TWI232040B - CDMA transmitting and receiving apparatus with multiply applied interface functions and a method thereof - Google Patents

Description

1232040 玖、發明說明： 發明所屬之枝術領域 本發明是有關於一種多工收發通訊裝置(multiple access transmitting and receiving apparatus) » 且特別是有 關於一種具多重應用界面功能之分碼多工收發通訊裝置。 先前技術 VSAT 係 Very Small Aperture Terminal 之簡稱，其係 一能經由衛星而提供通訊功能之地面微波站台（或終端)泛 稱，且目前絕大部份之VSAT應用衛星係同步軌道衛星， 其彼此間距相對地球僅1.5°。VSAT所牽涉之技術層面除 地面微波站台室外及室內相關微波裝備外，尙包括訊號調 變編碼技術、適當之鏈路估算(Link Budgets)、網路管理功 能，以及多工接取(Multiple Access)方式等。而多工接取 覆決定其他相關技術之採用，用以提供多用戶及多型態之 通訊應用。 傳統之VSAT多工接取方式包括三種，亦即分頻多重 進接(FDMA: Frequency Division Multiple Access)、分時多 重進接(TDMA: Time Division Multiple Access)、分碼多重 進接（CDMA: Code Division Multiple Access)。FDMA 係一 最早及傳@之多重進接應用方式，其係採劃分頻帶之方式 及相關技彳ϊί來提供多用戶之區隔及通訊，但由於早先之較 低C頻段頻率係與地面通訊系統重疊使用，及較大之波束 寬所造成衛星間相互涵蓋，因之造成較嚴重之交互互調變 干擾及通訊頻道壅塞，以及較缺乏及時應用變化彈性等問 11958twf.doc 6 1232040 題；雖然目前皆已朝向較高之Ku，甚至Ka頻段發展，以 獲取更寬之頻帶，但在通訊需求不斷提升及複雜化，以及 相應之高頻段技術層次成熟度仍未臻完備下，純粹之 FDMA多工方式似面臨挑戰。 TDMA亦係屬於傳統且成熟發展之多重進接技術，並 且應用於大部分之VSAT網路系統中，其係以時槽(Time Slot)劃分之方式，在同一載波頻率下，進行訊息資料之分 時劃分多工服務。但爲滿足使用者日益增加之通訊容量隨 取（Capacity on Demand)需求，當網路軟體管理愈形複雜狀 況下，亟需發展適應性(Adaptive)之TDMA技術以滿足需 求。 CDMA多重進接技術係於同一載波頻率下將訊息資料 以分碼方式進行多工應用，展頻碼間由於正交之特性而得 以區分。近十年來，由於無線通訊市場成長迅速，相關的 技術也發展驚人，行動電話、低功率無線電話、衛星通信 等各類無線通訊系統群雄並起。而CDMA分碼多工展頻 技術因具有抗干擾、簡易多重進接、抑制複徑干擾、低攔 截率等先天特性，近年來逐漸廣爲民用通訊界所採用。其 中直接序列分碼多重進接（DS/CDMA)系統的通訊容量， 因較分頻（FDMA)與分時（TDMA)多重進接系統爲大 且易於網路之接取控制，故漸在地面區域性之通訊系統技 術發展蔚爲主流。而在超視線限制(Line of Sight) ’大通訊 涵蓋區域範圍、及能同時提供大量使用者使用之CDMA VSAT系統上之發展亦然。 11958twf.doc 7 1232040 正如前述，在通訊需求不斷提升及複雜化，以及相應 之高頻段技術層次成熟度仍未臻完備下，純粹之FDMA多 工方式似面臨挑戰；而爲滿足使用者日益增加之通訊容量 隨取（Capacity on Demand)需求，亟需發展適應性（Adaptive) 之TDMA技術，其網路軟體管理便愈形複雜。直接序列 CDMA (DSSS/CDMA)技術因其預估通訊容量較分頻 (FDMA)與分時（TDMA)多重進接系統爲大且易於網 路之接取控制，故漸在地面區域性之通訊系統技術發展蔚 爲主流。而在超視線限制(Line of Sight)，大通訊涵蓋區域 範圍、及能同時提供大量使用者使用之CDMA VSAT系統 上之發展亦然。 目前習知有關以直接序列CDMA基本理論與技術及 其衍生之許多系統應用之中外專利論文中，皆爲針對 CDMA本身之基礎技術（如CDMA展頻通訊方法及展頻 碼接收或搜尋方法、機制及分配等）提出專門技術處理。 此外，亦有若干之實際運作VSAT CDMA系統或調複機 (MODEM)產品見諸期刊論文或產品型錄。但其除前述核 心之CDMA處理技術外，對外之使用者應用界面種類， 或是向上之射頻調變或解調變界面種類皆爲簡化之設計架 構，無法瘦足當使用者透過VSAT CDMA系統傳輸功能 時，能同時針對不同訊息資料種類（如交換機、電話、傳 真機、序列或並列輸入訊息資料傳輸等方式）提供整合性 及較彈性之應用選擇及發展。此外，其亦無法同時提供特 定之外接保密界面銜接功能，以及利用較便利之網路接取 11958twf.doc 8 1232040 控制功能，以提供全系統安全有效運用整體通訊資源之網 路管理界面功能等。 發明內容 因此本發明的目的就是在提供一種具多重應用界面功 能之分碼多工收發通訊裝置與方法，能同時針對不同訊息 資料種類提供整合性及較彈性之應用選擇及發展。 本發明的再一目的是提供一種具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置與方法，以使全系統得以安全有效 運用整體通訊資源之網路管理界面功能。 爲達到上述目的，本發明提出一種具多重應用界面功 能之分碼多工收發通訊裝置，此裝置包括：基頻訊肩、處理 單元、系統控制單元、基頻發射處理單元、基頻接收處理 單元以及系統時脈處理單元。基頻訊息處理單元將各種不 同應用需求之串列或並列輸入之類比或數位訊息資料轉換 爲分碼多工基頻收發機可資進一步處理及應用之資料，其 中例如包括交換機、電話、傳真機、網路管理訊息資料、 外掛式保密器裝置、序列或並列輸入訊息資料等。系統時 脈處理單元用以依系統控制單元之多重應用參數需求，提 供可程式化設定各單元需求之參考時脈訊號。 系統啓制單元將上述之各種不同應用形式之基頻訊息 資料，進一步進行編整，並依外部網路管理單元設定或內 部既定之設定條件，協調整合內部及外部各相關界面驅動 器單元以及內部儲存交換資料等，以利通訊鏈路於通連過 程中必要之設定、變更、監控及維護。 11958twf.doc 9 1232040 基頻發射處理單元將上述經編整之資料及設定之參 數’依一定之封框(frame)格式，封整不同之訊息資料，並 加入必要及不同形態及功能之前向錯誤更正碼等（forward eiroi· collection)，以及可資調整不同展頻寬度(或切片長度） 之直接序列切片資料，提供多使用者同時應用之功能，最 後再轉換成基頻類比訊號，以供載入射頻載波信號。 ' 基頻接收處理單元依既定之各參數設定，用以將輸入 之基頻類比展頻信號轉換成數位展頻訊號，將既定需求之 直接序列切片資料進行解展頻處理，及將不同形態及功能 之前向錯誤更正碼等進行解碼功能，及依一定之封框(frame) 格式拆解不同之封框訊息資料。 依照本發明具多重應用界面功能之分碼多工收發通訊 裝置的較佳實施例所述，上述之一種具多重應用界面功能 之分碼多工收發通訊裝置更包括··射頻發射處理單元及射 頻接收處理單元。射頻發射處理單元用以提供各種可調整 射頻載波供載送及調變基頻展頻訊號之用。其並具發射信 號功率調整、載波頻率設定選擇及基/射頻頻寬設定選擇 等功能。射頻接收處理單元用以提供各種可調整射頻載波 供載收及解調基頻展頻訊號之用。其並具接收信號功率及 增益調整丄載收頻率設定選擇及基/射頻頻寬設定選擇等 功能。 本發明係以模組化之分割方式進行整體規劃設計，而 內部韌體及軟體程式亦依硬體規劃及需求功能，依模組化 及狀態機(State Machine)等方式進行設計，除可以現有之 11958twf.doc 10 1232040 各適用晶片組合設計而成外，並適用於以VLSI製造，符： 合單晶片系統（System on Chip，SOC)的設計理念，更進而 符合未來接收機『輕薄短小』的設計。 爲讓本創作之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉二較佳實施例，並配合所附圖式，作言羊 細說明。在圖中，當元件被指爲”連接”或”耦接”至另一元 件時，其可爲直接連接或耦接至另一元件，或可能存在介 於其間之元件。相對地，當元件被指爲”直接連接”或”直 接耦接”至另一元件時，則不存在有介於其間之元件。 實施方式 CDMA多重進接技術係於同一載波頻率下將訊息資料 以分碼方式進行多工應用，展頻碼間由於正交之特性而得 以區分。至於實際系統應用設計時，其近似系統容量爲何？ 一計算CDMA系統容量的簡化標準高斯近似公式如下： fr- η-0.5 λ

Pb^g(M) = Q + [公式1]當系統容量 尤(即使用者數)很大時，上式之精度會很好’如果火不大， 那麼系統所需之誤碼率^也不會很大。故當切片數(chip)# 增加時，採用上式計算出來的誤碼率會偏小。請注意’當 X很大時，誤差函數= 〇·5<(χ/万)Λ exP(-x2 /2)/(^^) ’從而 使2(3.11)«1〇-3。當誤碼率爲10-3 ’並且尽/ΛΓ。較大時’我們可 用一簡單的計算公式來估算CDMA系統的容量

(1 - 1 ) , N K<3N -r--+1 ^3.112 2Eb/N0) 3 上式即爲一 CDMA系統設計時實用系統容量估算方法例’ 即在一個直接序列分碼多工系統中’當所需之誤碼率大於 ΙΟ—3時能容納約#/3個用戶。以上所引用之標準高斯近似公 11958twf.doc 1232040 式，因其獨特的簡單形式常被文獻所引用。 上述是爲CDMA能提供多用戶同時使用之簡要容量 大小理論計算式，而本發明係一種具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置之設計與實現方法，以模組化之分 割方式進行系統模組整體規劃設計，而內部韌體及軟體程 式亦依硬體規劃及需求功能，依模組化及狀態機等方式， 進行設計規劃此一整合性及具應用彈性需求之收發通訊裝 置。 第1A圖係依據本發明之一較佳實施例所繪製之一種 具多重應用界面功能之分碼多工收發通訊裝置系統架構 圖。第1B圖係依據第1A圖中多組基頻發射處理單元、 多組基頻接收處理單元、多組射頻發射處理單元以及多組 射頻接收處理單元各舉一實施例所繪製的功能方塊圖。第 1C圖係依據第1A圖中基頻訊息處理單元舉一實施例所繪 製的功能方塊圖。請同時參照第1A圖、第1B圖及第1C 圖。 基頻訊息處理單元用以將各種不同應用需求之串 列或並列輸入之類比或數位訊息資料轉換爲基頻發射處理 單元140可資進一步處理及應用之資料，其中包括交換機、 電話、傳赛機、網路管理訊息資料、外掛式保密器裝置、 序列或並列輸入訊息資料等’覆分爲兩類，即類比及數位 之轉換或處理器。類比界面訊息轉換器132用以將諸如語 音、傳真及交換機等類比訊息，依一定之規範或設計架構， 經由本轉換器轉換爲可處理之數位訊息及設定爲特定形 11958twf.doc 12 1232040 態。而序列通訊處理器134則將諸如網路管理、外接之保 密器裝置收發處理’及一般之序列或並列（如外加MUX多 工器)等數位訊息，依一定之規範或設計架構，經由本處 理器轉換爲特定數位訊息及設定爲特定形態。 系統控制單元no用以將上述之各種不同應用形式之 基頻訊息資料，進一步進行編整’並依外部網路管理單元 設定或內部既定之設定條件’協調整合內部各相關界面驅 動器單元、外部多重應用分碼多工基頻收發機之各相關界 面控制器、外部多重應用分碼多工射頻收發機之各相關界 面控制器、外部時脈控制處理器，以及內部儲存交換資料 等，以利通訊鏈路於通連過程中必要之設定、變更、監控 及維護等。其中包括網路層管理單元112、界面整合驅動 單元114及資料儲存交換單元116。網路層管理單元112 依外部網路管理系統設定之參數條件，以利界面整合驅動 單元II4通訊鏈路通連過程中必要之設定、變更、監控及 維護等。界面整合驅動單元114依內部既定之設定條件， 協調整合內部各相關界面單元，以利通訊鏈路於通連過程 中必要之設定、變更、監控及維護等。資料儲存交換單元 116提供各相關界面參數交換、網路管理訊息傳遞及訊息 資料傳輸客換等。 於本實施例中界面整合驅動單元114如第2圖所示， 例如由核心狀態機（state machine)控制器210及各型之驅 動器(drive〇220〜290所構成。核心狀態機控制器210匯整 設定及管制其各相關界面驅動器，及以狀態機設計機制， 11958twf.doc 13 1232040 避免多重應用界面需求處於不穩定(unstable state)或非定 態(transient state)狀態，維持整體系統運作之穩定性。網 路層管理驅動器220提供外部網路管理系統設定之參數條 件後之界面中斷及訊息驅動功能。資料儲存交換驅動器230 提供各相關界面參數交換、網路管理訊息傳遞及訊息資料 傳輸交換後之界面中斷及訊息驅動功能。類比界面訊息驅 動器260用以將諸如語音 '傳真及交換機等類比訊息，依 一定之規範或設計架構，經由轉換器轉換爲可處理之數位 訊息及設定爲特定形態訊息後之界面中斷及訊息驅動功 能。 保密資料界面驅動器250提供經轉換爲數位訊息及設 定爲特定形態訊息後，如傳送前之明文訊息或以接收後待 解之密文訊息之界面中斷及訊息驅動功能。資料界面驅動 器240諸如一般之序列或並列(如外加MUX多工器，或內 部之TDM分時多工方式進行)等數位訊息，依一定之規範 或設計架構，並經由處理器轉換爲特定數位訊息及設定爲 特定形態訊息後之界面中斷及訊息驅動功能。電路參數控 制驅動器270提供諸如各單元之界面控制器等特定形態訊 息之界面中斷及訊息驅動功能。鏈路功率控制驅動器280 提供諸如f基/射頻發射處理單元之發射功率相關之界面 中斷及訊息驅動功能。鏈路品質監控驅動器290提供諸如 對基/射頻接收處理單元之發射功率相關之界面中斷及訊 息驅動功能。 前述核心狀態機控制器210之內部狀態關係圖如第3 11958twf.doc 14 1232040 圖所示，其中實線表示所有之可能正常狀態間變換，而虛 線部份表示當其他狀態無法正常運作及維持時，即回送至” 鏈路設定狀態”，以冀重行設定鏈路相關參數及條件。各 狀態（state)功能敘述下： a.鏈路備便狀態S301 :鏈路設定完成及鏈路品質處於良好 狀態，即進入本備便(ready)狀態。 b·鏈路單通狀態S302 :鏈路係屬雙工(duplex)模式，當一 方完成訊息通連請求時，即構成鏈路單邊通連狀態。 c.鏈路通連狀態S303 :鏈路係屬雙工(duplex)模式，當雙 方接序完成訊息通連請求時，即構成鏈路通連狀態。 d·鏈路正常淸除狀態S304 :鏈路係屬雙工(duplex)模式， 當任一方完成訊息通連需求服務時，即進入鏈路正常淸 除狀態。 e.鏈路異常淸除狀態S305 :鏈路係屬雙工（duplex)模式， 當任一方因故未正常完成訊息通連需求服務時，或未依 鏈路正常淸除狀態結束，即進入鏈路異常淸除狀態。 f·網路管理鏈路設定狀態S306 :外部網路管理狀態，設定 訊息處理模式、運作參數等，以供狀態機制正常運行。 g·鏈路僅收狀態S307 :係一特別之狀態，不允許鏈路一方 發射，]5係處於僅接收狀態。 h·鏈路設定狀態S308 :依預設或外部網路管理需求，設定 訊息處理模式、運作參數及維持鏈路穩定定態，以供狀 態機制正常運行。有關鏈路設定狀態之設定流程及程序 如第4圖所示，其設定流程及程序包括：鏈路管理狀態 11958twf.doc 15 1232040 之設定及選擇(預設或以外部網路管理）、訊息處理模式 之選擇設定(包括序列或並列之類比數位訊息及網管訊息 選擇等）、保密設定、基頻訊息、基/射頻發射及接收處 理單元參數設定，及系統時脈參數設定等功能；並視鏈 路品質穩定監控功能，隨時回饋(feedback)監視及維持整 體鏈路穩定之設定狀態。 請繼續參照第1A圖及第1B圖，圖中基頻發射處理 單元140將上述經系統控制單元110編整之資料及設定之 參數，依一定之封框(frame)格式，封整不同之訊息資料， 並加入必要及不同形態及功能之前向錯誤更正碼等 (forward error correction)，以及可資調整不同展頻寬度（或 切片長度）之直接序列切片資料，提供多使用者同時應用 之功能，最後再轉換成基頻類比訊號，以供載入射頻載波 信號。基頻發射處理單元140內包括界面控制器141、封 框器142、糾錯碼編碼器143、直接序列展頻器144及數 位類比轉換器145。界面控制器141提供該單元相關界面 參數之選擇及設定等，如封框器142之封框形式選定、攪 亂器（scrambler)、羅得所羅門碼(Reed-Soloman coding)、 交錯器（interleaver)、捲積碼（convolutional coding)、差分 編碼(differential coding)，及直接序列展頻器（sPreader)等 之功能開啓及參數選擇設定等。 封框器142將經界面整合驅動單元Π4編整後之各類 訊息資料，封整爲一固定長度之資料封框(frame)，封框內 之充塡訊息資料長度可變。其封框如第5圖所示分爲兩種 11958twf.doc 16 1232040 格式，即內嵌式信號通道封框(ESC: Embedded Signal Channel)及共通丨目號通道封框（CSC: Common Signal Channel)，前者主要係作爲傳送主要通連訊息（traffic);而 後者主要係作爲傳送網管gJl息(Network)之用。此外內嵌式 信號通道封框及共通信號通道封框覆組合而爲ESC/CSC 巨集同步檢定封框格式，其係以多個封框(例如8個）供前 述解封框器同步檢定及據以判斷鏈路品質(以連續接收之 封框數設定判斷之）。 糾錯碼編碼器143包含攪亂器(scrambler)、羅得所羅 門碼（Reed-Soloman coding)、交錯器（interieaver)、捲積碼 (convolutional coding)及差分編碼（differential coding)等， 用以配合既定之接收端糾錯解碼相關功能及不同參數設 定，將接收之一定長度封框資料，編整成具錯誤修正能力 之編碼訊息資料。直接序列展頻器144將前項經編整具錯 誤修正能力之訊息，經具不同種類及切片（chip)碼長之直 接序列切割而成不同寬度之展頻信號。數位類比轉換器145 將數位訊號轉換爲類比訊號。 基頻接收處理單元170依既定之各參數設定，用以將 輸入之基頻類比展頻信號轉換成數位展頻訊號，將既定需 求之直接列切片資料進行解展頻處理，及將不同形態及 功能之前向錯誤更正碼等進行解碼功能，及依一定之封框 (frame)格式，拆解不同之封框訊息資料。此基頻接收處理 單元170包括界面控制器171、類比數位轉換器172、直 接序列解展頻器173、糾錯碼解碼器174及解封框器175。 11958twf.doc 17 1232040 界面控制器171提供該單元相關界面參數之選擇及設定 等，如直接序列解展頻器(deSpi*eader)173、差分解碼 (differential decoding)、維特比解捲積碼（Viterbi decoding)、解交錯器(de-interleaver)、解羅得所羅門碼（de-Reed-Soloman coding)及解攪亂器（de-scrambler)，及解封 框器175之封框形式選定、及之功能開啓及參數選擇設定 等。 類比數位轉換器172將類比訊號轉換爲數位訊號。直 接序列解展頻器173將具不同種類及切片（chip)碼長之直 接序列切割而成之不同寬度之展頻信號，解展頻及編整爲 具錯誤修正碼之訊息。糾錯碼解碼器174包含差分解碼 (differential decoding)、維特比解捲積碼(Viterbi decoding)、解交錯器(de-interleaver)、解羅得所羅門碼(de-Reed-Soloman coding)及解攪亂器（de-scrambler)等，用以 配合既定之發射端糾錯解碼相關功能及不同參數設定，將 接收之一定長度具錯誤修正碼之訊息，編整成一定封框資 料。 解封框器175將接收之固定長度之資料封框，編整分 解成各類訊息資料，匯送至界面整合驅動單元114。其封 框如第5 所示分爲兩種格式，即內嵌式信號通道封框 (ESC: Embedded Signal Channel)及共通信號通道封框（CSC·· Common Signal Channel)，前者主要係作爲傳送主要通連 訊息（traffic);而後者主要係作爲傳送網管訊息(Network) 之用。此外內嵌式信號通道封框及共通信號通道封框覆組 11958twf.doc 18 1232040 合而爲ESC/CSC巨集同步檢定封框格式，其係以多個封 框(例如8個）供前述解封框器同步檢定及據以判斷鏈路品 質(以連續接收之封框數設定判斷之）。 系統時脈處理單元用以依前述各單元之多重應用參數 需求，設定各單元需求之穩定及可程式化設定各系統需求 時脈，可變換不同資料率、羅得所羅門碼、捲積碼及展頻 碼等參數而得出不同之展頻切片率(chip rate)及相應之接 收取樣率（sampling rate)(2倍之Nyquist rate以上）等以配 合及滿足各式各樣之應用需求。系統時脈處理單元包括： 系統參考時脈控制處理器120、訊息時脈產生器118、切 片時脈產生器148以及切片取樣時脈產生器178。系統參 考時脈控制處理器120統籌管制及設定系統各部需求之時 脈。訊息時脈產生器Π8產生系統控制單元110及基頻訊 息處理單元130需求之參考時脈。切片時脈產生器148用 以產生基頻發射處理單元140需求之參考時脈。切片取樣 時脈產生器178用以產生基頻接收處理單元170需求之參 考時脈。 本發明可如本實施例採模組化設計架構’其印體規劃 設計架構示意圖詳如第6圖所示。其中射頻發射處理單元 及射頻接收處理單元係依載波頻率頻帶類別’可以四根固 定螺絲固定或替換，依附銜接於相同之基頻收發機主機板 上。 射頻發射處理單元提供射頻載波供載送及調變基 頻展頻訊號之用。其並具發射信號功率調整、載波頻率設 11958twf.doc 19 1232040 定選擇及基/射頻頻寬設定選擇等功能；同時尙俱增益控 制功能，以調整實際之展頻頻譜輸出功率。其並依載波頻 率頻帶類別，採模組化設計架構，可依附銜接於相同之基 頻處理單元主機板上。此射頻發射處理單元150可依本實 施例包括：界面控制器151、低通濾波器152、合成震盪 產生器153、帶通濾波器154及放大器155。界面控制器 151 :用以提供該單元相關界面參數之選擇及設定等，如 低通濾波器152截止頻率（cutoff frequency)、合成震盪產 生器153中心載波頻率設定、帶通濾波器154選擇設定及 放大器迴路增益調整控制等。低通濾波器152提供基頻低 通濾波器頻寬設定選擇功能。合成震盪產生器153提供可 程式化控制之穩定載波信號源以供訊號調變用。帶通濾波 器154提供射頻帶通濾波器頻寬設定選擇功能。放大器155 提供調變後信號之閉迴路輸出信號調整控制用。 射頻接收處理單元160提供射頻載波供載收及解調基 頻展頻訊號之用。其並具接收信號功率及增益調整、載收 頻率設定選擇及基/射頻頻寬設定選擇等功能；同時尙倶 自動增益控制功能(AGC)，展頻之中頻帶通信號經中頻解 調變信號處理後成爲基頻展頻信號，經自動信號增益控制 後，成爲f比信號轉換器可接受之輸入信號範疇。其並依 載波頻率頻帶類別，採模組化設計架構，可依附銜接於相 同之基頻處理單元主機板上。此射頻接收處理單元160例 如包括界面控制器161、放大器163、帶通濾波器164、合 成震盪產生器162及低通濾波器165。界面控制器161提 11958twf.doc 20 1232040 供該單元相關界面參數之選擇及設定等，如低通濾波器截 止頻率（cutoff frequency)、合成震盪產生器中心載波頻率 設定、帶通濾波器選擇設定及放大器迴路增益調整控制 等。放大器163提供接收信號之閉迴路輸入信號自動增益 調整控制用。帶通濾波器164提供射頻帶通濾波器頻寬設 定選擇功能。合成震盪產生器162提供可程式化控制之穩 定載波信號源以供訊號解調變用。低通濾波器165提供基 頻低通濾波器頻寬設定選擇功能。 本實施例之實驗數據部份，主要係以實證方式驗證說 明本發明方法之性能及效益。本分碼多工收發通訊裝置之 實現(implementation)架構，分爲（1)多重應用分碼多工基 頻收發機及(2)多重應用分碼多工射頻收發機等兩大部份， 如第6圖所示。多重應用分碼多工基頻及射頻收發機負責 相關基頻/展頻信號傳送及接收處理，及提供多功能使用 者終端界面，如語‘音、傳真、交換機、網管、數據傳輸、 外接保密裝置及多功能射頻終端界面等介面供予外界銜接 之用。 基頻訊息處理單元之設計實現係透過語音及傳真處理 器晶片、I/O輸出入序列通訊埠（Serial Communication Port)、信雙及訊息資料驅動器、記憶裝置等構成。基頻發 射處理單元及基頻接收處理單元主要係選用可用之DSP、 FPGA及其他相關可用晶片設計而成。射頻發射處理單元 及射頻接收處理單元主要係選用可用之射頻晶片及匹配電 路等，並以射頻相關技術設計而成。系統時脈處理單元主 11958twf.doc 21 1232040 要係以可程式化控制之NCO數控震盪器及相關之濾波器 設計構成。內嵌式系統控制單元之設計實現係透過一內嵌 式之即時微處理器，如MC68XXX處理器、記憶裝置及及 其他相關可用晶片，依一定之傳送接收規格，並以狀態機 設計方式進行控制及整合，其上銜網管、中接基頻訊息處 理單元’及下控基/射頻發射處理單元及基/射頻接收處理 單元等實體層硬體等功能；亦即提供與上層網管控制應用 之界面，提供對外訊息界面之處理及連通，同時對內控制 各單元操作參數等。 本發明已驗證可應用於VSAT CDMA通訊系統，並且 本發明之設計及實現方法能提供及滿足前述之各項多重應 用界面之同時需求及解決所遇問題，如交換機、電話、傳 真機、網路管理訊息資料、外掛式保密器裝置、序列或並 列輸入訊息資料傳輸等方式。茲舉列部份具代表性之結果 供參，其係經設定固定加密輸入資料率及經程式化控制設 定不同參數組合後之不同輸出展頻頻譜(spread spectrum) 及輸入解展頻星座圖（constellation diagram)實驗數據資 料。第7圖即是依據本發明之一較佳實施例所繪製之一種 展頻輸出頻譜（Fe=140MHz，FEC=l/2, Powers -l〇dbm，

Fc，cu# 4.4jvlHz，PN length=512)。第 8 圖則是依據本發明 之一較佳實施例所繪製之一種輸入解展頻星座圖 (Fc=140MHz, FEC=l/2, Power= -40dbm, Fc cuts 4.4 MHz, PN length=5 12) o 雖然本發明巳以特定實施例揭露如上，然其並非用以 11958twf.doc 22 1232040 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作更動與潤飾，本發明之保護範圍當視後 附之申請保護範圍所界定者基準。例如，雖然本部份所述 收發裝置爲一單通道模組所應用’但相同的處理模式亦可 重複地實施於其他並列模組之共同傳送及接收處理應用。 因此本發明之較佳實施例巳揭露如上，當可在不脫離本發 明之精神和範圍內對本發明加以改變。 圖式簡單說明 第1A圖係依據本發明之一較佳實施例所繪製之一種 具多重應用界面功能之分碼多工收發通訊裝置系統架構 第1B圖係依據第1八圖中多組基頻發射處理單元、 多組基頻接__元、多匪麵__元以及多組 射頻接收顏師鲜-顏刪繪_^方^圖魯 第1C圖係依據第1A圖中基頻訊息處理單兀舉一實 顏臓製㈣能方麵。 心 第2圖係依據本發明之一較佳實施例所‘製之一種界 面整合驅動第元內部架構。 第3圖係依據本發明之一較佳實施例所繪製之一種核 心狀態機㈣郎職態釀不麵。々—描 第4圖係依據本發明之一較佳實施例所‘製之一種鏈 路設定狀態初始設定流_。 —插 第5圖係依據本發明之一較佳實施例所“製之種 11958twf.doc 23 1232040 ESC/CSC訊息及ESC/CSC巨集同步檢定封框格式示意圖。 第6圖係依據本發明之一較佳實施例所繪製之一種多 功能分碼多工基頻及射頻收發機硬體規劃設計架構示意 圖。 第7圖係依據本發明之一較佳實施例所繪製之一種展 頻輸出頻譜（Fc=140MHz，FEC=l/2, Powei^ -lOdbm，Fc，cut三 4.4 MHz，PN length=512)。 第8圖係依據本發明之一較佳實施例所繪製之一種輸 入解展頻星座圖（Fe=140MHz，FEC=l/2, Powers -40dbm， Fc，cut三 4.4 MHz，PN length=512)。 圖式標記說明： 102 :天線 110 :系統控制單元 112 :網路層管理單元 114 :界面整合驅動單元 116 :資料儲存交換單元 118 :訊息時脈產生器 120 :系統參考時脈控制處理器 130 :^基頻訊息處理單元 132 :類比界面訊號轉換器 134 :序列訊號處理器 140 :基頻發射處理單元 141、151、161、171 :界面控制器 11958twf.doc 24 1232040 142 :封框器 143 :糾錯碼編碼器 144 :直接序列展頻器 145 :數位類比轉換器 148 :切片時脈產生器 150 :射頻發射處理單元 152、 165 :低通濾波器 153、 162 :合成震盪器 154、 164 :帶通濾波器 155、 163 :放大器 160 :射頻接收處理單元 170 :基頻接收處理單元 172 :類比數位轉換器 173 :直接序列解展頻器 174 :糾錯碼解碼器 175 :解封框器 178 :切片取樣時脈產生器 210 :核心狀態機控制器 220 :網路層管理驅動器 230 :資料儲存交換驅動器 240 :資料界面驅動器 250 :資料保密驅動器 260 :類比界面訊號驅動器 270 :電路參數控制驅動器 11958twf.doc 25 1232040 280 :鏈路功率控制驅動器 290 :鏈路品質監控驅動器 5301 :鏈路備便狀態 5302 :鏈路單通狀態 5303 :鏈路通連狀態 5304 :鏈路正常淸除狀態 5305 :鏈路異常淸除狀態 5306 :網路管理鏈路設定狀態 5307 :鏈路僅收狀態 5308 :鏈路設定狀態 11958twf.doc 26

Claims (1)

1232040 拾、申請專利範圍： 1. 一種具多重應用界面功能之分碼多工收發通訊裝 置，該裝置包括： 一基頻訊息處理單元，用以將各種不同應用需求之串 列或並列輸入之類比或數位訊息資料轉換爲一基頻訊息資 料； 一系統控制單元，用以設定、變更、監控及維護通訊 鏈路，將該基頻訊息資料，進一步進行編整，並依外部設 定或內部既定之設定條件，協調整合內部及外部各相關界 面驅動器及控制器，以輸出一編整資料及一設定參數； 一基頻發射處理單元，耦接於該系統控制單元’用以 依該設定參數，將該編整資料依一封框(frame)格式，封整 不同之訊息資料，最後再轉換成一基頻類比訊號輸出； 一基頻接收處理單元，耦接於該系統控制單元，用以 依該設定參數，用以將由外部輸入之一基頻類比展頻訊號 並進行解展頻處理及依該封框格式解封框，而轉換成一基 頻數位訊號後匯送該系統控制單元；以及 一系統時脈處理單元，用以依該系統控制單元之多重 應用參數需求，提供可程式化設定各單元需求之一參考時 脈訊號。_ 2. 如申請專利範圍第1項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該基頻訊息處理單元包括： 一類比界面訊息轉換器，用以將由外部輸入之一應用 界面類比訊號轉換爲該基頻訊息資料輸出，及將接收到之 11958twf.doc 27 1232040 該基頻訊息資料轉換爲該應用界面類比訊號後輸出至外 部；以及 一序列通訊處理器’用以將由外部輸入之一應用界面 數位訊號轉換爲該基頻訊息資料輸出’及將接收到之該基 頻訊息資料轉換爲該應用界面數位訊號後輸出至外部。 3. 如申請專利範圍第2項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該應用界面類比訊號包括語 音、傳真及交換機輸出之訊息。 4. 如申請專利範圍第2項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該應用界面數位訊號包括網 路管理、外接之保密器裝置收發處理以及一般之序列/並 列輸出之訊息。 5. 如申請專利範圍第1項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該系統控制單元包括： 一界面整合驅動單元，用以依內部既定之設定條件， 協調整合內部各相關界面單元； 一網路層管理單元，用以依外部網路管理系統設定之 參數條件，以於通訊鏈路通連過程中必要之設定、變更、 監控及維護；以及 一資@儲存交換單元，用以提供各相關界面參數交 換、網路管理訊息傳遞及訊息資料傳輸交換。 6. 如申請專利範圍第5項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該界面整合驅動單元包括： 多數個界面驅動器，用以分別驅動各相關界面參數交 11958twf.doc 28 1232040 換、網路管理訊息傳遞及訊息資料傳輸交換後之界面中斷 功能；以及 一核心狀態機控制器，用以匯整設定及管制該些界面 驅動器，以狀態機設計機制避免多重應用界面需求處於不 穩定（unstable state)或非定態（transient state)狀態。 7.如申請專利範圍第6項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該核心狀態機控制器之狀態 包括： 一鏈路設定狀態，依預設或外部網路管理需求，設定 訊息處理模式、運作參數及維持鏈路穩定，以供狀態機制 正常運行； 一鏈路備便狀態，鏈路設定完成及鏈路品質處於良好 狀態，即進入該鏈路備便(ready)狀態； 一鏈路單通狀態，當一方完成訊息通連請求時，即構 成該鏈路單邊通連狀態； 一鏈路通連狀態’當雙方接序完成訊息通連請求時， 即構成該鏈路通連狀態； 一鏈路正常淸除狀態’當任一方完成訊息通連需求服 務時，即進入該鏈路正常淸除狀態； 一鏈释異常淸除狀態’當任一方因故未正常完成訊息 通連需求服務時，或未依鏈路正常淸除狀態結束’即進入 該鏈路異常淸除狀態； 一網路管理鏈路設定狀態，係外部網路管理狀態’設 定訊息處理模式、運作參數等，以供狀態機制正常運行； 11958twf.doc 29 1232040 以及 一鏈路僅收狀態，係一特別之狀態，不允許鏈路一方 發射，而係處於僅接收狀態。 8.如申請專利範圍第1項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該基頻發射處理單元包括： 一界面控制器，用以提供該基頻發射處理單元相關界 面參數之選擇及設定； 一封框器，用以依該封框格式將經該界面整合驅動單 元編整後之各類訊息資料封整爲一封框資料； 一糾錯碼編碼器，用以配合既定之接收端糾錯解碼相 關功能及不同參數設定，將接收之該封框資料，編整成具 錯誤修正能力之一編碼訊息資料； 一直接序列展頻器，用以將該編碼訊息資料經具不同 種類及切片（chip)碼長之直接序列切割而成不同寬度之一 編碼訊息展頻資料；以及 一數位類比轉換器，用以將該編碼訊息展頻資料轉換 爲該基頻類比訊號。 9·如申請專利範圍第8項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該糾錯碼編碼器所使用之糾 錯碼技術售括攪亂器（scrambler)、羅得所羅門碼(Reed-Soloman coding)、交錯器（interleaver)及捲積碼 (convolutional coding) ° ΐ〇·如申請專利範圍第1項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該基頻接收處理單元包括： 11958twf.doc 30 1232040 —界面控制器，用以提供該基頻接收處理單元相關界 面參數之選擇及設定； 一朗比數位轉換器，用以將該基頻類比展頻訊號轉換 爲一數位展頻訊號； —直接序列解展頻器，用以將具不同種類及切片(chip) ®胃&直接序列切割而成之不同寬度之該數位展頻信號， 解展頻及編整爲一編碼訊息資料； —糾錯碼解碼器，用以配合既定之發射端糾錯解碼相 關功能及不同參數設定，將接收之該編碼訊息資料編整成 一封框資料；以及 一解封框器，用以將該封框資料編整分解成該基頻數 位訊•號並匯送至該系統控制單元。 11·如申請專利範圍第10項所述具多重應用界面功能 碼多工收發通訊裝置，其中該糾錯碼解碼器所使用之 糾錯碼技術包括維特比解捲積碼(Viterbi decoding)、解交 錯器（de-interleaver)、解羅得所羅門碼（de-Reed_Soloman coding)及解攪亂器（de-scrambler)。 12·如申請專利範圍第1項所述具多重應用界面功能之 分碼多工收發通訊裝置，其中該系統時脈處理單元包括： 一系^參考時脈控制處理器，用以統籌管制及設定系 統各部需求之時脈； 一訊息時脈產生器，用以產生該系統控制單元及該基 頻訊息處理單元需求之該參考時脈訊號； 一切片時脈產生器，用以產生該基頻發射處理單元需 11958twf.doc 31 1232040 求之該參考時脈訊號；以及 一切片取樣時脈產生器，用以產生該基頻接收處理單 元需求之該參考時脈訊號。 13. 如申請專利範圍第1項所述具多重應用界面功能 之分碼多工收發通訊裝置，其中更包括： 一射頻發射處理單元，用以提供一射頻載波供載送及 調變該基頻類比訊號；以及 一射頻接收處理單元，用以自外部接收一射頻頻率訊 號並解調爲該基頻類比展頻訊號。 14. 如申請專利範圍第13項所述具多重應用界面功能 之分碼多工收發通訊裝置，其中該射頻發射處理單元包 括： 一界面控制器，用以提供該單元相關界面參數之選擇 及設定等； 一低通濾波器，用以提供基頻低通濾波器頻寬設定選 擇功能； 一合成震盪產生器，用以提供可程式化控制之穩定載 波信號源以供訊號調變用； 一帶通濾波器，用以提供射頻帶通濾波器頻寬設定選 擇功能；g及 一放&器，用以提供調變後信號之閉迴路輸出信號調 整控制用。 15. 如申請專利範圍第13項所述具多重應用界面功能 之分碼多工收發通訊裝置，其中該射頻接收處理單元包 11958twf.doc 32 1232040 括： 一界面控制器，用以提供該單元相關界面參數之選擇 及設定等； 一放大器，用以提供接收信號之閉迴路輸入信號自動 增益調整控制用； 一帶通濾波器，用以提供射頻帶通濾波器頻寬設定選 擇功能； 一合成震盪產生器，用以提供可程式化控制之穩定載 波信號源以供訊號解調變用；以及 一低通濾波器，用以提供基頻低通濾波器頻寬設定選 擇功能。 16.—種具多重應用界面功能之分碼多工收發通訊裝 置，該裝置包括： 一界面整合驅動單元，用以依一設定條件，提供各相 關界面以耦接並協調整合多數個應用訊號源、多數個訊號 發射處理單元及多數個訊號接收處理單元； 一網路層管理單元，用以依該設定條件管理該界面整 合驅動單兀，以於通訊鏈路通連過程中必要之設定、變更、 監控及維護；以及 一資g儲存交換單元，用以提供由該界面整合驅動單 元各相關界面接收之資料傳輸交換、參數交換及網路管理 訊息傳遞。 17·如申請專利範圍第16項所述具多重應用界面功能 之分碼多工收發通訊裝置，其中該界面整合驅動單元包 11958twf.doc 33 1232040 括： 多數個界面驅動器，分別耦接於該些應用訊號源、該 些訊號發射處理單元及該些訊號接收處理單元，用以分別 驅動各相關界面之訊號傳遞；以及 一核心狀態機控制器，用以匯整設定及管制該些界面 驅動器，以狀態機設計機制避免多重應用界面需求處於不 穩定(unstable state)或非定態（transient state)狀態。 18.如申請專利範圍第17項所述具多重應用界面功能 之分碼多工收發通訊裝置，其中該核心狀態機控制器之狀 態包括： 一鏈路設定狀態，依預設或外部網路管理需求，設定 訊息處理模式、運作參數及維持鏈路穩定，以供狀態機制 正常運行； 一鏈路備便狀態，鏈路設定完成及鏈路品質處於良好 狀態，即進入該鏈路備便(ready)狀態； 一鏈路單通狀態，當一方完成訊息通連請求時，即構 成該鏈路單邊通連狀態； 一鏈路通連狀態，當雙方接序完成訊息通連請求時， 即構成該鏈路通連狀態； 一鏈孽正常淸除狀態，當任一方完成訊息通連需求服 務時，即進入該鏈路正常淸除狀態； 一鏈路異常淸除狀態，當任一方因故未正常完成訊息 通連需求服務時，或未依鏈路正常淸除狀態結束，即進入 該鏈路異常淸除狀態； 11958twf.doc 34 1232040 一網路管理鏈路設定狀態，係外部網路管理狀態，設 定訊息處理模式、運作參數等，以供狀態機制正常運行； 以及 一鏈路僅收狀態，係一特別之狀態，不允許鏈路一方 發射，而係處於僅接收狀態。 19. 如申請專利範圍第16項所述具多重應用界面功能 之分碼多工收發通訊裝置，其中該些應用訊號源包括語 音、傳真、交換機、網路管理、外接之保密器裝置收發處 理及一般序列/並列之輸出/輸入訊息。 20. —種使分碼多工收發通訊裝置具多重應用界面功能 之方法，該方法包括： 淸除所有鍊路； 等待多數個應用界面或多數個通訊界面訊號發出請 求； 視發出請求之該訊號之性質及目的執行一狀態轉換機 制以建立一鍊路傳遞該訊號，同時進行該等待多數個應用 界面或多數個通訊界面訊號發出請求之步驟；以及 依該狀態轉換機制監控該鍊路之通訊狀況以淸除該鍊 路。 21. 如f請專利範圍第20項所述使分碼多工收發通訊 裝置具多重應用界面功能之方法，其中該狀態轉換機制包 括： 一鏈路設定狀態，依預設或外部網路管理需求，設定 訊息處理模式、運作參數及維持鏈路穩定，以供狀態機制 11958twf.doc 35 1232040 正常運行； 一鏈路備便狀態，鏈路設定完成及鏈路品質處於良好 狀態，即進入該鏈路備便(ready)狀態； 一鏈路單通狀態，當一方完成訊息通連請求時，即構 成該鏈路單邊通連狀態； 一鏈路通連狀態，當雙方接序完成訊息通連請求時， 即構成該鏈路通連狀態； 一鏈路正常淸除狀態，當任一方完成訊息通連需求服 務時，即進入該鏈路正常淸除狀態； 一鏈路異常淸除狀態，當任一方因故未正常完成訊息 通連需求服務時，或未依鏈路正常淸除狀態結束，即進入 該鏈路異常淸除狀態； 一網路管理鏈路設定狀態，係外部網路管理狀態，設 定訊息處理模式、運作參數等，以供狀態機制正常運行； 以及 一鏈路僅收狀態，係一特別之狀態，不允許鏈路一方 發射，而係處於僅接收狀態。 11958twf.doc 36