专利名称：用于在无线发射机内对发射信号进行频谱整形的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1和7的前序部分所述的用于在无线发射机内、尤其是在移动无线发射机内对发射信号进行频谱整形的装置和方法。
已经知道，在将数值离散的(数字)发射信号转换成模拟的基带信号和将该基带信号上混频到高频通信信道之前，需要对所述的发射信号进行信号整形，以便实现窄带的、由此节约频率资源的信息传输。这种信号整形通常是利用至少两个数字滤波器来实现的，所述数字滤波器被布置在无线发射机的信号通路的同相支路(I支路)和正交支路(Q支路)中。每个数字滤波器具有大量的乘法器(参见图3)。
在用于移动无线发射机的典型DSP(数字信号处理器)-发射机芯片中，所述的滤波器意味着高达约70％的芯片面积。因此其缺点在于，由于多次使用相同的部件(滤波器，乘法器)，所以为对信号进行频谱整形而需要大量的硬件实现费用。
本发明所基于的任务在于，在无线发射机内创造一种用于对数值离散的发射信号进行频谱整形的装置，其实现费用可以保持得较小。另外，本发明的目的还在于在无线发射机内提供一种对数值离散的发射信号进行频谱整形的方法，利用该方法可以降低相应硬件的实现费用。
由权利要求1和7所提供的特征来解决该任务。
本发明的基本原理在于，以多路复用工作方式来运行滤波电路的乘法器，由此可以实现所述发射信号的I分量和Q分量可以利用一个和同一滤波电路进行频谱整形。因此可以减少实际在发射机芯片上所实现的乘法器的数量，并由此大大减少芯片面积的需要量。
本发明的另一优点在于，所述的两个输出信号(所述发射信号的I分量、Q分量)在滤波之后-取决于所述的多路复用-所具有的速率要高于本发明信号整形装置的输入端上的相应信号。这是有利的，因为为了作进一步的信号处理以抑制干扰，无论如何都必须进行过采样，而这种过采样在本发明中是“自动地”产生的。
本发明的一种尤其优选的实施方案的特征在于，给单个的乘法器分配多个滤波器系数。在该情形下，不仅多次使用所述的滤波电路(也即用于所述的I和Q支路)，而且还多次使用每个乘法器(也即用于不同的滤波器系数)，也就是说，还更有效地使用了硬件。
本发明装置的第一优选实施方案的特征在于施加在所述输入端之上的I和Q信号分量分别被输入到一种移位寄存器中，所述的移位寄存器由N个存储位置和每个存储位置的M个信号抽头组成；而且所述的多路复用单元由分别具有两个多路复用输入端的N×M个多路复用器构成。在该情形下，所述的乘法器交替地工作在信号通路的I和Q支路中。
针对不同的滤波器系数来实现上述多次使用乘法器的第二优选方案的特征在于施加在所述输入端之上的I和Q信号分量分别被输入到一种移位寄存器中，所述的移位寄存器由N个存储位置和每个存储位置的M个信号抽头组成；而且所述的多路复用单元由分别具有2×M个多路复用输入端的N个多路复用器构成。于是，一个乘法器此时可以工作用于I支路中的M个多路复用器工作脉冲，以及用于Q支路中接下来的M个多路复用器工作脉冲。
本发明的优选改进方案由从属权利要求给出。
下面借助两个实施方案并参考附图来详细讲述本发明。图中
图1示出了一种无线发射机的电路框图，用于一般性地解释该发射机内的信号处理；图2示出了四个发射信号的信号通路的电路框图，它们均按照现有技术来整形I和Q信号分量的频谱；图3示出了现有技术的各个RRC滤波器的电路图；图4示出了具有本发明信号频谱整形装置的、用于四个数据信号的调制器电路图；图5示出了图4所示的信号频谱整形装置的第一实施方案电路图；以及图6示出了图4所示的信号频谱整形装置的第二实施方案电路图。
图1示出了无线发射机的发射装置SE的公知原理结构，譬如它被应用于移动无线系统的基站或移动台中。
由所述的发射装置SE接收(譬如通过传声器产生的)模拟的源信号QS，并将其输至编码器COD。该编码器COD以图中未示出的方式包含有一种用于数字化所述源信号QS的A/D转换器，并另外还可以包含源编码器、信道编码器、交织器和块构成器，由它们以合适的方式对所述被数字化的源信号QS进行源编码、防错编码、交织和划分成数据块。
由编码器COD输出一个由元素d0、d1、…的数据序列{dn}组成的、且数值离散的数据信号。
所述的数据序列{dn}被输入到调制装置MOD中，由该调制装置MOD调制所述的数据序列以便经高频载波进行辐射，而且-在CDMA(码分多址)系统中-给每个数据符号施加一个用户专用的扩展码。为了调制，譬如可以使用具有稳定相位和恒定复数包络的CPM(连续相位调制)方法，并且可以针对CDMA用户编码使用一种已知的扩展编码方法，譬如DS-(直接序列)CDMA、MC-(多载波)CDMA或FH-(跳频)CDMA等。
另外，所述的调制装置MOD还把所述的数据信号划分成I支路和Q支路。从调制装置MOD输出的I和Q信号分量被输入到D/A转换器DAC，由该转换器产生相应的模拟I和Q信号分量。所述的信号分量分别在混频级MI1和MI2内借助频率为f的高频载波以90°的相移被相互上混频、叠加，并通过天线A作为无线信号辐射出去。
图2示出了现有技术的调制装置MOD’。该调制装置MOD’具有四个数据输入端D1、D2、D3和D4，并由此适合于同时构造四个物理信道。
在数据输入端D1、D2、D3和D4上存在数据序列{dn1}、{dn2}、{dn3}和{dn4}。
由采样级A1、A2、A3、A4以过采样(过采样因子为Q)来采样所述的数据序列{dn1}、{dn2}、{dn3}和{dn4}。由此将每个信号通路中的数据速率从1/Ts提高到1/Tc，其中，Ts表示各个数据符号dn1(或dn2、dn3、dn4)的符号时延，而Tc则表示(较短的)表现为稍后CDMA编码的时基的码片时延。在移动无线第三代的UMTS(通用移动电信系统)-发射机的情况下，所述采样级A1、A2、A3、A4的输出数据速率1/Tc(亦即码片速率)为每秒4.096×106次采样。
所述(被过采样的)数据符号接着由乘法器M乘以一个复数扰码S和两个CDMA码C1(用于数据符号dn1和dn2)和C2(用于数据符号dn3和dn4)。在此，sr、cr1和cr2表示上述代码序列中的元素的实部，而si、ci1和ci2则表示其虚部。
通过在加法器AD1、AD2、AD3和AD4中把如此产生的信号的实部和虚部进行相加，由此产生相应数字发射信号的I分量和Q分量。
借助图2的上半部分所示的、被分配给数据输入端D1和D2的Q和I信号分量来讲述进一步的信号处理。被分配给数据输入端D3和D4的Q和I信号分量的处理是与此相应的。
所述的Q和I信号分量被输入到信号频谱整形装置ESF’中，该整形装置ESF’在图2中是用划线示出的。对于每个信号分量，所述的信号频谱整形装置ESF’都包括一个采样级a1或a2，这些采样级通过再次过采样把信号速率提高到码片速率1/Tc的M倍。
在采样级a1或a2的后面连接了数字滤波器DF1、DF2，以用于对所述的Q或I信号分量进行频谱整形。在图3中还要详细阐述现有技术的数字滤波器DF1、DF2的结构。
被频谱整形过的Q信号分量由加法器AD5进行相加，而被频谱整形过的I信号分量则由加法器AD6进行相加。必要时对所述的Q和I信号分量进行频率校正(未示出)，然后按照图1输至所述的D/A转换器DAC。
图3示出了已知滤波器DF1或DF2的结构，正如它被应用在图2所示的调制装置MOD’中一样。该滤波器具有一个带有55个存储位置T的位移寄存器、56个乘法器M、以及55个加法器AD。乘法器M的并行抽头中的一个输入端位于各存储位置T之前、之间和之后，其另一输入端则被提供了滤波器系数C0、…、C55。由加法器AD对乘法器M所计算出的乘法结果进行相加。
所述滤波器的系数C0、…、C55是在速率为M/Tc时从滤波器传输函数的采样值中得出的。在此处所示的具有56个滤波器系数C0、…、C55的实施方案中，当为4倍过采样时，在滤波器中将容纳Q或I信号分量的14个码片。
图4示出了调制装置MOD的电路框图，正如它们可以应用于本发明一样。与上述附图中相同的部分是用相同的参考符号或相同的电路符号来表示的。
在数据输入端D1、D2、D3、D4上也施加了字宽为1和数据符号速率为1/Ts的数据序列{dn1}、{dn2}、{dn3}和{dn4}。各个数据符号dn1、dn2、dn3和dn4可以取自数值集{1，-1}。
在一种可选的加权单元WG内，通过在符号脉冲内乘以加权系数w1、w2、w3或w4而给数据符号加权。在所述加权单元的输出端上提供的数据信号具有字宽qwe＞1。其数据速率保持不变地为1/Ts。加权系数w1、w2、w3、w4可以理解为“响度因子”。通过使用随信道而不相同的加权系数w1、w2、w3、w4，可以针对不同的信道考虑不同的无线距离，和/或在使用随信道而不相同的扩展因子Q的情况下补偿由此所产生的不同信道能量。
采样级A1、A2、A3、A4以过采样因子(扩展因子Q)提高信号速率，并在其输出端上以码片时间脉冲1/Tc提供一个高速率的信号。所述的过采样因子Q譬如可以为4～512，也即Ts＝4Tc…512Tc。
然后，被Q倍过采样的数据符号dn1、dn2、dn3、dn4在扩展编码器SC内通过施加一个信道特有的数字扩展码序列而被扩展编码。给从第一数据输入端D1输入的数据符号dn1施加一个由Q个数字码片c1组成的第一扩展码序列C1。对从其它数据输入端D2、D3、D4输入的数据符号dn2、dn3、dn4进行相应的处理。通过施加扩展码序列C1、C2、C3、C4，每个数据符号便好象获得了其信道的“指印”。在扩展编码器SC的输出端上提供被扩展编码过的数据信号，其信号速率为1/Tc，(不变的)字宽为qwe。
在扩展编码器SC之后的信号通路上有一个信道加法器CA。该信道加法器CA包括两个按码片脉冲工作的加法器AD1、AD2。加法器AD1把来自于数据输入端D1、D3的信号数据进行相加，而加法器AD2则把来自于数据输入端D2和D4的信号数据进行相加。在所述信道加法器CA的两个输出端上将出现信号速率为1/Tc、字宽(在必要时被提高)为qca的数据信号。
复数扰码器CS被用来给数据信号施加一个基站标识。为此，从信道加法器CA输出的信号以图中所示的方式被乘以复值扰码序列S中的元素的实部或虚部sq、si，随后象图中所示一样被交叉地相加。另外，所述的复数扰码器CS还被用来产生发射信号的I和Q信号分量，且该I和Q信号分量以信号速率1/Tc和字宽qsc被提供在所述复数扰码器CS的输出端上。
所述两个信号分量从输入端E1、E2输入到本发明的信号频谱整形装置ESF1/2中。所述的信号频谱整形装置ESF1/2在其输出端A1、A2上提供有被频谱整形过的(亦即被调制过的)的I或Q信号分量。这些信号分量在经过未示出的频率校正之后，按照图1被转变成模拟信号并作为无线信号辐射出去。
图5和6用电路框图的形式示出了本发明的信号频谱整形装置的两种实施方案ESF1或ESF2。
如图5所示，I信号分量和Q信号分量分别被输入到具有10个存储位置T1、T2、…、T10的移位寄存器SR中。每个存储位置T1、T2、…、T10存储一个字宽为qsc的数据字。这些数据字在码片脉冲1/Tc内由移位寄存器SR进行移位。
在两个移位寄存器SR的每个存储位置T1、T2、…、T10上分别有4个抽头，因此每个移位寄存器SR总共具有40个抽头。所述两个移位寄存器SR的全部80个抽头被输入到多路复用单元MUXE1。
多路复用单元MUXE1包括40个多路复用器MUX1、MUX2、…、MUX40。每个多路复用器MUX1、MUX2、…、MUX40具有两个多路复用输入端。位于I信号通路中的移位寄存器SR的第一存储单元T1的第一抽头被输至第一多路复用器MUX1的一个多路复用输入端，位于Q信号通路中的移位寄存器SR的第一存储单元T1的第一抽头被输至第一多路复用器MUX1的第二多路复用输入端。类似地，所述两个移位寄存器SR的第二抽头分别被输至第二多路复用器MUX2的两个多路复用输入端，…，移位寄存器SR的两个第40抽头被输至第40多路复用器MUX40的两个多路复用输入端。
所述的多路复用器MUX1、MUX2、…、MUX40交替地传送来自于I和Q信号分量的信号字，其中，在所述的多路复用器MUX1、MUX2、…、MUX40内装设了中间存储器，以临时存储当前恰好不在多路复用输出端上输出的信号字。
在多路复用单元MUXE1的40个输出端上以信号速率2/Tc(交替地)提供所述I和Q信号分量的字宽为qsc的信号字。
多路复用单元MUXE1的40个输出端被输往滤波电路FS1。所述的滤波电路FS1包括40个乘法器M1、M2、…、M40和4个加法器ADD1、ADD2、ADD3、ADD4。每个乘法器M1、M2、…、M40将多路复用单元MUXE1的输出信号乘以一个单个的滤波器系数g1、g2、…、g40。该滤波器系数g1、g2、…、g40(在该特定的实施例中)是通过基频谱滤波函数(亦即滤波电路的传输函数)的、局限于时间间隔10Tc的脉冲响应的4倍过采样来确定的。
所述的频谱滤波函数譬如可以是RRC(根升余弦)函数。这种滤波电路被称为RRC滤波电路。所述的RRC函数是通过函数(1+cosx)1/2/21/2在范围0≤x≤π内定义的，该函数再现了RRC的滤波边沿在频谱范围内的函数关系。
加法器ADD1、ADD2、ADD3、ADD4分别具有10个加法输入端。加法器ADD1的10个加法输入端被连接到乘法器M1、M5、M9、M13、M17、M21、M25、M29、M33和M37的输出端，加法器ADD2的输入端被连接到乘法器M2、M6、M10、M14、M18、M22、M26、M30、M34、M38的输出端，依此类推。换句话说，四个加法器ADD1～ADD4被分配给移位寄存器SR的每个存储位置T1、T2、…、T10的四个抽头1～4。
在所述的滤波电路FS1的后面连接了多路分解单元DMUXE1。由该多路分解单元DMUXE1针对I和Q信号分量首先对每个加法器输出进行多路分解，并接着分别针对I信号分量和Q信号分量而多路复用所述四个加法器ADD1、ADD2、ADD3、ADD4的结果。利用这种方式在所述信号频谱整形装置ESF1的输出端A1上产生一个四倍过采样(被滤波)的I信号分量，以及在输出端A2上产生一个四倍过采样(被滤波)的Q信号分量。
在图6中示出了本发明的信号频谱整形装置ESF2的第二实施方案。同样，所述的装置ESF2也具有两个分别带有10个存储位置T1、T2、…、T10的移位寄存器SR，且每个存储位置具有4个抽头。与ESF1不同的是，ESF2只包含10个多路复用器MUX1’、MUX2’、…、MUX10’，这些多路复用器再组合成一个多路复用单元MUXE2。每个多路复用器MUX1’、MUX2’、…、MUX10’具有8个多路复用输入端和相应数量的缓冲存储器。多路复用器MUX1’的8个多路复用输入端针对I信号分量和Q信号分量而被连接到两个存储位置T1的4个抽头上，并依此类推。换句话说，10个多路复用器MUX1’、MUX2’、…、MUX10’中的每一个被恰好分配给两个移位寄存器SR的一个存储位置对T1、T1；T2、T2；…；T10、T10。
所述多路复用单元MUXE2的10个输出均具有信号速率8/Tc。
多路复用单元MUXE2的10个输出被输入到滤波电路FS2。该滤波电路FS2包括10个乘法器M1、…、M10和一个加法器ADD，所述加法器ADD的10个输入端被连接到乘法器M1、…、M10的输出端。
乘法器M1、…、M10按8倍码片时间脉冲进行工作。图6所示的滤波器系数g1～g40也是通过10个采样值并利用频谱滤波函数(尤其是RRC函数)的4倍过采样求出的。但此处与图5所示的滤波电路FS1的实施方案不同的是，每个乘法器M1、…、M10是处理恰好譬如由四个滤波器系数组成的序列，也就是说，乘法器M1处理滤波器系数g1-4，乘法器M2处理滤波器系数g5-8，…，以及乘法器M10处理滤波器系数g37-40。如上所述，由于乘法器M1、…、M10是按8倍码片时间脉冲进行工作的，所以每个乘法器M1、…、M10是分别利用其所属的滤波器系数并按顺序处理I信号分量的4个采样，随后再处理Q信号分量的4个采样。
随后，在加法器ADD中把10个乘法器M1、…、M10的结果相加。
以信号速率8/Tc把所述的加法结果告诉给具有缓冲存储器的多路分解器DMUXE2。所述的多路分解器DMUXE2再把加法结果划分成I信号分量和Q信号分量，然后以信号速率4/Tc将其输出到所述信号频谱整形装置ESF2的输出端A1和A2。
对于两个实施方案ESF1和ESF2，如下方面是共同的，即滤波器系数的乘法器以多路复用方法既用于I信号分量又用于Q信号分量，由此减少了所实现的乘法器的数量。在具有与实施方案ESF1和ESF2相类似的记忆长度10Tc的情况下，图3所示的已知滤波器结构包括2×40个乘法器，而在ESF1的实施方案中(参见图5)具有1×40个乘法器，以及在ESF2的实施方案中(参见图6)具有1×10个乘法器。随着乘法器数量的减少，同时可以减少发射机芯片所需的芯片面积。
两种实施方案的另一有利的共性在于，所述信号频谱整形装置ESF1/2的输出信号(再也)无须被过采样，但单元ESF1/2的输出信号已提供了进一步信号处理所需的(譬如4倍的)过采样。
权利要求
1.用于在无线发射机(SE)内对数值离散的发射信号进行频谱整形的装置，-具有一个用于接收所述发射信号的同相分量的第一输入端(E1)和一个用于接收所述发射信号的正交分量的第二输入端(E2)，-具有一个包含多个乘法器(M1，…，M40)的数值离散的滤波电路(FS1，FS2)，以及-具有一个用于提供所述发射信号的被滤波的同相分量的第一输出端(A1)和一个用于提供所述发射信号的正交分量的第二输出端(A2)，其特征在于在信号通路中的所述两个输入端(E1，E2)之后和所述滤波电路(FS1，FS2)之前装设了一种多路复用单元(MUXE1，MUXE2)，而且在信号通路中的所述滤波电路(FS1，FS2)之后和所述两个输出端(A1，A2)之前装设了一种多路分解单元(DMUXE1，DMUXE2)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于给单个的乘法器(M1，…，M10)分配多个滤波器系数。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于施加在所述输入端(E1，E2)之上的同相和正交信号分量分别被输入到一种移位寄存器(SR)中，所述的移位寄存器由N个存储位置(T1，…，T10)和每个存储位置(T1，…，T10)的M个信号抽头组成；而且所述的多路复用单元(MUXE1)由分别具有两个多路复用输入端的N×M个多路复用器(MUX1，MUX40)构成。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于施加在所述输入端(E1，E2)之上的同相和正交信号分量分别被输入到一种移位寄存器(SR)中，所述的移位寄存器由N个存储位置(T1，…，T10)和每个存储位置(T1，…，T10)的M个信号抽头组成；而且所述的多路复用单元由分别具有2×M个多路复用输入端的N个多路复用器构成。
5.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于如此地选择所述被分配给乘法器(M1，…，M40)的滤波器系数，使得所述的滤波电路(FS1，FS2)实现一种RRC滤波。
6.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于在所述输出端(A1，A2)上提供的同相和正交分量的采样速率是所述输入端(E1，E2)上的相应同相和正交分量的多倍、尤其是4倍高。
7.用于在无线发射机内对数值离散的发射信号进行频谱整形的方法，-其中，所述发射信号的同相分量和正交分量在一种包括多个乘法器(M1，…，M40)的数值离散的滤波电路(FS1，FS2)中进行滤波，其特征在于在信号通路中，在所述的滤波之前对所述发射信号的同相分量和正交分量实行多路复用。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于给单个的乘法器(M1，…，M10)分配多个滤波器系数。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于由所述的滤波电路(FS1，FS2)实现一种RRC滤波。
全文摘要
一种用于在无线发射机内对数值离散的发射信号进行频谱整形的装置(ESF1),它具有一个用于接收所述发射信号的同相分量的第一输入端(E1)和一个用于接收所述发射信号的正交分量的第二输入端(E2)。该装置(ESF1)包含一个具有多个乘法器(M1～M40)的滤波电路(FS)。在信号通路中的所述滤波电路(FS1)之前装设了一种多路复用单元(MUXE1),而且在信号通路中的所述滤波电路(FS1)之后装设了一种多路分解单元(DMUXE1)。
文档编号H04B1/707GK1377546SQ00813557
公开日2002年10月30日 申请日期2000年9月22日 优先权日1999年9月29日
发明者M·施奈德, P·荣格, T·凯拉, J·普莱钦格, M·多伊奇, P·施米特 申请人:因芬尼昂技术股份公司