CN1483248A - 移位寄存器更新方法 - Google Patents

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CN1483248A CNA018214614A CN01821461A CN1483248A CN 1483248 A CN1483248 A CN 1483248A CN A018214614 A CNA018214614 A CN A018214614A CN 01821461 A CN01821461 A CN 01821461A CN 1483248 A CN1483248 A CN 1483248A
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3
鲁道夫·拉迪曾斯基
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ADVANCED COMMUNICATIONS TECHNOLOGIES (AUSTRALIA) Pty Ltd
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ADVANCED COMMUNICATIONS TECHNOLOGIES (AUSTRALIA) Pty Ltd
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Abstract

公开了一种在软件实现的CDMA系统中将伪噪声代码移位寄存器从当前值更新为新值的方法，包括：把抽头多项式表示为抽头多项式二进制序列；对寄存器当前值的最后一级的值和抽头多项式序列的每一位进行逻辑“与(AND)”；以及对逻辑“与”操作的结果和寄存器的当前值进行逻辑“异或(XOR)”。

Description

移位寄存器更新方法
发明领域
本发明一般涉及蜂窝电信，特别涉及一种用于更新存储伪噪声序列的移位寄存器的技术。该技术用于在码分多址(code division multiple access，CDMA)通信系统中产生短码和长码。
发明背景
美国电信工业协会的临时标准(Interim-Standard)95(IS-95)和CDMA2000RC1中已规定了CDMA系统和协议。
移动台和基站之间的链接由两个信道组成，即正向信道(从基站到移动台)和反向信道(从移动台到基站)。
正向信道由四种不同类型的代码信道组成：导频信道、同步信道、寻呼信道以及正向通信信道。
典型的正向CDMA信道包括64个代码信道。这64个代码信道包括1个导频信道、1个同步信道，7个寻呼信道以及55个正向通信信道。
导频信道是未调制的直接序列扩频信号，该信号总是由基站在每个现用正向信道上传送。移动台监控导频信道，以获取正向CDMA信道的定时，并获取相干解调的相位基准。
同步信道用于向CDMA蜂窝内的移动台传送同步消息。移动台使用同步消息获取起始时间同步。
寻呼信道用于传送控制信息，并寻呼位于CDMA蜂窝内的移动台。
正向通信信道用于电话呼叫期间的用户传输，以及从基站到特定移动台的信令通信。
正向CDMA信道中的所有代码信道，由适当的Walsh函数进行正交扩展，接着进行正交扩展(在被正交扩展之前，也对同步信道、寻呼信道以及正向通信信道进行其他几项处理)。
特别地，长码是伪噪声PN序列，用于对寻呼信道和通信信道进行扰频。给每个信道唯一指定一个周期为242-1个码片的长PN码。长码由下述特征多项式确定：p(x)＝x42+x35+x33+x31+x27+x26+x25+x22+x21+x19+x18+x17+x16+x10+x7+x6+x5+x3+x2+x1+1。通常由42位屏蔽码(信道专用代码)和线性序列发生器的42位状态向量的内积产生长码的各PN码片。
在现有技术中，通常由包括42级线性反馈移位寄存器的线性PN序列发生器产生PN序列，其中反馈逻辑电路是异或(XOR)门。响应时钟脉冲，二进制序列通过移位寄存器进行移位，把各级输出进行逻辑组合，并作为输入反馈给第一级。42级线性移位寄存器产生最长为242-1个码元的PN序列。
参考IS-95或参考诸如由Theodore S.Rappapport所著的教科书WirelessCommunications Principles&Practice(无线通信原理及实践)(ISBN 0-13-375536-3)，可以了解产生PN序列的更多细节。
可以理解，为了实现每秒1.2288百万码片的IS-95 PN序列码片速率，大约每19.5微秒就必须更新移位寄存器，大约每52微秒就必须产生PN序列的单个码片。
使用Walsh函数以1.2288Mcps的固定码片速率，对所有正向CDMA信道进行正交扩展。正交扩展的目的是在所有代码信道中提供正交信道化。导频信道总是以Walsh码0扩展，同步信道总是以Walsh码32扩展，给寻呼信道指定Walsh码1到7。
在Walsh扩展之后，对所有代码信道进行正交扩展，其中包括对已正交扩展的数据和由短码发生器产生的短码伪噪声(Pseudo Noise，PN)序列进行模2加法。短码移位寄存器的抽头多项式为：
PI(x)＝x15+x13+x9+x8+x7+x5+1
PQ(x)＝x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1
正交扩展器的输出形式为同相(In-Phase，I)信道和正交(Quadrature，Q)信道。然后使I和Q数据流(信道)各通过基带滤波器，由基带滤波器对波形进行整形，以便满足所要求的带宽约束，又使码元间干扰(Inter SymbolInterference，ISI)最小化。
然后，使用四相移相键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)调制I信道和Q信道。在I信道中，通过以二进制0′s和1′s的振幅对余弦函数进行调幅，以产生BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制移相键控)波形来完成调制。在Q信道中，调制正弦函数以产生正交BPSK波形。然后，BPSK波形的求和产生QPSK波形。
据申请人所知，所有现有CDMA系统都以硬件实现。近来，已提出了用软件实现的无线通信系统来取代现有蜂窝电信硬件。应该理解，软件实现将从用于更新存储长码和短码的寄存器的有效技术中受益。
发明概述
因此，本发明提供一种将伪噪声代码移位寄存器从当前值更新为新值的方法，包括：
a)把抽头多项式表示为抽头多项式二进制序列；
b)对寄存器当前值的最后一级的值和抽头多项式序列的每一位进行逻辑“与(AND)”；以及
c)对步骤b)的结果和寄存器的当前值进行逻辑“异或(XOR)”。
最好，通过将所述寄存器的最后一级的值扩充到至少所述抽头多项式二进制序列的序列长度，并对所述已符号扩充的值和所述抽头多项式二进制序列进行逻辑“与”，来执行步骤(b)。
在一个实施例中，该方法包括在步骤(c)之后进行如下步骤：将寄存器当前值向最高有效位移动一位，并将寄存器当前值的最后一级的值分配给寄存器新值的第一级。
在另一个实施例中，本发明表示抽头多项式包括产生已向最高有效位移动一位并将最低有效位设置为1的二进制序列；该方法包括在执行步骤(b)之前，将寄存器当前值向最高有效位移动一位。
附图简要说明
下面将参考附图，说明本发明的优选实施例示例，其中：
图1A、1B和1C说明正向CDMA信道结构；
图2是示出本发明第一个实施例的方法流程图；以及
图3是示出本发明第二个实施例的方法流程图。
优选实施例说明
在CDMA系统中，移动台和基站之间的链接由两个信道组成，即，正向信道(从基站到移动台)和反向信道(从移动台到基站)。
优选实施例涉及正向信道的传输部分。下面说明正向CDMA信道。
图1A、1B和1C说明现有技术的正向CDMA信道结构。优选实施例涉及该正向信道结构的修改，特别涉及允许在软件中有效进行正交扩展的方法。
如图1A-1C所示，正向信道由四种不同类型的代码信道组成：导频信道20a、同步信道20b、寻呼信道20c以及正向通信信道20d。
典型的正向CDMA信道包括64个可用的代码信道。这64个代码信道包括1个导频信道、1个同步信道，7个寻呼信道以及55个正向通信信道。
导频信道20a是未调制的直接序列扩频信号，该信号总是由基站在每个现用正向信道上传送。移动台监控导频信道，以获取正向CDMA信道的定时，并提供相干解调的相位基准。
同步信道20b用于向CDMA蜂窝内的移动台传送同步消息。移动台使用同步消息获取起始时间同步。
寻呼信道20c用于传送控制信息，并寻呼位于CDMA蜂窝内的移动台。
正向通信信道20d用于电话呼叫期间的用户传输，以及从基站到特定移动台的信令通信。
参考图1A和1B，在对正向CDMA信道中的所有代码信道20a-20d进行正交扩展之前，用适当的Walsh函数36对其进行正交扩展。然而，如本领域一般技术人员所知，还对同步信道、寻呼信道以及正向通信信道进行其他几项处理，现在说明这些处理。
使用卷积编码器101、201、303对所有同步、寻呼以及通信信道进行卷积编码。该处理防止系统出现在CDMA中使用高数据速率时可能出现的错误。在卷积编码中，将信道数据流划分成长度为k的较小块，然后编码成长度为n的码字码元。实现(n，k，m)卷积码，其中k为输入，n为输出，m为存储器序号。然后，用码率R＝k/n定义编码器的速率。所有同步、寻呼以及通信信道使用码率为R＝1/2的编码器。
除导频信道外的所有信道还使用码元重复102、202、304。这一处理的功能是将数据率增加到块交错器103、203、305所使用的水平，即19200sps(symbols per second，码元每秒)或19.2ksps。例如，在进行卷积编码之后，同步信道的数据率为2.4ksps。通过把每个已卷积编码的码元重复7次，来将该值增加8倍，为19.2ksps。9.6ksps的流(例如寻呼信道中的流)只需重复一次以产生10.2ksps的流。
进行块交错103、203以及305是为了重新排列码元序列，并实现时间分集，改善性能。
由长码发生器204、307在寻呼和通信信道中产生长码。长码发生器产生42位伪噪声PN序列的长码，该长码用于对产生有限保密的正向CDMA信道进行扰频。
长码发生器产生242-1种不同长码的组合，而每个长码唯一标识既在正向通信信道上，又在反向通信信道上的移动台。长码的特征在于用于形成公开长码或秘密长码的长码屏蔽码。通过下述特征多项式来确定长码：p(x)＝x42+x35+x33+x31+x27+x26+x25+x22+x21+x19+x18+x17+x16+x10+x7+x6+x5+x3+x2+x1+1。
通过抽取器205、309反馈长码发生器的输出。抽取器通过从每64位中取1位来减少长码的长度。结果，将数据率从1228800cps(chips per second，码片每秒)或1.2288Mcps减少到19.2ksps。
如上所述，在对有关信道进行上述处理之后，使用Walsh函数以固定码片率1.2288Mcps对正向CDMA信道上的所有代码信道进行正交扩展。该处理在所有代码信道中提供正交信道化。导频信道总是以Walsh码0扩展，同步信道总是以Walsh信道32扩展，给寻呼信道指定代码信道1到7。
如图1C所示，在Walsh扩展之后，对所有代码信道进行正交扩展，其中包括对每个代码信道的已正交扩展的数据和由短码发生器产生的PN短码序列进行模2加法。短码移位寄存器的抽头多项式为：
PI(x)＝x15+x13+x9+x8+x7+x5+1
PQ(x)＝x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1正交扩展器的输出形式为同相(I)信道401和正交(Q)信道402。可以使用替换技术进行正交扩展。然而，不管使用什么技术，都将把已扩展的数据和短码组合。
然后，I和Q数据流(信道)通过基带滤波器403，由基带滤波器对波形进行整形，以便既满足所要求的带宽约束，又使ISI最小化。
在所要求的滤波之后，使用四相移相键控(QPSK)调制I和Q信道。在I信道中，通过以二进制0′s和1′s的振幅对余弦函数进行调幅，以产生BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制移相键控)波形来完成调制。在Q信道中，调制正弦函数以产生正交BPSK波形。BPSK波形的求和产生在正向信道上传送的QPSK波形。
显然，必须在移位寄存器中保存每个长码和短码，移位寄存器需要在产生代码的每个码片后进行更新。
下面将参考图2和图3对优选实施例的技术进行一般性说明。在一般性说明之后，给出有关如何应用该技术为长码和短码更新移位寄存器的具体示例。
图2示出了优选实施例的技术。
可以理解，可把长码或短码的抽头多项式表示成二进制序列。这需要与移位寄存器的当前值组合，以便获取移位寄存器的新值。
在第一个优选实施例中，将抽头多项式二进制序列向最高有效位移动一位，将最低有效位设置为值1。这样就产生在数据实体中存储的已移位的抽头多项式常数，如步骤14所示。然后，该方法包括在步骤10中得到移位寄存器的初始值或当前值，并扩充移位寄存器的最后一位，使其具有足够的位，以便与已移位的抽头多项式常数组合。在步骤16中，使用移位寄存器的已符号扩充的最后一位对已移位的抽头多项式常数进行“与”操作。在步骤18中，将移位寄存器的当前值向最高有效位移动一位。然后在步骤19中，通过进行“异或”操作，把已移位的寄存器和步骤16中的“与”操作结果组合。“异或”操作的结果隐含地提供移位寄存器的新值，该值可以用于产生长码或短码的其他位。
图2示出第二个较差的优选实施例的效率稍低的技术。在本实施例中，如步骤35所示，使用未移位的抽头多项式常数。在步骤30中，获取移位寄存器的初始值，并对移位寄存器的最后一位进行符号扩充。同时，在步骤32中，保存最后一位的值。在步骤38中，使用“与”操作将移位寄存器的已符号扩充的最后一位和抽头多项式常数组合，并在步骤40中，使用“异或”操作将该“与”操作的结果与移位寄存器的初始值组合。在“异或”操作之后，将“异或”操作的结果向最高有效位移位，并且在步骤44中，将从步骤32中得到的已存储的值装载到最低有效位，以便在步骤46中产生寄存器的新值。
示例1：长码
接下来，需要计算长码的码片，快速更新移位寄存器，以便产生下一个码片。
表示长码抽头多项式p(x)＝x42+x35+x33+x31+x27+x26+x25+x22+x21+x19+x18+x17+x16+x10+x7+x6+x5+x3+x2+x1+1的二进制序列如下：
100000010101000111001101111000001001110111
其中，MSB(most significant bit，最高有效位)在左，LSB(least significant bit，最低有效位)在右。
在应用抽头多项式之前将寄存器移位，这就提供了更新存储长码的移位寄存器的最有效的技术。将抽头多项式的已移位形式的位0指定为值1。已移位的抽头多项式具有如下形式：
000000101010001110011011110000010011101111
存储并符号扩充移位寄存器最后一级的值，以便具有与图2的步骤12所示的长码抽头多项式相同数目的位。然后，与已移位的抽头多项式进行“与”操作。在没有明显操作的情况下，自动把期望值装载到寄存器的第一级中。
假设42位数据表示两个32位数据实体中所存储的长码序列的当前状态，例如：
位31                                位0
0110 1110 1010 0000 0100 0111 0110 0101
位63                               位32
0000 0000 0000 0000 0000 0011 0001 1101
注意，给位42-63分配了值0。
然后，如下执行快速移位寄存器更新：
在两个32位实体中存储抽头多项式的已移位形式，如下：
位31                                位0
1000 1110 0110 1111 0000 0100 1110 1111
位63                               位32
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
这表示将CDMA系统的实际多项式移动一位，将位0设置为1。
移位寄存器的最后一级(位41)为1。将其符号扩充为32位，如下：
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
将其保存。如果使用64位数据实体，则需要将最后一级符号扩充到64位。即，在32位的情况下，可以使用存储已扩充的最后一级的数据实体，来对存储多项式的两个实体进行“与”操作。
下面，我们将移位寄存器向左移动一位，结果：
位31                                位0
1101 1101 0100 0000 1000 1110 1100 1010
位63                               位32
0000 0000 0000 0000 0000 0010 0011 1000
注意，由于表示42位寄存器，所以总是给位42至63指定值“0”。
将多项式的两个32位实体和已符号扩充的最后一级中所存储的值进行逻辑“与”，给出下述多项式结果：
位31                                位0
1000 1110 0110 1111 0000 0100 1110 1111
位63                               位32
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
把这些值与已移位的移位寄存器进行逻辑“异或”，产生下述结果：
1101 1101 0100 0000 1000 1110 1100 1010异或(移位寄存器值，位0-31)
1000 1110 0110 1111 0000 0100 1110 1111(多项式结果，位0-31)
结果：
位31                                位0
0101 0011 0010 1111 1000 1010 0010 0101(移位寄存器的新值，位0-31)
0000 0000 0000 0000 0000 0010 0011 1000异或(移位寄存器值，位32-63)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010(多项式，位32-63)
等于：
位63                               位32
0000 0000 0000 0000 0000 0010 0011 0010(移位寄存器的新值，位32-63)
移位寄存器的新值是：
位31                                位0
0101 0011 0010 1111 1000 1010 0010 0101
位63                               位32
0000 0000 0000 0000 0000 0010 0011 0010
在第二个实施例中，把与多项式抽头相对应的移位寄存器的所有级与最后一级的值进行“异或”操作，然后对移位寄存器进行移位，并将最后一级的值反馈给移位寄存器的第一级。通过将抽头多项式转换为42位二进制序列，来获取所期望的效果，接着将42位二进制序列的每一位与来自移位寄存器的最后一级的输出进行“与”操作，最后将结果与移位寄存器的当前状态进行“异或”操作。当该操作完成时，将整个移位寄存器的内容移位一次，将所保存的最后一级的值移到第一级。
示例2：短码
对每个功率控制组(power control group，PCG)进行1536次短码寄存器的移位，I和Q移位寄存器都需要进行该操作。短码移位寄存器的抽头多项式是：
PI(x)＝x15+x13+x9+x8+x7+x5+1
PQ(x)＝x15+x12+x11+x10+x6+x5+x4+x3+1
用16位数据实体表示I和Q分支的移位寄存器。从而，两个移位寄存器只占据存储器的32位。
在应用抽头多项式之前，将寄存器移位。同样，将抽头多项式移位，将第一位设置为1。已移位的抽头多项式具有如下形式：
0010 0011 1010 0001(I序列，从左到右按MSB到LSB的顺序排列)
0001 1100 0111 1001(Q序列，从左到右按MSB到LSB的顺序排列)需要注意，位15已被设置为零。
然后，对已移位的抽头多项式和移位寄存器最后一级的已扩充值进行逻辑“与”，再对其结果和已移位的移位寄存器进行逻辑“异或”。
可替换地，将抽头多项式转换为15位二进制序列。对该序列和来自移位寄存器最后一级的输出进行逻辑“与”，并对其结果和移位寄存器的当前值进行“异或”操作。在将移位寄存器向最高有效位移动一位之后，将最后一级的值反馈给第一级。
在这种情况下，表示抽头多项式的未移位的二进制序列为：
0101 0001 1101 0000(I序列，从左到右按MSB到LSB的顺序排列)
0100 1110 0011 1100(Q序列，从左到右按MSB到LSB的顺序排列)需要注意，位15已被设置为零。
代替对抽头多项式序列的每一位和寄存器最后一级的值的“与”操作(这需要15次移位和15次“与”操作)，先将移位寄存器最后一级的值扩充到满15位(实际上，在C语言实现中扩充到16位，在C语言实现中用16位数据实体物理地表示移位寄存器)。然后，使用符号运算，将此值向左移位到MSB位置，再将其移回到LSB位置，以将该值符号扩充到满16位。
保存最后一级的值，并将其符号扩充到16位。现在可以容易地完成“与”操作和“异或”操作，并将寄存器向最高有效位移动一位。最后，将移位寄存器最后一级的先前值分配给第一级。
显然，熟练的程序员可以生成用于实现本发明的方法的适当的计算机程序。本发明在其范围内包含这样编制的程序和处理器，例如DSP。
本领域技术人员可以明显看出可对上述系统进行各种修改，并且应该将这些修改视为属于本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种将伪噪声代码移位寄存器从当前值更新为新值的方法，包括：
a)把抽头多项式表示为抽头多项式二进制序列；
b)对寄存器当前值的最后一级的值和抽头多项式序列的每一位进行逻辑“与”；以及
c)对步骤b)的结果和寄存器的当前值进行逻辑“异或”。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过将所述寄存器最后一级的所述值扩充到至少所述抽头多项式二进制序列的序列长度，并对所述已符号扩充的值和所述抽头多项式二进制序列进行逻辑“与”，来执行步骤(b)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括在步骤(c)之后，将寄存器当前值向最高有效位移动一位并且将寄存器当前值的最后一级的值分配给寄存器新值的第一级的步骤。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，表示抽头多项式包括产生已向最高有效位移动一位并将最低有效位设置为1的二进制序列，并且所述方法包括在执行步骤(b)之前，将寄存器当前值向最高有效位移动一位。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中序列长度为42位。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中序列长度为15位。
7.一种用于执行根据权利要求1至6中的任一项的方法的程序。
8.一种被编程为执行根据权利要求1至6中的任一项的方法的处理器。
9.如权利要求8所述的处理器，其中所述处理器为数字符号处理器。
CNA018214614A 2000-11-15 2001-10-31 移位寄存器更新方法 Pending CN1483248A (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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