CN1171660A - 用数字信号处理单元对信号处理使数据简化的方法和设备 - Google Patents

用数字信号处理单元对信号处理使数据简化的方法和设备 Download PDF

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Abstract

基于本发明,如在移动-通讯系统中为了用一种数字信号处理单元对信号值进行处理使数据简化,存储一个有k个定点形式的信号值的数据块并确定这个数据块中k个信号值的最大值。由此数据块中的k个信号值转换成浮点形式,其中为这些转换后的扫描值求出各独有的定点部分和公共的指数部分。各按所选的表示定点部分和指数部分的位数可把数据传送率大大降低。有利的是,数据块相应于功能块或部分功能块的扫描值。

Description

用数字信号处理单元对信号处理 使数据简化的方法和设备
在各种传输系统，如作为移动-通讯系统的GSM-移动无线系统(全球移动通讯系统)或MODEM-通信连接中要传输和处理大量的数据。在数字信号处理单元中将接收设备接收的信号值作处理，如在一种GSM-接收器中在模/数一变换后要处理8.67Mbit/s的数据传送率(对同相分量和正交分量每秒16位各270833个扫描值)。
根据1996年模拟器件(Analog Devices)公司的器件AD7015的数据表，这些与单个的接收的模拟信号的扫描值相对应的数字信号值被表示成定点数，且在接下来的部件如信道修正器中再作处理。
本发明基于以下目的，即用数字信号处理单元对信号值处理时降低数据传送率。这个目的是通过如下所述的处理方法和信号处理设备得以实现：存储一个具有k个定点形式的信号值的数据块，确定数据块中k个信号值的最大值，把数据块中k个信号值转换成浮点形式，其中为所转换的扫描值求出独有的定点部分和公共的指数部分。和具有一个存储设备存储至少一个含有k个定点形式的信号值的数据块，具有一个确定数据块中k个的信号值中最大值的设备，具有一个将数据块中k个信号值格式化的设备，把所转换成的扫描值转换成的浮点形式，具有独有的定点部分和公共的指数部分。本发明还提出了一些有益的进一步发展和应用。
根据本发明，存储一个有k个定点形式的信号值的数据块，并确定数据块k个信号值中的最大值。接着把数据块的k个信号值转换成浮点形式，其中为这些转换后的扫描值求出各独有的定点部分和公共的指数部分。各按所选的表示定点部分和指数部分的位数可把数据传送率大大降低。就前述的GSM-移动无线系统来说，在浮点格式中例如可为同相分量和正交分量的定点部分和为指数部分各选择4位表示形式，由此，数据传送率约可降低4倍。因此可能实现，经模/数-转换后的信号值可经总线结构例如在基站内部分配，并由此使基站的构造更富灵活性。
有利的是，传输系统相当于一种移动通讯系统而数据块对应一种功能块或部分功能块的扫描值。因此使提供的已处理的信号值的数量与所使用的移动-通讯系统功能块中信号处理的延时相适应。然而也可如在GSM-移动无线系统中用半数据块或在功能块的起始部分可分出一个分离的数据块，该数据块受接收器的自动增益控制的起振特性的影响。
基于本发明有利的进一步发展信号值的每个值是扫描值的同相分量和正交分量的值，基于数据简化将其共同处理。在对同相分量和正交分量的处理中它们的振幅对应于这两种分量的能量组分，因此可为这两种分量确定一个公共最大值。若这两个分布的最大值差别十分明显，那么能量组分较小的分量可能分辨得较不清晰。
有利的是为表示浮点形式的同相分量和正交分量一个公共指数部分是够用的和只有定点部分是分别求得的。通过这种措施可以实现数据进一步简化。
如果信号值是模/数-转换的输出数据并且尚未修正，数据的简化量就特别大。数据简化对经模/数转换后的数据流有特别的意义，因为在此情况下形成极高的数据传送率，通过对这种数据传送率的简化可以释放出大量的系统资源或在系统结构中提供附加的自由度。模/数转换的还未修正影响的输出数据，包含附加的信息。借助于本发明的处理方法和信号处理设备可以经济地获得这些附加信息。
根据本发明一个有利的进一步发现，可以根据预定的动态范围设置指数部分的尾数的适配可调性和/或根据预定的信噪比设置定点部分的尾数的适配可调性。通过指数部分的一个大的尾数可以增加可表示的动态范围，在此动态范围内，对于定点部分已增加的尾数，可通过一种较精确的数值表示改善后面的数据处理的信噪比。经过后面的修正器和检波器，由信号值的可处理性出发在处理庞大的冗余码时可进一步减少尾数，而不会因此损害数据处理的质量。为了尾数的调整可应用多个功能块信息。
基于本发明的方法及信号处理设备在CDMA(码分多路访问)中的或是GSM-或是GSM类似的移动无线系统中可以得到一种特别有利的应用，因为一种功率控制可减少信号值的动态范围且由此可容易把信号值简化成浮点形式的压缩表示。在DECT-系统中也同样可能应用。在传输系统中数据简化的先决条件是存在一个带有一个尾数的信号值(传输后)，该尾数与在信号检波时所需的信噪比相比是可以简化的。
用以下图表借助几个实施例进一步阐述本发明。
如图所示：
图1在一种移动无线系统中接收设备的方块图；
图2带有本发明的信号处理设备的数字信号处理器；
图3基于本发明的格式转化的两种方案。
本发明以实例解释GSM-移动无线系统的接收设备。接收信号通过天线A接收，经信道滤波器CF滤波，其频带相应于GSM-移动无线系统的带宽如25MHz。经前置滤波过的接收信号被输送到第一混频级MS1，在那里与在第一本地振荡器LO1中产生的振荡信号混频。由此产生第一级中频zf1，其输出信号将在之后的第一选择滤波器SF1中滤波。由此相邻通道的噪声源将被抑制。
在第二混频级MS2中经过滤的第一级中频信号zf1与第二本地振荡器LO2的振荡信号混频，由此产生第二级中频zf2。第二选择滤波器SF2将消除相邻信道内的其它噪声源。
随后连接一个解调器，该解调器将第二级中频zf2的复合接收信号分解成一个同相分量和一个正交分量，并转移到基频带。在各一个第三混频级MS3中第三本地振荡器LO3的振荡信号一方面滞后约0°(同相)和另一方面滞后90°(正交)与第二中频zf2的接收信号混频，于是复合基带信号以其被分解成的两个分量提供进一步处理使用。
同相分量和正交分量分别在模/数转换器ADC中转换成数字扫描值，于是形成例如一个数据流为每秒270833个扫描值，其中同相分量和正交分量数字表达法通常为16位。也就是每3.69μs内扫描32位，这相应于数据传送率为8.67M位/秒。第三选择滤波器SF3对两个信号分量起低通滤波作用，是在基于本发明的信号处理设备中处理信号值I、Q之前。
根据图2信号处理设备由数字信号处理器DSP实现(同样信号处理设备可以通过ASIC实现)。这种数字信号处理器DSP接收带有各n位(如16位)的信号值I、Q。数字信号处理器DSP包括一个存储设备SP，一个最大值测定设备SMAX，一个把信号值格式化的设备FORM及一个控制设备ST。
由输送给数字信号处理器DSP的信号值I、Q构成数据块B，此数据块含有k个定点格式的信号值I、Q。最大值测定设备SMAX从数据块B的k个信号值I、Q中求出并确定其最大值max。
格式化设备FORM接收存储设备SP中的数据块B的k个信号值I、Q并附加地处理最大值max。在格式化设备FORM中，信号值I、Q将由定点格式转换成浮点格式。在这里格式化设备FORM的输出端是作为浮点数的定点部分m说明的每个信号值I、Q的同相分量I和正交分量Q以及对总的数据块B规定的指数部分e。
这些已作数据简化的信号值I、Q将在以后接收设备的部件，如修正器和检波器中来处理。降低数据传送率使可能设定一种总线系统，其模/数转换器的输出值的数据传送率已大大降低，而且失真很小，可提供进一步地处理。
数据块B相应于移动无线系统的有关的传输方法相当于一个功能块。然而也可以用作半功能块或部分功能块。特别是有可能在第一半功能块中可把第一扫描值做个别处理和考虑作为一个分离的数据块B。
控制设备ST在存储设备SP中用于控制扫描值的存储。此外控制设备ST还可启动格式化设备FORM，调整指数e的尾数和定点部分m的尾数，使调整后的尾数有利于规定的动态范围或者规定的信噪比，这些是与瞬间的传输比例如要求的传输质量相适配的。因此，还有助于从多个功能块中获取信息。于是相应于一种学习功能并依据传输条件这些尾数是可以调的。
在CDMA-或GSM-或GSM类似的移动无线系统中使用这种数据简化的处理方法是特别有利的。如果在这些系统中设置了自动功率控制。用它可降低动态范围，即功率大的和功率低的信号之间差别，由此使数据简化变得容易进行。
格式化的处理方法在下面的图3中予以解释。提出两个具体实例a)和b)，其中给出了两个输出为10位的定点数(1000111111和0000111111)。由同相分量或正交分量信号值I、Q的确定的最大值max为十进制数575。由此数据简化应成为两个分量的4位定点形式和公共指数e的4位表示形式(在方案b)中带有附加对指数的说明)。
根据方案a)格式化设备FORM用来确定右移的最大次数，其必要性在于用可提供使用的尾数表示最大值max，在这种情况下是4倍，其中有一个附加位用来表示符号。右移的总位数表示成指数e。以后所有的信号值I、Q都右移六次，由此提供了一种减少了尾数(位数)的表示形式。
根据第二实例b)它具有相同的数字表示式和相同的最大值max，一个附加的系数由一个最大的可能的指数(1111 1111 11)与最大值max(1000 111 11)作除法来确定。借助于此系数可以计算所有的信号值I、Q。在实施例中该系数为1.779。这个系数可以作为已定指数eexp的补码eman传输，且在复制信号值时(如在电平测定时)应用。然而也可以放弃补码eman的传输，如果这里只涉及信号值的相互比例。补码eman的尾数由定点部分m的尾数加上至少1位(作为取整备用)求得。在实施例中复制系数为1111 1/1000 1＝1.823。由此产生的误差可以省略。
第二个实施例的优点在于，数的范围可以得到更好的应用。信噪比在第二实施例中较第一实施例中改善高达10log1.779＝2.5dB。而反之第一实施例计算费用较少。
确定的指数e提供在以后的信号处理中左移的位数。为的是左移已数据简化的信号值I、Q，以恢复原值。优点在于已示出的设备SMAX，SP，FORM，ST在数字信号处理器DSP中还可以通过编程技术运行或应用一个特殊的电路来实现。一个这样的信号处理单元DSP的实现导致在信号值I、Q的传输时数据大大地简化和释放系统资源，并可以在以后的处理过程中得到应用。

Claims (16)

1.在传输系统中具有一种数字信号处理单元对信号值进行处理以使数据简化的处理方法，其中，
-存储一个具有k个定点形式的信号值(I、Q)的数据块(B)，
-确定数据块(B)中k个信号值(I、Q)的最大值(max)，
-把数据块(B)中k个信号值(I、Q)转换成浮点形式，
其中为所转换的扫描值(I、Q)求出独有的定点部分(m)和公共的指数部分(e)。
2.根据权利要求1的处理方法，
其中，传输系统代表一种移动-通讯系统和数据块(B)体现为一个功能块或部分功能块的扫描值。
3.根据权利要求1或2的处理方法，
其中，信号值(I、Q)的每个值为扫描值的同相分量(I)和正交分量(Q)。
4.根据权利要求3的处理方法，其中，为同相分量(I)和正交分量(Q)确定一个公共最大值(max)。
5.根据权利要求3或4的处理方法，
其中，为同相分量(I)和正交分量(Q)求得一个公共指数e和各求得独有的定点部分(m)。
6.根据权利要求1至5中的一项的处理方法，其中，信号值(I、Q)是模/数-转换的输出数据。
7.根据权利要求1至6中的一项的处理方法，其中根据既定的动态范围的指数(e)的尾数和/或根据既定的信噪比的定点部分(m)的尾数是可以调整的。
8.在传输系统中对信号值作处理使数据简化的信号处理设备(DSP)，
-具有一个存储设备(SP)存储至少一个含有k个定点形式的信号值(I、Q)的数据块(B)，
-具有一个确定数据块(B)中k个的信号值(I、Q)中最大值(max)的设备(SMAX)，
-具有一个将数据块(B)中k个信号值(I、Q)格式化的设备(FORM)，其中所转换成的扫描值(I、Q)转换成的浮点形式，具有独有的定点部分(m)和公共的指数部分(e)。
9.根据权利要求8的信号处理设备(DSP)，其中传输系统作为移动-通讯系统来实现，信号处理设备作为数字信号处理器或专用电路来实现，其中控制设备(ST)用来控制作为数据块(B)的功能块或部分功能块的扫描值的存储。
10.根据权利要求8或9的信号处理设备(DSP)，其中由控制设备(ST)是如此构成的，信号值(I、Q)的存储各作为扫描值的同相分量(I)和正交分量(Q)的值控制。
11.根据权利要求10的信号处理设备(DSP)，其中确定最大值(max)的设备(SMAX)是如此构成的，它共同确定同相分量(I)和正交分量(Q)的最大值(max)。
12.根据权利要求10或11的信号处理设备(DSP)，其中格式化设备(FORM)是如此构成的，为同相分量(I)和正交分量(Q)求得一个公共指数(e)和各求得一个定点部分(m)。
13.根据权利要求8至12中的一项的信号处理设备(DSP)，可以与一个模/数-转换器(ADC)有时经其他设备(SF3)相连，可处理输出数据并在检波设备中对信号值再处理使数据简化。
14.根据权利要求8至13中的一项的信号处理设备(DSP)，
其中，通过控制设备(ST)根据一个既定的动态范围可以调整指数(e)的尾数和/或根据一个既定的信噪比调整定点部分(m)的尾数。
15.根据权利要求9至14中的一项的信号处理设备(DSP)，
其中，可以考虑通过削减求得的指数(e)或减少定点部分(m)或指数部分(e)的尾数用格式化设备(FORM)使更多的功能块中的信号值(I、Q)得以进一步数据简化。
16.根据权利要求9至15中的一项的信号处理设备(DSP)可在CDMA-或GSM-或GSM类似的移动无线系统中得到应用。
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