ITRM970553A1 - Co-processore per filtraggio - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di Brevetto d'invenzione, avente Der titolo:
"Co-processore per filtraggio"
CAMPO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce in generale ai co-processori e, più particolarmente, ai co-processori di filtraggio implementati in elaboratori di segnali digitali.
PRECEDENTI DELL'INVENZIONE
Gli attuali sistemi per comunicazioni senza filo, per esempio i sistemi cellulari digitali, richiedono una vasta elaborazione di segnali digitali per svolgere le funzioni di equa1izzazione dei canali, codificazione/deco dificazione dei canali e codificazione della parola. Un tale sistema cellulare digitale è il sistema digitale cel lulare Groupe Special Mobile (GSM). In una tipica configu razione del sistema cellulare digitale GSM, un separato elaboratore di segnali digitali (OSP) è dedicato ad un intervallo elementare o finestra di tempo (timeslot), per cui si richiedono otto elaboratori di segnali digitali per la equa1izzazione di una singola portante a radio fre quenza (RF). Tuttavia, ciascuna uscita dall'equalizzatore deve essere applicata in ingresso ad un altro separato elaboratore di segnali digitali per svolgere la funzione di decodificazione dei canali. In totale complessivo, sono necessari 16 elaboratori di segnali digitali per la equa1izzazione/decodificazione di una singola portante a radio frequenza.
Quando si considerano il gran numero di portanti a radio frequenza impiegate in un sistema cellulare, per esempio il sistema GSM, il numero di elaboratori di segna li digitali usati entro un ricevitore diventa costoso. In aggiunta al costo, la dimensione dell elaboratore OSP è tale che un gran numero di tali dispositivi consuma una larga parte dell’investimento reale pregevole all'interno del ricevitore. Inoltre, il gran numero di elaboratori DSP dissipano una corrisoondente quantità di calore che deve essere allontanata dal ricevitore. Dopo aver detto tutto ciò, il gran numero di elaboratori DSP implementati in un ricevitore, come precedentemente descritto, viene risolto con grandi inconvenienti. Pertanto, esiste la necessità di un modo per ricevere lo stesso numero di segna li presenti su una singola portante a radio frequenza, senza la necessità di un gran numero di elaboratori di segnali digitali dedicati, come nella tecnica precedente.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La Figura 1 rappresenta in generale, in forma di schema a blocchi, l'architettura di hardware di un co-oro cessore di filtraggio in conformità con l'invenzione, la Figura 2 rappresenta una organizzazione generale di dati, coefficienti ed uscite da impiegare nel coorocessore di filtraggio della Figura 1,
le Figure da 3 a 12 raporesentano la organizzazione generale dei dati, come rappresentata nella Figura 2, per valori di decimazione variabili di correlazione e di convoluzione per i modi 0 e 1, così come applicata alla architettura di hardware della Figura 1,
la Figura 13 illustra in linea generale un equalizzatore capace di sfruttare con beneficio il co-processore di filtraggio in conformità con l'invenzione,
le Figure da 14 a 19 rappresentano la organizzazio ne generale dei dati, come mostrata nella Figura 2, per valori di decimazione variabili di correlazione e filtrazione adattata per i modi 2 e 3, come applicati all'archi tettura di hardware della Figura 1,
la Figura 20 illustra in linea generale il co-oro cessore di filtraggio della Figura 1, implementato vantag giosamente in un ricevitore di un sistema per comunicazio ni senza filo.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI UNA PREFERITA FORMA DI REALIZZAZIONE
Esprimendo in termini generali, un co-processore di filtraggio entro un elaboratore di segnali digitali (DSP) trae vantaggio dalla natura ortogonale dei segnali modulati durante il procedimento di equalizzazione. Poiché, dopo la ricezione, soltanto certi valori reali/imma ginari del segnale ricevuto sono utili per la demodulazio ne, il co-processore di filtraggio elabora soltanto tali valori per stimare il segnale trasmesso. Elaborando soltanto quei valori che sono utili per la demodulazione, il co-processore di filtrazione è in grado di elaborare maggiori informazioni in un dato intervallo di temoo, compor tando una aumentata elaborazione, in confronto con la tecnica precedente.
Nella preferita forma di realizzazione, il co-pro cessore di filtraggio comprende una prima memoria per memorizzare informazioni di dati ed una seconda memoria per memorizzare coefficienti. Il co-processore di filtraggio inoltre comprende un controllore per controllare un moltiplicatore/accumulatore in modo da eseguire funzioni di moltiplicazione/accumulazione in una pluralità di modi di funzionamento e oer coordinare il ricupero delle informazioni di dati e dei coefficienti.
Nella preferita forma di realizzazione, un modo di funzionamento inoltre comprende una correlazione fra una sequenza complessa di dati ed una sequenza di media-ambi_a tura, in cui la sequenza di media-ambiatura comprende valori complessi alternati puri reali/puri immaginari. Inol tre, un altro mode di funzionamento comprende una decimazione dell'uscita della corre1azione. Nella forma di realizzazione che si riferisce alla correlazione, un altro modo di funzionamento comprende anche una correlazione fra una sequenza di dati complessi sovracampionati 2X ed una sequenza di media-ambiatura, in cui la sequenza di media-ambiatura comprende valori complessi alternati IX puri reali/puri immaginari.
Inoltre, nella preferita forma di realizzazione, un modo di funzionamento comprende inoltre la filtrazione adattata, in cui i dati di ingresso sono complessi, i coefficienti che si riferiscono al filtraggio adattato sono complessi e l'uscita è una sequenza reale di dati aj_ ternati puri reali/ouri immaginari. Un altro modo di funzionamento comprende una decimazione dell'uscita del filtraggio adattato.
Il co-processore di filtraggio precedentemente descritto genera una uscita per l'impiego in un algoritmo di stima di sequenza di massima probabilità (MLSE). I coefficienti del co-processore di filtraggio comprendono coefficienti di risposta di canale e coefficienti di filtraggio adattato. Per minimizzare l'intervento con una unità di elaborazione centrale, il co-processore di filtraggio onera in un modo di funzionamento in cui un dispo sitivo di accesso diretto a memoria viene usato per muovere i dati di ingresso dalla memoria al co-processore di filtraggio ed una uscita dal co-processore di filtraggio alla memoria.
Il co-processore di filtraggio trova applicazione in un equalizzatore da impiegare in un ricevitore compati bile con un sistema di comunicazioni senza filo. In questa forma di realizzazione, l'equalizzatore comprende un blocco di correlazione per correlare una sequenza di dati complessi ed una sequenza di media-ambiatura, la sequenza di media-ambiatura comprendendo valori complessivi alternati puri reali/puri immaginari ed un blocco di filtraggio adattato per un ingresso complesso di filtraggio adat_ tato che utilizza coefficienti complessi ed emette in uscita una sequenza reale di dati alternati puri reali/ puri immaginari. Un blocco di stima di sequenza di massima Probabilità (MLSE) stima un segnale trasmesso nel sistema per comunicazioni senza filo sulla base dell'uscita del blocco di filtraggio adattato.
In questa forma di realizzazione, il blocco di correlazione ed il blocco di filtraggio adattato vengono implementati utilizzando una prima ed una seconda memoria ed un controllore per controllare un moltipiicatore/accu mulatore per svolgere funzioni di moltiplicazione/accumulazione in un primo modo che è in relazione con la correlazione ed in un secondo modo che è in relazione con il filtraggio adattato. Il primo modo che si riferisce alla correlazione ed il secondo modo che si riferisce al filtraggio adattato vengono eseguiti nel co- processore di filtraggio entro un elaboratore o processore di segnali digitali.
La Figura 1 illustra in generale l'archiLettura di hardware di un co-e1aboratore o processore di filtraggio in conformità con l'invenzione. Nella preferita forma di realizzazione, il co-Drocessore di filtraggio è un co-pro cessore con risposta impulsiva finita (FIR). Come rappresentato nella Figura 1, il sistema è costituito da un ban co 103 di memoria di dati e da un banco 106 di memoria di coefficienti collegati ad un mo11ip1icatore/accumulatore (MAC) 109. Le grandezze dei banchi di memoria sono lascia^ te al progettista del11hardware, ma dovrebbero essere suf ficientemente estese per adattarsi allo standard delle co municazioni nel sistema GSM. Nella Figura 1 sono anche rappresentati due canali dedicati 112 e 113 di accesso dj_ retto in memoria (DMA), il primo canale 112 per il trasfe rimento dei dati nel banco di memoria dei dati ed il secondo canale 113 per il trasferimento dei dati dei risultati di risposta impulsiva finita nuovamente nell'unità di elaborazione centrale CPU. Con questa configurazione, l'ammontare dell'intervento dell'unità di elaborazione centrale viene minimizzato alla inizia1izzazione soltanto. Una memoria tampone o buffer di ingresso 115 da quattro parole ed una memoria tampone 118 di uscita da una pa rola interfacciano fra il procedimento di trasferimento DMA ed il procedimento di acquisizione dei dati FIR. Il conteggio 121 del filtro è incaricato del controllo della lunghezza del filtro di FIR. Il generatore di indirizzi 124 è responsabile della generazione dei puntatori di indirizzi ai banchi 103 e 106 di memoria in conformità ad un modo selezionato. L'unità di controllo 127 controlla l'operazione di FIR ed è interfacciata con l'unità CPU.
Come raDoresentato nella Figura 1, soltanto l'operazione di moltiplicazione/accumulazione (MAC) per ogni ciclo di clock o di cadenzamento viene eseguita. Questa architettura fornisce la massima possibilità per supporta re una ampia varietà di applicazioni di filtrazione FIR, pur mantenendo minime operazioni di calcolo per ciascuna applicazione. Ciò contribuisce ad una soluzione efficace in rapporto al costo in termini di area e di tempo totale di calcolo.
Come sopra menzionato, 1'architettura del co-elabo ratore di filtraggio rappresentato nella Figura 1 è capace di supportare una molteplicità di modi. Nella preferita forma di realizzazione, sono supportati quattro modi di funzionamento (configurati da 2 bit di modo):
1. Modo 0 - Filtro FIR reale.
2. Modo 1 - Filtro FIR complesso.
3. Modo 2 - Filtro FIR complesso che genera alternativamente uscite pure reali/pure immaginarie.
4. Modo 3 - Correlazione complessa fra una sequenza di dati completamente complessa ed una sequenza complessa costituita da elementi di dati alternati puri-reali/Duri-immaginari.
Un ulteriore bit di modo di Nc-decimazione/Decima zione-per-2 è stato definito per supportare i sistemi di comunicazioni con distanziamento T e con distanziamento T/2. Come tali, i tre bit programmabili permettono una ef ficiente implementazione di una ampia gamma di apolicazio ni di filtraggio FIR, alcune delle quali sono riportate e brevemente descritte di seguito:
. Filtro FIR a convoluzione reale (Figura 3);
. Filtro FIR a convoluzione reale con decimazione di usc_i_ ta per 2 (Figura 4);
. Filtro FIR a correlazione reale (Figura 5);
. Filtro FIR a correlazione reale con decimazione di usc_i_ ta per 2 (Figura 6);
. Filtro FIR a convoluzione complessa (Figura 7);
. Filtro FIR a convoluzione complessa con decimazione di uscita oer 2 (Figura 8);
. Filtro FIR a convoluzione complessa che genera uscite reali soltanto (Figura 9);
. Filtro FIR a convoluzione complessa che genera soltanto uscite immaginarie (Figura 10);
. Filtro FIR a correlazione complessa (Figura 11);
. Filtro FIR a correlazione complessa con decimazione di uscita per 2 (Figura 12);
. Filtro FIR complesso che genera alternativamente uscite pure reali/pure immaginarie (Figura 14);
. Filtro FIR complesso che genera uscite alternate pure reali/pure immaginarie decimate per 2 (Figura 15);
. Correlazione complessa fra una sequenza di dati pienamente complessa ed una sequenza complessa costituita da elementi di dati alternati puri-rea1i/ouri-immagina ri (Figure 16 e 17);
. Correlazione complessa fra una sequenza di dati comp!es_ sa piena sovracampionata per 2 ed una sequenza comple_s sa costituita da elementi di dati alternati puri-reali/ puri-immaginari (Figure 18 e 19).
L'architettura di hardware del co-processore di filtraggio in conformità con l'invenzione è compatibile con lo standard delle telecomunicazioni GSM. Nel sistema GSM, si utilizza lo standard di accesso multiplo a divisione di tempo (TOMA) con una struttura di quadri di 4,615 millisecondi che contiene 8 finestre di tempo elementari. Ciascuna finestra di tempo elementare consiste di 156,25 bit. Per un normale treno o pacchetto di dati, vi sono 58 bit di dati criotati, 26 bit di sequenze di ad destramente), 6 bit di coda e 8,25 bit di guardia. Per un pacchetto di dati di accesso, vi sono 36 bit di dati criDtati, 41 bit di sequenze di addestramento, 8 bit di coda estesa, 3 bit di coda e 68,25 bit di guardia estesi. Lo schema di modulazione è MSK con filtrazione Gaussiana deferenziaImente codificato (GKSK).
Da Figura 3 a Figura 12 rappresentano l'organizzazione generale dei dati come mostrata nella Figura 2 per valori di correlazione e di convoluzione di decimazione variabile per i modi 0 e 1 come aoplicati all'architettura di hardware della Figura 1. Per ciascuna figura, le operazioni Der inizia1izzare ed elaborare i dati sono for nite in forma bullet, notando anche l'equazione applicabile usata per svolgere la elaborazione.
. Filtro FIR a convoluzione reale (Figura 3);
Inizializzazione
. Impostare il modo ed il conteggio del filtro ( = jf dei valori dei coefficienti).
. Inizia1izzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine inverso.
Il nucleo esegue le scritture di ^filtro-conteggio.
Elaborazione
. Se la memoria tarlinone dei dati di ingresso o buffer è vuoto, far scattare nucleo/DMA Der trasferire fino a 4 nuove Darole di dati.
. Inizia1izzare i dati nel banco di dati in ordine diretto e nucleo/DMA esegue le scritture di j^filtro-conteg gio.
. Calcolare F(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Ricavare una nuova parola di dati nel banco di dati ed incrementare il Duntatore del banco di dati.
. Filtro FIR a convoluzione reale con decimazione di usci ta per 2 (Figura 4);
Iniziaiizzazione
. ImDostare modo e conteggio di filtro (= jfc dei valori dei coefficienti).
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine inverso.
Il nucleo esegue le scritture di (^filtro-conteggio. E1aborazione
. Se il tampone dei dati di ingresso è vuoto, far scattare nucleo/DMA per trasferire fino a 4 nuove parole di dati.
. Inizia1izzare i dati nel banco di dati in ordine diretto e nucleo/DMA esegue le scritture di iltro-conteg gio.
. Calcolare F(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Introdurre una nuova parola di dati nel banco di dati ed incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati nel banco di dati ed incrementare il puntatore del banco di dati.
. Filtro FIR a correlazione reale (Figura 5);
Inizializzaztone
. Impostare modo e conteggio di filtro (= dei valori dei coefficienti).
. Iniziaiizzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine diretto.
. Il nucleo esegue le scritture di filtro-conteggio. Elaborazione
, Se la memoria tampone dei dati di ingresso è vuota, far scattare il nucleo/DMA per trasferire fino a 4 nuove pa role di dati.
. Inizia1izzare i dati nel banco di dati in ordine diretto nucleo/DMA esegue le scritture di #filtro-conteggio . Calcolare F(n), memorizzare il risultato, far scattare nuc1eo/DMA.
. Introdurre una nuova oarola di dati nel banco di dati ed incrementare il puntatore del banco di dati.
. Filtro FIR a correlazione reale con decimazione di usci ta per 2 (Figura 6);
Iniziaiizzazione
. Impostare modo e conteggio del filtro (= # dei valori dei coefficienti).
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine diretto.
. Il nucleo esegue le scritture di # filtro-conteggio. Elaborazione
. Se la memoria tampone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo o Core/DMA per trasferire fino a 4 nuove parole di dati.
. Iniziaiizzare i dati nel banco di dati in ordine diretto mentre nucleo/DMA esegue le scritture di jjffiltroconteggio.
. Calcolare F(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Introdurre una nuova parola di dati nel banco di dati ed incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati nel banco di dati ed incrementare il puntatore del banco di dati.
Iniziaiizzazione
. Impostare modo e conteggio del filtro (= #dei valori dei coefficienti).
. Inizia1izzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine diretto.
. Il nucleo esegue le scritture di fiItro-contegoio. E1aborazione
. Se la memoria tampone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo/DMA per trasferire 2 o 4 nuove parole di dati.
. Inizia1izzare i dati nel banco dei dati in ordine direct to nucleo/DMA esegue le scritture di # filtro-conteggio. . Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA .
. Introdurre una nuova Darola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco dei dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Filtro FIR a convoluzione complessa con decimazione di uscita per 2 (Figura 8);
E i
Inizializzazione
. Impostare il modo ed il conteggio del filtro (= # dei valori dei coefficienti).
. Inizia1izzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine diretto.
. Il nucleo o Core esegue le scritture di filtro-conteg aio.
Elaborazione
. Se la memoria tampone dei dati di ingresso è vuota, far ,scattare il nucleo/DMA per trasferire 2 o 4 nuove parole di dati.
. Inizializzare i dati nel banco dei dati in ordine diret to nucleo/DMA esegue le scritture di # fi1tro-conteggio . Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Filtro FIR a convoluzione complessa che genera soltanto uscite reali (Figura 9);
Inizializzazione
. Impostare il modo ed il conteggio del filtro (= # dei valori dei coefficienti).
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine inverso, mentre i coefficienti immaginari sono negati per primi.
. II nucleo esegue le scritture di #filtro-conteggio.
Elaborazione
. Se la memoria tampone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo/DMA oer trasferire 2 o 4 nuove parole di dati.
. Iniziaiizzare i dati nel banco dei dati in ordine diret to nucleo/DMA esegue le scritture di #filtro-conteggio. . Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Filtro FIR a convoluzione complessa che genera soltanto uscite immaginarie {Figura 10);
Inizializzazione
. Impostare il modo ed il conteggio di filtro (= dei valori dei coefficienti).
. Dati organizzati in coppie Im/Re.
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine inverso, mentre i coefficienti immaginari ven gono negati per primi.
. Il nucleo esegue le scritture di fi1tro-contegcio.
EIaborazione
. Se la memoria tampone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo/DMA Der trasferire 2 o 4 nuove Darole di dati.
. Inizializzare i dati nel banco dei dati in ordine diret to nucleo/DMA esegue le scritture di # filtro-conteggio . Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nuc 1eo/DMA.
. Introdurre una nuova Darola di dati (DI), incrementare il ountatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova oarola di dati (DR), incrementare il Duntatore del banco di dati.
. Filtro FIR a correlazione complessa (Figura 11);
Iniziaiizzazione
. Impostare il modo ed il conteggio del filtro (= # dei valori dei coefficienti).
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine diretto, mentre i coefficienti immaginari ven gono negati per primi.
. Il nucleo esegue le scritture di #filtro-conteggio.
Elaborazione
. Se la memoria tamDone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo/DMA per trasferire 2 o 4 nuove parole di dati.
. Inizializzare i dati nel banco dei dati in ordine diret_ to nucleo/DMA esegue le scritture di # filtro-conteggio. . Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nuc1eo/DMA.
. Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nuc1eo/DMA .
. Introdurre una nuova parola di dati (OR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. filtro' FIR a correlazione complessa con decimazione di uscita per 2 (Figura 12);
Inizializzazione
. Impostare il modo ed il conteggio del filtro (= ψ dei valori dei coefficienti).
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine diretto, mentre i coefficienti immaginari ven gono negati per primi.
. Il nucleo esegue le scritture di #filtro-conteggio.
Elaborazione
. Se la memoria tamoone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo/DMA per trasferire 2 o 4 nuove parole di dati.
. Inizia1izzare i dati nel banco di dati in ordine diretto nucleo/DKA esegue le scritture di # filtro-contegcio, . Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nucIeo/DMA.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
L'architettura di hardware rappresentata nella Figura 1 è Dartico1armente utile quando usata in un equaliz zatore di un ricevitore. Un tale equalizzatore è generica mente illustrato nella Figura 13, in cui i segnali ortogonali I e Q sono applicati all'ingresso di un blocco di correlazione 203. E' imoortante notare che l'invenzione sfrutta vantaggiosamente la ortogonalità fra i segnali I e Q, oer cui il co-orocessore di filtraggio della Figura 1 può essere vantaggiosamente imDlementato in un qualsiasi sistema a modulazione ortogonale. Continuando, il bloc_ co di correlazione 203 ha come sua uscita l'ingresso in un filtro adattato 206. Il filtro adattato 206 inoltre ha come ingresso i segnali ortogonali I e Q. L'uscita del filtro adattato 206 rappresenta l'ingresso di un decodifi catore di Viterbi 209. Il blocco di correlazione 203, il filtro adattato 206 ed il decodificatore di Viterbi 205 in generale comprendono l'equalizzatore, come è ben noto nella tecnica. L'uscita del decoriificatore di Viterbi 209 viene applicata come ingresso ad un decodificatore di Canali (non rappresentato) che svolge la ulteriore elaborazione del segnale ricevuto.
Da Figura 14 a Figura 19 rappresentano la organizzazione generale dei dati come rappresentata nella Figura 2 per valori di decimazione variabile della correlazione (modo 3) e della filtrazione adattata (modo 2), come applicate all'architettura di hardware della Figura 1. La prima analisi è quella del procedimento di correlazione. Nel procedimento di correlazione, i dati di ingresso vengono correlati con una configurazione di parole di sincronizzazione nella forma di una media-ambiatura. A causa della natura dello schema di modulazione GKSK del sistema GSM, la parola di sincronizzazione si alterna fra valori puramente reali e valori puramente immaginari. Normalmente, una moltiplicazione complessa piena richiederebbe quattro operazioni di moltiplicazione e di accumulazione o totalizzazione. A causa della natura della parola di sincronizzazione, soltanto due moltiplicazioni sono neces sarie, poiché la porzione reale o la porzione immaginaria c è "0" (vale a dire ortogonale). Il co-elaboratore di filtraggio della Figura 1 trae vantaggio da Questa caratteri stica allo scopo di ridurre a metà il tempo di calcolo.
Ancora, per ciascuna figura, le operazioni per iniziaiizzare ed elaborare i dati sono fornite in forma di bullet, con una notazione della equazione applicabile usata per svolgere la elaborazione.
. Correlazione complessa fra una sequenza di dati Piena complessa ed una sequenza complessa costituita da elementi di dati alternati puri-reali/puri-immaginari (Figure 16 e 17).
La sequenza di addestramento (dati ricevuti) è com plessa (una coppia di campioni I e Q per bit). La sequenza di media-ambiatura (dati di riferimento) censiste in valori complessi alternati puri-reali/puri-immaginari (un numero comolesso Duro per bit), per formare la tabella riportata nella Figura 16.
. Traendo vantaggio dalle componenti ortogonali della se auenza di media-ambiatura si ottiene:
. In accordo con ciò, una uscita di correlazione complessa viene calcolata per ciascun ingresso complesso che richiede metà delle operazioni di MAC.
Inizializzazione
. Impostare il modo ed il conteggio di filtro (= dei valori dei coefficienti).
. Inizia1izzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine diretto.
. Il nucleo esegue le scritture di #filtro-conteggio. Elaborazione
. Ogni volta che la memoria tampone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo/DMA per trasferire 2 o 4 nuovi camoioni di dati.
. Iniziaiizzare i dati nel banco di dati in ordine diretto nucleo/DMA esegue 2x scritture di j#filtro-conteggio. . Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nuc1eo/DMA.
. Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nuc1eo/DMA.
. Introdurre una nuova Darola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Correlazione complessa fra una sequenza di dati comole_s sa piena sovracampionata per 2 ed una sequenza comolessa composta di elementi di dati alternati puri-rea1i/pu ri-immaginari (Figure 18 e 19).
La sequenza di addestramento (dati ricevuti) viene sovracamoionata 2x (2x campioni di I e Q per bit). La sequenza di media-ambiatura (dati di riferimento) consiste di valori complessi alternati puri-rea1i/puri-immaginari (un numero complesso curo per bit). Prima della correlazione, la sequenza di media-ambiatura viene interpolata 2x mediante aggiunta di uno zero complesso fra i valori complessi puri, formando la tabella rappresentata nella Figura 18.
Equaz i one
. La funzione di correlazione è:
. Traendo vantaggio dalle componenti ortogonali della sequenza di media-ambiatura interpolata, si ottiene:
. Si può facilmente dimostrare che, quando n è "pari<11>, le uscite del filtro sono indipendenti dai camoioni di ingresso "dispari" e, quando n è "dispari", le uscite del filtro sono indipendenti dai camoioni di ingresso "pari". Come risultato, uscite di filtro pari e dispari possono essere calcolate separatamente, richiedendo una meta della dimensione del banco di memoria di dati. Inizializzazione
. Impostare il modo ed il conteggio di filtro (= dei valori dei coefficienti).
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine diretto.
. Il nucleo esegue le scritture di # filtro-conteggio.
Elaborazione
. Ogni volta che la memoria tampone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo/DMA per trasferire 2 o 4 nuovi camDioni di dati.
. Inizia1izzare i dati nel banco dei dati in ordine diret to nucleo/DMA esegue 2x scritture di #filtro-conteggio, soltanto pari opDure soltanto disDari.
. Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
La seconda analisi si riferisce al procedimento di filtraggio adattato. Nel procedimento di filtraggio adattato, due elementi specifici per il procedimento di equalizzazione utilizzato nel sistema GSM vengono utilizzati. In primo luogo, vengono calcolati soltanto i valori di uscita alternati reali ed immaginari. Ciò ancora una volta sfrutta vantaggiosamente la natura ortogonale dello schema di modulazione GKSK. In aggiunta, i dati di uscita vengono decimati per due allo scopo di elaborare 2x dati sovracampionati e fornire una uscita costituita da un sin golo campione per bit. La sequenza di uscita viene tratta ta come una sequenza Duramente reale per ulteriore elaborazione dal decodificatore di Viterbi 209. Ancora una voi ta, il modo di filtrazione adattata del co-processore di filtraggio sfrutta vantaggiosamente queste caratteristiche per ridurre il tempo di calcolo relativamente alla im p1ementazione delle moltiplicazioni complesse complete. Ancora, per ciascuna figura, le operazioni di iniziaiizza zione ed elaborazione dei dati sono fornite in forma di bullet, notando anche l'equazione applicabile usata oer svolgere la elaborazione.
. Filtro FIR comolesso che genera alternativamente uscite pure reali/pure immaginarie (Figura 14)..
Iniziaiizzazione
. Impostare il modo c-d il conteggio di filtro (= φ dei valori dei coefficienti).
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine inverso.
. Il nucleo esegue le scritture di filtro-conteggio.
Elaborazione
. Se la memoria tamoone o buffer dei dati di ingresso è vuota, far scattare il nucleo/DMA per trasferire 2 o 4 nuove parole di dati.
. Inizia1izzare i dati nel banco di dati in ordine diretto nucleo/DMA esegue scritture di # filtro-conteggio. . Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Introdurre una nuova oarola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Introdurre una nuova oarola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Filtro FIR complesso che genera uscite alternate pure reali/pure immaginarie decimate per 2 (Figura 15).
0
Iniziaiizzazione
. Impostare il modo ed il conteggio di filtro (= # dei valori dei coefficienti).
. Inizializzare i coefficienti nel banco dei coefficienti in ordine inverso.
Elaborazione
. Se la memoria tamoone dei dati di ingresso è vuota, far scattare nucleo/DMA per trasferire 4 nuove parole di da ti (2 dati complessi).
. Inizia1izzare i dati in ordine diretto (scritture di n_u cleo/DMA).
. Calcolare FR(n), memorizzare il risultato, far scattare nucleo/DMA.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (01), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Calcolare FI(n), memorizzare il risultato, far scattare nucIeo/DKA.
. Introdurre una nuova parola di dati (DR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova carola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova parola di dati (OR), incrementare il puntatore del banco di dati.
. Introdurre una nuova Darola di dati (DI), incrementare il puntatore del banco di dati.
Precedentemente, questi compiti sono stati svolti tramite firmware eseguito sul nucleo dell'elaboratore. La seguente tabella illustra i Derfezionamenti apportati mediante l'impiego del co-processore di filtro.
(segue Tabella 1)
La Figura 20 illustra in generale un co-processore o co-elaboratore di filtraggio della Figura 1 vantaggiosa mente implementato in un ricevitore di un sistema per comunicazioni senza filo. In termini generali, il ricevitore riceve un segnale ortogonalmente modulato 400 nella estremità frontale 406 del ricevitore. Il segnale ortogonalmente modulato 400 è costituito da una pluralità di simboli. Nella preferita forma di realizzazione, i simboli sono ricevuti nel primo e nel secondo ramo dell'estremità frontale 406 del ricevitore e la ricezione dei simboli fra il primo ed il secondo ramo viene sfalsata di un Dredeterminato periodo di tempo. Nell'equalizzatore di ca nali 212 che implementa l'hardware del co-eladoratore di filtraggio illustrato nella Figura 1, i simboli di un numero pari dal primo ramo del ricevitore sono indipendente mente decodificati ed i simboli di numero discari dal secondo ramo del ricevitore sono indipendentemente decodifi cati per produrre informazioni decodificate per ciascun ramo del ricevitore. Le informazioni decodificate per ciascun ramo del ricevitore vengono quindi combinate ed elaborate da una estremità posteriore del ricevitore (non rappresentata).
Nella preferita forma di realizzazione, il segnale a modulazione ortogonale comprende inoltre un segnale a modulazione a scorrimento di fase in quadratura (QPSK} sfalsato il quale è specificamente un segnale modulato a modulazione con scorrimento minimo Gaussiano (GMSK). Possono similmente essere impiegati altri tipi di modulazione, per esempio la modulazione con scorrimento minimo (MSK). Il ricevitore della Figura 20 è compatibile con una interfaccia all'aria ad accesso multiplo a divisione di tempo (TOMA) e SDecificamente con interfaccia all'aria TDMA del sistema Grouoe Soecial Mobile (GSM).
Ai simboli di numero pari dal primo ramo del ricevitore sono associati simboli indipendentemente decodificati e di numero dispari dal secondo ramo del ricevitore i quali vengono indipendentemente decodificati per orodurre le informazioni decodificate per ciascun ramo del ricevitore. Per svolgere la decodificazione indipendente, i dati di I e di Q sono correlati con una sequenza di addestramento per stimare la risposta impulsiva del canale prima della filtrazione adattata del canale stimato con i dati ricevuti. La sequenza di addestramento (dati di riferimento) consiste di valori complessi alternati purireali/puri-immaginari (un numero complesso puro per bit), come rappresentato nella tabella della Figura 16. Quindi il sistema esegue una stima di sequenza di massima probabilità (MLSE) ed una cancellazione di interferenze intersimboli per svolgere una stima della sequenza di dati di decisione morbida. I dati di decisione morbida vendono quindi fatti cassare al decodificatore dei canali (estremità posteriore del ricevitore) per ulteriore elaborazione. Il co-elaboratore di filtraggio come finora descritto e come illustrato nella Figura 1 svolge il procedimento di correlazione Der la risposta impulsiva del canale, come anche il orocedimento di filtrazione adattata dei dati ricevuti con quel canale stimato. Sfruttando vantaggiosamente lo schema di modulazione GMSK del sistema GSM, il numero di operazioni da eseguire per il Drocedimento di correlazione e di filtrazione adattata è significativamen te ridotto, comportando cosi una esigenza di un minor numero di elaboratori di segnali digitali per ogni portante a radio frequenza.
Sebbene l'invenzione sia stata particolarmente rap presentata e descritta con riferimento ad una particolare forma di realizzazione, sarà compreso da coloro che sono esperti nel ramo che vari cambiamenti possono essere apportati nella forma e nei dettagli senza allontanarsi dal lo spirito e dall'ambito dell'invenzione.
Claims (13)
- RIVENDICAZIONI 1. Co-processore di filtraggio caratterizzato da: una prima meoria per memorizzare informazioni di dati; una seconda memoria Der memorizzare coefficienti; e un controllore oer controllare un moltiplicatore/ accumulatore oer svolgere funzioni di moltiplicazione/ac_ cumulazione in una oluralità di modi di funzionamento e Der coordinare il ricuoero delle informazioni di dati e dei coefficienti.
- 2. Co-processore di filtraggio secondo la rivendicazione 1, in cui un modo di funzionamento è ulteriormente caratterizzato da una correlazione fra una sequenza di dati comolessa ed una sequenza di media-ambiatura, la seouenza di media-ambiatura comorendendo valori complessi alternati ouri reali/Duri immaginari.
- 3. Co-processore di filtraggio secondo la rivendicazione 1, in cui un modo di funzionamento è ulteriormente caratterizzato da una correlazione fra una sequenza di dati complessi sovracampionati 2X ed una sequenza di me dia-ambiatura, la sequenza di media-ambiatura comorendendo valori complessi alternati 1X puri reali/puri immagina ri.
- 4. Co-processore di filtraggio secondo la rivendicazione 1, in cui un modo di funzionamento è ulteriormen“te caratterizzato da una filtrazione adattata nella Quale i dati di ingresso sono complessi, i coefficienti che sono in relazione con la filtrazione adattata sono comolessi e l'uscita è una sequenza reale di dati alternati Duri rea1i/puri immaginari.
- 5. Co-Drocessore di filtraggio secondo la rivendicazione 1, in cui un modo di funzionamento utilizza un ap Darecchio di accesso diretto in memoria per muovere i dati di ingresso dalla memoria al co-processore di filtraggio ed una uscita dal co-processore di filtraggio alla me_ moria senza intervento di una unità di elaborazione centrale.
- 6. Procedimento di decodificazione di un segnale ortogonalmente modulato in un ricevitore, il segnale orto gonalmente modulato essendo costituito da una pluralità di simboli, il procedimento essendo caratterizzato dalle seguenti operazioni: ricevere i simboli in un primo ed in un secondo ra mo del ricevitore, in cui la ricezione dei simboli fra il primo ed il secondo ramo è sfalsata di un predeterminato periodo di tempo; decodificare indipendentemente i simboli di numero pari nel primo ramo del ricevitore ed i simboli di numero dispari nel secondo ramo del ricevitore in modo da orodur re informazioni decodificate per ciascun ramo del ricevitore; combinare le informazioni decodificate per ciascun ramo del ricevitore, e elaborare le informazioni decodificate combinate nel ricevitore.
- 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui il segnale ortogonalmente modulato è ulteriormente ca_ ratterizzato da un segnale sfalsato modulato con modulazione a scorrimento di fase in quadratura (QPSK).
- 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui il segnale modulato con modulazione QPSK sfalsato è u1teriormente caratterizzato da un segnale modulato con modulazione a scorrimento minimo (MSK) oppure da un segna_ le modulato con modulazione a scorrimento minimo Gaussiano (GMSK).
- 9. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui il ricevitore è compatibile con una interfaccia alla aria ad accesso multiplo a divisione di temoo (TDMA).
- 10. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui l'interfaccia all'aria TOMA comprende ulteriormente una interfaccia all'aria TDMA compatibile con l'interfaccia all'aria TDMA del sistema Groupe Soecial Mobile (GSM)
- 11. Equalizzatore da impiegare in un ricevitore compatibile con un sistema di comunicazioni senza filo, l'equalizzatore essendo caratterizzato da: un blocco di correlazione per correlare una sequen za di dati complessa ed una sequenza di media-ambiatura, la sequenza di media-ambiatura comprendendo valori complessi alternati puri reali/puri immaginari; un blocco di filtraggio adattato per effettuare il filtraggio adattato dell'ingresso complesso con l'uso di coefficienti complessi e per emettere in uscita una sequenza reale di dati alternati Duri reali/puri immaginari; e un blocco di stima della sequenza di massima proba bilità per stimare un segnale trasmesso nel sistema di comunicazioni senza filo sulla base dell'uscita del blocco di filtraggio adattato.
- 12. Equalizzatore secondo la rivendicazione 11, in cui il blocco di correlazione ed il blocco di filtraggio adattato sono implementati utilizzando una prima ed una seconda memoria ed un controllore per controllare un moltiplicatore/accumulatore per svolgere funzioni di moltiplicazione/accumulazione nel primo modo in relazione alla correlazione ed in un secondo modo in relazione al filtraggio adattato.
- 13. Equalizzatore secondo la rivendicazione 12, in cui il primo modo relativo alla correlazione ed il secondo modo relativo al filtraggio adattato vengono eseguiti in un co-processore di filtraggio entro un elaboratore di segnali digitali.
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