專利名稱：：擴(kuò)頻通信多相位匹配濾波器捕獲電路及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及擴(kuò)頻通信基帶信號(hào)捕獲
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種匹配濾波器捕獲電路及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：匹配濾波器完成本地?cái)U(kuò)頻碼與輸入數(shù)據(jù)的相關(guān)運(yùn)算，即><")=f;'/^]x(/)，其中A[。為本地?cái)U(kuò)頻碼，x(/)為輸入數(shù)據(jù)，y(")為本地?cái)U(kuò)頻碼與輸入數(shù)據(jù)的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果。傳統(tǒng)匹配濾波器有兩種實(shí)現(xiàn)方式直接I型和直接II型實(shí)現(xiàn)方式。匹配濾波器的直接I型實(shí)現(xiàn)方式如圖l所示，輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在移位寄存器中，然后與同樣長(zhǎng)度的本地?cái)U(kuò)頻碼對(duì)應(yīng)相乘，得到的結(jié)果通過(guò)加法樹(shù)進(jìn)行求和，完成相關(guān)運(yùn)算。加法樹(shù)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，每級(jí)加法器的輸入數(shù)據(jù)位寬相同，加法器得到了充分的利用，所以電路面積較小，但是加法樹(shù)輸入至輸出間存在多級(jí)加法器，所以延時(shí)較大。匹配濾波器的直接II型實(shí)現(xiàn)方式如圖3所示，輸入數(shù)據(jù)與所有本地?cái)U(kuò)頻碼相乘后，通過(guò)流水線間的加法器逐級(jí)求和。流水線間僅僅存在一個(gè)加法器，所以電路的延時(shí)較小。但是隨著求和的進(jìn)行，求和結(jié)果取值范圍越來(lái)越大，數(shù)據(jù)位寬也相應(yīng)的增大，而加法器的另一個(gè)輸入端是W];c(O，這個(gè)數(shù)據(jù)位寬一直保持不變，所以加法器的兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)位寬不一致，級(jí)數(shù)越高，數(shù)據(jù)位寬越相差越大，加法器沒(méi)有得到充分的利用，導(dǎo)致很大的電路面積。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種多相位(PloyPhase)匹配濾波器，該多相位匹配濾波器與相同長(zhǎng)度的直接I型實(shí)現(xiàn)方式相比，有著更小的延時(shí)，與相同長(zhǎng)度的直接II型實(shí)現(xiàn)方式相比，有著更小的面積，很好的達(dá)到延時(shí)與面積的折中，提高了電路性能。本發(fā)明提供的多相位匹配濾波器設(shè)計(jì)方法是這樣的設(shè)該匹配濾波器長(zhǎng)度為M，系數(shù)序列為^,/2[l]…耐M-l)])，進(jìn)行M=m*n的多相位分解，該匹配濾波器長(zhǎng)度的物理意義為匹配濾波器的級(jí)數(shù)，系數(shù)序列的物理意義為本地?cái)U(kuò)頻碼進(jìn)行相應(yīng)采樣后的序列，m和n的物理意義為多相位分解系數(shù)，m和n均為整數(shù)且m化等于M，該設(shè)計(jì)方法依次包括如下步驟41)輸入數(shù)據(jù)依次移入長(zhǎng)度為M的移位寄存器，每一個(gè)時(shí)鐘上升沿到來(lái)時(shí)，所有移位寄存器里的數(shù)據(jù)向右移動(dòng)，最右端的數(shù)據(jù)被移出，新的輸入數(shù)據(jù)移入到移位寄存器的最左端；2)對(duì)于M=m*n的多相位分解，從移位寄存器最左端開(kāi)始，每m級(jí)抽出一個(gè)信號(hào)，共抽出n個(gè)信號(hào)K,3)M個(gè)本地?cái)U(kuò)頻碼也每m個(gè)取出一個(gè)，得到第0組本地?cái)U(kuò)頻碼C^^[O]，A[w]…1)]}，第1組本地?cái)U(kuò)頻碼C,(A[l]，/z[m+l]…/[m、"-l)+l]h依次類推，直至第m-l組本地?cái)U(kuò)頻碼C^^(/[m—1]，力[2m—1]…/[w"—1]}，共得到m組本地?cái)U(kuò)頻碼，每組n個(gè)數(shù)據(jù)；4)第0組本地?cái)U(kuò)頻碼C。的n個(gè)數(shù)據(jù)同^。，《…《J對(duì)應(yīng)相乘，再通過(guò)加法樹(shù)進(jìn)行求和，得到第0個(gè)部分和S。4A+;j[m]《+…+Wm氣"-l)]《—1，第1組本地?cái)U(kuò)頻碼C,的n個(gè)數(shù)據(jù)同(《，《…《J對(duì)應(yīng)相乘，再通過(guò)加法樹(shù)進(jìn)行求和，得到第l個(gè)部分和《=/[1]^)+/[附+1]《+'"+/[附*("-1)+1]《—,，依次類推，直至第m-l組本地?cái)U(kuò)頻碼與{^，《…《_,}對(duì)應(yīng)相乘并相加，得到第m-l個(gè)部分和^-i=一一1]"o+A[2m_1]《+"+/[■-1]《一,;5)^-,經(jīng)過(guò)一級(jí)寄存器后與S"相加，得到第m-2級(jí)求和結(jié)果4^，A—經(jīng)過(guò)一級(jí)寄存器后與^_3相加，得到第m-3級(jí)求和結(jié)果4-3，依次類推，直至^經(jīng)過(guò)一級(jí)寄存器后與S。相加，得到第0級(jí)求和結(jié)果^，4)即最終的相關(guān)結(jié)果興w);上述M^t分解中，當(dāng)111=1，r^M時(shí)，步驟2)中每級(jí)移位寄存器都抽出信號(hào)，共抽出M個(gè)信號(hào)，步驟3)中本地?cái)U(kuò)頻碼只會(huì)得到一組，而且就是^,A[1]…A[M]〉本身，二者對(duì)應(yīng)相乘，再相加即得到最終結(jié)果，所以M=1*M多相分解就得到直接I型實(shí)現(xiàn)方式。當(dāng)n^M,n-l時(shí)，步驟2)中M級(jí)移位寄存器僅會(huì)抽出一個(gè)信號(hào)，即輸入數(shù)據(jù)本身，步驟3)中本地?cái)U(kuò)頻碼將被取出M組，每組只有l(wèi)個(gè)數(shù)據(jù)，然后輸入數(shù)據(jù)分別與M個(gè)本地?cái)U(kuò)頻碼相乘，最后通過(guò)步驟5)的M級(jí)流水線進(jìn)行求和，得到最終結(jié)果，所以M=M*1多項(xiàng)分解就得到直接II型實(shí)現(xiàn)方式。在其他情況下，多相位匹配濾波器將M個(gè)加法運(yùn)算分割成m組進(jìn)行，每組完成n個(gè)數(shù)據(jù)的加法運(yùn)算，然后再通過(guò)流水線完成m組結(jié)果的求和，得到最終結(jié)果。與直接I型實(shí)現(xiàn)方式的一次完成M個(gè)加法運(yùn)算相比，降低了運(yùn)算量，提高了運(yùn)算速度。與直接II型實(shí)現(xiàn)方式相比，多相位匹配濾波器中S。至S^的求和運(yùn)算可以用加法樹(shù)來(lái)完成，加法器得到了更充分的利用，減少了電路面積。本發(fā)明提供多相位匹配濾波器設(shè)計(jì)方法指出直接I型和直接II型匹配濾波器是多5相位匹配濾波器的兩種特殊情況，合理的進(jìn)行多相位分解，可以避免直接I型實(shí)現(xiàn)方式大的延時(shí)和直接n型實(shí)現(xiàn)方式大的面積，很好的達(dá)到速度和面積的折中。下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的多相位匹配濾波器的原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)方式圖l直接I型匹配濾波器圖2直接I型匹配濾波器的加法樹(shù)結(jié)構(gòu)圖3直接II型匹配濾波器圖4多相位匹配濾波器的數(shù)據(jù)鏈圖5多相位匹配濾波器的求和鏈圖6M=12的多相位匹配濾波器的數(shù)據(jù)鏈(3*4多相位分解)圖7M=12的多相位匹配濾波器的求和鏈(3*4多相位分解)具體實(shí)施例方式首先介紹多相位匹配濾波器的原理，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，先介紹長(zhǎng)度M42的匹配濾波器的一種多相位分解(1^=3*4分解)，其余分解類似。設(shè)匹配濾波器的傳遞函數(shù)為//(z)=//+/J[l]z-1+".+/[10K1°+/l[ll]z-11，將表達(dá)式中的數(shù)據(jù)項(xiàng)每三個(gè)取出一個(gè)，可以得到三組數(shù)據(jù)，每組四個(gè)，如下式F(z)=(/(0]+/O]z—3+/i[6]^+;i[9]z,1+/[4]Z+/2[7]z-7+/i[10]z-10)+(/[2]z_2+/z[5]z_5+卿-8")=(/+A[3]z—3+/z[6]z^+/[9]z4)+z—'(/[l]十/[4]z-3+A[7]z^+/[10]z—9)+Z-2(綱+/![5]z-3+A[8]z"6+A[l1]z"9)其中S0=A[O]+/z[3]z一3+/z[6]z"6+A[9]Z，S=+/[4]z-3+Zi[7]Z+0]z"9S2=/i[2]+/j[5]z-3+A[8>"+A[l1>-9。這樣可以先實(shí)現(xiàn)S。，《和&，然后適當(dāng)延時(shí)后相加，就可以實(shí)現(xiàn)H(z)。如圖6所示A，B，C，D分別為l，3，^和,，圖7中田為多輸入加法樹(shù)，為兩輸入加法器，所以圖7下部分完成了&，中間完成《，上面完成&，然后《經(jīng)過(guò)一級(jí)延時(shí)，^經(jīng)過(guò)兩級(jí)延時(shí)后，加在一起，就得到了多相位結(jié)構(gòu)S。+f、+z-2&。圖6稱為數(shù)據(jù)鏈，完成數(shù)據(jù)的移位操作。圖7稱為求和鏈，完成求和運(yùn)算。求和分兩步進(jìn)行。第一步完成四個(gè)輸入數(shù)據(jù)的加法，每個(gè)輸入數(shù)據(jù)位寬相同，這由圖6中的0加法樹(shù)完成。第二步將上一級(jí)寄存器的結(jié)果和0的結(jié)果進(jìn)行相加，由圖6中的④加6法器完成，加法器的兩個(gè)輸入信號(hào)位寬不一樣，一個(gè)是輸入數(shù)據(jù)位寬，另一個(gè)前一級(jí)寄存器數(shù)據(jù)位寬。正如圖7中所表示的，多相位實(shí)現(xiàn)方式是將所有的12個(gè)加法運(yùn)算分成3次進(jìn)行，每次完成四個(gè)數(shù)的加法，再利用三級(jí)流水線將三次結(jié)果相加，得到最終結(jié)果。這與直接I型利用加法樹(shù)一次完成所有12個(gè)加法運(yùn)算不同，也與直接II型將12個(gè)加法運(yùn)算平均分配到12級(jí)流水線不同。如表1所示。表l.三種匹配濾波器實(shí)現(xiàn)方式的對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表i可以看出，直接i型通過(guò)加法樹(shù)完成i2個(gè)加法操作，延時(shí)最大。直接n型每級(jí)流水線之間僅需要完成i個(gè)加法操作，所以延時(shí)最小。多相實(shí)現(xiàn)每級(jí)需要完成4個(gè)加法操作，延時(shí)居中。在面積上，直接i型的加法通過(guò)加法樹(shù)來(lái)完成，其中加法器的兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)位寬一樣，所以每個(gè)加法器都得到充分利用，電路面積最小。直接n型的每個(gè)加法器的輸入位寬都不一樣，一個(gè)是輸入數(shù)據(jù)位寬，另一個(gè)前一級(jí)寄存器數(shù)據(jù)位寬，它總是大于輸入數(shù)據(jù)位寬而且越到后面越大，所以直接n型的加法器沒(méi)有得到充分的利用，電路面積最大。多相位實(shí)現(xiàn)方式中0加法樹(shù)的輸入數(shù)據(jù)位寬一樣，④加法器輸入數(shù)據(jù)位寬不一樣，所以多相實(shí)現(xiàn)方式面積適中。推廣到M=m*n的多相位分解上，依次包括如下設(shè)計(jì)步驟1)輸入數(shù)據(jù)依次移入長(zhǎng)度為M的移位寄存器，從移位寄存器最左端開(kāi)始，每m級(jí)抽出一個(gè)信號(hào)，共抽出n個(gè)信號(hào)^。，《…《—J，如圖4所示。2)M個(gè)本地?cái)U(kuò)頻碼也每m個(gè)取出一個(gè)，共得到m組本地?cái)U(kuò)頻碼，每組n個(gè)數(shù)據(jù)，分別是第0組本地?cái)U(kuò)頻碼C。-",/[/n]…/[m""-1)]}，第1組本地?cái)U(kuò)頻碼q^/z[l],/![m+l]…1)+1]}，依次類推，直到第m-l組本地?cái)U(kuò)頻碼Gm_i={A[附—1],A[2m—1]/[mw一l]}°3)C。的n個(gè)數(shù)據(jù)同(^,《…《—J對(duì)應(yīng)相乘，并通過(guò)田加法樹(shù)求和后得到S0=W0]"。+/[m]《+".+/![m*("-l)]d。C,的n個(gè)數(shù)據(jù)同(《，《…(J對(duì)應(yīng)相乘，并通過(guò)田加法樹(shù)求和后得到《=/[1]A++—1)+1]《—,。依次類推，直到與{d。，《…《_,}對(duì)應(yīng)相乘，并通過(guò)田加法樹(shù)求和得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>如圖5所示。4),，^一…S，S。通過(guò)流水線進(jìn)行相應(yīng)延時(shí)并求和，得到最終的相關(guān)結(jié)果，如圖5所示，其中《_2~^為相應(yīng)級(jí)流水線的求和結(jié)果。上述M二n^n分解中，當(dāng)m^，n=M時(shí)，步驟l)中每級(jí)移位寄存器都抽出信號(hào)，共抽出M個(gè)信號(hào)，步驟2)中本地?cái)U(kuò)頻碼只會(huì)得到一組，而且就是^，A[1]…耐M])本身，二者對(duì)應(yīng)相乘，再相加即得到最終結(jié)果，所以M=1*M多相分解就得到直接I型實(shí)現(xiàn)方式。當(dāng)n^M，11=1時(shí)，步驟l)中M級(jí)移位寄存器僅會(huì)抽出一個(gè)信號(hào)，即輸入數(shù)據(jù)本身，步驟2)中本地?cái)U(kuò)頻碼將被取出M組，每組只有l(wèi)個(gè)數(shù)據(jù)，然后輸入數(shù)據(jù)分別與M個(gè)本地?cái)U(kuò)頻碼相乘，最后通過(guò)步驟4)的M級(jí)流水線進(jìn)行求和，得到最終結(jié)果，所以M=M*1多項(xiàng)分解就得到直接II型實(shí)現(xiàn)方式。在其他情況下，多相位匹配濾波器將M個(gè)加法運(yùn)算分割成m組進(jìn)行，每組完成n個(gè)數(shù)據(jù)的加法運(yùn)算，然后再通過(guò)流水線完成m組結(jié)果的求和，得到最終結(jié)果。與直接I型實(shí)現(xiàn)方式的一次完成M個(gè)加法運(yùn)算相比，降低了運(yùn)算量，提高了運(yùn)算速度。與直接n型實(shí)現(xiàn)方式相比，多相位匹配濾波器中s。至^—,的求和運(yùn)算可以用加法樹(shù)來(lái)完成，加法器得到了更充分的利用，減少了電路面積。權(quán)利要求1、一種多相位匹配濾波器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)該匹配濾波器長(zhǎng)度為M，系數(shù)序列為{h，h[1]…h(huán)[M-1)]}，進(jìn)行M＝m*n的多相位分解，該匹配濾波器長(zhǎng)度的物理意義為匹配濾波器的級(jí)數(shù)，系數(shù)序列的物理意義為本地?cái)U(kuò)頻碼進(jìn)行相應(yīng)采樣后的序列，m和n的物理意義為多相位分解系數(shù)，m和n均為整數(shù)且m*n等于M，其特征在于該設(shè)計(jì)方法依次包括如下步驟1)輸入數(shù)據(jù)依次移入長(zhǎng)度為M的移位寄存器，每一個(gè)時(shí)鐘上升沿到來(lái)時(shí)，所有移位寄存器里的數(shù)據(jù)向右移動(dòng)，最右端的數(shù)據(jù)被移出，新的輸入數(shù)據(jù)移入到移位寄存器的最左端；2)對(duì)于M＝m*n的多相位分解，從移位寄存器最左端開(kāi)始，每m級(jí)抽出一個(gè)信號(hào)，共抽出n個(gè)信號(hào){d0，d1…dn-1}；3)M個(gè)本地?cái)U(kuò)頻碼也每m個(gè)取出一個(gè)，得到第0組本地?cái)U(kuò)頻碼C0＝{h，h[m]…h(huán)[m*(n-1)]}，第1組本地?cái)U(kuò)頻碼C1＝{h[1]，h[m+1]…h(huán)[m*(n-1)+1]}，依次類推，直至第m-1組本地?cái)U(kuò)頻碼Cm-1＝{h[m-1]，h[2m-1]…h(huán)[mn-1]}，共得到m組本地?cái)U(kuò)頻碼，每組n個(gè)數(shù)據(jù)；4)第0組本地?cái)U(kuò)頻碼C0的n個(gè)數(shù)據(jù)同{d0，d1…dn-1}對(duì)應(yīng)相乘，再通過(guò)加法樹(shù)進(jìn)行求和，得到第0個(gè)部分和S0＝hd0+h[m]d1+…+h[m*(n-1)]dn-1，第1組本地?cái)U(kuò)頻碼C1的n個(gè)數(shù)據(jù)同{d0，d1…dn-1}對(duì)應(yīng)相乘，再通過(guò)加法樹(shù)進(jìn)行求和，得到第1個(gè)部分和S1＝h[1]d0+h[m+1]d1+…+h[m*(n-1)+1]dn-1，依次類推，直至第m-1組本地?cái)U(kuò)頻碼Cm-1與{d0，d1…dn-1}對(duì)應(yīng)相乘并相加，得到第m-1個(gè)部分和Sm-1＝h[m-1]d0+h[2m-1]d1+…+h[mn-1]dn-1；5)Sm-1經(jīng)過(guò)一級(jí)寄存器后與Sm-2相加，得到第m-2級(jí)求和結(jié)果Am-2，Am-2經(jīng)過(guò)一級(jí)寄存器后與Sm-3相加，得到第m-3級(jí)求和結(jié)果Am-3，依次類推，直至A1經(jīng)過(guò)一級(jí)寄存器后與S0相加，得到第0級(jí)求和結(jié)果A0，A0即最終的相關(guān)結(jié)果。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相位匹配濾波器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于匹配濾波器的設(shè)計(jì)方法是一種通用的設(shè)計(jì)方法，不受限于擴(kuò)頻碼的類型和長(zhǎng)度。3、一種多相位匹配濾波器，進(jìn)行M:n^n多相位分解，其特征在于當(dāng)m^1，n=M時(shí)，該多相位匹配濾波器轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯覫型匹配濾波器。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相位匹配濾波器，其特征在于當(dāng)m=M，n=l時(shí)，該多相位匹配濾波器轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯覫I型匹配濾波器。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相位匹配濾波器，其特征在于當(dāng)m為Km〈M的整數(shù)時(shí)，該多相位匹配濾波器將M個(gè)加法運(yùn)算分割成m組進(jìn)行，每組通過(guò)加法樹(shù)完成n個(gè)數(shù)據(jù)的加法運(yùn)算，加法樹(shù)內(nèi)的加法器輸入數(shù)據(jù)位寬一樣，然后再通過(guò)流水線完成m組結(jié)果的求和，得到最終相關(guān)結(jié)果。6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相位匹配濾波器，其特征在于當(dāng)m為Km〈M的整數(shù)時(shí)，該多相位匹配濾波器的電路延時(shí)小于直接I型匹配濾波器，電路面積小于直接II型匹配濾波器。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種擴(kuò)頻通信多相位匹配濾波器捕獲電路及其設(shè)計(jì)方法。M＝m*n多相位匹配濾波器將M個(gè)加法運(yùn)算分割成m組進(jìn)行，每組完成n個(gè)數(shù)據(jù)的加法運(yùn)算，然后再通過(guò)流水線完成m組結(jié)果的求和，得到最終結(jié)果。傳統(tǒng)的匹配濾波器是多相位匹配濾波器的兩種特殊結(jié)構(gòu)，其余情況下，多相位匹配濾波器進(jìn)行電路速度與面積的折中，合理的多相位分解能夠在保證電路速度前提下，減少電路面積。文檔編號(hào)H04L25/03GK101588329SQ20081009792公開(kāi)日2009年11月25日申請(qǐng)日期2008年5月19日優(yōu)先權(quán)日2008年5月19日發(fā)明者興張,健曹,曾強(qiáng)輝,許曉威,夏魏申請(qǐng)人:北京大學(xué)深圳研究生院