CN1141809C - Wcdma基站中前向信道的基带信号处理装置 - Google Patents

Abstract

一种WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置，包括：N(1≤N≤16)个信道增益计算器；N个信道增益控制器；信道合成器；基带形成滤波器；缩位处理器；D/A转换器；增益可变放大器；参考输入信号提取器。只需要一个基带成形滤波器；增益控制器的输入数据位数也较少；采用对输入信号进行量化转换的缩位处理方法，同时用提取的参考信号进行自适应处理，由可变增益放大器进行实时调节，可保证数据转换的精度，并保证输入信号的幅度不变。

Description

WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置

本发明涉及WCDMA码分多址扩频通信系统，具体地说涉及WCDMA移动通信系统中的基带成形滤波、前向功率控制和多信道合成处理技术。

在码分多址扩频通信系统中，许多用户共享同一个载波频率，依靠特定的身份码来区分各用户，基站中的物理信道可共用中频调制和射频模块，从而大大地减少硬件的复杂性，但需要将这些物理信道合成后再送到公用模块进行处理。

目前，在码分多址扩频通信系统基站中，前向信道的基带信号先分别通过基带成形滤波器进行滤波后，进行信道增益控制，然后进行信道合成，最后进行后续的其他处理。后续的处理过程中，为满足D/A的输入数据位的要求，一般采用对输入的数据进行截取高位，舍弃低位的处理方法。对前向信道的基带信号的这种处理方式，存在以下缺点：1、前向信道的功率控制在基带成形滤波之后进行，这样每条物理通道中的基带滤波器实现简单，但因为在有N个信道的情况下，需要N个这样的滤波器，滤波器的数量较多，实现比较复杂；2、功率控制置于基带成形滤波之后，由于增益控制的输入数据位数较多，因此增益控制的实现也比较复杂；3、D/A的输入数据简单地截取高位，舍弃低位，会损伤信号的基带信号的频谱特性，输入数据越小，损伤越严重。

本发明的目的在于提出一种只需要一个基带形成滤波器、增益控制简单、基本不影响信号频谱特性的WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置。

本发明的装置包括：N(1≤N≤16)个信道增益计算器，分别根据接收的N个信道的TPC(功率控制命令)信号计算各信道前向信中基带信号的增益值；N个信道增益控制器，分别实现相应信道的基带信号的增益调节；信道合成器，用于将N个信道的信号进行合成；基带形成滤波器，对信道合成的信号进行滤波；缩位处理器，将输入数据位数转换成后面的D/A转换器所要求的数据位数；D/A转换器，将缩位处理的数字基带信号转换为模拟基带信号；增益可变放大器，对D/A转换器输出的信号进行模拟增益控制；参考输入信号提取器，用于从N个信道增益计算器中提取参考信号，分别送到缩位处理器用于自适应动态范围缩位处理，送到增益可变放大器以用于输出与缩位处理相配合的增益控制；所述参考信号保证缩位处理和增益控制后信号幅度保持与缩位处理前相同。

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1为一般的WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置框图。

图2为本发明的WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置框图。

图3为实现基带成形滤波器中乘法器的查表结构。

图4为用于缩位处理的A/D转换器。

图1描述了现有的WCDMA通信系统基站中前向信道中的基带信号处理装置的框图。图中只画出了N个信道中的两路信道输入的情况。

N个信道来的待处理数据100、103等，可以是对应码分多址移动通信系统或其它通信系统中的I路信号或Q路信号，可以是数据源信号经信源编码、信道编码、交织、信道复用和信道扩频、加扰等处理后的输出数据，一般为二进制信号。在现有技术中，待处理信号分别经N个基带成形滤波器101和基带成形滤波器104等进行成形滤波处理，以满足传输信道所要求的频谱特性。由于输入数据一般为二进制信号，故成形滤波器实现比较简单。经成形滤波处理的信号，再分别送入N个信道增益控制器102、106等调节信号增益，以达到控制前向发送功率的目的。多路信号经信道合成器106合成为一路送到后续处理单元进行处理。

图2画出了本发明中N路信道的基带信号处理装置的框图。本发明中的基带信号处理装置，包括N(1≤N≤16)个信道增益计算器202、205等；N个信道增益控制器203、206等；信道合成器207；基带形成滤波器208；缩位处理器210；D/A转换器211；增益可变放大器212；参考输入信号提取器209。

N个信道的待处理数据201、204等，可以对应码分多址移动通信系统或其它通信系统中的I路信号或Q路信号，可以是数据源经信源编码，信道编码，交织，信道复用和信道扩频、加扰等处理后的输出数据。

N个信道增益计算器202、205等根据接收的TPC分别计算各自前向信道中基带信号的增益值，用于调节相应信道输出的基带信号增益，以达到控制前向信道发射功率的目的。这些信道的增益控制值与前向信道发射的功率动态范围和功率调整精度密切相关，功率动态范围越大，或功率控制精度越高时，描述信道增益值所需的表示位数越多。下表描述了在前向功率控制动态范围为20dB，功率控制步长为0.5dB时，量化为7比特时，相对输出功率与增益值控制码字的关系。

输出功率    增益值    输出功率    增益值

0.5           14        10.5        43

1.0           14        11.0        45

1.5           15        11.5        48

2.0           16        12.0        51

2.5           17        12.5        54

3.0           18        13.0        57

3.5           19        13.5        61

4.0           20        14.0        64

4.5           21        14.5        68

5.0           23        15.0        72

5.5           24        15.5        76

6.0           26        16.0        81

6.5           27        16.5        86

7.0           29        17.0        91

8.0	32	18.0	102
				8.5	34	18.5	108
9.0	36	19.0	114
				9.5	38	19.5	121
10.0	40	20.0	127

N个信道增益控制器203、206等分别实现相应信道基带信号的增益控制。根据N个信道增益计算器202、205等输出的相应信道的基带信号增益值，对各路信道的基带信号进行增益调节，如用一个乘法器就可以实现该功能。N个信道增益计算器将计算出的相应信道的增益值控制码字，实时输出给相应的信道增益控制器，该增益值与功率控制的动态范围和功率控制步长有关，在实施中可将这些预先计算出来的增益值存入增益控制器中的ROM中，通过查表获得；在获得该信道的增益值后，由相应信道增益控制器分别控制相应信道基带信号的幅度，从而达到控制该信道的最终相对输出信号功率。在信道合成之前进行功率控制是为了保证可以对每路前向信道的发射功率进行单独控制。

经增益控制后的N路输出信号送到信道合成207进行信道合成。信道合成实际就是将各路信道的信号迭加起来，合成为一路复合信号，输送给后面的公用模块进行处理。在这里，合成的信道数越多，合成输出的数据位数也越多。

信道合成后的信号送到基带成形滤波器208进行滤波，以达到输出频谱的要求。为满足输出信号的相移特性要求，基带成形滤波采用线性相位有限冲激响应(FIR)数字滤波器。由于码分多址移动通信系统对基带信号频谱要求较高，这也就对FIR滤波器提出了较高要求：要有较高的滤波器系数量化比特位数和较高的滤波器阶数，例如，滤波器输入数据位数为16比特，系数为定点16比特量化，阶数为48阶的FIR滤波器。该滤波器的实现关键是滤波器系数和输入数据相乘的乘法器的实现。但由于该乘法器中一个乘数(滤波器系数)为常数，因而可以简化。下面以一个四抽头的FIR滤波器为例说明乘法器的实现过程。设滤波器的输出可表示为：实现过程。设滤波器的输出可表示为：

y(n)＝x(1)*h(1)+x(2)*h(2)+x(3)*h(3)+x(4)*h(4)…………………(1)如果再令输入数据位数x(i)为2比特，而且滤波器系数h(i)也用2比特表示，并设：

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)式可以表示为：

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，x22x32，x42)………………(2)式中由于滤波器系数h(i)为常数，故(2)式可以用四输入的函数f()表示，当考虑该四输入为二进制信号时，函数f()实际可以通过查表实现，这样一个乘法器就转换为查表运算，可以大大提高运算速度和资源利用效率。当采用大规模现场可编程逻辑器件FPGA来实现时，可以利用它的查表结构将乘法器的计算转换为查表计算过程，如采用ALTERA的FPGA中的LUT结构。图3描述了ALTERA公司生产的FPGA中LUT结构，它可以实现任意四输入的逻辑运算关系。

参考输入信号提取器209的作用是根据各路信道的增益值，估算这些信道合成后的参考动态范围，用于缩位处理和增益可变放大器的增益控制，以实现自适应处理过程。

基带成形滤波器输出的信号输入到缩位处理器210。缩位处理器210的作用是将输入数据位数转换为数模转换器D/A所要求的输入数据位数，同时保证对基带滤波器输出的信号频谱特性影响最小。经信道增益控制，多信道合成和信道成形滤波处理后，输出信号的数据位数可能超过数模转换器D/A的输入数据位数要求，特别是对于高速率数据信号。而在工作频率较高时，数模转换器要求输入信号的数据位数不能太高，目前在工作频率超过十几兆赫兹时，数模转换器的最大输入数据位数不能超过16位。因此必须将基带成形滤波输出后的数据位数进行转换，以满足数模转换器D/A 211的要求。图4描述了怎样将一个输入位数为m的数据转换为输出位数为n的数据，其中n＜m。本发明对缩位处理所采用的方法是将输入信号进行A/D量化处理。它的工作原理与一般模数转换器A/D的工作原理十分类似，所不同的是这里的输入数据为数字信号，故这里称它为数字式A/D转换器400。按A/D转换器的原理对输入m位数据进行n位量化转换，就可达到数据缩位的目的。具体方法是，通过参考输入信号提取器209输出的参考信号，对不同的输入信号进行相应范围的量化处理。同时为了保证最终输出信号的幅度不发生变化，由可变增益放大器212对输出信号进行实时调节。这样既可以保证数据转换的精度，又可保证输出信号的幅度不变，以满足WCDMA对精度信号的输出频谱的要求。

D/A转换器211将缩位处理输出的数字基带信号转换为模拟基带信号。由于输入数字信号频谱较高，输入数据位数较多，这就要求数模转换器的工作频率较高，输入数据位数也较多。

增益可变放大器212对数模转换器211的输出信号进行增益控制，由参考输入信号提取器209控制该放大器的增益。该增益可变放大器212和参考输入信号提取器209主要是配合缩位处理210完成信号数据位数转换处理。输入到增益可变放大器212的增益控制信号为数字信号，如果增益可变放大器212采用数字控制的可变增益放大器电路，那么可以直接控制，如果增益可变放大器212采用模拟信号控制放大器增益，那么可在增益可变放大器212中加一个数模转换器D/A将参考输入信号提取209输出的数字信号转换为模拟控制信号进行控制。

在本发明中，将基带滤波器置于功率控制和信道合成之后，只需要一个基带成形滤波器，比现有技术所需器件少，简化了装置的结构；增益控制器的输入数据位数也较少，实现简单；采用对输入信号进行量化转换的缩位处理方法，同时用提取的参考信号进行自适应处理，由可变增益放大器进行实时调节，可保证数据转换的精度，并保证输入信号的幅度不变；基带形式成滤波器中采用FPGA中的查表结构来实现，可满足高速、高阶数和高位数的信号的成形滤波要求。

Claims (5)

1、一种WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置，其特征在于，包括：

N个信道增益计算器，分别根据接收的N个信道的功率控制命令信号计算各信道中前向信道基带信号的增益值；

N个信道增益控制器，分别根据各信道增益计算器的计算结果，对各信道的待处理数据进行基带信号的增益调节；

信道合成器，用于将已进行增益调节的N个信道的基带信号信号进行合成；

基带形成滤波器，对信道合成的信号进行滤波；

缩位处理器，将合成信号的数据位数转换成后面的D/A转换器所要求的数据位数；

D/A转换器，将缩位处理的数字基带信号转换为模拟基带信号；增益可变放大器，对D/A转换器输出的信号进行增益控制，配合缩位处理器进行实时调节输出信号幅度的可变增益放大器；

参考输入信号提取器，用于从N个信道增益计算器中提取参考信号，分别送到缩位处理器用于自适应动态范围缩位处理，送到增益可变放大器以用于输出与缩位处理相配合的增益控制；所述参考信号保证缩位处理和增益控制后信号幅度保持与缩位处理前相同；其中：1≤N≤16。

2、权利要求1所述的WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置，其特征在于：所述基带形成滤波器采用线性相位有限冲激响应数字滤波器。

3、权利要求2所述的WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置，其特征在于：所述线性相位FIR数字滤波器采用现场可编程逻辑器件中的查表结构。

4、权利要求1所述的WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置，其特征在于：所述信道增益控制器采用乘法器。

5、权利要求1或4所述的WCDMA基站中前向信道的基带信号处理装置，其特征在于：所述信道增益控制器中有存储器。

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