專利名稱：Wcdma基站中前向信道的基帶信號處理裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及WCDMA碼分多址擴頻通信系統(tǒng)，具體地說涉及WCDMA移動通信系統(tǒng)中的基帶成形濾波、前向功率控制和多信道合成處理技術(shù)。
在碼分多址擴頻通信系統(tǒng)中，許多用戶共享同一個載波頻率，依靠特定的身份碼來區(qū)分各用戶，基站中的物理信道可共用中頻調(diào)制和射頻模塊，從而大大地減少硬件的復雜性，但需要將這些物理信道合成后再送到公用模塊進行處理。
目前，在碼分多址擴頻通信系統(tǒng)基站中，前向信道的基帶信號先分別通過基帶成形濾波器進行濾波后，進行信道增益控制，然后進行信道合成，最后進行后續(xù)的其他處理。后續(xù)的處理過程中，為滿足D/A的輸入數(shù)據(jù)位的要求，一般采用對輸入的數(shù)據(jù)進行截取高位，舍棄低位的處理方法。對前向信道的基帶信號的這種處理方式，存在以下缺點1、前向信道的功率控制在基帶成形濾波之后進行，這樣每條物理通道中的基帶濾波器實現(xiàn)簡單，但因為在有N個信道的情況下，需要N個這樣的濾波器，濾波器的數(shù)量較多，實現(xiàn)比較復雜；2、功率控制置于基帶成形濾波之后，由于增益控制的輸入數(shù)據(jù)位數(shù)較多，因此增益控制的實現(xiàn)也比較復雜；3、D/A的輸入數(shù)據(jù)簡單地截取高位，舍棄低位，會損傷信號的基帶信號的頻譜特性，輸入數(shù)據(jù)越小，損傷越嚴重。
本發(fā)明的目的在于提出一種只需要一個基帶形成濾波器、增益控制簡單、基本不影響信號頻譜特性的WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置。
本發(fā)明的裝置包括N(1≤N≤16)個信道增益計算器，分別根據(jù)接收的N個信道的TPC(功率控制命令)信號計算各信道前向信道中基帶信號的增益值；N個信道增益控制器，分別實現(xiàn)相應信道的基帶信號的增益調(diào)節(jié)；信道合成器，用于將N個信道的信號進行合成；基帶形成濾波器，對信道合成的信號進行濾波；縮位處理器，將輸入數(shù)據(jù)位數(shù)轉(zhuǎn)換成后面的D/A轉(zhuǎn)換器所要求的數(shù)據(jù)位數(shù)；D/A轉(zhuǎn)換器，將縮位處理的數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號；增益可變放大器，對D/A轉(zhuǎn)換器輸出的信號進行模擬增益控制；參考輸入信號提取器，用于從N個信道增益計算器中提取參考信號，分別輸送到縮位處理器和增益可變放大器中。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。


圖1為一般的WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置框圖。
圖2為本發(fā)明的WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置框圖。
圖3為實現(xiàn)基帶成形濾波器中乘法器的查表結(jié)構(gòu)。
圖4為用于縮位處理的A/D轉(zhuǎn)換器。
圖1描述了現(xiàn)有的WCDMA通信系統(tǒng)基站中前向信道中的基帶信號處理裝置的框圖。圖中只畫出了N個信道中的兩路信道輸入的情況。
N個信道來的待處理數(shù)據(jù)100、103等，可以是對應碼分多址移動通信系統(tǒng)或其它通信系統(tǒng)中的I路信號或Q路信號，可以是數(shù)據(jù)源信號經(jīng)信源編碼、信道編碼、交織、信道復用和信道擴頻、加擾等處理后的輸出數(shù)據(jù)，一般為二進制信號。在現(xiàn)有技術(shù)中，待處理信號分別經(jīng)N個基帶成形濾波器101和基帶成形濾波器104等進行成形濾波處理，以滿足傳輸信道所要求的頻譜特性。由于輸入數(shù)據(jù)一般為二進制信號，故成形濾波器實現(xiàn)比較簡單。經(jīng)成形濾波處理的信號，再分別送入N個信道增益控制器102、106等調(diào)節(jié)信號增益，以達到控制前向發(fā)送功率的目的。多路信號經(jīng)信道合成器106合成為一路送到后續(xù)處理單元進行處理。
圖2畫出了本發(fā)明中N路信道的基帶信號處理裝置的框圖。本發(fā)明中的基帶信號處理裝置，包括N(1≤N≤16)個信道增益計算器202、205等；N個信道增益控制器203、206等；信道合成器207；基帶形成濾波器208；縮位處理器210；D/A轉(zhuǎn)換器211；增益可變放大器212；參考輸入信號提取器209。
N個信道的待處理數(shù)據(jù)201、204等，可以對應碼分多址移動通信系統(tǒng)或其它通信系統(tǒng)中的I路信號或Q路信號，可以是數(shù)據(jù)源經(jīng)信源編碼，信道編碼，交織，信道復用和信道擴頻、加擾等處理后的輸出數(shù)據(jù)。
N個信道增益計算器202、205等根據(jù)接收的TPC分別計算各自前向信道中基帶信號的增益值，用于調(diào)節(jié)相應信道輸出的基帶信號增益，以達到控制前向信道發(fā)射功率的目的。這些信道的增益控制值與前向信道發(fā)射的功率動態(tài)范圍和功率調(diào)整精度密切相關(guān)，功率動態(tài)范圍越大，或功率控制精度越高時，描述信道增益值所需的表示位數(shù)越多。下表描述了在前向功率控制動態(tài)范圍為20dB，功率控制步長為0.5dB時，量化為7比特時，相對輸出功率與增益值控制碼字的關(guān)系。
輸出功率 增益值 輸出功率 增益值0.5 14 10.5 431.0 14 11.0 451.5 15 11.5 482.0 16 12.0 512.5 17 12.5 543.0 18 13.0 573.5 19 13.5 614.0 20 14.0 644.5 21 14.5 685.0 23 15.0 725.5 24 15.5 766.0 26 16.0 816.5 27 16.5 867.0 29 17.0 91
7.5 30 17.5 968.0 32 18.0 1028.5 34 18.5 1089.0 36 19.0 1149.5 38 19.5 12110.0 40 20.0 127N個信道增益控制器203、206等分別實現(xiàn)相應信道基帶信號的增益控制。根據(jù)N個信道增益計算器202、205等輸出的相應信道的基帶信號增益值，對各路信道的基帶信號進行增益調(diào)節(jié)，如用一個乘法器就可以實現(xiàn)該功能。N個信道增益計算器將計算出的相應信道的增益值控制碼字，實時輸出給相應的信道增益控制器，該增益值與功率控制的動態(tài)范圍和功率控制步長有關(guān)，在實施中可將這些預先計算出來的增益值存入增益控制器中的ROM中，通過查表獲得；在獲得該信道的增益值后，由相應信道增益控制器分別控制相應信道基帶信號的幅度，從而達到控制該信道的最終相對輸出信號功率。在信道合成之前進行功率控制是為了保證可以對每路前向信道的發(fā)射功率進行單獨控制。
經(jīng)增益控制后的N路輸出信號送到信道合成207進行信道合成。信道合成實際就是將各路信道的信號迭加起來，合成為一路復合信號，輸送給后面的公用模塊進行處理。在這里，合成的信道數(shù)越多，合成輸出的數(shù)據(jù)位數(shù)也越多。
信道合成后的信號送到基帶成形濾波器208進行濾波，以達到輸出頻譜的要求。為滿足輸出信號的相移特性要求，基帶成形濾波采用線性相位FIR數(shù)字濾波器。由于碼分多址移動通信系統(tǒng)對基帶信號頻譜要求較高，這也就對FIR濾波器提出了較高要求要有較高的濾波器系數(shù)量化比特位數(shù)和較高的濾波器階數(shù)，例如，濾波器輸入數(shù)據(jù)位數(shù)為16比特，系數(shù)為定點16比特量化，階數(shù)為48階的FIR濾波器。該濾波器的實現(xiàn)關(guān)鍵是濾波器系數(shù)和輸入數(shù)據(jù)相乘的乘法器的實現(xiàn)。但由于該乘法器中一個乘數(shù)(濾波器系數(shù))為常數(shù)，因而可以簡化。下面以一個四抽頭的FIR濾波器為例說明乘法器的實現(xiàn)過程。設濾波器的輸出可表示為y(n)＝x(1)*h(1)+x(2)*h(2)+x(3)*h(3)+x(4)*h(4)......................(1)如果再令輸入數(shù)據(jù)位數(shù)x(i)為2比特，而且濾波器系數(shù)h(i)也用2比特表示，并設h(1)＝h11h12，h(2)＝h21h22，h(3)＝h31h32，h(4)＝h41h42；x(1)＝x11x12，x(2)＝x21x22，x(3)＝x31x32，x(4)＝x41x42。那么(1)式可以表示為y(n)＝{x11*h(1)+x21*h(2)+x31*h(3)+x41*h(4))+2*{x12*h(1)+x22*h(2)+x32*h(3)+x42*h(4))＝f(x11，x21，x31，x41)+2*f(x12，x22，x32，x42).....................(2)式中由于濾波器系數(shù)h(i)為常數(shù)，故(2)式可以用四輸入的函數(shù)f()表示，當考慮該四輸入為二進制信號時，函數(shù)f()實際可以通過查表實現(xiàn)，這樣一個乘法器就轉(zhuǎn)換為查表運算，可以大大提高運算速度和資源利用效率。當采用大規(guī)模現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA來實現(xiàn)時，可以利用它的查表結(jié)構(gòu)將乘法器的計算轉(zhuǎn)換為查表計算過程，如采用ALTERA的FPGA中的LUT結(jié)構(gòu)。圖3描述了ALTERA公司生產(chǎn)的FPGA中LUT結(jié)構(gòu)，它可以實現(xiàn)任意四輸入的邏輯運算關(guān)系。
參考輸入信號提取器209的作用是根據(jù)各路信道的增益值，估算這些信道合成后的參考動態(tài)范圍，用于縮位處理和增益可變放大器的增益控制，以實現(xiàn)自適應處理過程。
基帶成形濾波器輸出的信號輸入到縮位處理器210?？s位處理器210的作用是將輸入數(shù)據(jù)位數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A所要求的輸入數(shù)據(jù)位數(shù)，同時保證對基帶濾波器輸出的信號頻譜特性影響最小。經(jīng)信道增益控制，多信道合成和信道成形濾波處理后，輸出信號的數(shù)據(jù)位數(shù)可能超過數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A的輸入數(shù)據(jù)位數(shù)要求，特別是對于高速率數(shù)據(jù)信號。而在工作頻率較高時，數(shù)模轉(zhuǎn)換器要求輸入信號的數(shù)據(jù)位數(shù)不能太高，目前在工作頻率超過十幾兆赫茲時，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大輸入數(shù)據(jù)位數(shù)不能超過16位。因此必須將基帶成形濾波輸出后的數(shù)據(jù)位數(shù)進行轉(zhuǎn)換，以滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A 211的要求。圖4描述了怎樣將一個輸入位數(shù)為m的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出位數(shù)為n的數(shù)據(jù)，其中n＜m。本發(fā)明對縮位處理所采用的方法是將輸入信號進行A/D量化處理。它的工作原理與一般模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的工作原理十分類似，所不同的是這里的輸入數(shù)據(jù)為數(shù)字信號，故這里稱它為數(shù)字式A/D轉(zhuǎn)換器400。按A/D轉(zhuǎn)換器的原理對輸入m位數(shù)據(jù)進行n位量化轉(zhuǎn)換，就可達到數(shù)據(jù)縮位的目的。具體方法是，通過參考輸入信號提取器209輸出的參考信號，對不同的輸入信號進行相應范圍的量化處理。同時為了保證最終輸出信號的幅度不發(fā)生變化，由可變增益放大器212對輸出信號進行實時調(diào)節(jié)。這樣既可以保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精度，又可保證輸出信號的幅度不變，以滿足WCDMA對精度信號的輸出頻譜的要求。
D/A轉(zhuǎn)換器211將縮位處理輸出的數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號。由于輸入數(shù)字信號頻譜較高，輸入數(shù)據(jù)位數(shù)較多，這就要求數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作頻率較高，輸入數(shù)據(jù)位數(shù)也較多。
增益可變放大器212對數(shù)模轉(zhuǎn)換器211的輸出信號進行增益控制，由參考輸入信號提取器209控制該放大器的增益。該增益可變放大器212和參考輸入信號提取器209主要是配合縮位處理210完成信號數(shù)據(jù)位數(shù)轉(zhuǎn)換處理。輸入到增益可變放大器212的增益控制信號為數(shù)字信號，如果增益可變放大器212采用數(shù)字控制的可變增益放大器電路，那么可以直接控制，如果增益可變放大器212采用模擬信號控制放大器增益，那么可在增益可變放大器212中加一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A將參考輸入信號提取209輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬控制信號進行控制。
在本發(fā)明中，將基帶濾波器置于功率控制和信道合成之后，只需要一個基帶成形濾波器，比現(xiàn)有技術(shù)所需器件少，簡化了裝置的結(jié)構(gòu)；增益控制器的輸入數(shù)據(jù)位數(shù)也較少，實現(xiàn)簡單；采用對輸入信號進行量化轉(zhuǎn)換的縮位處理方法，同時用提取的參考信號進行自適應處理，由可變增益放大器進行實時調(diào)節(jié)，可保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精度，并保證輸入信號的幅度不變；基帶形式成濾波器中采用FPGA中的查表結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，可滿足高速、高階數(shù)和高位數(shù)的信號的成形濾波要求。
權(quán)利要求
1.一種WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置，其特征在于，包括N(1≤N≤16)個信道增益計算器，分別根據(jù)接收的N個信道的TPC(功率控制命令)信號計算各信道中前向信道基帶信號的增益值；N個信道增益控制器，分別根據(jù)各信道增益計算器的計算結(jié)果，對各信道的待處理數(shù)據(jù)進行基帶信號的增益調(diào)節(jié)；信道合成器，用于將已進行增益調(diào)節(jié)的N個信道的基帶信號信號進行合成；基帶形成濾波器，對信道合成的信號進行濾波；縮位處理器，將合成信號的數(shù)據(jù)位數(shù)轉(zhuǎn)換成后面的D/A轉(zhuǎn)換器所要求的數(shù)據(jù)位數(shù)；D/A轉(zhuǎn)換器，將縮位處理的數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號；增益可變放大器，對D/A轉(zhuǎn)換器輸出的信號進行增益控制，配合縮位處理器進行實時調(diào)節(jié)輸出信號幅度的可變增益放大器；參考輸入信號提取器，用于從N個信道增益計算器中提取參考信號，分別輸送到縮位處理器和增益可變放大器中。
2.權(quán)利要求1所述的WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置，其特征在于所述基帶形成濾波器采用線性相位FIR數(shù)字濾波器。
3.權(quán)利要求2所述的WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置，其特征在于所述線性相位FIR數(shù)字濾波器采用FPGA中的查表結(jié)構(gòu)。
4.權(quán)利要求1所述的WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置，其特征在于所述信道增益控制器采用乘法器。
5.權(quán)利要求1或4所述的WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置，其特征在于所述信道增益控制器中有存儲器。
全文摘要
一種WCDMA基站中前向信道的基帶信號處理裝置,包括:N(1≤N≤16)個信道增益計算器;N個信道增益控制器;信道合成器;基帶形成濾波器;縮位處理器;D/A轉(zhuǎn)換器;增益可變放大器;參考輸入信號提取器。只需要一個基帶成形濾波器;增益控制器的輸入數(shù)據(jù)位數(shù)也較少;采用對輸入信號進行量化轉(zhuǎn)換的縮位處理方法,同時用提取的參考信號進行自適應處理,由可變增益放大器進行實時調(diào)節(jié),可保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精度,并保證輸入信號的幅度不變。
文檔編號H04L25/03GK1264229SQ9912441
公開日2000年8月23日 申請日期1999年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月10日
發(fā)明者余建國, 蒲迎春 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司