CN1326625A - 合并器 - Google Patents

Abstract

用于合并通信系统中多个数字通信信道的降低了硬件要求的电路。该电路利用加法器累加输入通信信道的样本,存入寄存器。选择寄存器和加法器之间连线的比特宽度的时候,可以考虑输入通信信道的比特宽度和个数,从而获得最小的比特宽度。

Description

合并器

发明领域

本发明涉及合并多个数字通信信道的装置。

发明背景

在通信系统中，包括话音或者数据信号的大量通信信道可以通过同一个传输媒介，例如，同一个无线电频带，一起传输。人们已经知道将通信信道置于传输媒介中的众多接入方法。一类传输方案将多个不同的通信信道在例如一个无线电频带内以它们在时域和频域都重叠的方式同时进行传输。这类接入方法中著名的一种是CDMA(码分多址)。

为了将每个通信信道的信号跟其它通信信道的信号区分开来，每个通信信道的信号都用一个或者多个唯一扩频码进行编码，这在本领域里早已是众所周知。为了对某个通信信道进行扩展以便传输，例如利用CDMA，这个信道中进来的数据流的每个码元，例如它们具有逻辑值1或者0，都用代码序列代表。例如，如果这个码元的逻辑值是1，就发射这个代码序列本身，如果这个数据比特的逻辑值是0，就发射这个代码序列序列的反码，或者反过来。

在扩频了以后，根据例如传播特征和/或接收台的位置，对每个扩频通信信道进行加权。然后，这些扩频加权信号通信信道被合并起来，也就是叠加起来，形成单独一个发射信号，例如一个CDMA发射信号，它可以随后在一个无线电频带中发射出去。

合并步骤通常是通过将扩频加权通信信道所有数据流的每个样本值加起来完成的。这样，通过将所有通信信道信号的相应样本值加起来，获得CDMA信号的一个样本值。

本领域里的技术人员能够想到，利用级联的加法器将多个信道φ1～φ8加起来，如图3所示。在这里，每两个输入信道都用一个加法器300合并起来，通过级联，每一对加法器的输出用另外一个加法器300合并。在图示实例中，用级联的三层加法器产生发射信号，例如一个CDMA信号。

对于少量的信道，这一方法行之有效，但是对于大量的信道，有可能需要大量的加法器。为了降低硬件成本，需要能够将大量信道加起来的其它解决方案。

发明简述

因此本发明的目的是提供一种装置，用较少的硬件和较低的成本合并多个数字通信信道。

为了本发明的这一目的，采用了具有权利要求1的特征的装置。

根据本发明，在多个周期中，多个数字通信信道，每个都用具有第一个比特宽度的样本表示，被利用多路复用器合并起来，将这多个数字通信信道多路复合成多路复用数字信号，一个寄存器用于储存中间结果，一个加法器用于将数字通信信道的样本加起来，中间结果储存在寄存器中，其中加法器的一个输入通过具有第一个比特宽度的一根连接线跟多路复用器连接起来，加法器的另一个输入通过具有第二个比特宽度的另一根连接线跟寄存器的输出连接起来，寄存器的输入通过具有第二个比特宽度的一根连接线跟加法器的输出连接起来，其中，在对应于数字通信信道个数的多个周期中，通过在每个周期中连续地将一个通信信道样本跟前面获得的储存在寄存器中的中间结果加起来，产生一个合并输出样本。

根据本发明，可以显著地减少将多个数字通信信道加起来，以便形成例如数字CDMA发射信号，所需要的加法器的个数。

第二个比特宽度可以是大于或者等于(lg₂.(信道数.(2^{第一比特宽度}－1)))给出的第一个极限的最小整数。这样，第二根、第三根和第四根连接线的比特宽度相对于通信信道通信线的比特宽度可以是最小的。

此外，第二个比特宽度可以是大于或等于(lg₂.(信道数.(2^{平均信号 比特宽度}－1)))给出的第二个极限的最小整数，这样，第二、第三和第四根连接线的比特宽度对于表示这一通信信号所需要的平均比特宽度而言可以是最小的。

第二个比特宽度也可以是小于或等于第一个极限、大于或等于第二个极限的一个整数。

此外，根据本发明，可以采用级联的合并电路。本发明更进一步的实施方案在从属权利要求中加以描述。

附图简述

通过参考附图可以更好地理解本发明，在这些附图中：

图1说明本发明中将多个通信信号合并成单独一个发射信号的第一个优选实施方案；

图2说明本发明中包括级联起来的几个图1所示装置，用于合并大量通信信道的一个实施方案；和

图3给出了用于合并通信信道的一种已知的加法器连接方式。

实施例详述

下面参考图1和图2描述本发明的优选实施方案。

图1给出了本发明中电路100的一个实例，这个电路用于合并多个扩展加权通信信道信号。如前所述，每个通信信道信号都已经分别扩展，也就是说，通信信道进来的数据流的每个码元，例如逻辑值为1或者0，用一个特定的代码序列表示。例如，如果这个码元的逻辑值是1，就发射这个代码序列本身，如果这个数据比特的逻辑值是0，就发射这个代码序列的反码，或者反过来。在扩展了以后，所有通信信道信号都具有同样的数据速率，通常叫做码片速率。

此外，每个通信信道信号都单独加权。加权是按照(合并以后)发射给接收台的无线电信号的传播特征来进行的。给很远或者被建筑物遮挡的接收台的信号用一个比较大的加权因子加权，而给附近接收台的通信信道信号则用一个较小的加权因子加权。于是，加权因子决定了通信信道信号的幅度。

但是，由于技术原因，加权是有限度的，因而加权以后通信信号的最大幅度是有限度的。因此，所有通信信道信号的幅度都会低于某个极限值，因此，这些通信信道信号可以通过具有预先确定的比特宽度的线路传输而不会有损耗。

这里指出，从原理上讲，通过具有预先确定的比特宽度的传输线路传输的任何信号都可以用本发明的电路进行处理，但是，CDMA通信网络的通信信道最好合并成一个发射信号。

下面详细介绍图1中的电路。一个多路复用器电路110通过具有预先确定比特宽度w的线路接收n个通信信道信号φ1～φn作为输入。多路复用电路110连续地将数字通信信道信号的样本放到跟加法器120连接的第一条连接线101上，将这些数字通信信道的样本加起来，中间结果储存在第一个寄存器130中。第一条连接线101最好具有比特宽度w，因为通过多路复用器以后要发射的数据的数据率提高了，但是信号的幅度不变。例如，如果n＝8，而且扩展以后每个通信信道的码片速率都是512ksps(千个样本每秒)，那么这个多路复用器的输出速率就是4096kbps。

加法器120的输出跟第一个寄存器130连接，通过第二条连接线102储存中间结果。第一个寄存器130的输出再通过第三条连接线103跟加法器120的第二个输入连接。第一个寄存器130的输出也通过第四根连接线104跟第二个寄存器135连接。累加了每个通信信道的一个样本以后，储存在第一个寄存器130中的值代表合并信号，例如一个CDMA信号，的一个样本。这个值被随后传递给第二个寄存器135，供进一步处理。

可以提供控制装置140用于控制多路复用器110、第一个寄存器130和第二个寄存器135的工作过程。这个控制装置具有一个外部时钟速率f_c，这个外部时钟速率f_c对应于通信信道的样本速率。因为要对n个通信信道进行操作，控制装置用一个n倍外部时钟速率的内部时钟速率，也就是n.f_c，控制多路复用器110。此外，为了对一个操作累加每个信道的一个样本，第一个寄存器的时钟速率也会是n.f_c。而第二个寄存器135则工作在通信信道的外部时钟速率f_c上，它也是合并信号的速率。

这样，加法器、第一个寄存器和多路复用器最好工作在等于信道码片速率和要合并的信道个数的乘积的一个频率上。

下面描述获得一个W－CDMA样本的电路的工作过程。一次操作对应于速率为f_c的一个外部时钟周期。

假设一开始将寄存器130置0。在第一个内部时钟周期里，多路复用器通过第一根连接线101将第一个通信信道φ1的一个样本提供给加法器120。如上所述，内部时钟周期的速率是n.f_c，在一次操作中，要经历n个内部时钟周期。由于假设第一个寄存器130一开始被设置成0，第一个通信信道φ1的样本值由加法器提供，通过第二条连接线102储存在第一个寄存器130中。

在第二个内部时钟周期里，多路复用器110通过第一条连接线101将第二个通信信道φ2的一个样本提供给加法器120。与此同时，加法器通过第三条连接线103收到的一个样本构成的第一个寄存器130的内容作为输入信号。因此，在第二次加法操作以后，也就是在第二个内部时钟周期以后，通信信遭φ1、φ2的样本被累加起来。作为第二个周期的一部分，通过第二条连接线102给出累加操作的结果，储存在第一个寄存器130中，将前面储存的值覆盖掉。

在第三个时钟周期里，多路复用器110通过第一条连接线101将第三个通信信道φ3的一个样本提供给加法器120，这个加法器120随后将它跟第一个寄存器130提供的信道φ1和φ2的和构成的值加起来．结果还是储存在第一个寄存器130中，现在它代表的是前三个通信信道φ1、φ2和φ3的和。

对于每一个内部时钟周期，重复这一过程，也就是针对剩下的所有通信信道的样本重复这一过程。因此，剩下的所有信道的每个码元都被累加起来，经过了n次加法运算以后，得到合并信号的第一个样本，或者是从加法器的输出，或者是在第n次运算以后从第二个寄存器135输出。这样，每n个周期得到合并信号的一个样本。

由于合并信号的速率应当等于数字通信信道的速率，一个内部时钟周期应该等于运算周期的n分之一。由于每个通信信号都用具有比特宽度w的码元代表，累加的结果，也就是合并信号的一个样本的宽度将大于w。具体地说，对于电路的每个累加周期，从加法器120到第一个寄存器130的第二条连接线102需要的比特宽度，从寄存器到加法器120的第二个输入的第三条连接线103需要的比特宽度，需要逐步增大的比特宽度。显然，这一点适用于第四条连接线104。这样，为了避免错误的合并结果，第二条、第三条和第四条连接线102、103和104需要比w宽的比特宽度。

可以为第二条、第三条和第四条连接线102、103和104确定足够宽的比特宽度，如果认为要合并n个不同的通信信道信号，每个的比特宽度都是w比特。最后的累加结果，也就是合并信号的一个样本，将具有由以下等式确定的最大的比特宽度r1：

其中lg₂n是以2为底的通信信道个数n的对数， 表示选择大于或等于x的最小整数值的上整数操作这一操作是必要的，因为连接线的比特宽度显然只能是整数值。

因此，如果将第二、第三和第四条连接线102、103和104的比特宽度设计成这样，使它们的比特宽度最小是r1，就能正确地合并这n个通信信道。

满足了以上条件以后，本发明对电路硬件的要求就可以降低，从而降低合并多个通信信道的合并器电路的成本。

为了进一步降低硬件要求，可以考虑不是所有的通信信道总是使用全部的w比特来代表通信信道样本。在通信系统的工作过程中，可以确定一个需要的平均比特宽度或者平均信号比特宽度W_avg，它是代表要合并的多个通信信道的样本所需要的比特数的平均值。这样，在另一个实施方案中，第二条、第三条和第四条通信线路102、103和104的比特宽度可以由以下关系确定：

这样，通过考虑加权以后通信信道信号的平均速率，对硬件的要求可以进一步降低。

根据本发明的一个实施方案，第二条、第三条和第四条通信线路102、103和104的比特宽度最好是在r1和r2给出的范围之内。也就是说，第二条、第三条和第四条通信线路的比特宽度可以在间隔[r1，r2]之内。

下面参考图2描述本发明的另一个实施方案。图2说明图1所示的多个合并器电路100如何能够级联在一起，以适应不同数量的通信信道。

图中画出了第一级S1的m个合并器电路100a、100b……100m，每个都用于合并n个通信信道φ11……φ1n；φ21……φ2n；φm1……φmn。此外给出了合并第一级m个输出信号的一个合并器电路210，作为第二级S2。

如同参考图1所介绍的一样，每个通信信道的传输线具有比特宽度w，根据图1，每个合并器电路100a、100b……100m的输出线都具有等式(1)给出的比特宽度r1。

这样，合并器电路210从第一级的合并器电路100a、100b……100m接收输出信号作为输入信号，每一个的比特宽度都是r1。然后，如上所述，第二级S2的合并器电路210的输出宽度将是：

用于合并所有的输入通信信道而没有损耗。

更进一步，提供了控制装置220，用于控制级联合并器电路的工作过程。就象第一个实施方案一样，控制装置接收具有对应于通信信道样本速率的速率f_c的一个外部时钟信号。因此，跟前面一样，第一级的电路100a、100b……100m将按照外部时钟速率f_c和内部时钟速率n.f_c进行控制。

此外，第二级的合并器电路210的工作速率将是第一级合并器电路的m倍。因此，第二级的合并器电路210的第一个寄存器和多路复用器将用时钟速率m.f_c加以控制．第二级电路210的第二个寄存器以对应于合并信号的速率f_c进行控制。

根据以上说明，如果有多级，某一级的每个合并器电路都会具有输出比特宽度：

其中

ni＝某一级合并器电路的输入信号个数

wi＝输入信号的比特宽度，其中

还是表示选择大于等于x的最小整数的上整数运算。

Claims (7)

1.用多个周期合并多个数字通信信道的装置，每个通信信道都用具有第一比特宽度的通信线传输，包括：

一个多路复用器110，用于将多个数字通信信道多路复合到一个多路复合数字信号中去，

第一寄存器130，用于储存中问结果，

一个加法器120，用于将数字通信信道样本和储存在第一寄存器130中的中间结果加起来，

其中加法器120的一个输入通过具有第一比特宽度的第一条连接线101跟多路复用器110连接，加法器120的输出通过具有比第一个比特宽度大的第二比特宽度的第二条连接线102跟第一寄存器130的输入连接，第一寄存器130的输出通过具有第二比特宽度的第三条连接线103跟加法器120的其它输入相连，和

其中，在对应于数字通信信道个数的周期中，通过在每个周期中将通信信道的一个样本跟储存在寄存器130中前面得到的中间结果加起来，产生一个合并输出样本。

2.权利要求1的装置，其中的第二比特宽度是大于或等于lg₂(n(2^w-1))给出的第一个极限的最小整数，其中n=通信信道数，和w＝第一比特宽度。

3.权利要求1的装置，其中第一比特宽度是大于或等于 ${\lg }_2\left(n(2^{w_{\mathrm{avg}}}-1)\right)$ 给出的第二个极限的最小整数，其中n＝通信信道个数，和w_avg＝平均信号比特宽度。

4.权利要求2和3的装置，其中的第二比特宽度上是小于或等于第一个极限并且大于或等于第二个极限的一个整数。

5.权利要求1～4之一的装置，其中的合并输出码元通过具有第二比特宽度的一条线被发射给第二寄存器，供进一步处理．

6.权利要求l～5之一的装置，其中要合并的通信信道信号是在CDMA通信系统中发射的信号。

7.包括级联的权利要求1～6之一的多个装置的装置，其中这一级联装置特定级的输出比特宽度由下式给出 $\left[{\lg }_2\left(\mathrm{ni}(2^{\mathrm{wi}}-1)\right)\right]$ 其中ni＝特定级合并器电路的输入信号个数，

wi＝输入信号的比特宽度。

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