專利名稱：可編程匹配濾波器搜索器的制作方法
背景技術(shù)：
I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及通信。具體而言，本發(fā)明涉及新穎和改良的用可編程匹配濾波器搜索器檢測導(dǎo)頻信號的方法和裝置。
II.相關(guān)技術(shù)的描述偽隨機(jī)噪聲(PN)序列通常用于直接序列擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，例如電信工業(yè)協(xié)會(TIA)發(fā)布的，主要用于蜂窩通信系統(tǒng)的IS-95中描述的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，以及它的派生物如IS-95-A和ANSI J-STD-008(此后都稱為IS-95標(biāo)準(zhǔn))。IS-95標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了碼分多址(CDMA)信號調(diào)制技術(shù)，用于在同一RF帶寬上同時傳導(dǎo)多個通信。當(dāng)結(jié)合了綜合功率控制，在同一帶寬上同時傳導(dǎo)多個通信，與其它無線通信技術(shù)相比通過提高頻率的再使用，能增加呼叫和其它通信的總數(shù)，所述其它通信能在無線通信系統(tǒng)中進(jìn)行。美國專利號No.4,901,307題為《SPREAD SPECTRUMCOMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS》和美國專利號No.5,103,459題為《SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMSIN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM》中都揭示了多址通信系統(tǒng)中CDMA技術(shù)的使用，上述兩個專利都轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，通過參考結(jié)合于此。


圖1提供了根據(jù)使用IS-95標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造的蜂窩電話系統(tǒng)的高度簡化圖。在操作中，一組用戶單元10a-d通過用一個或多個使用CDMA調(diào)制RF信號的基站12a-d建立一個或多個RF接口以進(jìn)行無線通信。每個基站12和用戶單元10之間的RF接口包含基站12發(fā)射的前向鏈路信號，和用戶單元發(fā)射的反向鏈路信號。使用這些RF接口，一般通過移動電話交換局(MTSO)14和公共交換電話網(wǎng)(PSTN)16進(jìn)行與其它用戶的通信。通常通過有線連接形成基站12、MTSO 14和PSTN 16之間的鏈路，雖然也熟知另外的RF或微波鏈路的使用。
每個用戶單元10通過使用一個瑞克接收機(jī)與一個或多個基站12通信。在美國專利號No.5,109,390題為《DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONESYSTEM》中描述了瑞克(Rake)接收機(jī)，該專利轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，通過參考結(jié)合于此。典型地，瑞克接收機(jī)包括一個或多個搜索器，用于定位來自相鄰基站的直接或多路徑導(dǎo)頻，和兩個或多個峰指接收器，用于接收和組合來自這些基站的信息信號。在1994年9月30日提交的美國專利號08/316,177題為《MULTIPATHSEARCH PROCESSOR FOR SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATIONSYSTEMS》的共同待批申請中描述了搜索器，該專利轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，通過參考結(jié)合于此。
在直接序列擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要求接收機(jī)必須使它的PN序列對準(zhǔn)基站的PN序列。在IS-95中，每個基站和用戶單元使用精確相同的PN序列?；就ㄟ^在其PN序列的產(chǎn)生中插入一個唯一的偏移，將它本身和其它基站區(qū)分開來。在IS-95系統(tǒng)中，所有的基站都偏移64碼片的整數(shù)倍數(shù)。用戶單元通過向基站指定至少一個峰指接收器實(shí)現(xiàn)與該基站的通信。為了與基站通信，指定的峰指接收器必須在它的PN序列中插入合適的偏移。也可以通過使每個基站用唯一的PN序列代替同樣PN序列的偏移，從而區(qū)別基站。在這種情況下，峰指接收器可以調(diào)節(jié)它們的PN產(chǎn)生器，從而為它指定的基站產(chǎn)生合適的PN序列。
用戶單元通過使用搜索器確定基站的位置。圖2描述了在用戶單元中用于搜索的普通類型的串行相關(guān)器。在1997年7月1日公布的美國專利號No.5,644,591題為《METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING SEARCH ACQUISITION IN A CDMACOMMUNICATIONS SYSTEM》中描述了該搜索器，該專利轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，通過參考結(jié)合于此。
在圖2中，天線20接收一個或多個基站發(fā)射的包含導(dǎo)頻信號的信號。在接收機(jī)21中將該信號下變頻和放大，從而產(chǎn)生接收信號的同相分量(I)和正交分量(Q)，并將它們傳送到去擴(kuò)展器22。I和Q PN序列產(chǎn)生器23由搜索器控制器27控制為候選偏移產(chǎn)生合適的I和Q PN序列。去擴(kuò)展器22接收I和Q PN序列，并將I和Q接收信號去擴(kuò)展，從而將結(jié)果傳到相干累加器24和25。這些累加器在搜索器控制器27指定的時間段內(nèi)，對去擴(kuò)展I和Q信號的振幅求積分。相干累加器24和25在輸入信號相位大約為常數(shù)的一段時間內(nèi)，將I和Q的振幅相加。將結(jié)果傳到能量計(jì)算模塊26，其中將I和Q的相干累加值平方并相加。該結(jié)果在非相干累加器28中累加。非相干累加器中相加的是能量，所以不適用相干累加器中相位為常數(shù)的要求。在搜索器控制器27所指定的一段時間內(nèi)將能量累加。在門限比較29中比較該結(jié)果。一旦完成了在I和Q PN序列產(chǎn)生器23中候選偏移的編程過程，搜索器控制器27指定一個新的被分析的候選偏移。
上述搜索器具有較強(qiáng)適應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于一個候選偏移可以執(zhí)行任何數(shù)量的相干積分C(受相干時間的限制)，還可以執(zhí)行任何數(shù)量的非相干累加M?？梢运阉魅魏螖?shù)量的搜索假設(shè)L。然后，L假設(shè)窗口的所有搜索時間由L*C*M給出。該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是用串行的方式計(jì)算每個候選值。為了減少對給出M和N的搜索時間，需要加入加倍的硬件。
圖3顯示了另一個搜索器結(jié)構(gòu)，它通常稱為匹配濾波器搜索器。對于該方法的討論，見Simon，Omura，Scholtz&Levitt，SPREAD SPECTRUM COMMUNICATIONSHANDBOOK，pp.815-822，McGraw-Hill，Inc.，New York。
天線30接收輸入信號，并將它傳到接收機(jī)31中下變頻和放大。然后將I和Q信道分別傳送到延遲鏈路36和38。每個延遲鏈路包含N個延遲單元，標(biāo)為DI1-DIN和DQ1-DQN。用裝入抽頭值鏈路35和37的PN值乘以每個延遲單元的輸出。用I和Q PN產(chǎn)生器產(chǎn)生抽頭值，并將它裝入或硬編碼入標(biāo)為PNI1-PNIN和PNQ1-PNQN的乘法單元。要注意到在簡單的情況下，抽頭值只包括1和-1，所以反相器(或取負(fù)器)代替了真正的乘法器。圖3顯示了延遲單元輸出和抽頭值的聯(lián)合。抽頭值由PN序列的一部分組成，PN序列用于和輸入數(shù)據(jù)相關(guān)。所有乘法的結(jié)果都被傳送到加法器34和32，在那里將它們相加。然后，在模塊33中將結(jié)果平方并相加，以產(chǎn)生一個能量計(jì)算值，在門限比較39中比較該結(jié)果。在能量結(jié)果較高的時候，可能存在基站導(dǎo)頻，而且它的PN產(chǎn)生器對準(zhǔn)抽頭單元中的PN序列部分。在單個一輪需要循環(huán)通過全部的PN序列的時間中，每個可能的偏移都具有為它計(jì)算的能量值。
該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)包括并行計(jì)算N個假設(shè)，使得在每個延遲單元被更新的周期內(nèi)只產(chǎn)生一次結(jié)果。在搜索的假設(shè)數(shù)L等于整個PN空間，所需的相干累加數(shù)C等于抽頭數(shù)N，非相干累加數(shù)M設(shè)置為1的情況下，該結(jié)構(gòu)是最佳的。在這個過程中，總的搜索時間是L+N(假設(shè)用有效數(shù)據(jù)填滿延遲單元需要N個周期)。延遲單元可以已經(jīng)包含有效數(shù)據(jù)，在任何情況下，通常N遠(yuǎn)小于PN空間，所以搜索時間基本上直接和L有關(guān)。比較這個和上述串行相關(guān)器搜索器的時間L*C*M＝L*C。
N的最大值由相干時間給出。搜索器的匹配濾波器部分基本上執(zhí)行去擴(kuò)展輸入信號的相干累加。這和先前結(jié)構(gòu)中的最大值C受同樣的約束。為了增加非相干累加數(shù)，需要增加用于容納每個搜索假設(shè)中間計(jì)算的存儲器，或L附加存儲單元。然后，對于M＞1搜索時間由M*PN給出，其中PN是整個PN空間。
該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)包括缺乏適應(yīng)性。只有在上述有限情況的硬件和時間中，它是最佳的。在期望的C小于抽頭數(shù)N，或被搜索的窗口L小于整個PN空間，M大于1的情況下，硬件就不能充分地使用。首先，在硬件中存在的延遲單元和PN抽頭，不管它們是否被使用。其次，在第二個非相干能量值計(jì)算出之前，整個PN序列必須循環(huán)通過。再次，需要一個額外的存儲器，用于為每個偏移存儲所有的部分累加。
舉一些數(shù)字實(shí)例，假設(shè)PN空間PN為30000。我們將比較所述具有N＝100個延遲單元的匹配濾波器搜索器。首先假設(shè)期望的搜索窗口也是30000，期望的C是100，期望的M是1。這些條件對于匹配濾波器搜索器是最佳的，所以它的硬件能夠充分的使用。所需搜索時間是L*M＝30000。上述串行相關(guān)器搜索器也有效使用它的硬件，但是它的搜索時間是L*M*C＝3000000，或者大于100倍。所以為了用串行相關(guān)器達(dá)到相等的速度，我們需要并行100個。在使用面積上它不會和匹配濾波器同樣有效。
現(xiàn)在假設(shè)用同樣的硬件，我們搜索一個小于全部PN序列的窗口L＝1000。再假設(shè)相干積分C僅設(shè)定為25。M仍然為1。這種情況證明匹配濾波器不能充分利用它的所有硬件，因?yàn)樗?/4未被用到。全部的搜索時間1000仍然低于串行相關(guān)器的1000*25＝25000，但是只快25倍。這是假設(shè)抽頭可以用這種方法被編程，使得可以利用減小的窗口尺寸并具有固定抽頭(情況并非如些)，搜索時間為30000，它實(shí)際上還要慢一點(diǎn)。
最后，只改變假設(shè)M＝5。這樣匹配濾波器搜索器將繼續(xù)以25％的硬件效率操作，它將使用M*PN或150000個循環(huán)進(jìn)行搜索(需要額外的存儲器存儲L個部分累加)。串行相關(guān)器將繼續(xù)以100％的硬件效率操作，并在L*C*M或125000的時間內(nèi)完成任務(wù)。明顯的是，當(dāng)M超過5，串行相關(guān)器的性能增益只會增加。
在降低從最初捕獲到基站切換到多路徑解調(diào)所用的搜索時間上具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。在本技術(shù)領(lǐng)域需要一種搜索器，它能集快速搜索和適應(yīng)性和硬件效率為一體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種用于搜索的新穎改良的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，搜索器將靈活性加入到匹配濾波器的并行計(jì)算特征中，它允許用資源有效的方式為較寬范圍的搜索假設(shè)高速執(zhí)行可變數(shù)量的相干累加和可變數(shù)量的非相干累加。本發(fā)明的該典型實(shí)施例允許以時間分片方式，并行使用匹配濾波器結(jié)構(gòu)，以搜索多個窗口。此外，搜索器允許為每個搜索窗口任選獨(dú)立的Walsh去覆蓋。分時逼近允許任何偏移的任選頻率搜索。
在典型實(shí)施例中，使用匹配濾波器結(jié)構(gòu)對I和Q信道數(shù)據(jù)去擴(kuò)展。在可編程時段中，去擴(kuò)展的同相和正交振幅被傳送到相干累加器中相加。將振幅累加值平方并相加，產(chǎn)生一個能量測量值。在第二個可編程時段，將能量測量值累加以執(zhí)行非相干累加。結(jié)果值用于確定該偏移處的導(dǎo)頻信號的似然性。
每個匹配濾波器結(jié)構(gòu)包含一個用于接收數(shù)據(jù)的N值移位寄存器，一條用于執(zhí)行去擴(kuò)展和任選Walsh去覆蓋的可編程抽頭組，和一個用于將結(jié)果濾波器抽頭計(jì)算相加的加法器結(jié)構(gòu)。匹配濾波器結(jié)構(gòu)能隨意用分時方式搜索多路復(fù)用器指示的多個窗口，多路復(fù)用器提供各種抽頭值流以用于去擴(kuò)展(用抽頭值中包括的任選Walsh去覆蓋)。此外，可以加入任選相位旋轉(zhuǎn)器以應(yīng)用多路復(fù)用相位值，從而進(jìn)行頻率搜索。每個循環(huán)中，匹配濾波器結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生一個特定偏移的中間計(jì)算值(用任選Walsh去覆蓋和任選相位旋轉(zhuǎn))，其中包括N個基于移位寄存器中數(shù)據(jù)的計(jì)算值。屏蔽特征可用于允許執(zhí)行使用小于N個值的計(jì)算。某些任選特征的標(biāo)識不包含需要其它特征。在不同的實(shí)施例中，可以組合或省略本發(fā)明的不同方面。
附圖概述本發(fā)明的特點(diǎn)、目的和優(yōu)點(diǎn)將在以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中進(jìn)一步顯現(xiàn)出來，附圖中相同的標(biāo)號到處都作相應(yīng)地標(biāo)識，其中圖1是蜂窩電話系統(tǒng)的框圖；圖2是先前技術(shù)串行相關(guān)器搜索器的框圖；圖3是先前技術(shù)匹配濾波器搜索器的框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例構(gòu)造的框圖；圖5描述了一個QPSK去擴(kuò)展器；圖6描述了一個BPSK去擴(kuò)展器；和圖7是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的更詳細(xì)的框圖；較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述圖4中顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例構(gòu)造的框圖。I和Q數(shù)據(jù)(下文中為DI和DQ)分別進(jìn)入移位寄存器400和402。本發(fā)明中匹配濾波器部件的大小由N(移位寄存器中的存儲單元數(shù))給出。數(shù)據(jù)以一個固定的速率裝入和在移位寄存器中移位。在典型的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)以兩倍碼片的速率裝入。這樣允許搜索每個碼片和半碼片邊界。
然后，在移位寄存器400和402中的數(shù)據(jù)與裝入去擴(kuò)展器410中I和Q PN序列的N比特部分(下文中為PNI和PNQ)相關(guān)。為了將QPSK擴(kuò)展導(dǎo)頻信號去擴(kuò)展，執(zhí)行復(fù)數(shù)去擴(kuò)展(DI+jDQ)·(PNI+jPNQ)＝(DIPNI+DQPNQ)+j(DQPNI-DIPNQ)。圖5描述了N級QPSK去擴(kuò)展器中的一級。N個值中的一個DI在乘法器600與相應(yīng)的抽頭值PNI相乘，在乘法器604中與相應(yīng)的抽頭值PNQ相乘。類似地，DQ在乘法器604和606中分別與抽頭值PNI和PNQ相乘。乘法器600和606的輸出在加法器608中相加。在加法器610中，從乘法器602的輸出中減去乘法器604的輸出。加法器608的輸出是去擴(kuò)展I的值。加法器610的輸出是去擴(kuò)展Q的值。由于有N級，所以會有N個這樣的復(fù)數(shù)結(jié)果。
對BPSK去擴(kuò)展本發(fā)明也是有用的。在這種情況下，只有一個進(jìn)行相關(guān)的PN序列，在去擴(kuò)展器410中提供I和Q抽頭值?？梢允褂萌鐖D5所示的電路將一個PN序列傳送到PNI和PNQ。圖6顯示了簡化的去擴(kuò)展器，它可用于只有BPSK去擴(kuò)展的情況。DI和DQ在乘法器612和614中分別和PN序列相乘。結(jié)果在加法器616中相加以產(chǎn)生去擴(kuò)展I的值。在加法器618中，用乘法器614的輸出減去乘法器612的輸出，以產(chǎn)生去擴(kuò)展Q的值。又有N級，所以又有N個復(fù)數(shù)結(jié)果。
雖然圖5和圖6顯示了使用中的乘法器，簡化形式在本領(lǐng)域內(nèi)是熟知的。當(dāng)抽頭值是二元的，如它們在典型實(shí)施例中只是1和-1，以及為DI和DQ選擇了合適的數(shù)據(jù)格式，那么只使用XOR門和多路復(fù)用器(細(xì)節(jié)未圖示)就可以完成去擴(kuò)展步驟。
再參考圖4，在去擴(kuò)展器410中產(chǎn)生的N個去擴(kuò)展I值和去擴(kuò)展Q值在求和器420中分別相加。每次在移位寄存器400和402中的數(shù)據(jù)一改變，在求和器420和422中就計(jì)算出新的和。每個和都是特定偏移的N碼片相干累加。無需改變?nèi)U(kuò)展器410中的抽頭值，按可編程數(shù)量的循環(huán)重復(fù)該過程。例如，在典型實(shí)施例中，匹配濾波器的大小N為64。假設(shè)期望搜索窗口的大小L為64，相干累加C為256。在這種情況下，適于窗口開頭的抽頭值被裝入去擴(kuò)展器410中，數(shù)據(jù)被循環(huán)通過移位寄存器，每個循環(huán)都從求和器420和422中產(chǎn)生結(jié)果。
將每個結(jié)果分別裝入相干累加器430和432。這些累加器每次提供多個累加值。在典型實(shí)施例中，它們基于RAM。在每個循環(huán)期間，檢索適當(dāng)?shù)木植坷奂又?，將它加入求和?20或422的輸出中，再將合成局部累加值存入RAM中。在我們的實(shí)例中，當(dāng)過去了64個循環(huán)，第一批64個I和Q的和被裝入累加器430和432。這些和中的每一個對應(yīng)于C為64，因?yàn)槟鞘瞧ヅ錇V波器的寬度。
在這期間，為去擴(kuò)展器計(jì)算了一組新的抽頭值。進(jìn)行該計(jì)算以便在第一輪中檢測的同樣的64個偏移假設(shè)能被再次檢測。如果抽頭值不改變，將用每個循環(huán)檢測新的偏移直到搜索完整個PN空間(類似于上述標(biāo)準(zhǔn)的匹配濾波器搜索器)。再次重復(fù)匹配濾波器的程序下一輪64個循環(huán)。這時候，利用相應(yīng)的偏移局部累加值加出每個結(jié)果，并存儲在累加器430和432中。在64個循環(huán)過去之后，每個局部累加值由兩個64碼片局部累加值構(gòu)成，對應(yīng)于C為128。該過程再重復(fù)兩次，每次都改變抽頭值，直到累加器累加了4輪64碼片的值，對應(yīng)于期望的C為256。在該結(jié)構(gòu)中，搜索器能執(zhí)行任何N整數(shù)倍數(shù)C的相干累加。能被迸發(fā)搜索的窗口大小由存儲在累加器430和432中局部累加的數(shù)目確定。(C的上限由使用精度的比特?cái)?shù)和使用的度量技術(shù)確定。本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員能很容易地設(shè)計(jì)提供期望C值的電路)。
裝入PN抽頭值的過程執(zhí)行如下根據(jù)是否檢測同一組假設(shè)，還是開始新的一組而不同地產(chǎn)生PN序列。在典型的實(shí)施例中，通過基于線形反饋移位寄存器(LFSR)的PN產(chǎn)生器產(chǎn)生PN序列。抽頭產(chǎn)生的定時時間最好用一個實(shí)例解釋。在典型的實(shí)施例中，匹配濾波器是N個值的寬度，所以必須產(chǎn)生一個N比特抽頭序列。簡而言之，我們假設(shè)數(shù)據(jù)改變?yōu)橐粋€碼片速率，那PN產(chǎn)生器必須更新為同樣的速率。在典型的實(shí)施例中恰恰相反，其中數(shù)據(jù)更新為兩倍的碼片速率，所以兩個數(shù)據(jù)樣本與一個PN狀態(tài)相關(guān)。假設(shè)我們希望為大小為128的窗口累加C＝192個值。假設(shè)我們的PN產(chǎn)生器產(chǎn)生第一輪合適的64個I和Q的抽頭值，并將它們裝入去擴(kuò)展器410中。64組數(shù)據(jù)將循環(huán)通過移位寄存器400和402。對于每一組，計(jì)算64個相干I的和并存入非相干累加器430，計(jì)算64個相干Q的和并存入累加器432。每個相干的和對應(yīng)于第一輪被搜索的64個相繼偏移假設(shè)中的一個。由于期望C為192，以上64個循環(huán)必須重復(fù)3次以達(dá)到192。但是必須采用適當(dāng)?shù)牟襟E，使去擴(kuò)展器410中的PN抽頭完全對準(zhǔn)輸入數(shù)據(jù)。我們希望再次檢測同樣的偏移，以產(chǎn)生第二組相干值。將用于產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)的PN產(chǎn)生器向前移64碼片。我們還需要裝入一組新的PN值，它在重新檢測同樣偏移前的64碼片處。在第一輪64個和產(chǎn)生的時候，這些值由PN產(chǎn)生器產(chǎn)生。該過程重復(fù)三組，以產(chǎn)生192碼片的相干累加。
現(xiàn)在執(zhí)行了搜索窗口的前一半。用于產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)的PN產(chǎn)生器再向前移64碼片。如果我們將類似的超前PN序列裝入去擴(kuò)展器410中，我們將在第一輪64個偏移上選擇更多的數(shù)據(jù)，在該實(shí)例中它是非必要的。事實(shí)上，我們希望采用一組64個偏移去檢測接著的64個偏移。通過簡單地不更新PN值，我們就能這樣做(因?yàn)檩斎霐?shù)據(jù)中的PN序列比去擴(kuò)展器410中當(dāng)前的值超前)。當(dāng)為后一半窗口進(jìn)行第一輪64個計(jì)算時，如上所述，一組新的PN值必須裝入去擴(kuò)展器410中，以收集同樣偏移上的更多數(shù)據(jù)。重復(fù)該過程，直到192碼片的數(shù)據(jù)被累加完。
如上所述，當(dāng)完成了I和Q數(shù)據(jù)的相干累加，如能量計(jì)算器440中所示，將結(jié)果值平方并相加(I2+Q2)。將每個偏移的結(jié)果裝入非相干累加器450中。該累加器是類似于累加器430和432的多累加功能累加器。對于非相干累加的可編程數(shù)目M，為搜索窗口中的每個偏移累計(jì)獨(dú)立相干累加的值。每次將能量存儲在非相干累加器450中，為下一個C的計(jì)算，將相干累加器430和432中的局部累加值復(fù)位。
在本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可以使用無數(shù)的解決方法處理存儲在非相干累加器450中的結(jié)果。在典型的實(shí)施例中，非相干累加器450的結(jié)果被傳送到DSP460，其中檢驗(yàn)該值以確定哪個偏移在搜索窗口中，如有則可能對應(yīng)于導(dǎo)頻信號的位置。DSP 460可以是任何能夠執(zhí)行所需操作的DSP或微處理器，它能控制所有匹配濾波器的搜索程序。它可專用于搜索器，或者搜索功能可能只是DSP400在用戶單元操作中各種任務(wù)的一部分。如果必要，可以重復(fù)上述整個過程用于多個搜索窗口。
圖5描述了本發(fā)明的典型實(shí)施例。天線501收集接收信號。在標(biāo)號為RX_IQ_DATE的接收器500中處理接收信號。接收器執(zhí)行所有必要的處理，以產(chǎn)生以八倍碼片速率采樣的數(shù)字形式的I和Q數(shù)據(jù)流。如本領(lǐng)域所熟知的，也可以使用其它各種采樣速率。然后將這些樣本通過多路復(fù)用器(mux)504傳送到二次采樣器506，其中8倍碼片速率的I和Q樣本流被降低為2倍碼片速率的樣本流，它是選自典型實(shí)施例其它可能性的速率。然后將2倍碼片的I和Q數(shù)據(jù)流傳送給多路復(fù)用器508。
樣本RAM 502和多路復(fù)用器504和506組成數(shù)據(jù)源的可選項(xiàng)。I和Q樣本可以以8倍或2倍碼片速率存入樣本RAM 502中。如上所述，隨后能將8倍碼片速率流通過多路復(fù)用器504傳送到二次采樣器506。另外，2倍碼片流能旁路二次采樣器506而通過多路復(fù)用器508。明顯的是，存儲2倍碼片數(shù)據(jù)所需RAM存儲器小于存儲8倍碼片數(shù)據(jù)所需的。對于實(shí)施本發(fā)明該數(shù)據(jù)源選項(xiàng)不是強(qiáng)制的。它加入的額外優(yōu)點(diǎn)是能夠在其余的接收機(jī)或移動站點(diǎn)處于低功率或空閑模式時處理數(shù)據(jù)。偏移假設(shè)的多個搜索窗口能在同一組采樣數(shù)據(jù)中被檢測。只要在外部條件改變使得結(jié)果失效之前產(chǎn)生結(jié)果，該程序可以產(chǎn)生功率節(jié)約。可任選地將值裝入樣本RAM 502中，這些值不同于來自接收器500的值。也可以使用樣本ROM 502中的存儲數(shù)據(jù)用于其它解調(diào)作業(yè)(8倍碼片速率的采樣可能是合適的)?？梢韵胂竦玫?，在稍后的附加處理中裝入樣本RAM502，同時在存儲的樣本上執(zhí)行搜索。
增益510是用于提供可能必要的任何放大的任選模塊。旋轉(zhuǎn)器512是在存在頻率偏移而希望將它移去的情況下加入的另一任選項(xiàng)。該結(jié)果被傳送到N比特移位寄存器514。在上一段中很清楚的是要實(shí)施本發(fā)明可以使用上述任選項(xiàng)的任何組合或一項(xiàng)也不用。I和Q數(shù)據(jù)流可以直接傳送到N比特移位寄存器514。此外，為了執(zhí)行QPSK去擴(kuò)展和相干搜索，明顯的是需要如圖4所示地使用I和Q通路的電路(或等效的分時)。為了簡單和清楚起見，將I和Q通路顯示為一條通路。例如N比特移位寄存器514包含兩個N比特存儲單元，一個存I值，另一個存Q值。
然后將I和Q樣本傳送到QPSK去擴(kuò)展器518。用多路復(fù)用器516傳送的PN序列將樣本去擴(kuò)展。本發(fā)明通過分時有助于并行使用。如圖所示，四個帶有任選Walsh覆蓋的不同PN流作為多路復(fù)用器516的輸入。在典型實(shí)施例中，電路以8倍碼片速率(碼片×8)的內(nèi)部時鐘速率操作。如上所述，以2倍碼片速率傳送I和Q樣本。這允許在每個碼片之間和碼片的邊界上進(jìn)行搜索偏移。如此，對于每組數(shù)據(jù)可使用匹配濾波器硬件四次。因此，四個不同的PN序列可用于同時搜索四個不同的窗口(或帶有四個不同Walsh代碼的單個PN序列，或以上任何組合)。通過根據(jù)數(shù)據(jù)速率提高系統(tǒng)時鐘，可以同時搜索更多或更少的窗口。
如圖所示，去擴(kuò)展值輸入掩碼模塊519。這是一個任選模塊，它可用于允許執(zhí)行少于N個相關(guān)計(jì)算值。例如，在典型實(shí)施例中，設(shè)N為64。如果只希望C＝32，可以設(shè)置掩碼使64個結(jié)果中的32個為0。當(dāng)用傳統(tǒng)算法配置本發(fā)明時，它也是方便的。例如，假設(shè)設(shè)置一個算法以期望C為152。對于64個計(jì)算值的二次迭代，可以禁用掩碼。剩余152-128＝24個碼片的數(shù)據(jù)可以通過相應(yīng)地設(shè)置掩碼而被加入。對于本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員顯而易見的是另外的掩碼單元也可以執(zhí)行相同的功能，包括對N比特移位寄存器514中的數(shù)據(jù)清零(還可以以分辨率為代價任選地將掩碼用于以下的加法器樹)。
所得的N個I值和N個Q值將被傳送到加法器樹520，在這里計(jì)算I的總和與Q的總和。典型的加法器樹如圖5所示，但是可以使用任何加法器結(jié)構(gòu)來執(zhí)行求和(例如，運(yùn)行快于匹配濾波器的串行加法器)。
多路復(fù)用器522和相位旋轉(zhuǎn)器524組成另一能增強(qiáng)本發(fā)明的任選項(xiàng)。通過多路復(fù)用器522和旋轉(zhuǎn)器524可以包括直到四個不同的相位值θ0、θ1、θ2和θ3。這允許在相位偏移假設(shè)上進(jìn)行四個頻率的頻率搜索。當(dāng)然，如果系統(tǒng)時鐘選擇提供比輸入I和Q數(shù)據(jù)速率更少或更多的備用循環(huán)，那么可以搜索更少或更多的頻率。使用多路復(fù)用器516的頻率搜索和PN搜索的總數(shù)不能比單個匹配濾波器結(jié)構(gòu)的備用循環(huán)數(shù)大。例如，在典型實(shí)施例中，以2倍碼片的速率更新數(shù)據(jù)。系統(tǒng)時鐘以8倍碼片的速率運(yùn)行，所以可以利用4個循環(huán)。對于每組數(shù)據(jù)可以執(zhí)行4個搜索器的任何組合。例如單個PN序列可用于去擴(kuò)展器518中的所有去擴(kuò)展。然后可以搜索四個不同的頻率。另外，可以搜索單個頻率，以及搜索四個不同PN/Walsh的組合，或搜索具有兩個不同頻率的兩個不同PN/Walsh的組合，或每個具有不同頻率的四個不同PN/Walsh的組合，等等。
如圖4所述，匹配濾波器的結(jié)果必須被相干累加。典型實(shí)施例中的相干累加器由圖7中的部件526-540組成。在本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員會理解有多種方法可以制造累加器，該累加器可以被方便地替換以實(shí)施本發(fā)明。多路復(fù)用器526和門528和540顯示了一種實(shí)施定時的方法。對于每個循環(huán)輸入的數(shù)據(jù)都可以執(zhí)行四個搜索。其中每個的累加器不必在時間上對齊，所以通過多路復(fù)用器526的輸入start_co_accum0-start_co_accum3，預(yù)備啟動四個累加中的每一個。當(dāng)加上了這些信號中的任何一個，旋轉(zhuǎn)器524中的值在加法器530中被相加到0，它實(shí)際上對累加復(fù)位。否則，局部累加將在加法器530中被加到旋轉(zhuǎn)器524中的值，它來自多路復(fù)用器538(簡單描述)。
部件532-538組成了累加器的典型存儲單元。存儲單元需要在每個循環(huán)中能被寫入和讀取?？梢允褂秒p端口RAM，能夠以兩倍于單端口RAM的循環(huán)速率存取它。交替讀寫的兩個單端口RAM也可以完成該任務(wù)?；蛘?，如圖所示可以配置單端口相干RAM 534。由于在特定局部累加存儲的時間和它需要被存取的時間之間總是有一個延遲，所以可以使用緩沖，以允許在每個循環(huán)中RAM被交替讀寫。RAM的寬度是局部累加寬度的兩倍。當(dāng)相干RAM 534被讀的時候，一個局部累加被存儲在緩沖532中。讀取的數(shù)據(jù)將包含兩個局部累加，第一個存儲在緩沖536中，第二個如上所述經(jīng)過多路復(fù)用器538傳到門528。在另一循環(huán)中，加法器530的局部累加和存儲在緩沖532中的部分一起被寫入相干RAM 534。由于沒有可被讀的數(shù)據(jù)，多路復(fù)用器538將從緩沖536中選擇局部累加，提供給門528。該過程被稱為雙填充。
來自多路復(fù)用器526的同樣啟動信號控制最終相干累加的輸出。當(dāng)累加沒有啟動，門540不工作，所以其輸出為0。當(dāng)對應(yīng)于先前所完成的新的累加開始時，多路復(fù)用器538的值通過門540提供給能量計(jì)算器542(要注意到門528同時阻止該值進(jìn)入求和器530)。記得存在到該點(diǎn)的I和Q通路，所以能量累加器542從兩個相干累加器接收I和Q值，即使圖5中為了清楚起見只顯示了一個。I值和Q值分別平方后相加，結(jié)果顯示在求和器548中。要記住對于每個相干累加周期，除一個循環(huán)外，所有的循環(huán)中能量累加器542的輸出都是0。
部件544-558組成單個的非相干累加器(這時I和Q已合并了)，它與上述的累加器一樣。求和器548提供能量值的局部累加值給雙壓縮RAM，該雙填充RAM包含緩沖550、非相干RAM 552、緩沖554和多路復(fù)用器556。通過多路復(fù)用器544和信號start_nc_accum0-start_nc_accum3以及門546和558類似地實(shí)施定時控制。
從門558通過的非相干累加器的結(jié)果是與每個偏移假設(shè)相關(guān)的能量值。如上所述，可以通過如圖中模塊564所示的微處理器或DSP控制整個結(jié)構(gòu)。該值可用于確定導(dǎo)頻的位置，例如通過比較每個值和預(yù)定的門限。
在典型的實(shí)施例中，峰值檢測器560接收假設(shè)的能量值。峰值檢測器用于抑制離開能量峰值半碼片的上門限能量值。峰值檢測的算法如下所示。E(n)定義為在第n個偏移處的能量，如果以下為真，就檢測為峰值E(n-1)＜E(n)AND E(n)＞＝E(n+1) (1)可以保留窗口邊界的能量值，此外可以過濾它以除去邊界上潛在的錯誤峰值。該過程可以在可能位于DSP 564中的附加后端濾波器中完成。在峰值濾波后剩余的峰值被傳送到排序隊(duì)列562中。排序隊(duì)列562用于為每個搜索窗口產(chǎn)生四到八個最大值。每個能量值和它相應(yīng)的PN位置(或偏移)被存儲在該隊(duì)列中。當(dāng)窗口搜索完成并允許訪問存儲在排序隊(duì)列中的值時，通過中斷通知DSP 564。
本發(fā)明提供了大量的靈活性，其中大部分都已做了描述。從先前的討論中回憶變量L，C，M和N(分別為假設(shè)、相干累加、非相干累加和抽頭的數(shù)目)。包括附加的變量f，表示搜索頻率。為了提高搜索器的吞吐量，可以提高在典型實(shí)施例中給出的時鐘速率。吞吐量直接與時鐘速率成比例。定義T為由于時鐘速率比例變化時對于并行使用結(jié)構(gòu)可供使用的分時循環(huán)的數(shù)目。本發(fā)明允許由乘積LCMf給出搜索的任何組合，該乘積等于串行相關(guān)器完成該搜索必須執(zhí)行的循環(huán)總數(shù)。本發(fā)明能以更快的速率執(zhí)行搜索LCMf/NT。
在本發(fā)明部分實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)層上也有規(guī)?？缮炜s性。對于大約同樣數(shù)量的硬件，根據(jù)需要哪類的搜索特征可以配置很多結(jié)構(gòu)。
以下是三個實(shí)例結(jié)構(gòu)，每個都包括大約同樣的復(fù)雜性(在這種情況下假設(shè)每個都有同樣的時鐘速率數(shù)據(jù)變化為2倍碼片，系統(tǒng)時鐘為8倍碼片)。一個任選項(xiàng)使用一個大小N＝32的寄存器和四個大小N＝32的匹配濾波器(四個匹配濾波器中的每一個如圖5所示通過時分多路復(fù)用包含四個并行搜索器)。該任選項(xiàng)提供最小值C＝32，最小值L＝64，和并行搜索器數(shù)S＝16。第二任選項(xiàng)使用一個大小N＝64的寄存器和兩個并行N＝64的匹配濾波器。這里最小值C＝64，最小值L＝128，S＝8。第三可比大小任選項(xiàng)如圖5所示使用一個N＝128的搜索器。這里最小值C＝128，最小值L＝256，S＝4。這三個實(shí)例不是全部，只是要說明本發(fā)明的一些潛在的實(shí)施例。
至此，描述了用于可編程匹配濾波器搜索器的方法和裝置。提供的描述可以使任何本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員構(gòu)造或使用本發(fā)明。對于本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員，這些實(shí)施例的各種變化是顯而易見的，這里定義的一般原理不需要創(chuàng)造力就可以應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不局限于這里示出的實(shí)施例，而是符合這里提出的原理和新穎特征的最廣的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可編程匹配濾波器搜索器，其特征在于，它包括用于接收各組輸入數(shù)據(jù)的移位寄存器；用于產(chǎn)生PN序列的PN產(chǎn)生器；可裝入匹配濾波器，用于裝入所述PN序列，將所述各組輸入數(shù)據(jù)去擴(kuò)展，并相加中間結(jié)果；和累加器，用于接收所述和，并成組累加它們以產(chǎn)生一組累加和。
2.一種可編程匹配濾波器搜索器，其特征在于，它包括用于接收各組輸入同相(I)數(shù)據(jù)的移位寄存器；用于接收各組輸入正交(Q)數(shù)據(jù)的移位寄存器；用于產(chǎn)生PN序列的PN產(chǎn)生器；匹配濾波器，它具有去擴(kuò)展器，它用于接收所述各組I數(shù)據(jù)、所述各組Q數(shù)據(jù)和所述PN序列，并產(chǎn)生各組去擴(kuò)展I值和產(chǎn)生各組去擴(kuò)展Q值；用于將所述各組去擴(kuò)展I值相加以產(chǎn)生I和的求和器；用于將所述各組去擴(kuò)展Q值相加以產(chǎn)生Q和的求和器；I累加器，用于接收所述I和，并成組累加它們以產(chǎn)生一組累加I和；Q累加器，用于接收所述Q和，并成組累加它們以產(chǎn)生一組累加Q和；和能量計(jì)算器，用于接收各組累加I和與各組累加Q和，分別將各組累加I和中的一組平方，分別將各組累加Q和中的一組平方，并對各組I與Q和中的一組所作的平方結(jié)果求和，以產(chǎn)生各組能量值。
3.如權(quán)利要求2所述的可編程匹配濾波器搜索器，其特征在于，還包括一個累加器，用于接收所述各組能量值，并產(chǎn)生所述各組能量值中一組的各組累加值。
4.如權(quán)利要求3所述的可編程匹配濾波器搜索器，其特征在于所述PN產(chǎn)生器產(chǎn)生I和Q PN序列；和所述去擴(kuò)展器執(zhí)行QPSK去擴(kuò)展。
5.如權(quán)利要求3所述的可編程匹配濾波器搜索器，其特征在于，所述去擴(kuò)展器執(zhí)行BPSK去擴(kuò)展。
6.如權(quán)利要求3所述的可編程匹配濾波器搜索器，其特征在于，還包括一個多路復(fù)用器，用于接收多個PN序列，并按所述可裝入匹配濾波器分時傳送它們，以產(chǎn)生附加的基于所述多個PN序列的各組和。
7.如權(quán)利要求3所述的可編程匹配濾波器搜索器，其特征在于，還包括多路復(fù)用器，用于接收一個或多個相位值；和I和Q旋轉(zhuǎn)器，用于接收所述I和Q可裝入匹配濾波器的輸出，并根據(jù)所述多路復(fù)用器的相位輸出旋轉(zhuǎn)所述的輸出，傳送結(jié)果到所述的I和Q累加器。
8.用于執(zhí)行可編程匹配濾波器搜索的方法，其特征在于，它包含以下步驟a)存儲各組I和Q數(shù)據(jù)；b)產(chǎn)生PN序列；c)用所述PN序列對所述各組I和Q數(shù)據(jù)去擴(kuò)展，以產(chǎn)生I和Q去擴(kuò)展值；d)將所述去擴(kuò)展I值的結(jié)果相加；e)將所述去擴(kuò)展Q值的結(jié)果相加；f)將相加所得的去擴(kuò)展I值累加；g)將相加所得的去擴(kuò)展Q值累加；h)將累加的去擴(kuò)展I值平方；i)將累加的去擴(kuò)展Q值平方；j)將所述兩個平方之相加。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包含累加所述平方和的步驟。
10.一種可編程匹配濾波器，其特征在于，它包含用于接收各組輸入數(shù)據(jù)的存儲器；用于產(chǎn)生PN序列的PN產(chǎn)生器；可裝入匹配濾波器，用于裝入所述PN序列，將所述各組輸入數(shù)據(jù)去擴(kuò)展，和將中間結(jié)果相加。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于搜索的新穎和改良的方法和裝置。使用匹配濾波器結(jié)構(gòu)對信道數(shù)據(jù)去擴(kuò)展。在可編程期間,去擴(kuò)展(410)的同相和正交振幅被傳送到相干累加器(430,432)中相加。將幅度累加值平方并求和(440)以產(chǎn)生能量測量值。在第二可編程時段,將能量測量值累加以執(zhí)行非相干累加器(450)。該結(jié)果值用于確定在某偏移處導(dǎo)頻信號的似然性。每個匹配濾波器結(jié)構(gòu)包含一個用于接收數(shù)據(jù)的N值移位寄存器,用于執(zhí)行去擴(kuò)展和任選Walsh去覆蓋的一排可編程抽頭,以及一個將所得的濾波器抽頭計(jì)算相加的加法器結(jié)構(gòu)。
文檔編號H04B1/707GK1354916SQ00805886
公開日2002年6月19日 申請日期2000年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者A·阿格拉瓦爾, 周群真 申請人:高通股份有限公司