專利名稱：利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)的制作方法
利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)屬于無線通信及計算機應用技術(shù)領(lǐng)域。其主要技術(shù)特征在于采用并行計算機芯片實現(xiàn)多路碼分多址接收系統(tǒng)中接收與發(fā)送部分的數(shù)字信號處理，各種數(shù)字信號處理算法均在并行計算機芯片中完成，另外采用ASIC芯片完成一些必要的系統(tǒng)控制任務，利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)很好地解決了在通用計算機芯片上用軟件方法完成碼分多址系統(tǒng)數(shù)字信號處理算法的問題，使成本降低。該系統(tǒng)可用于CDMA移動臺和固定無線終端。
CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)由于具有容量大、抗干擾性強、保密性好等特點，正越來越引起人們的重視。利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)作為CDMA無線環(huán)路接入系統(tǒng)中的用戶設(shè)備，可以廣泛用于架設(shè)電話線路困難的各種場合。對于開發(fā)者來說，它具有信令簡單，開發(fā)周期短的優(yōu)點。
目前由于CDMA碼分多址接收系統(tǒng)是一個用戶占用一個接收、發(fā)射器，而且是采用專用集成電路，因而其成本較高。隨著并行計算技術(shù)及超大規(guī)模計算機芯片技術(shù)的飛速發(fā)展，在并行計算機處理芯片上用軟件方法完全可以實現(xiàn)過去由硬件完成的一部分功能。通用計算機芯片由于生產(chǎn)規(guī)模大，因而價格較低，是實現(xiàn)大眾化通信設(shè)備的極好途徑。
我們先介紹利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)組成原理，然后根據(jù)系統(tǒng)組成原理圖，從硬件和軟件兩方面介紹系統(tǒng)的各部分。


圖1是系統(tǒng)組成原理圖。它由6部分構(gòu)成①接收／發(fā)射設(shè)備，②模數(shù)／數(shù)模轉(zhuǎn)換器，③前向信道，④反向信道，⑤信令處理及系統(tǒng)控制，⑥聲碼器。
一個CDMA信道分為前向信道和反向信道。對于用戶設(shè)備，前向信道的主要工作是進行解擴，信道解碼和信源解碼。反向信道的主要工作是進行信源編碼，信道編碼，擴頻調(diào)制。由CDMA基站發(fā)來的信號經(jīng)RF送到A／D進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換后以20ms為一幀送入前向信道進行處理。RF，A／D，D／A及反向信道均為硬件實現(xiàn)。前向信道，信令處理和系統(tǒng)控制，聲碼器均由SIMD芯片上的軟件完成。
圖2是系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框架圖。它由6部分構(gòu)成①接收／發(fā)射設(shè)備，②模數(shù)／數(shù)模轉(zhuǎn)換器，③數(shù)據(jù)緩存，④控制電路，⑤并行計算機處理芯片，⑥話音設(shè)備。
并行處理器芯片是硬件部分的核心，以下主要介紹并行處理器芯片結(jié)構(gòu)。
圖3是并行處理器芯片的結(jié)構(gòu)。它主要由標量處理器①和向量處理器②兩部分構(gòu)成。標量處理器由PowerPC擴展核心③和SIU④構(gòu)成。向量處理器②由向量sequencer⑤，指令和數(shù)據(jù)高速緩存⑥，處理器陣列⑦，向量數(shù)據(jù)存儲器⑧構(gòu)成。標量處理器①和向量處理器②通過U總線相連，向量處理器與I／O子系統(tǒng)⑩通過T總線相連，總線橋⑨連接U總線和T總線。I／O子系統(tǒng)⑩負責與外部進行數(shù)據(jù)交換，它具有很高的帶寬。
標量處理器的PowerPC擴展核心③為一個32位的RISC處理器。該處理器的指令使用PowerPC的定點指令集。SIU為系統(tǒng)接口單元。標量部分主要用來進行系統(tǒng)控制。
向量處理器陣列⑦由16個16位的處理器構(gòu)成，其基本特點可歸納如下●每個處理器有一個算術(shù)邏輯部件ALU；●每個處理器有2K字節(jié)的存儲器；●對于指令和數(shù)據(jù)各有1K字節(jié)的高速緩存；●大多數(shù)指令在一個向量處理器時鐘周期內(nèi)完成，在部分情況下一個周期可執(zhí)行兩條指令；●一次乘-加運算可在一個周期內(nèi)完成；●處理器到處理器通信網(wǎng)絡(luò)支持混洗交換，蝶形變換及雙向相鄰數(shù)據(jù)移動?？蓪iterbi譯碼器，F(xiàn)FT，向量內(nèi)積，各種數(shù)字濾波器的計算提供高效的支持。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)的特點，為了充分發(fā)揮該芯片各部分的處理能力，我們用標量部件進行系統(tǒng)控制和信令處理，用向量部件完成前向信道信號處理及語音的編碼和解碼。這是因為，IS-95中規(guī)定的移動臺和基站間的信令交換，主要是進行消息數(shù)據(jù)的處理，數(shù)值計算量較少，適合于用標量部件完成。在前向信道信號處理及語音的編碼和解碼的過程中，由于許多算法中都有大量的可并行執(zhí)行的成分，它們的并行化效果很好，所以用向量部件完成這些部分可以顯著提高系統(tǒng)的處理能力。標量部件和向量部件可以通過相連的總線進行數(shù)據(jù)交換。
圖4是系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖。它由兩大部分構(gòu)成在向量處理器上實現(xiàn)的QCELP聲碼器和前向信道軟件模塊，在標量處理器上實現(xiàn)的多線程管理及狀態(tài)處理程序。
電源接通后系統(tǒng)進入初始化狀態(tài)。它為每個線程建立一個不定長的線程表，系統(tǒng)用它來進行線程管理。線程表格式為
●線程號用數(shù)字1-4指定一個線程●狀態(tài)號用數(shù)字1-3指定該線程目前所處的狀態(tài)●子狀態(tài)入口目前所處狀態(tài)的子狀態(tài)●參數(shù)個數(shù)用來記錄目前子狀態(tài)中應記錄參數(shù)的個數(shù)●參數(shù)1-n各子狀態(tài)中應記錄的各種參數(shù)基于線程表的線程調(diào)度管理方法為1．按以下方法計算出將要在SE上運行的下一個線程號新線程號=(原線程號+1)(mod(系統(tǒng)實際線程數(shù)))；2．根據(jù)新線程號找到它的線程表；3．在線程表中找到線程狀態(tài)和子狀態(tài)入口；4．轉(zhuǎn)入子狀態(tài)。
下面對圖4作進一步描述對于每一個20毫秒的數(shù)據(jù)幀時間內(nèi)，多線程管理調(diào)度模塊調(diào)度每個線程運行一次，這些線程將根據(jù)它們各自的狀態(tài)／子狀態(tài)記錄以及運行參數(shù)進入一個信令狀態(tài)，然后直接進入一個子狀態(tài)，這些子狀態(tài)的工作過程在IS-95標準中有詳細規(guī)定，這些子狀態(tài)可以調(diào)用前向信道軟件模塊對一幀數(shù)據(jù)解碼或往語音編碼器中發(fā)送或接收一幀語音數(shù)據(jù)，若子狀態(tài)需要轉(zhuǎn)移到別的子狀態(tài)，則在狀態(tài)／子狀態(tài)環(huán)境參數(shù)記錄模塊中修改線程表的狀態(tài)／子狀態(tài)及參數(shù)，如果有錯誤發(fā)生則轉(zhuǎn)入錯誤處理模塊進行出錯處理。
權(quán)利要求
1．利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)是一項屬于計算機與通信領(lǐng)域的發(fā)明專利，其特征是利用SIMD并行處理計算機芯片實現(xiàn)碼分多址系統(tǒng)的信號處理；
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)，其特征在于使用SIMD并行處理模型與方法實現(xiàn)快速數(shù)字信號處理，這種模型中包括標量處理器和向量處理器兩部分，向量處理器各處理單元之間的通信網(wǎng)絡(luò)支持混洗交換，蝶形變換及雙向相鄰數(shù)據(jù)移動的功能；
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)，其特征是在SIMD并行處理計算機芯片上用標量處理器實現(xiàn)多線程處理方式，分時處理四路用戶信號，用向量處理器完成信道及信源的編解碼。
全文摘要
利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)屬于無線通信及計算機應用技術(shù)領(lǐng)域。其主要技術(shù)特征在于采用并行計算機芯片實現(xiàn)多路碼分多址接收系統(tǒng)中接收與發(fā)送部分的數(shù)字信號處理,各種數(shù)字信號處理算法均在并行計算機芯片中完成,另外采用ASIC芯片完成一些必要的系統(tǒng)控制任務。利用并行處理技術(shù)的碼分多址接收系統(tǒng)很好地解決了在通用計算機芯片上用軟件方法完成碼分多址系統(tǒng)數(shù)字信號處理算法的問題。使成本降低。該系統(tǒng)可用于CDMA移動臺和固定無線終端。
文檔編號G06F13/00GK1206152SQ9711254
公開日1999年1月27日 申請日期1997年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月22日
發(fā)明者高文, 湯軍其, 孫彤, 江海, 高德剛, 馮鳳華, 劉進軍, 王小川, 馬旭, 朱嶸, 趙巍, 王濱, 李惠科 申請人:北京算通科技發(fā)展有限公司