CN1164946A - 复用变换多信道信息信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

滤波器快速傅里叶复用变换器(216)通过级联的滤波器(304、314、348、354、360、366、404～418)和混频器(604～610)将多信道通信信号分割为各单个信道通信信号。输出样值速率保持在输入样值速率上，可显著地降低存储器要求和乘法运算。

Description

复用变换多信道信息信号 的方法和装置

本发明涉及多信道数字收发信机，具体涉及已滤波的快速傅里叶复用变换器和在多信道数字收发信机中复用多信道通信信号的方法。

采用数字技术来实现无线电通信系统有许多优点，特别是可增大系统容量、减小噪声、减少硬件和相应的功耗。业已提出了几种数字无线电通信系统，例如，在美国专利5,396,489中揭示和描述的采用数字技术的无线电通信系统的几个实施例。

已知在多信道收发信机中采用复用变换器从多信道通信信号中恢复个别的通信信道。这样的复用变换装置已在图1中示出，它体现在数字接收机100中。如图所示，多信道射频(RF)信号在天线102处接收，经过带通滤波器104、下变频器106和IF(中频)滤波器108，由下变频器110变换为基带信号，再由滤波112和模/数变换器114进行处理。而后，将数字化的多信道信号传送到复用变换器116，后者包括内插多相滤波器级118和快速傅里叶变换(FFT)级120。复用变换器116的输出是从数字化多信道信号分离出来的N个通信信道。人们可以容易理解，反向的工作情况即由图1所示的结构操作以便处理N个信道，形成一个多信道射频信号从天线上发射出去。

然而，复用变换器通常不能够产生高样值速率的输出，并且在输入样值速率与输出样值速率相差为一个因子(它等于信道数目)时不能最好地工作。此外，复用变换器不能提供采用特定滤波器结构的机会。它们的局限性在于，不能利用对称性，也不能通常在不用乘法器的条件下实现。此外，典型的复用变换器需要大量的滤波器抽头，即10倍或更多倍于信道数目，从而还需要大量的存储器。据此，复用变换器在性能上受到限制，计算和存储的效率都不高。

据此，现在需要一种与数字收发信机一起使用的、高性能、高效率的复用变换装置和方法。本发明提供了这样的装置和方法，本领域的技术人员根据下文的详细描述并参照以下附图容易理解本发明的许多优点和特点。

图1是先有技术多信道数字接收机的方框图；

图2是按照本发明优选实施例的多信道收发信机的方框图；

图3是与图2收发信机一起使用的滤波快速傅里叶变换(FFFT)的优选实施方案的方框图；

图4示出图3中FFFT工作的信号图；

图5是根据本发明的一种优选滤波器结构的方框图；

图6是根据本发明的一种滤波器结构的另一优选实施方案的方框图；

图7示明根据本发明优选实施例的FFFT计算性能的曲线图。

参照图2，多信道数字收发信机200与通信网络250相连接。可以理解，收发信机200几乎可以有利地用于任何多信道通信系统，例如蜂窝无线电话通信系统、有线电视(CATV)电话系统等。收发信机200在接收通路中含有天线202、射频带通滤波器204、射频至中频(RF-to-IF)混频器206、中频带通滤波器208、中频至基带(IF-to-baseband)混频器210、抗混叠滤波器212、模/数变换器(ADC)214以及滤波快速傅里叶复用变换器(FFFT)216。在发送通路中，收发信机200含有反向FFFT218、数/模变换器(DAC)220、抗混叠滤波器222、基带至中频(baseband-to-IF)混频器224、中频带通滤波器226、中频至射频(IF-to-RF)混频器228、射频带通滤波器和放大器230以及发射天线232。

在接收方式工作中，多信道通信信号由天线202接收，沿接收通路进行处理，传送到FFFT216、FFFT216的工作是将多信道通信信号中包含的各信道进行下变换，以产生一组N个通信信道，然后传送到通信系统250。类似地，在发送方式下，将从通信系统250来的一组N个通信信道被传送到反向FFFT218，后者的工作是将各个通信信道上变换为一个多信道通信信号，而后沿发送通路进行处理，最后从发射天线230上辐射出去。

参照图3，该图示出FFFT216的优选实施方案，尽管FFFT216的反向工作由反向FFFT218来优选实施，但它们两者的结构是相似的。FFFT216的结构类似于改型的时间抽取的Cooley-Tukey FFT结构，但每一分支包含有滤波器。如图3所示，FFFT216包括一个转接器(commutator)302，它将一个输入多信道通信信号转接到具有多个滤波器306～312的第一滤波器级304，并经由延时部件303转接到具有多个滤波器316～322的第二滤波器级314。在优选实施方案中，滤波器306312与滤波器316～322基本上相同，然而，可以理解，各滤波器可以是具有不同类型或系数的滤波器。滤波器级304和314的输出在求和级324和334中交叉相加，求和级324和334分别具有求和器326～332和336～342。当指明为求和运算时，求和符号之前的“-”号表示减法运算。求和级334的求和器336～342的输出进一步用时间变化系数进行定标度。在优选实施方案中，求和器336～342的输出由下项进行定标度：

           Wⁿ(-1)^k                         (1)

式中，W为 $W=e^{\frac{-j2k}{c}}---\left(2\right)$

k为瞬时样值，n为…，c为…。

求和级324和334的输出端连接到转接器344和346。转接器344将求和级324的各输出转接到具有滤波器350和352的第三滤波器级348，并经由延时部件345转接到具有滤波器356和358的第四滤波器级354。类似地，转接器346将求和级334的定标度输出转接到具有滤波器362、364的滤波器级360上，并经由延时部件347转接到具有滤波器368、370的滤波器级366上。滤波器级348和354的输出在分别具有求和器374、376和380、382的求和级372和378上交叉相加。类似地，滤波器级360和366的输出在分别具有求和器386、388和392、394的求和级384和390上交叉相加。求和级378和390的输出进一步用时间变化系数进行定标度。

求和级372、378、384和390的各输出端分别连接至转接器396、398、400和402。转接器396、398、400和402的工作类似于上面所述的那些转接器，它们将求和级372、378、384和390的各输出分别转接到滤波器404、408、412和416上，并经由延时部件397、399、401和403分别转接到滤波器406、410、414和418上。而后，滤波器404～418的输出由求和器420～434交叉相加，而求和器422、426、430和434的各输出由数值(-1)k进行定标度。

参照图3和图4可以很好地理解FFFT216的工作，把它看作是一系列梳状滤波器，每个的输入端具有混频器。多信道输入信号450从图4的左侧输入，并分离为两个通路452和454。通路452直通各滤波器(即滤波器级304)而通路454经滤波(即滤波器级314)和混频，以使频谱移动一个信道。滤波器在每个通路452和454上滤除每个其它信道，在每一通路上留下四个不衰减的信号。接着，将通路452和454分为四路456～462，它们类似地被滤波或滤波和混频，留下四个通路456～462，每分支有两个信道。最后，将通路456～462分为八个通路464～478，再次进行适当的滤波或滤波和混频。这留下的八个通路464～478为每通路一个信道。因此，含有八个信道的一个多信道信号被分离为八个信号，每信号一个信道，所有这些信号处于输入样值速率上，并且所需的信道都处在基带上。

混频，即以时间变化系数进行定标度在求和之后是有利的。然而，很容易看出，混频可以在求和之前或滤波之前完成，这类可能的情形并不背离本发明的恰当范畴。

现参照图5，图中示出与FFFT一起使用的优选滤波器结构500。滤波器500最好是含有多个低通滤波器502～508的梳状滤波器结构，它衰减N次折叠的输入频谱的一半，其中N为信道数目的一半。滤波器502～508组成一个分支，它将每第N个样值分配给转接器510、512。这意味着，每个滤波器的输入按每隔N值抽取一次。一种等效的结构是滤波器在单一分支中不被N值抽样，该分支中的一个滤波器具有所需响应的N个峰(即梳齿)的频谱。滤波器500是很有用的，因为在不增加滤波器阶数的情况下具有锐滚降特性。

参照图6，图中示明适应于FFFT216之一部分的优选滤波器结构500，以撇“′”表示滤波器结构500和FFFT216中指明的模拟部件。输入转接器510′包括混频器602，它使输入多信道信号与具有频率Fs/(2N)的复正弦信号混频，其中N为分支数目。如上所述，每分支含有每隔N值抽取的输入样值，因而每一分支的有关样值被乘以： ${(-1)}^k{e}^{\frac{-(l-1)\mathrm{jk}}{N}}---\left(3\right)$ 式中，1为分支附标，k为瞬时样值。这意味着，每一分支乘以一个常数倍+/-1。在优选实施例中，将乘法也即乘法器604～610如图所示地移至滤波器输出端，这有利于对混频分支和不混频分支使用单一种梳状滤波器。图7示明改善因子曲线，即本发明的FFFT胜过典型复用变换器是计算量的减少。尚且，FFFT216具有无可比拟的优点。FFFT216的各滤波器可以有利地用硬布线实现，消除了滤波器系数的存储。相反，典型的复用变换器需要CM′O个滤波器抽头的存储器，其中，C为信道数目，M′O为计算成本，计算成本是指最左边滤波器(即最复杂的滤波器)的每输出样值的移动-相加的成本。因而，一个具有每分支11个抽头的1024信道复用变换器大约需要11千字的存储器。

本专业领域的技术人员从前面的讨论可以看出，本发明由一种独特的滤波快速傅里叶复用变换器结构提供一种用于多信道收发信机的在计算和存储上效率高的装置和方法。从前面的讨论和所附权利要求书很容易看出本发明的许多附加的特点和优点以及公正的范围。

Claims (10)

1.一种用以将第一样值速率的多信道信息信号复用变换成为以第一样值速率的多个选定通信信道的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)将信息信号转接到第一多个滤波器，将信息信号的延时样值转接到第二多个滤波器，第一多个滤波器中每个滤波器对应于第二多个滤波器的一个滤波器；

(b)对第一多个滤波器中每个滤波器的输出和第二多个滤波器中相应滤波器的输出求和，以形成第一多个求和输出；

(c)对第二多个滤波器中每个的定标度输出和第一多个滤波器中相应滤波器的输出求和，以形成第二多个求和输出；

(d)用时间变化值定标度第二多个求和输出的每个输出；

(e)转接第一多个求和输出，以形成第一样值速率的第一输出信号；

(f)转接定标度的第二多个求和输出，以形成第一样值速率的第二输出信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用时间变化值定标度第二多个求和输出的每个输出的步骤，包括用复数指数定标度第二多个求和输出中的每个输出。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将第一输出信号转接到第一多个滤波器的步骤，包括将第一输出信号转接到第三多个滤波器，而将第一输出信号的延时样值转接到第二多个滤波器的步骤，包括将第一输出信号的延时样值转接到第四多个滤波器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对第二多个滤波器中每个滤波器的定标度输出与第一多个滤波器中相应滤波器的输出求和，以形成第二多个求和输出的步骤，包括从第一多个滤波器的相应滤波器输出中减去第二多个滤波器中每个滤波器的输出。

5.一种用以将第一样值速率的多信道信息信号复用变换成为第一样值速率的多个选定通信信道的装置，其特征在于，包括：

(a)用于将信息信号转接到第一多个滤波器和将信息信号的延时样值转接到第二多个滤波器的装置，第一多个滤波器中每个滤波器对应于第二多个滤波器的一个滤波器；

(b)用于将第一多个滤波器中每个滤波器的输出与第二多个滤波器中相应滤波器的输出求和以形成第一多个求和输出的装置；

(c)用于对第二多个滤波器中每个滤波器的定标度输出与第一多个滤波器中相应滤波器的输出求和以形成第二多个求和输出的装置；

(d)用时间变化值定标度第二多个求和输出中每个输出的装置；

(e)用于将第一多个求和输出转接以形成第一样值速率的第一输出信号的装置；

(f)用于将定标度的第二多个求和输出转接以形成第一样值速率的第二输出信号的装置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，第一多个滤波器包括多个基本上相同的滤波器。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，将第一输出信号转接到第一多个滤波器的装置在工作时可将第一输出信号转接到第三多个滤波器，将第一输出信号的延时样值转接到第二多个滤波器的装置在工作上将第一输出信号的延时样值转接到第四多个滤波器。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，将第二输出信号转接到第一多个滤波器的装置在工作上可将第二输出信号转接到第三多个滤波器，将第二输出信号的延时样值转接到第二多个滤波器的装置在工作上可将第二输出信号的延时样值转接到第四多个滤波器。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，对第二多个滤波器中每个滤波器的定标度输出与第一多个滤波器中相应滤波器的输出求和以形成第二多个求和输出的装置，在工作时可用于从第一多个滤波器的相应滤波器输出中减去第二多个滤波器中每个滤波器的输出。

10.一种滤波快速傅里叶复用变换器，其特征在于，包括：

一个转接器，具有一个输入、一个第一输出和一个第二输出，其中，第一输出有选择性地将多信道信息信号的样值送到第一多个滤波器的输出端，第二输出有选择性地将多信道信息信号的延时样值送到第二多个滤波器的输入端；第一和第二多个滤波器的每个各具有一个输出端；

一个第一多个组合器，每个组合器耦接至第一多个滤波器中的一个滤波器的输出和第二多个滤波器中相应滤波器的一个输出上，第一多个组合器的每一个组合器具有一个输出端；

一个第二多个组合器，每个混合器耦接至第二多个滤波器的一个滤波器的输出和第一多个滤波器中相应滤波器的一个输出上，第二多个组合器的每个组合器具有一个输出端；

多个定标度器，每个定标度器具有一个输入端，耦接至第二多个组合器之一的输出上，以及一个输出端；

一个第二转接器，用于将第一多个滤波器的输出转接到该样值速率的第一输出信号上；

一个第三转接器，用于将多个定标度器的输出转接到该样值速率的第二输出信号。

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