CN100499423C - 用于cdma系统前向链路的滤波器装置及其滤波的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及CDMA系统中前向链路数据的滤波器装置及其滤波方法，包括时分复用单元及依次相连的反转法FIR滤波器和解复用单元。滤波器包括与时分复用单元相连的由m个乘法器构成的乘法运算组单元、以及由2×m个加法器构成的加法器组单元，乘法器输出端与对应两个加法器输入端相连。滤波方法包括将N路输入数据组送入时分复用单元复用为一路数据组，再送入反转法FIR滤波器滤波；然后输入解复用单元还原成N路输出数据组。本发明针对完全对称48阶滤波器系数采用反转法实现基带滤波器，降低占用的逻辑资源。同时提高速度，采用多路基带数据复用进一步降低占用的资源。

Description

用于CDMA系统前向链路的滤波器装置及其滤波的方法

技术领域：

本发明涉及CDMA系统的前向链路，具体地说，是涉及CDMA系统中前向链路数据的滤波器装置及其滤波方法。

背景技术：

在CDMA系统中，对前向送出的数字基带信号进行四相相移键控(QPSK)调制、滤波、放大和上变频，从而将基带数字信号转变为无线射频信号，最后通过功放和天线将无线射频信号发射出去，完成小区覆盖功能。基带滤波装置对无线通信系统有效利用频谱、消除码间干扰、提高系统性能起着重要作用。图1给出了CDMA IS2000系统中基站发数据的示意图，信源11是从上层来的用户数据，经过QPSK调制12后送入到前向基带滤波器中对基带数字信号进行前向基带滤波13，然后将滤波后所得的数据送入到D/A变换器中进行D/A变换14，再进行上变频和放大处理，最后将模拟信号通过发射机15发射出去。

在IS2000协议中规定了前向基带滤波器的系数为一组48阶的系数，同时一般我们又要求对多路基带信号进行滤波处理，这样就必须对每一路基带数据做滤波，使得基带滤波器装置的数量庞大，实现复杂，耗费的硬件资源也很大。图2是传统的有限冲击响应(FIR)滤波器的示意图。设Y_n是FIR滤波器的输出，S_n是FIR滤波器的输入数据序列，K_n是滤波器系数，则FIR滤波器的实现公式表示如下：

$Y_n=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_n{k}_n---\left(1\right)$

将输入数据序列S₀S₁S₂...S_n 21送入到一组由D触发器构成的延迟器22中，每来一个采样时钟就延迟一个时钟周期，然后将延迟后的数据送入乘法运算单元23中与滤波器系数组K₀K₁K₂...K_m中与对应的系数做乘法运算，例如在第一个时钟周期时，由数据S₀和K₀相乘；在第二个时钟周期时则由S₁和K₀相乘，而S₀和K₁相乘；同样道理，在第三个时钟周期时则由S₂和K₀相乘，而S₁和K₁相乘，S₀和K₂相乘；以此类推，完成所有输入数据序列和系数的乘法。在每一个时钟周期完成乘法运算后，再将所有输入数据与系数组中系数相乘的结果输入加法器单元24进行求和运算得到FIR滤波器的输出。例如，在第一个时钟周期时，求和得到的结果为S₀K₀；第二个时钟周期得到的求和结果为S₁K₀+S₀ K₁，以此类推，就用目前所常用的方法实现了FIR滤波器的功能，得到了公式(1)的结果。由上述叙述不难看出，如果在系数组的阶数很高的时候，采用这种方法所耗费的资源是十分巨大的。而在IS2000系统中，所规定的FIR滤波器的阶数为48阶滤波器，并且如果还要实现多路滤波器的话，这样所耗费的资源将几乎不可能实现。

在塞灵思(XILINX)公司的FPGA开发工具F0UNDATI0N中提供了实现FIR滤波器的IP内核，此内核只给出外部接口定义，未描述内部结构，但该IP内核有以下几个缺点：1、没有原代码，不便移植，这个IP是以黑匣的形式给出的，只有端口定义，内部结构不祥，而且只能用于XILINX公司的FPGA上；2、资源消耗很大，在滤波器的运算速度为1.2288MHz时，实现16路48阶系数FIR滤波器所耗费的硬件资源为75，712个D触发器。

发明内容：

本发明要解决的技术问题在于提供一种耗费逻辑资源少的、易实现的、用于CDMA系统前向链路的滤波器装置。

本发明要解决的又一技术问题在于提供一种易实现的、基于CDMA系统前向链路滤波器装置的滤波方法。

为解决本发明要解决的技术问题，本发明所述的CDMA系统前向链路的滤波器装置包括：反转法FIR滤波器，其特征在于：反转法FIR滤波器由m个乘法器构成的乘法运算组单元、以及由2×m个加法器构成的加法器组单元，且每个乘法器的输出端分别与对应的两个加法器的一个输入端相连，每级加法器的另一个输入端接上一级加法器的输出端。

为解决本发明的又一技术问题，本发明基于CDMA系统前向链路滤波器装置的滤波方法包括：

1)将N路输入数据组送入时分复用单元复用为一路数据组；

2)将复用后的一路数据组送入所述反转法FIR滤波器中完成滤波；

3)将滤波后的一路数据组输入解复用单元，还原成N路输出数据组。

由于IS2000协议中规定了基带滤波器的系数为48阶且为完全对称的，针对滤波器的系数的这一特性，本发明采用了一种反转法来实现基带滤波器，大大地降低了滤波器所占用的逻辑资源。同时还利用提高滤波器运算速度，采用多路基带数据复用的方法来进一步降低多路数据进行滤波时所占用的资源。

附图说明

图1是CDMA IS2000系统中前向链路基站发数据的示意图；

图2是传统的FIR滤波器示意图；

图3是反转法FIR滤波器的基本原理示意图；

图4是用于CDMA系统前向链路滤波器系数特性的反转法FIR滤波器的示意图；

图5是用于CDMA系统前向链路的滤波器装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

一种用于CDMA系统前向链路的滤波器装置，包括：反转法FIR滤波器，其特征在于：反转法FIR滤波器由m个乘法器构成的乘法运算组单元、以及由2×m个加法器构成的加法器组单元，且每个乘法器的输出端分别与对应的两个加法器的一个输入端相连，每个加法器的另一个输入端接上一级加法器的输出端。

所述的滤波器装置还包括用于接收多路输入数据组并与反转法FIR滤波器相连的时分复用单元，及与反转法FIR滤波器相连将滤波后数据复用为N路输出数据组的解复用单元。

一种基于CDMA系统前向链路的滤波器装置滤波的方法，该滤波器装置包括时分复用单元、反转法FIR滤波器以及解复用单元，其特征在于：所述的方法包括：

1)将N路输入数据送入所述按时隙复用模块复用为一路数据；

2)将复用后的一路数据送入所述反转法FIR滤波器中成滤波运算；

3)将滤波后的一路数据组输入解复用单元，还原成N路输出数据组。

所述步骤2)又包含有以下分步骤：

21)将复用后的该路数据组采样，送至乘法运算组单元中与系数组的每一系数相乘；

22)将乘法运算的结果送入加法器组单元中相应的两个加法器中求和，其中，加法器组单元的第一级加法器的一个输入端设为零，各级乘法运算的结果送入相应的加法器的一个输入端，另一个输入端接上一级加法器的输出端。

实用中，图3是反转法FIR滤波器的基本原理的示意图。反转法FIR滤波器包括有乘法运算组单元32和加法器组单元33。反转法实现FIR滤波的基本原理是：输入数据序列S₀S₁S₂...S_n 31中的每一个数据在整个过程中只被采样一次，并且在每一个时钟周期将所采样的数据同时送入到乘法运算组单元32中与系数组K₀K₁K₂...K_m中的每一个系数都进行乘法运算，然后将乘法运算后的结果送入到加法器组单元33进行求和运算，并由最后一级加法器36输出FIR滤波器的结果Y34。反转法FIR滤波器与传统FIR滤波器的区别在于，反转法FIR滤波器中没有D触发器组去实现延迟的功能，取而代之的是一组加法器，并由加法器完成了滤波器实现方法中延迟一个时钟周期的功能，并且在反转法FIR滤波器中，系数组中系数的位置正好与传统FIR滤波器中系数的位置相反。反转法实现FIR滤波的过程如下：在第一个时钟周期，将数据S₀进行采样，并将采样的结果送到系数组K₀K₁K₂...K_m中同时与每一个系数做乘法运算，并将结果送到加法器组33中完成求和运算，由加法器组最后一级加法器36得到滤波器第一个时钟周期的输出S₀K₀；在第二个时钟周期，将数据S₁进行采样，也将采样的结果送到乘法运算组单元32中与系数组K₀K₁K₂...K_m中同时与每一个系数做乘法运算，并将结果送到加法器组单元33中进行求和运算，此时，由于加法器组单元33中最后一级的加法器36的两个输入是倒数第二级加法器35上一个时钟周期的输出S₀K₁和这一个时钟周期S₁和K₀的乘积S₁K₀，所以第二个时钟周期的最后一级加法器36的输出，也即是第二个时钟周期滤波器的输出为：S₀K₁+S₁K₀；以此类推，就可以得到反转FIR滤波器的输出。

在滤波器的系数没有任何规律的时候，采用反转法实现滤波的方法所能节省的资源不很明显。但是，当滤波器的系数是有着明显对称的特点的时候，采用反转法实现滤波则节省很多硬件资源。由于IS2000系统中所给出的基带前向FIR滤波器的系数是48阶的，并且是对称的。本发明是基于CDMA系统的前向链路滤波器的这种特性，采用反转法实现滤波，从而节省了大量的资源。

图4给出的是基于CDMA系统前向链路滤波器系数特性的反转法FIR滤波器的示意图。反转法FIR滤波器包括由m个乘法器构成的乘法运算组单元42、以及由2×m个加法器构成的加法器组单元43，每个乘法器的输出端与对应的两个加法器输入端相连。在对输入数据序列S₀S₁S₂...S_n 41中的数据进行采样后，将采样后的数据送入到乘法运算组单元42中与系数组K₀K₁K₂...K_m中的每一个系数都进行乘法运算，然后将乘法运算后的结果送入到加法器组单元43中对应的加法器的输入端，由于滤波器系数是对称的这一特性，所以与每个系数相乘后的结果送入的加法器的位置在物理上也是对称的。例如，将与系数K₀相乘后的结果送入到最后一级加法器49和第一级加法器44中，将与系数K₁相乘后的结果送入到倒数第二级加法器48和第二级加法器45中；以此类推，我们将与系数Km相乘后的结果送入到中间两级加法器46和加法器47中。由上面的叙述不难看出，我们在实现基于CDMA系统前向链路的基带滤波器的时候，由于采取了反转法滤波实现，虽然加法器的个数有所增加，但是节省了一半乘法器的个数，并且省去了延时用的大量D触发器。乘法器所占用的资源是加法器无法比拟的，所以，在本发明中采用的这种方法为实现CDMA系统中的基带滤波器节省了大量的资源。

图5是用于CDMA系统前向链路的反转法滤波器装置的示意图。反转法滤波器装置包括：时分复用单元52、与时分复用单元52相连的反转法FIR滤波器54、以及与反转法FIR滤波器54相连的解复用单元55。反转法FIR滤波器54与图4中的反转法FIR滤波器结构相同。反转法FIR滤波器54包括由m个乘法器构成的乘法运算组单元、以及由2×m个加法器构成的加法器组单元，每个乘法器的输出端与对应的两个加法器输入端相连。时分复用单元52的m个输出端与m个乘法器的输入端分别相连，m个乘法器的输出端与对应的2×m个加法器的输入端相连。

在CDMA系统中，要求对多路基带数据进行滤波处理，这样，如果不提高采样速率，而直接进行简单的滤波器的累加的话，则如果输入数据为N路，则所耗费的硬件资源将是实现一路滤波器的N倍，但是如果采用了复用解复用的方法，在滤波器速率允许的范围内，将采样速率提高N倍，则所占用的资源就远小于N个滤波器简单累加所耗费的资源。基于CDMA系统前向链路的反转法滤波器装置的滤波方法包括：N路输入数据组的每一路都由多个输入数据构成，将N路数据输入时分复用单元52；时分复用单元52将N路数据输入组复用成一路数据组并输出至反转法FIR滤波器54中；反转法FIR滤波器54对该路数据组进行滤波运算；滤波运算完成后，将滤波后的该路数据输入解复用单元进行时分解复用；所述的解复用单元的输出即为本发明所述的码分多址系统中前向链路基带滤波装置的输出。反转法FIR滤波器54对该路数据组进行滤波运算包括以下步骤：将复用后的该路数据组采样，送至乘法运算组单元中与各系数组的每一系数相乘；将乘法运算的结果送入加法器组单元中相应的两个加法器中求和，加法器组单元的第一级加法器的一个输入端设为零，各级乘法运算的结果送入相应加法器的一个输入端，另一个输入端接上一级加法器的输出端。

上述分析表明，通过针对CDMA系统中前向链路的滤波器系数的特点，本发明采用了反转法滤波实现方法和分时复用的方法实现基带滤波器，本装置在滤波器允许的运算速度下，极大地减少了基带滤波器所耗费的资源，可广泛应用于CDMA系统中前向链路的滤波。

Claims (2)

1、一种用于CDMA系统前向链路的滤波器装置包括：反转法FIR滤波器、用于接收多路输入数据组并与反转法FIR滤波器相连的时分复用单元及与反转法FIR滤波器相连将滤波后数据复用为N路输出数据组的解复用单元，其特征在于：反转法FIR滤波器由m个乘法器构成的乘法运算组单元、以及由2×m个加法器构成的加法器组单元，且每个乘法器的输出端分别与对应的两个加法器的输入端相连，每个加法器的另一个输入端接上一级加法器的输出端。

2、一种基于CDMA系统前向链路的滤波器装置滤波的方法，该滤波器装置包括时分复用单元、反转法FIR滤波器以及解复用单元，其特征在于：所述的方法包括：

1)将N路输入数据送入所述时分复用单元复用为一路数据；

2)将复用后的一路数据送入所述反转法FIR滤波器中成滤波运算，将复用后的该路数据组采样，送至FIR滤波器的乘法运算组单元中与系数组的每一系数相乘，将每个乘法运算器的乘法运算的结果送入加法器组单元中相应的两个加法器中求和，将加法器组单元的第一级加法器的一个输入端设为零，各级乘法运算的结果送入相应的加法器的一个输入端，每一级加法器的求和结果送入下一级加法器的另一个输入端，输出最后一级加法器的求和结果；

3)将滤波后的一路数据组输入解复用单元，还原成N路输出数据组。

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