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CN1069468C

Wideband FFT channelizer

Abstract

A compact, multi-channel wireless communication transceiver structure uses an overlap-add or multi-phase signal processing function for broadband signal processing, with a sampling rate. The receiver part receives a plurality of multi-frequency communication channels and outputs digital signals representing the contents of the plurality of multi-frequency communication channels. The receiver part includes an FFT-based channel splitter, which processes the digital signal output by the wideband digital receiver and connects the corresponding channel output to a first group of multiple digital signal processing units that process (for example, demodulate) ) Corresponding to several digital channel signals and providing the processed several digital channel signals at the corresponding output port for distribution to a following voice/digital network. In terms of transmission, the transmitting part includes a plurality of digital signal processors, which are respectively associated with corresponding ones of the plurality of incoming (voice/data) communication signals to be transmitted on different frequency channels. Their processed (modulated, coded) output is provided to an inverse FFT combiner. The FFT combiner provides a synthesized multi-channel signal to a broadband transmitter that transmits a multi-frequency communication channel signal. Each of the channel splitter and the combiner can be implemented by overlapping addition or polyphase filtering.

CN1069468C, drawing sheet 1
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Expired 13 March 2015, 11.5 years ago.

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46 claims: 2 independent, 44 dependent

  1. 1
    用于无线通信网的收发机装置,该通信网包括在多个地理分布的第一站点之中,通过一个或多个收发机站点,支持通信的多频通信信道,上述收发机装置可以分别安装在上述一个或多个收发机站点中的一个上并且包括:接收机单元,用于接收来自一组所述的多频通信信道的多个信号并且输出代表从上述多频通信信道组接收的信号的数字合成接收机信号;基于傅立叶变换的信道分路器单元,连接它以接收来自上述接收机单元的数字合成接收机信号并且用于分别输出代表从上述接收机单元接收的多个通信信道中接收的信号中的一个的内容的数字信道信号;多个速率变换单元,分别与所述的基于傅立叶变换的信道分路器单元输出的上述数字信道信号相关联并用于输出以插值的形式代表每一个上述数字信道信号的插值数字信道信号,其抽样率时序与数字信道信号的抽样率时序不同;第一组多个信号处理器单元,分别与上述速率变换单元输出的上述插值数字信道信号相关联,用于解调每一个上述插值数字信道信号并且在它们各自的输出端口提供每一个解调的上述数字信道信号;第二组多个信号处理器单元,分别与上述网络的彼此不同的通信信道上发射的多个入通信信号中的每一个相关联,用于处理上述多个入通信信号中的每一个并且在它们各自的输出端口提供每一个处理过的上述通信信道信号;基于傅立叶变换的合路器单元,连接它以接收上述第二组多个数字信号处理器单元处理的上述通信信道信号中所述的处理过的那些并且输出代表上述第二组多个数字信号处理器单元处理的入通信信号内容的数字合路发射信号;而且发射机单元,用于根据上述基于傅立叶变换的合路器单元输出的数字合路发射信号发射多频通信信道信号。
  2. 2
    根据权利要求1所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的信道分路器单元包括一个重叠和相加滤波器,上述接收机单元输出的合成信号与之耦合,和一个连接到该重叠和相加滤波器输出的基于N点快速傅立叶变换的处理器。
  3. 3
    根据权利要求1所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的合路器单元包括N点快速傅立叶变换处理器,连接它以接收所述的第二组多个数字信号处理器单元处理的通信信道信号,并包括一个上述N点快速傅立叶变换处理器的输出与之相连的多相滤波器或重叠和相加滤波器。
  4. 4
    根据权利要求2或3所述的收发机装置,其特征在于,所述重叠和相加滤波器包括J个级连的滤波器抽头级,它们中的每一个包括多个彼此可切换地串联的延迟存储器,使得有选择地使连续的滤波器抽头级的延迟存储器串联。
  5. 5
    根据权利要求4所述的收发机装置,其特征在于,所述重叠和相加滤波器有一个抽取率M,并且其中所述的多个延迟存储器包括一个具有M数据抽样长度的第一延迟存储器和具有N-M数据抽样长度的第二延迟存储器。
  6. 6
    根据权利要求5所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的合路器单元用于以复指数信号乘上傅立叶处理的数据抽样,产生的乘积值耦合到所述的重叠和相加滤波器。
  7. 7
    根据权利要求6所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的合路器单元包括由傅立叶处理的数据抽样控制其输出的数控振荡器、调制器,以便有效地用复指数信号与上述傅立叶处理的数据抽样相乘。
  8. 8
    根据权利要求4所述的收发机装置,其特征在于,所述每个滤波器抽头级包括一个系数存储器,存储多个与傅立叶处理的数据抽样相乘的上述系数存储器中存储的各个加权系数,以及一个加法器,上述的乘法器和所述的多个延迟存储器之一的输出与之相连,上述的加法器具有一个连接到连续滤波器抽头级的第二组所述的多个延迟存储器的输出。
  9. 9
    根据权利要求8所述的收发机装置,其特征在于,所述每个滤波器抽头级包括一个可控制的开关,在上述级的多个延迟存储器之间的信号流通道上连接,用于可选择地使上述级的多个延迟存储器彼此串联,并因此在级连的信号流通道上与上述滤波器的其它抽头级串联,或者将上述多个延迟存储器之一的内容反馈到它本身。
  10. 10
    根据权利要求9所述的收发机装置,其特征在于,所述每个滤波器抽头级还包括存储N个加权系数的系数存储器,以及一个乘法器,该乘法器用于将来自信号流通道、通过所述的延迟存储器的数据抽样值与上述系数存储器中存储的各个加权系数相乘。
  11. 11
    根据权利要求10所述的收发机装置,其特征在于,所述重叠和相加滤波器还包括求和级,用于将所述的滤波器抽头级的各个乘法器输出的乘积加在一起,上述求和级的输出连接到所述的N点快速傅立叶变换处理器。
  12. 12
    根据权利要求9所述的收发机装置,其特征在于,所述重叠和相加滤波器具有第一抽头级,包括一个存储N个加权系数的系数存储器,一个乘法器,该乘法器用于将傅立叶处理的数据抽样与上述系数存储器中存储的各个加权系数相乘,一个可控制的开关,连接该开关的第一输入口以接收规定数据值的序列、第二输入口连接到所述加法器的输出、输出口连接到一个N-M抽样延迟存储器,上述N-M抽样延迟存储器具有一个输出,连接到上述加法器以便与上述乘法器的输出相加,而且其中上述第一滤波器抽头级的乘法器的输出连接到上述重叠和相加滤波器连续的滤波器抽头级,其中上述的可控制的开关用于将上述规定数据值的序列连接到上述N-M抽样存储器或将上述延迟存储器的内容反馈到它本身。
  13. 13
    根据权利要求12所述的收发机装置,其特征在于,连接所述的i个滤波器抽头级的第i个的相加器输出以提供代表所述的第二组多个数字信号处理器单元处理的通信信道信号内容的合路信号。
  14. 14
    根据权利要求12所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的合路器单元被配置为处理所述的第二组多个数字信号处理器单元提供的奇和偶数的滤波的数据抽样的连续集。
  15. 15
    根据权利要求8所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的合路器包括多个块浮点快速傅立叶变换机,将其输出移位以使变换机的输出校准到共同的标度。
  16. 16
    根据权利要求1所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的信道分路器单元包括一个所述的多信道接收机单元输出的数字信号与之连接的多相滤波器,以及一个基于N点快速傅立叶变换的处理器,连接到上述多相滤波器的输出。
  17. 17
    根据权利要求3或16所述的收发机装置,其特征在于,所述多相滤波器包括含有多个滤波器抽头级的有限脉冲响应滤波器,每个抽头级包括一个延迟存储器,以便连续的滤波器抽头级的延迟存储器串行连接,每个滤波器抽头级还包括一个存储N个加权系数的系数存储器,以及一个乘法器,用来将来自信号流通道、通过上述延迟存储器的数据抽样值与上述系数存储器中存储的各个加权系数相乘,以及一个将上述滤波器抽头级的各个乘法器输出的乘积加在一起的求和级,上述求和级的输出与所述的多信道发射机单元或所述的N点快速傅立叶变换处理器相连。
  18. 18
    根据权利要求2或16所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的信道分路器单元被配置为处理所述多相滤波器或所述的重叠和相加滤波器的奇和偶数的滤波的数据抽样输出的连续集。
  19. 19
    根据权利要求18所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的信道分路器单元被配置为用复指数信号乘上所述的多相滤波器或所述的重叠和相加滤波器的滤波数据抽样输出,产生的乘积值耦合到所述的基于N点快速傅立叶变换的处理器。
  20. 20
    根据权利要求19所述的收发机装置,其特征在于,所述基于傅立叶变换的信道分路器单元包括由所述的多相滤波器或所述的重叠和相加滤波器的滤波数据抽样输出控制的数控振荡调制器,以便有效地用复指数信号与上述滤波数据抽样输出相乘。
  21. 21
    根据权利要求1所述的收发机装置,其特征在于,所述速率变换器单元每个都另外包括一个抽取的、线性相位低通数字滤波器;或另外包括:抽取的低通滤波器结构,连接它以分别接收数字信道信号中的一个,并连接输出插值的数字信道信号,该抽取低通滤波器结构提供多个、L个可能的滤波器响应中的一个。
  22. 22
    根据权利要求1所述的收发机装置,其特征在于,至少一个所述速率变换器单元包括一个抽取低通滤波器结构,连接它以接收各个数字信道信号,并输出插值的数字信道信号,该抽取低通滤波器结构提供多个、L个可能的滤波器响应中的一个,而且其中所述的抽取低通滤波器结构另外包括一个滤波器响应选择单元,该滤波器响应选择单元连接到抽取低通滤波器结构,向抽取低通滤波器结构提供滤波器选择信号以便在给定时间确定选择L个滤波器响应中哪一个作为激活的滤波器响应。
  23. 23
    根据权利要求22所述的收发机装置,其特征在于,所述数字信道信号包括一个前导部分和一个数据部分,而且其中的滤波器响应选择单元在它的各个数字信道信号前导部分过程中通过确定抽样相位差来决定选择L个可能的滤波器响应中的哪一个。
  24. 24
    根据权利要求22所述的收发机装置,其特征在于,所述数字信道信号包括一个前导部分和一个数据部分,而且其中的滤波器响应选择单元:(a)通过确定L个可能的滤波器响应中哪一个对数字信道信号前导部分提供最佳响应来决定选择L个可能的滤波器响应中的哪一个;或(b)另外包括:多个、M个滤波器部分,M个滤波器部分中每一个是L个可能的滤波器响应中的一个,每个滤波器部分提供一个中间插值的数字信号。
  25. 25
    根据权利要求1所述的收发机装置,其特征在于,每个速率变换器以插值的输出信号提供一个信号,包括在它的各个信道期望的峰值符号幅度位置处或附近抽取的该数字信道信号的插值抽样。
  26. 26
    根据权利要求22所述的收发机装置,其特征在于,所述数字信道信号包括一个前导部分和一个数据部分,而且其中的滤波器响应选择单元另外包括:多个、M个滤波器部分,M个滤波器部分中每一个是L个可能的滤波器响应中的一个,每个滤波器部分提供一个中间插值的数字信号;多个、M个相关单元,用来分别接收M个中间插值数字信号中的一个以及一个期望的前导数字信号,并且用来将M个滤波器响应与期望的前导数字信号相关,并提供M个相关器输出信号;一个比较器,接收M个相关器输出信号并确定表示M个中间插值数字信号中每一个和期望的前导数字信号之间最大相关的相关器输出信号之一的索引,x;而且藉此,滤波器选择单元根据比较器确定的索引,x,选择L个滤波器部分中需要的一个。
  27. 27
    根据权利要求所述21的收发机装置,其特征在于,所述抽取低通数字滤波器部分另外包括:滤波器时钟产生器,控制数字信道信号的抽样通过抽取低通滤波器的一组时间。
  28. 28
    根据权利要求27所述的收发机装置,其特征在于,所述滤波器时钟产生器包括:数字信道信号抽样索引计数器,连接它以对输入的数字信道信号的抽样计数,并提供抽样索引值;乘法器,将抽样索引值与抽样速率调整因子相乘,抽样速率调整因子根据输入插值数字信号的抽样速率与各个中间插值数字信号的抽样速率的比值而定。
  29. 29
    根据权利要求26所述的收发机装置,其特征在于,只有所选择的具有索引x的滤波器在数字信道信号的数据部分可操作。
  30. 30
    根据权利要求26所述的收发机装置,其特征在于,它另外包括一个跟踪单元,连接它以接收L个滤波器部分中当前选择的一个的索引值x,并且也连接它从当前选择的滤波器部分接收至少是中间插值的数字信号,并且用来将所选择的滤波器部分的响应至少与L个滤波器部分中至少一个其它的响应相比较,如果上述其它滤波器部分提供接近所期望的最靠近数字信道信号中符号的抽样位置的抽样,就提供一个索引值调整量;以及一个索引值调整器,连接它以接收索引值x和索引值调整量,并用于通过调整量周期性地调整索引值。
  31. 31
    为了用于具有在多个地理分布的第一站点之中、通过一个或多个收发机站点支持通信的多频通信信道的无线通信网,一种分别在上述一或多个收发机站点中的一个发射和接收宽带通信信号的方法包括以下步骤:(a)接收来自多个上述多频通信信道的信号并产生代表上述多个多频通信信道内容的多个数字信号;(b)基于傅立叶变换的信道分路器处理在步骤(a)中产生的上述多个数字信号并从中产生代表步骤(a)中从通信信道接收的各个信号内容的各个数字信道信号;(c)转换上述各个数字信道信号的抽样率,以不同于数字信道信号抽样率时序的抽样率时序、用插值的形式提供代表上述各个数字信道信号的各个插值的数字信道信号;(d)处理上述各个插值的数字信道信号;(e)处理在所述网络的各个不同的频率信道上发射的多个入数字通信信号中的每一个;(f)用傅立叶变换处理步骤(d)中处理的数字通信信号并从中产生代表步骤(e)中处理的数字通信信道信号内容的合路信号;并且(g)根据步骤(f)中产生的合路信号发射多频通信信道信号。
  32. 32
    根据权利要求31所述的方法,其特征在于,步骤(f)包括向N点快速傅立叶变换处理器提供所述的数字通信信道信号并通过多相滤波器或重叠和相加滤波器将上述N点快速傅立叶变换处理器的输出滤波。
  33. 33
    根据权利要求31所述的方法,其特征在于,步骤(b)包括通过重叠和相加滤波器将所述的步骤(a)中产生的多个数字信号滤波,并通过基于N点快速傅立叶变换的处理器处理所产生的滤波信号。
  34. 34
    根据权利要求32或33所述的方法,其特征在于,所述重叠和相加滤波器包括多个级连的滤波器抽头级,它们中的每一个包括多个彼此可切换地串联的延迟存储器,而且步骤(b)或(vii)还包括:有选择地使连续的滤波器抽头级的延迟存储器串联。
  35. 35
    根据权利要求34所述的方法,其特征在于,所述重叠和相加滤波器有一个抽取率M,并且其中步骤(b)或(viii)还包括:有选择地使所述的多个延迟存储器提供具有M数据抽样长度的第一延迟和具有N-M数据抽样长度的第二延迟。
  36. 36
    根据权利要求35所述的方法,其特征在于,步骤(f)还包括以下步骤:(ix)用复指数信号乘上傅立叶变换处理的数字通信信号,并(x)将产生的乘积信号提供给所述的重叠和相加滤波器。
  37. 37
    根据权利要求34所述的方法,其特征在于,所述每个滤波器抽头级包括一个存储多个加权系数的系数存储器,而且步骤(b)还包括:(xi)将傅立叶处理的数据抽样与上述系数存储器中存储的各个加权系数相乘;以及(xii)将上述乘法步骤(xi)的输出与所述的多个延迟存储器中一个的输出相加,上述加法步骤的输出连接到连续滤波器抽头级所述的多个延迟存储器中的第二个。
  38. 38
    根据权利要求37所述的方法,其特征在于,所述每个滤波器抽头级包括一个可控制的开关,在上述级的多个延迟存储器之间的信号流通道上连接,而且步骤(b)还包括:可选择地使上述级的多个延迟存储器彼此串联,并因此在级连的信号流通道上与上述滤波器的其它抽头级串联,将上述多个延迟存储器之一的内容反馈到它本身。
  39. 39
    根据权利要求38所述的方法,其特征在于,所述重叠和相加滤波器具有第一抽头级,包括一个存储N个加权系数的系数存储器,而且步骤(b)还包括:(xiii)将傅立叶处理的数据抽样与上述系数存储器中存储的各个加权系数相乘;而且(xiv)受控制地切换连接的第一输入口以接收规定数据值的序列、及第二输入口连接到所述加法步骤(vii)的输出、输出口连接到一个N-M抽样延迟存储器,上述N-M抽样延迟存储器具有一个输出,连接到所述加法器以便与所述乘法步骤(viii)的输出相加;(xv)将所述第一滤波器抽头级的乘法器的输出连接到所述重叠和相加滤波器连续的滤波器抽头级;而且(xvi)操作上述的可控切换步骤,将上述规定数据值的序列连接到上述N-M抽样存储器或将上述延迟存储器的内容反馈到它本身。
  40. 40
    根据权利要求39所述的方法,其特征在于,它还包括将一个加法器连接到所述多个(i)滤波器抽头级的第J个的输出,以提供在步骤(g)中发射的合路信号。
  41. 41
    根据权利要求31所述的方法,其特征在于,在步骤(b)和(f)中用多个块浮点快速傅立叶变换机执行傅立叶变换处理,将其输出移位以使变换机的输出校准到共同的标度。
  42. 42
    根据权利要求31所述的方法,其特征在于,步骤(b)包括通过多相滤波器将在所述的步骤(a)中产生的多个数字信号滤波,并通过基于N点快速傅立叶变换的处理器处理所产生的滤波信号。
  43. 43
    根据权利要求42所述的方法,其特征在于,所述多相滤波器包括含有多个滤波器抽头级的有限脉冲响应滤波器,每个抽头级包括一个延迟存储器,以便连续的滤波器抽头级的延迟存储器串行连接,每个滤波器抽头级还包括一个存储N个加权系数的系数存储器,而且步骤(b)还包括:将来自信号流通道、通过上述延迟存储器的数据抽样值与上述系数存储器中存储的各个加权系数相乘;(xvii)将上述滤波器抽头级的各个乘法器输出的乘积加在一起;并且(xviii)将上述求和级的输出与所述的N点快速傅立叶变换处理器相连。
  44. 44
    根据权利要求35或43所述的方法,其特征在于,步骤(b)包括用傅立叶变换处理所述多相滤波器或所述的重叠和相加滤波器的奇和偶数的滤波的数据抽样输出的连续集。
  45. 45
    根据权利要求44所述的方法,其特征在于,步骤(b)还包括以下步骤:(xix)用复指数信号乘上所述的多相滤波器的滤波数据抽样输出;而且(xx)连接产生的乘积值被连接到所述的基于N点快速傅立叶变换的处理器。
  46. 46
    根据权利要求44所述的方法,其特征在于,步骤(b)还包括以下步骤:(v)用复指数信号乘上所述的重叠和相加滤波器的滤波数据抽样输出。
Independent claims46