
1.一種可編程相關器設備，包括和輸入裝置連接的輸入隊列，該輸入隊列包括隨機訪問存儲器(RAM)，其中來自至少一個輸入裝置的數(shù)據(jù)流被寫入RAM，該輸入隊列具有寬度是2M的存儲器的兩個庫；以及可同時在M個采樣上操作的可編程相關器，連接該相關器以從輸入隊列的2M個采樣中讀取M個采樣。
2.如權利要求1的設備，其中，所述RAM的各個庫是至少Mx2K寬，其中M是讀入到相關器的采樣數(shù)，K是在各實數(shù)和虛數(shù)數(shù)據(jù)采樣中的比特數(shù)，以及其中該可編程相關器還每指令周期操作在N代碼相位上。
3.如權利要求1的設備，其中，所述相關器進一步包括至少一個本地數(shù)字控制振蕩器，用于為M采樣的同相(I)和正交(Q)累積提供頻率校正，并進一步包括偽噪聲(PN)橫桿單元，該橫桿單元操作用于在時間上重新排列生成的PN代碼序列，以和相關器中輸入隊列數(shù)據(jù)的旋轉匹配。
4.如權利要求1的設備，其中，所述輸入隊列是一個寫端口、一個讀端口的輸入隊列，可操作使用單采樣地址，并被細分，并且輸入數(shù)據(jù)寬度減半以提供2M采樣上的同時相關。
5.如權利要求1的設備，其中，所述相關器被配置用于操作使用一個或多個復數(shù)采樣上的相關、至少兩個復數(shù)序列上的互相關、至少一個實數(shù)和至少一個復數(shù)序列上的互相關以及實數(shù)采樣上的相關。
6.一種用于相關的方法，該方法包括步驟提供可并行相關M個采樣的可編程相關器，以及用于寫K比特采樣的具有寬度2M的雙庫隨機訪問存儲器的輸入隊列；將采樣寫入輸入隊列；從2M個采樣讀出M個，從而不同時訪問RAM每個庫中兩個列地址；以及并行相關M個數(shù)據(jù)采樣。
7.如權利要求6的方法，進一步包括步驟在時間上重新排列生成的PN碼序列，從而和相關器中輸入隊列數(shù)據(jù)的時間順序匹配。
8.如權利要求6的方法，其中，所述相關步驟包括每周期在N個碼相位上操作，所述提供步驟包括相關器具有本地數(shù)字控制振蕩器，并進一步包括頻率校正M個采樣的I和Q累積的步驟。
9.如權利要求6的方法，其中，所述相關步驟包括M個復數(shù)采樣和M個復數(shù)碼片的一個或多個并行復數(shù)相關、2M個復數(shù)采樣和2M個實數(shù)碼片的并行復數(shù)相關或2M個實數(shù)采樣和2M個實數(shù)碼片的實數(shù)相關。
10.如權利要求6的方法，進一步包括細分輸入隊列的步驟，并且其中相關步驟包括使用通常被分配給Q采樣相關的相關器用于實數(shù)模式相關。
全文摘要
用于通信系統(tǒng)(100)的可編程相關器(114)，包括和模擬到數(shù)字轉換器(ADC)(109，110，111)相連的輸入隊列(113)。該輸入隊列(113)包括隨機訪問存儲器(RAM)，其中來自ADC(109，110，111)的采樣數(shù)據(jù)流被寫入RAM。輸入隊列(113)具有寬度是2M的兩個存儲庫。彈性復數(shù)相關器(140)在M個采樣上操作。相關器(140)用于從輸入隊列(113)2M個采樣中讀取M個復數(shù)采樣。偽噪聲(PN)橫桿單元(143)操作用于旋轉生成的PN碼和復數(shù)相關器中(140)的輸入隊列數(shù)據(jù)的旋轉匹配。
文檔編號H04B1/707GK1650590SQ03809396
公開日2005年8月3日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權日2002年4月26日
發(fā)明者尤恩·金, 戴維·P·格尼, 安托尼·R·斯庫勒, 葉顓 申請人:摩托羅拉公司