專利名稱：在多信道多相濾波器中實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的裝置的制作方法
本申請是案卷號為PF1687NA，由McCoy于1998年10月19日提交，標題為＂在多信道多相濾波器中實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的裝置＂的專利申請的部分繼續(xù)申請。這里參考引用了上述申請。
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理技術(shù)，更具體地說是涉及在多信道多相濾波器中實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的方法和裝置。
多相濾波器是已知的。這種濾波器的操作方式是將濾波器脈沖響應(yīng)的選定相位或樣本與輸入信號樣本相乘?，F(xiàn)有技術(shù)的多信道多相濾波器使濾波器脈沖響應(yīng)的選定相位與濾波器的一個變換器的位置相互同步。在現(xiàn)有技術(shù)的多信道多相濾波器中，變換器的一個指定位置唯一對應(yīng)于濾波器脈沖響應(yīng)的一個預(yù)定相位。實際上，多相濾波器設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)人員僅僅認為，在多子信道多相調(diào)制器，子信道采樣速率是輸入采樣速率的整數(shù)倍，這意味著信道帶寬必須是輸入采樣速率的整數(shù)倍。因而，在使用多相濾波器的現(xiàn)有技術(shù)多子信道調(diào)制器和解調(diào)器中，子信道帶寬可以和輸入采樣速率相同，但這樣會產(chǎn)生間隔非常接近的子信道從而接收器幾乎不能過濾出相鄰子信道，也可以是輸入采樣速率的兩倍，但這樣會因子信道間隔過大而浪費掉頻譜。
基于上述原因，多信道多相濾波器不被認為是多子信道調(diào)制器和解調(diào)器的一個好的選擇，因為在多子信道調(diào)制器和解調(diào)器中，人們期望子信道帶寬稍高于輸入采樣速率百分之12以防止相鄰子信道干擾同時又不浪費頻譜。另一方面，已知多相濾波器是改變采樣速率的最有效方式。
因而，需要一個在多信道多相濾波器中實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的裝置。該裝置最好允許一個高效多子信道多相調(diào)制器/解調(diào)器在子信道分隔方面有較大的靈活性。
本發(fā)明的一個方面是實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的多信道多相濾波器。多信道多相濾波器包括一個處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)接受和處理M個均以一個輸入采樣速率進行采樣的數(shù)據(jù)輸入信道，其中M是大于1的正整數(shù)。處理系統(tǒng)經(jīng)過編程以便為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于輸入采樣速率的采樣速率進行操作；并且還在輸入采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器，從而實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。
本發(fā)明的另一個方面是一個實現(xiàn)M個子信道的并行調(diào)制的調(diào)制引擎，其中M是一個大于1的正整數(shù)。調(diào)制引擎包括一個第一處理單元，該單元被用于接受對應(yīng)于M個子信道并且以基帶采樣速率采樣的M個基帶信號；并且把M個基帶信號轉(zhuǎn)換成M個時域信號，其中以基帶采樣速率對上述時域信號進行采樣。調(diào)制引擎還包括一個被連接到第一處理單元以便在M個時域信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的多信道多相濾波器。多信道多相濾波器包括一個接受和處理M個時域信號的第二處理單元。第二處理單元被用來為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于M個時域信號的采樣速率的采樣速率進行操作；并且還在M個時域信號的采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器，從而實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。
本發(fā)明的一個第三方面是一個對M個子信道中的至少兩個子信道進行并行解調(diào)的解調(diào)引擎，其中M是一個大于1的正整數(shù)。解調(diào)引擎包括一個多信道多相濾波器，上述多信道多相濾波器從一個接收器接受根據(jù)M個子信道中的至少兩個子信道導(dǎo)出的一個復(fù)合信號并且在復(fù)合信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。多信道多相濾波器包括一個接受和處理復(fù)合信號的第一處理單元。第一處理單元被用來為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于復(fù)合信號采樣速率的采樣速率進行操作；并且還在復(fù)合信號采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器以實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變，從而產(chǎn)生至少兩個速率改變信號。多信道多相濾波器還包括一個第二處理單元，上述第二處理單元被連接到多信道多相濾波器并且被用來把至少兩個速率改變信號轉(zhuǎn)換成至少兩個頻域信號，從而產(chǎn)生至少兩個基帶信號。
本發(fā)明的一個第四方面是一個并行調(diào)制M個子信道的發(fā)送器，其中M是一個大于1的正整數(shù)。發(fā)送器包括一個第一處理單元，該單元被用于接受對應(yīng)于M個子信道并且以基帶采樣速率采樣的M個基帶信號；并且把M個基帶信號轉(zhuǎn)換成M個時域信號，其中以基帶采樣速率對上述時域信號進行采樣。發(fā)送器還包括一個被連接到第一處理單元以便在M個時域信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的多信道多相濾波器。多信道多相濾波器包括一個接受和處理M個時域信號的第二處理單元。第二處理單元被用來為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于基帶采樣速率的采樣速率進行操作；并且還在基帶采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器以實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變并產(chǎn)生一個頻率多路復(fù)用復(fù)合信號。發(fā)送器還包括一個無線調(diào)制器，上述無線調(diào)制器用頻率多路復(fù)用復(fù)合信號調(diào)制無線載波以產(chǎn)生一個具有M個子信道的無線信號。
本發(fā)明的一個第五方面是一個并行解調(diào)M個子信道中至少兩個子信道的接收器，其中M是一個大于1的正整數(shù)。接收器包括一個接收器前端和一個多信道多相濾波器，其中接收器前端把一個具有M個子信道的無線信號轉(zhuǎn)換成一個具有某采樣速率并且從M個子信道中的至少兩個子信道導(dǎo)出的復(fù)合信號，而多信道多相濾波器被連接到接收器前端以便從接收器接受復(fù)合信號并且在復(fù)合信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。多信道多相濾波器包括一個接受和處理復(fù)合信號的第一處理單元。第一處理單元被用來為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于復(fù)合信號采樣速率的采樣速率進行操作；并且還在復(fù)合信號采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器以實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變，從而產(chǎn)生至少兩個速率改變信號。接收器還包括一個第二處理單元，上述第二處理單元被連接到接收器并且被用來把至少兩個速率改變信號轉(zhuǎn)換成至少兩個頻域信號，從而產(chǎn)生至少兩個基帶信號。


圖1是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性無線通信系統(tǒng)的電子模塊圖。
圖2是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性發(fā)送器的電子模塊圖。
圖3是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性多子信道調(diào)制引擎的體系結(jié)構(gòu)圖。
圖4是有關(guān)基于本發(fā)明的多子信道調(diào)制引擎的示例性輸入緩沖區(qū)遞增圖例。
圖5是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性接收器的電子模塊圖。
圖6是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性多子信道解調(diào)引擎的體系結(jié)構(gòu)圖。
圖1是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性無線通信系統(tǒng)的電子模塊圖，上述無線通信系統(tǒng)包括一個固定部分102和多個接收器122，而上述固定部分包含一個控制器112和多個發(fā)送器116。發(fā)送器116最好使用諸如無線，紅外和超聲波信道的常規(guī)無線通信技術(shù)與接收器122通信，并且最好通過通信鏈路114被連接到控制發(fā)送器116的控制器112。
控制器112最好由摩托羅拉公司制造的、用于尋呼終端的無線消息網(wǎng)關(guān)(WMGTM)Administrator！和RF-Conductor！TM消息分配器組合而成。發(fā)送器116最好類似于根據(jù)本發(fā)明而修改的RF-Orchestra！發(fā)送器。接收器122最好類似于同樣也由摩托羅拉公司制造的PageWriterTM無線通信單元，并且最好具有如下所述根據(jù)本發(fā)明而修改的硬件和軟件。應(yīng)當理解，其它類似設(shè)備可被用于控制器112，發(fā)送器116和接收器122。
各個發(fā)送器116通過一個天線118向接收器122發(fā)送RF信號。發(fā)送器116向接收器122發(fā)送的RF信號(出站消息)包括標識接收器122的選擇性呼叫地址，一個主叫方發(fā)出的數(shù)據(jù)消息和控制器112發(fā)出的、用于調(diào)整無線通信系統(tǒng)的操作參數(shù)的命令。
控制器112最好通過電話鏈路101被連接到一個公用交換電話網(wǎng)(PSTN)110以便接收從其發(fā)出的選擇性呼叫消息。通過被連接到PSTN110的常規(guī)電話111或常規(guī)計算機117可以產(chǎn)生包括來自PSTN110的語音和數(shù)據(jù)消息的選擇性呼叫信源。應(yīng)當理解，也可以使用諸如分組交換網(wǎng)絡(luò)，國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)的其它類型通信網(wǎng)絡(luò)向控制器112傳送所發(fā)出的消息。
最好從摩托羅拉著名的FLEXTM系列數(shù)字選擇性呼叫信令協(xié)議中選擇用于傳輸?shù)目罩袩o線協(xié)議。這些協(xié)議使用眾所周知的檢錯和糾錯技術(shù)并且因而能夠承受在傳輸期間發(fā)生的位差錯，只要位差錯不是很多。應(yīng)當理解也可以使用其它適當?shù)膮f(xié)議。還應(yīng)當理解，雖然用于實現(xiàn)本發(fā)明的一個實施例是一個單向無線通信系統(tǒng)，但本發(fā)明也適用于雙向無線通信系統(tǒng)。
圖2是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性發(fā)送器116的電子模塊圖。發(fā)送器116最好包括一個格雷碼發(fā)生器218，該發(fā)生器響應(yīng)控制器112以產(chǎn)生對應(yīng)于M個子信道并且以一個第一基帶采樣速率被采樣的M個基帶信號，其中M是一個大于1的正整數(shù)，例如16。格雷碼發(fā)生器218被連接到一個處理系統(tǒng)204或調(diào)制引擎以便接受和處理M個基帶信號。處理系統(tǒng)204最好包括一個常規(guī)數(shù)字信號處理器(DSP)206和一個常規(guī)存儲器208，其中常規(guī)存儲器包含提供一個輸入緩沖區(qū)212的RAM和存儲諸如濾波器系數(shù)210，多信道多相濾波器程序214和逆快速快速富立葉變換(IFFT)程序220的預(yù)編程參數(shù)和軟件的ROM。發(fā)送器116還包括一個諸如常規(guī)RF調(diào)制器216的無線調(diào)制器，其中上述無線調(diào)制器使用頻率多路復(fù)用復(fù)合信號(由處理系統(tǒng)204產(chǎn)生)對無線載波進行調(diào)制以產(chǎn)生諸如RF信號的、具有M個子信道的無線信號。在最優(yōu)實施例中，DSP206的型號是由位于美國伊利諾斯州，薩姆堡的摩托羅拉公司制造的DSP56800，并且DSP206執(zhí)行本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在當前公開內(nèi)容的指導(dǎo)下可以輕易編寫的軟件。應(yīng)當理解，DSP56800也可以被其它類似的DSP所代替。還應(yīng)當理解，也可以通過用硬件取代DSP206的軟件程序的方式實現(xiàn)某些或所有處理系統(tǒng)204，另外，存儲器208可以構(gòu)成DSP206的主體。下面會進一步描述基于本發(fā)明的處理系統(tǒng)204的操作。
圖3是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性多子信道調(diào)制引擎300的體系結(jié)構(gòu)圖。調(diào)制引擎300最好包括一個M點逆快速快速富立葉變換(IFFT)處理器302，其中上述處理器從格雷碼發(fā)生器218接受對應(yīng)于M個子信道并且以基帶采樣速率被采樣的M個基帶信號，并且上述處理器把M個基帶信號轉(zhuǎn)換成M個時域信號，其中通過眾所周知的技術(shù)以基帶采樣速率對各個時域信號進行采樣。
調(diào)制引擎300還包括一個被連接到IFFT以便在M個時域信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的多信道多相濾波器304。多信道多相濾波器304包括一個接受和處理M個時域信號的濾波器處理器306。根據(jù)本發(fā)明，濾波器處理器306被用來為多信道多相濾波器304提供一個變換器308，其中變換器308的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)g(u)的相位相分離，從而允許多信道多相濾波器304以非整數(shù)倍于M個時域信號的采樣速率的采樣速率進行操作。濾波器處理器306還在M個時域信號的采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器，從而實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。最好在處理系統(tǒng)204中實現(xiàn)IFFT處理器302和濾波器處理器306。
更詳細地說，xk(m)是第k個子信道的格雷碼符號或基帶信號，xr(m)是第r個IFFT輸出，而xr(s)是第r個濾波器輸出。通過眾所周知的技術(shù)為一個低通濾波器獲得濾波器脈沖響應(yīng)g(u)，其中上述低通濾波器被設(shè)計在I倍于基帶符號速率的處理速率上。M個濾波器中的每個濾波器均實現(xiàn)一個I/(DM)的采樣速率改變，其中M是IFFT中的點數(shù)，例如16,I是插值速率，例如125，而D是抽取速率，例如7。因而采樣速率改變數(shù)值是125/112，這是一個分數(shù)速率改變。通過下列公式規(guī)定合成頻率間隔合成頻率fΔ=IDMfb]]>其中fb是基帶符號或采樣速率。在采樣速率fs=Ifb上設(shè)計濾波器脈沖響應(yīng)g(u)。根據(jù)下列公式導(dǎo)出濾波器組體系結(jié)構(gòu)。
期望對M個數(shù)據(jù)子信道進行脈沖整形或濾波與調(diào)制。第k個子信道的濾波和調(diào)制可以被表示成一個相量與一個卷積和的乘積。xk(n)=ej2πMknΣm=-∞∞Xk(m)g(nD-mI)]]>復(fù)合波形則被表示成所有xk(n)的總和。x(n)=1MΣk=0M-1ej2πMknΣm=-∞∞Xk(m)g(nD-mI)]]>交換求和順序則可以將復(fù)合波形表示成x(n)=Σm=-∞∞g(nD-mI)1MΣk=0M-1Xk(m)ej2πMkn.]]>用n=r+sM進行替換則產(chǎn)生x(r+sM)=Σm=-∞∞g(rD+sMD-mI)1MΣk=0M-1Xk(m)ej2πMk(r+sM).]]>由于在Z為任何整數(shù)的情況下ej2πz等于1，則可以通過一個IFFT的形式表示內(nèi)部累加和。x(r+sM)=Σm=-∞∞g(rD+sMD-mI)1MΣk=0M-1Xk(m)ej2πMkr,]]>或等價地，xr(s)=Σm=-∞∞g(rD+sMD-mI)xr(m),]]>其中xr(m)是第r個IFFT輸出點。這是通過濾波函數(shù)g(u)對信號進行增-減再采樣(up-down resampling)的一般表示。
由于在波特率或基本采樣速率與有效利用頻譜所需的期望頻率間隔之間存在如上所述的非整數(shù)關(guān)系，所以在過去不期望使用這種濾波器組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多個子信道。然而這種結(jié)構(gòu)與單信道多相插值/抽取結(jié)構(gòu)有許多類似之處。
考慮下列單信道插值器/抽取器。x(n)=Σm=-∞∞g(nD-mI)x(m)]]>以和多信道插值器/抽取器相同的方式可以分解和實現(xiàn)單信道插值器/抽取器。xr(s)=Σm=-∞∞g(rD+sMD-mI)xr(m).]]>實現(xiàn)中的唯一差異是多信道情況中的濾波器歷史記錄隨著變換器位置索引r的改變而改變。通過同步緩沖區(qū)可以用最小的尋址開銷實現(xiàn)這個目標。
現(xiàn)有技術(shù)的多信道多相濾波器使變換器的位置與濾波器脈沖響應(yīng)的相位相互同步。本發(fā)明表明，在不中斷多相濾波器的操作的情況下用于各個變換器位置的濾波器脈沖響應(yīng)相位可以和變換器的位置相分離--這是一個意想不到的結(jié)果！如下所述，濾波器脈沖響應(yīng)相位與變換器位置相分離允許利用多相濾波器實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。
通過一種同步方式在圖4所示的所有信道上遞增輸入緩沖區(qū)，其中圖4針對基于本發(fā)明的多子信道調(diào)制引擎300描述了一個示例性輸入緩沖區(qū)遞增圖例400。圖中的行表示根據(jù)變換器位置索引r確定的變換器308的位置。輸入樣本索引m指示被濾波器304處理的輸入樣本。每當變換器308完成一個進行M次，例如16次計算的全部循環(huán)時，變換器循環(huán)索引s便累進一次。黑點表示經(jīng)過所選擇的、對應(yīng)于r,s,m的濾波器脈沖響應(yīng)預(yù)定相位。例如在列1和2中，由于輸入和輸出之間的非整數(shù)速率改變，多相濾波器304針對第一輸入樣本使用濾波器脈沖響應(yīng)的18個相位。(當在這個例子中M=16時，現(xiàn)有技術(shù)多相濾波器會使用16,32,48,…個相位。)在現(xiàn)有技術(shù)的濾波器中，如果每當執(zhí)行一個完整變換器循環(huán)時便對所有16個輸入樣本進行一次采樣，則上述采樣屬于臨界采樣(在子信道之間沒有間隔)的一個例子，如果在各個模塊(用粗線劃分)中對所有16個輸入樣本進行整數(shù)次數(shù)的采樣，則上述采樣屬于現(xiàn)有技術(shù)FFT/多相多信道調(diào)制(子信道間距較大)的一種典型應(yīng)用。
必須注意，上述例子中濾波器脈沖響應(yīng)的18個相位表示對全部存儲濾波器脈沖響應(yīng)的選擇相位的一次單獨通過。即，與現(xiàn)有技術(shù)多相濾波器的情況不同的是，被用于第二列的頭兩行的相位與被用于第一列的頭兩行的相位不相同。與被固定到變換器位置不同的是，根據(jù)一個有關(guān)多信道多相濾波器的抽取速率D，插值速率I，起始相位索引Os和輸出樣本索引n的函數(shù)計算濾波器脈沖響應(yīng)的當前相位索引φn。
φn=(Dn+φs)Modulo(I)并且與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，輸入樣本索引的累進不與變換器循環(huán)索引s同步，而是根據(jù)當前相位索引φn，抽取速率D和插值速率I來確定。
如果(φn+D)＞I，
則在當前計算之后累進輸入樣本索引m。
在圖例400中會注意到，對應(yīng)于m=6和m=13的列只包含濾波器脈沖響應(yīng)的17個相位而不是對應(yīng)于其它m值的18個相位。這是由于在本例子中I=125并且D=7。因而在跳過7個相位的情況下會經(jīng)過125個可能的相位索引數(shù)值。因而得出I/D=125/7=176/7。因而在每7次經(jīng)過濾波器脈沖響應(yīng)相位時，到達濾波器的結(jié)束端只需要17次跳躍，此時需要轉(zhuǎn)移到下一個輸入樣本。
有利的是，這種技術(shù)需要很少的RAM?？梢酝ㄟ^一個適當算法來執(zhí)行IFFT，并且濾波不需要中間信號存儲。對于復(fù)雜的符號或樣本，整個濾波過程只需要大致存儲(4乘以批持續(xù)時間再乘以輸出速率)個濾波器系數(shù)RAM位置和(I乘以濾波器響應(yīng)中的符號數(shù)量)個濾波器系數(shù)ROM位置。
圖5是關(guān)于一個根據(jù)本發(fā)明并行解調(diào)M個子信道中的至少兩個子信道的示例性接收器122的電子模塊圖，其中M是大于1的正整數(shù)。接收器122包括一個截取消息的天線504。天線504被連接到一個接收消息的常規(guī)接收器前端508。接收器前端508將具有M個子信道的一個無線信號轉(zhuǎn)換成一個具有某采樣速率并且根據(jù)M個子信道中至少兩個子信道導(dǎo)出的復(fù)合信號。接收器前端508被連接到一個處理消息并且控制接收器122的處理系統(tǒng)506。一個用戶接口514最好也被連接到處理系統(tǒng)506以便為用戶提供一個接口。用戶接口514最好包括一個顯示消息的常規(guī)顯示器516，一個在消息到達時警告用戶的常規(guī)報警單元518，和一個控制接收器122的常規(guī)鍵盤520。應(yīng)當理解，某些型號的接收器122，例如控制一個設(shè)備的接收器可以用一個常規(guī)設(shè)備接口(未示出)替換用戶接口514。處理系統(tǒng)506最好包括一個常規(guī)數(shù)字信號處理器(DSP)510和一個常規(guī)存儲器512。在最優(yōu)實施例中，DSP的型號是由位于美國伊利諾斯州，薩姆堡的摩托羅拉公司制造的DSP56800，并且DSP執(zhí)行本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在當前公開內(nèi)容的指導(dǎo)下可以輕易編寫的軟件。應(yīng)當理解，DSP56800也可以被其它類似的DSP所代替。還應(yīng)當理解，也可以通過用硬件取代DSP的軟件程序的方式實現(xiàn)某些或所有處理系統(tǒng)506，另外，存儲器512可以構(gòu)成DSP510的主體。
存儲器512包括軟件單元和其它用于對基于本發(fā)明的處理系統(tǒng)506進行編程的變量。存儲器512最好包含一個選擇性呼叫地址522，其中接收器122對該地址作出響應(yīng)。另外，存儲器512包含一個消息處理單元524，該單元用于對處理系統(tǒng)506進行編程以便通過眾所周知的技術(shù)來處理消息。存儲器512也包含描述基于本發(fā)明的濾波器脈沖響應(yīng)的濾波器系數(shù)526。另外，存儲器512包含一個被用來存儲輸入樣本的輸入緩沖區(qū)528。存儲器512還包括基于本發(fā)明的一個多信道多相濾波器程序530和一個快速富立葉變換(FFT)程序532。下面會進一步描述基于本發(fā)明的處理系統(tǒng)506的操作。
圖6是有關(guān)一個基于本發(fā)明的示例性多子信道解調(diào)引擎600的體系結(jié)構(gòu)圖。解調(diào)引擎600包括一個多信道多相濾波器602，上述多信道多相濾波器從接收器前端508接受復(fù)合信號并且在復(fù)合信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。多信道多相濾波器602包括一個接受和處理復(fù)合信號的濾波器處理器604。濾波器處理器604被用來為多信道多相濾波器602提供一個變換器606，其中變換器606的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器602以非整數(shù)倍于復(fù)合信號采樣速率的采樣速率進行操作。濾波器處理器604還被用來在復(fù)合信號采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器602以實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變，從而產(chǎn)生至少兩個速率改變信號。解調(diào)引擎600還包含一個快速富立葉變換(FFT)處理器608，上述處理器被連接到多信道多相濾波器602并且被用來把至少兩個速率改變信號轉(zhuǎn)換成至少兩個頻域信號，從而產(chǎn)生至少兩個基帶信號。最好在處理系統(tǒng)506中實現(xiàn)濾波器處理器604和FFT處理器608。
再詳細地說，xk(m)是第k個子信道的低采樣速率異步波形，xr(s)是第r個濾波器輸出，而xr(m)是第r個濾波器組輸出。通過眾所周知的技術(shù)為一個低通濾波器獲得濾波器脈沖響應(yīng)g(u)，其中上述低通濾波器被設(shè)計在I倍于x(n)的采樣速率的處理速率上。所有M個濾波器均執(zhí)行一個IM/D的速率改變，其中M是FFT中的點數(shù)。在進行變換之后，通過下列公式規(guī)定合成頻率間隔fΔ=1Mfs′]]>其中fs是x(n)的采樣速率。根據(jù)下列公式導(dǎo)出濾波器組體系結(jié)構(gòu)。
期望對M個數(shù)據(jù)子信道進行解調(diào)和脈沖整形或濾波。對第k個子信道的濾波和下降采樣可以被表示如下。Xk(m)=Σn=-∞∞x(n)e-j2πMkng(mD-nI)]]>通過替換n=r+sM可以表示變換。Xk(m)=Σr=0M-1Σs=-∞∞x(r+sM)e-j2πMk(r+sM)g(mD-sMI-rI).]]>由于在Z為任何整數(shù)的情況下ej2πz等于1，則可以從累加和中抽出指數(shù)部分。Xk(m)=Σr=0M-1e-j2πMkrΣs=-∞∞x(r+sM)g(mD-sMI-rI),]]>或Xk(m)=Σr=0M-1xr(m)e-j2πMkr,]]>其中xr(m)是第r個濾波器輸出。
基于前面提到的原因，由于在波特率或基本采樣速率與期望頻率間隔之間存在非整數(shù)關(guān)系，所以在過去不期望使用這種濾波器組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多個子信道。然而這種結(jié)構(gòu)與單信道多相插值/抽取結(jié)構(gòu)有許多類似之處?？紤]下列單信道插值器/抽取器。y(m)=Σn=-∞∞g(mD-nI)x(n)]]>以和多信道插值器/抽取器相同的方式可以分解和實現(xiàn)單信道插值器/抽取器。y(m)=Σr=0M-1Σs=-∞∞g(mD-sMI-rI)x(r+sM)]]>實現(xiàn)中的唯一差異在于多個子信道情況下的各個濾波器組的輸出被傳送到一個不同的FFT輸入緩沖區(qū)。
象前面那樣，關(guān)鍵是通過使濾波器脈沖響應(yīng)相位與變換器606的位置相分離，使得能夠在多信道多相濾波器602中實現(xiàn)非整數(shù)速率改變。與被固定到變換器位置不同的是，根據(jù)一個有關(guān)濾波器脈沖響應(yīng)的抽取速率D，插值速率I，輸出樣本索引m，變換器位置索引r，F(xiàn)FT中的點數(shù)M和起始相位索引φs的函數(shù)計算濾波器脈沖響應(yīng)的當前相位索引φr,m。
φr,m=(φs+Dm-Ir)Modulo(MI)應(yīng)當理解，在開始時，起始相位索引φs最好被設(shè)置成一個通過眾所周知的同步技術(shù)將濾波器脈沖響應(yīng)與輸入樣本x(n)的符號中心時間對齊的數(shù)值。
并且與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，輸出樣本索引m不與變換器循環(huán)索引s同步累進，而是根據(jù)當前相位索引φr,m，F(xiàn)FT中的點數(shù)M，插值速率和抽取速率D來確定變換器循環(huán)索引s中的累進。如果(φr,m+D)＞MI，
則在當前計算之后累進變換器循環(huán)索引s。應(yīng)當理解，必須以和輸入數(shù)據(jù)流同步的方式改變s，所以處理系統(tǒng)506的計算定時被用來保證出現(xiàn)這種情況。
象在調(diào)制引擎300中那樣，這種技術(shù)需要很少的RAM。可以通過一個適當算法來執(zhí)行IFFT，并且濾波不需要中間信號存儲。對于復(fù)雜的符號或樣本，整個濾波過程只需要大致存儲(4乘以批持續(xù)時間再乘以輸出速率)個濾波器系數(shù)RAM位置和(I乘以濾波器響應(yīng)中的基本采樣速率樣本數(shù)量)個濾波器系數(shù)ROM位置。在一個所討論的應(yīng)用中，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將對處理能力或MIPS的需求減少了大約3倍，并且對RAM需求產(chǎn)生了重大改進。
因而，通過前面的公開內(nèi)容應(yīng)當理解，本發(fā)明提供了一個在多信道多相濾波器中實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的裝置。有利的是，該裝置允許高效多子信道多相調(diào)制和解調(diào)引擎在子信道分隔方面有較大的靈活性。
根據(jù)上述指導(dǎo)可以對本發(fā)明進行許多修改和改變。因而應(yīng)當理解，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以通過不同于前面明確描述的方式的方式實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．一個實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的多信道多相濾波器，上述多信道多相濾波器包括一個處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)接受和處理M個均以一個輸入采樣速率進行采樣的數(shù)據(jù)輸入信道，其中M是大于1的正整數(shù)，并且對處理系統(tǒng)進行編程以便為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于輸入采樣速率的采樣速率進行操作；和在輸入采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器，從而實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。
2．如權(quán)利要求1所述的多信道多相濾波器，其中還對處理系統(tǒng)進行編程以便根據(jù)一個關(guān)于多信道多相濾波器的抽取速率，插值速率，起始相位索引和輸出樣本索引的函數(shù)確定濾波器脈沖響應(yīng)的相位索引。
3．如權(quán)利要求1所述的多信道多相濾波器，其中還對處理系統(tǒng)進行編程以便根據(jù)一個關(guān)于多信道多相濾波器的抽取速率，插值速率，起始相位索引，變換器位置索引和輸出樣本索引的函數(shù)確定濾波器脈沖響應(yīng)的相位索引。
4．如權(quán)利要求1所述的多信道多相濾波器，其中還對處理系統(tǒng)進行編程以便每當濾波器脈沖響應(yīng)的當前相位索引加上多信道多相濾波器的抽取速率超出多信道多相濾波器的插值速率時累進一個輸入樣本索引。
5．如權(quán)利要求1所述的多信道多相濾波器，其中還對處理系統(tǒng)進行編程以便每當濾波器脈沖響應(yīng)的當前相位索引加上多信道多相濾波器的抽取速率M倍大于多信道多相濾波器的插值速率時累進一個變換器循環(huán)索引。
6．一個對M個子信道進行并行調(diào)制的調(diào)制引擎，其中M是一個大于1的正整數(shù)，上述調(diào)制引擎包括第一處理裝置，該裝置被用來接受對應(yīng)于M個子信道并且以基帶采樣速率采樣的M個基帶信號；并且把M個基帶信號轉(zhuǎn)換成M個時域信號，其中以基帶采樣速率對上述時域信號進行采樣；和一個被連接到第一處理裝置以便在M個時域信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變的多信道多相濾波器，上述多信道多相濾波器包括接受和處理M個時域信號的第二處理裝置，其中第二處理裝置被用來為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于M個時域信號的采樣速率的采樣速率進行操作；并且在M個時域信號的采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器，從而實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變。
7．如權(quán)利要求6所述的調(diào)制引擎，第二處理裝置還被用來產(chǎn)生一個頻率多路復(fù)用復(fù)合信號，該復(fù)合信號表示M個基帶信號并且具有一個是基帶采樣速率的非整數(shù)倍的頻率間隔。
8．如權(quán)利要求6所述的調(diào)制引擎，其中通過一個單獨的數(shù)字信號處理器實現(xiàn)第一和第二處理裝置。
9．一個對M個子信道中的至少兩個子信道進行并行解調(diào)的解調(diào)引擎，其中M是一個大于1的正整數(shù)，上述解調(diào)引擎包括一個多信道多相濾波器，上述多信道多相濾波器從一個接收器接受根據(jù)M個子信道中的至少兩個子信道導(dǎo)出的一個復(fù)合信號并且在復(fù)合信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變，上述多信道多相濾波器包括接受和處理復(fù)合信號的第一處理裝置，其中第一處理裝置被用來為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于復(fù)合信號的采樣速率的采樣速率進行操作；并且在復(fù)合信號采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器以實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變，從而產(chǎn)生至少兩個速率改變信號；和第二處理裝置，上述第二處理裝置被連接到多信道多相濾波器并且被用來把至少兩個速率改變信號轉(zhuǎn)換成至少兩個頻域信號，從而產(chǎn)生至少兩個基帶信號。
10．如權(quán)利要求9所述的解調(diào)引擎，其中通過一個單獨的數(shù)字信號處理器實現(xiàn)第一和第二處理裝置。
11．一個對M個子信道進行并行調(diào)制的發(fā)送器，其中M是一個大于1的正整數(shù)，上述發(fā)送器包括第一處理裝置，該裝置被用來接受對應(yīng)于M個子信道并且以基帶采樣速率采樣的M個基帶信號；并且把M個基帶信號轉(zhuǎn)換成M個時域信號，其中以基帶采樣速率對上述時域信號進行采樣；和一個多信道多相濾波器，上述多信道多相濾波器被連接到第一處理裝置以便在M個時域信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變，上述多信道多相濾波器包括接受和處理M個時域信號的第二處理裝置，其中第二處理裝置被用來為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于基帶采樣速率的采樣速率進行操作；并且在基帶采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器以實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變并產(chǎn)生一個頻率多路復(fù)用復(fù)合信號；和一個無線調(diào)制器，上述無線調(diào)制器用頻率多路復(fù)用復(fù)合信號調(diào)制無線載波以產(chǎn)生一個具有M個子信道的無線信號。
12．如權(quán)利要求11所述的發(fā)送器，第二處理裝置還被用來產(chǎn)生一個頻率多路復(fù)用復(fù)合信號，該復(fù)合信號表示M個基帶信號并且具有一個是基帶采樣速率的非整數(shù)倍的頻率間隔。
13．如權(quán)利要求11所述的發(fā)送器，其中通過一個單獨的數(shù)字信號處理器實現(xiàn)第一和第二處理裝置。
14．一個對M個子信道中的至少兩個子信道進行并行解調(diào)的接收器，其中M是一個大于1的正整數(shù)，上述接收器包括一個接收器前端，上述接收器前端將具有M個子信道的一個無線信號轉(zhuǎn)換成一個具有某采樣速率并且根據(jù)M個子信道中至少兩個子信道導(dǎo)出的復(fù)合信號；一個多信道多相濾波器，上述多信道多相濾波器被連接到接收器前端以便從接收器接受復(fù)合信號并且在復(fù)合信號上實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變，上述多信道多相濾波器包括接受和處理復(fù)合信號的第一處理裝置，其中第一處理裝置被用來為多信道多相濾波器提供一個變換器，其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離，從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于復(fù)合信號的采樣速率的采樣速率進行操作；并且在復(fù)合信號采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器以實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率改變，從而產(chǎn)生至少兩個速率改變信號；和第二處理裝置，上述第二處理裝置被連接到多信道多相濾波器并且被用來把至少兩個速率改變信號轉(zhuǎn)換成至少兩個頻域信號，從而產(chǎn)生至少兩個基帶信號。
15．如權(quán)利要求14所述的接收器，其中通過一個單獨的數(shù)字信號處理器實現(xiàn)第一和第二處理裝置。
全文摘要
一個多信道多相濾波器(304,602)包含一個處理系統(tǒng)(204,506),該處理系統(tǒng)接受和處理M個均以一個輸入采樣速率進行采樣的數(shù)據(jù)輸入信道,其中M是一個大于1的正整數(shù)。處理系統(tǒng)經(jīng)過編程以便為多信道多相濾波器提供一個變換器(308,606),其中變換器的位置與針對該位置選擇的濾波器脈沖響應(yīng)相位相分離,從而允許多信道多相濾波器以非整數(shù)倍于輸入采樣速率的采樣速率進行操作。還對處理系統(tǒng)進行編程以便在輸入采樣速率的非整數(shù)倍速率上操作多信道多相濾波器,從而實現(xiàn)非整數(shù)采樣速率變化。
文檔編號H03H17/02GK1324513SQ99812345
公開日2001年11月28日 申請日期1999年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月19日
發(fā)明者詹姆斯·W·莫考 申請人:摩托羅拉公司