專利名稱：利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)的制作方法
利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)屬于無線通信及計算機應用技術領域。其主要技術特征在于采用并行計算機芯片實現多路碼分多址接收系統(tǒng)中接收與發(fā)送部分的數字信號處理，各種數字信號處理算法均在并行計算機芯片中完成，另外采用ASIC芯片完成一些必要的系統(tǒng)控制任務，利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)很好地解決了在通用計算機芯片上用軟件方法完成碼分多址系統(tǒng)數字信號處理算法的問題，使成本降低。該系統(tǒng)可用于CDMA移動臺和固定無線終端。
CDMA數字蜂窩移動通信系統(tǒng)由于具有容量大、抗干擾性強、保密性好等特點，正越來越引起人們的重視。利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)作為CDMA無線環(huán)路接入系統(tǒng)中的用戶設備，可以廣泛用于架設電話線路困難的各種場合。對于開發(fā)者來說，它具有信令簡單，開發(fā)周期短的優(yōu)點。
目前由于CDMA碼分多址接收系統(tǒng)是一個用戶占用一個接收、發(fā)射器，而且是采用專用集成電路，因而其成本較高。隨著并行計算技術及超大規(guī)模計算機芯片技術的飛速發(fā)展，在并行計算機處理芯片上用軟件方法完全可以實現過去由硬件完成的一部分功能。通用計算機芯片由于生產規(guī)模大，因而價格較低，是實現大眾化通信設備的極好途徑。
我們先介紹利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)組成原理，然后根據系統(tǒng)組成原理圖，從硬件和軟件兩方面介紹系統(tǒng)的各部分。


圖1是系統(tǒng)組成原理圖。它由6部分構成①接收／發(fā)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(tǒng)控制，⑥聲碼器。
一個CDMA信道分為前向信道和反向信道。對于用戶設備，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，擴頻調制。由CDMA基站發(fā)來的信號經RF送到A／D進行模-數轉換后以20ms為一幀送入前向信道進行處理。RF，A／D，D／A及反向信道均為硬件實現。前向信道，信令處理和系統(tǒng)控制，聲碼器均由SIMD芯片上的軟件完成。
圖2是系統(tǒng)的硬件結構框架圖。它由6部分構成①接收／發(fā)射設備，②模數／數模轉換器，③數據緩存，④控制電路，⑤并行計算機處理芯片，⑥話音設備。
并行處理器芯片是硬件部分的核心，以下主要介紹并行處理器芯片結構。
圖3是并行處理器芯片的結構。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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)接口單元。標量部分主要用來進行系統(tǒng)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(jié)的存儲器；●對于指令和數據各有1K字節(jié)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(zhí)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譯碼器，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(fā)揮該芯片各部分的處理能力，我們用標量部件進行系統(tǒng)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(guī)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，適合于用標量部件完成。在前向信道信號處理及語音的編碼和解碼的過程中，由于許多算法中都有大量的可并行執(zhí)行的成分，它們的并行化效果很好，所以用向量部件完成這些部分可以顯著提高系統(tǒng)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(tǒng)的軟件結構圖。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件模塊，在標量處理器上實現的多線程管理及狀態(tài)處理程序。
電源接通后系統(tǒng)進入初始化狀態(tài)。它為每個線程建立一個不定長的線程表，系統(tǒng)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(tài)號用數字1-3指定該線程目前所處的狀態(tài)●子狀態(tài)入口目前所處狀態(tài)的子狀態(tài)●參數個數用來記錄目前子狀態(tài)中應記錄參數的個數●參數1-n各子狀態(tài)中應記錄的各種參數基于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(tǒng)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(tài)和子狀態(tài)入口；4．轉入子狀態(tài)。
下面對圖4作進一步描述對于每一個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(tài)／子狀態(tài)記錄以及運行參數進入一個信令狀態(tài)，然后直接進入一個子狀態(tài)，這些子狀態(tài)的工作過程在IS-95標準中有詳細規(guī)定，這些子狀態(tài)可以調用前向信道軟件模塊對一幀數據解碼或往語音編碼器中發(fā)送或接收一幀語音數據，若子狀態(tài)需要轉移到別的子狀態(tài)，則在狀態(tài)／子狀態(tài)環(huán)境參數記錄模塊中修改線程表的狀態(tài)／子狀態(tài)及參數，如果有錯誤發(fā)生則轉入錯誤處理模塊進行出錯處理。
權利要求
1．利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)是一項屬于計算機與通信領域的發(fā)明專利，其特征是利用SIMD并行處理計算機芯片實現碼分多址系統(tǒng)的信號處理；
2．根據權利要求1所述的利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)，其特征在于使用SIMD并行處理模型與方法實現快速數字信號處理，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所述的利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)，其特征是在SIMD并行處理計算機芯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
利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)屬于無線通信及計算機應用技術領域。其主要技術特征在于采用并行計算機芯片實現多路碼分多址接收系統(tǒng)中接收與發(fā)送部分的數字信號處理,各種數字信號處理算法均在并行計算機芯片中完成,另外采用ASIC芯片完成一些必要的系統(tǒng)控制任務。利用并行處理技術的碼分多址接收系統(tǒng)很好地解決了在通用計算機芯片上用軟件方法完成碼分多址系統(tǒng)數字信號處理算法的問題。使成本降低。該系統(tǒng)可用于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(yōu)先權日1997年7月22日
發(fā)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(fā)展有限公司