專利名稱：使用2ⁿ點(diǎn)FFT計(jì)算非2ⁿ點(diǎn)DFT的處理裝置、方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理方法、處理裝置和使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
離散傅立葉變換(DFT)在離散時(shí)間信號(hào)處理算法和系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中扮演了重要的角色。在中國(guó)陸地?cái)?shù)字電視廣播系統(tǒng)中，IFFT/FFT(FFT快速傅立葉變換，IFFT逆FFT)設(shè)備對(duì)于時(shí)域同步正交頻分多路復(fù)用(TDS-OFDM)調(diào)制解調(diào)器發(fā)送和接收數(shù)據(jù)是不可缺少的。
對(duì)于2n點(diǎn)DFT可以有效地使用基2或基4FTT。但是對(duì)于諸如在3780點(diǎn)IFFT/FFT處理器中運(yùn)行的非2n點(diǎn)DFT，不能直接應(yīng)用在2n點(diǎn)DFT中使用的普通FFT算法，而非2n點(diǎn)DFT是TDS-OFDM中至關(guān)重要的部分。替代的方式是如下所描述的，通過(guò)把3780分解成9×7×3×5×4，并且使用用于計(jì)算7，9，3，5，4點(diǎn)DFT的Winograd傅立葉變換算法和Good-Thomas素因數(shù)算法。在“Terrestrial digitalmultimedia/television broadcasting system”(CN 00123597.4)中提出了3870點(diǎn)IFFT/FFT的一種算法和它的實(shí)現(xiàn)。
圖8示出了具有N個(gè)子載波的通用OFDM系統(tǒng)，其中N點(diǎn)IFFT/FFT處理器在OFDM調(diào)制/解調(diào)處理中扮演核心角色。要經(jīng)由多徑信道56無(wú)線鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)d的數(shù)據(jù)流被輸入到串行/并行裝置50中。串行/并行裝置50將數(shù)據(jù)多路復(fù)用到N個(gè)子載波上。這種N個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)被提供給QAM調(diào)制器51，QAM調(diào)制器51對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。QAM調(diào)制器51將調(diào)制后的數(shù)據(jù)X(k)發(fā)送到N點(diǎn)IFFT裝置52。傅立葉變換后的數(shù)據(jù)x(n)經(jīng)由n條數(shù)據(jù)線被提供給裝置53，裝置53將保護(hù)間隔插入到傅立葉變換后的數(shù)據(jù)流中。由該裝置53輸出的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到并行/串行裝置54，并行/串行裝置54將這些數(shù)據(jù)多路復(fù)用到一條單個(gè)數(shù)據(jù)線上。由并行/串行裝置54輸出的數(shù)據(jù)流被轉(zhuǎn)發(fā)到D/A和發(fā)送濾波裝置55(D/A數(shù)/模轉(zhuǎn)換)。經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和過(guò)濾后的數(shù)據(jù)經(jīng)由天線A使用多徑信道56從發(fā)送裝置被發(fā)送到接收裝置的天線A。在接收裝置中，接收到的數(shù)據(jù)由接收濾波器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置57進(jìn)行濾波和模/數(shù)轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)濾波和數(shù)/模轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到用于去除保護(hù)間隔的裝置58。該裝置的第二部分被構(gòu)造成串行/并行裝置59，用于將數(shù)據(jù)x’(n)多路復(fù)用到n條數(shù)據(jù)線上。這些被多路復(fù)用的數(shù)據(jù)x’(n)被轉(zhuǎn)發(fā)到N點(diǎn)FFT裝置60，N點(diǎn)FFT裝置60輸出傅立葉變換后的數(shù)據(jù)X’(k)。這些傅立葉變換后的數(shù)據(jù)X’(k)被轉(zhuǎn)發(fā)到均衡器61。在均衡之后，數(shù)據(jù)被提供給QAM解調(diào)裝置62，用于對(duì)N個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。經(jīng)過(guò)解調(diào)后的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到并行/串行裝置63，以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解復(fù)用并輸出數(shù)據(jù)。
在發(fā)射器端，在IFFT之前經(jīng)過(guò)解調(diào)的頻域數(shù)據(jù)是X(k)，在N點(diǎn)IFFT之后得到傅立葉變換后的時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)。在接收器端，已接收并經(jīng)過(guò)多路復(fù)用的時(shí)域數(shù)據(jù)是x’(n)，在N點(diǎn)FFT之后得到傅立葉變換后的頻域數(shù)據(jù)X’(k)。如果經(jīng)過(guò)信道和調(diào)制/解調(diào)過(guò)程后沒有發(fā)生失真，則在接收裝置中經(jīng)過(guò)多路復(fù)用的時(shí)域數(shù)據(jù)x’(n)與在發(fā)送裝置中經(jīng)過(guò)傅立葉變換的時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)相同，并且在接收裝置中經(jīng)過(guò)傅立葉變換的頻域數(shù)據(jù)X’(k)也應(yīng)該與在發(fā)送裝置中經(jīng)過(guò)調(diào)制的頻域數(shù)據(jù)X(k)相同。
N點(diǎn)數(shù)據(jù)序列的DFT被定義為 N點(diǎn)數(shù)據(jù)序列的逆DFT被定義為 使用以上公式的快速算法進(jìn)行DFT和逆DFT，結(jié)果將較好，諸如N是2的整數(shù)冪。然而，如果N不是一個(gè)2n數(shù)，就不容易找到一種硬件實(shí)現(xiàn)的有效快速算法，如果例如N是3780。此外，這些非2n點(diǎn)DFT快速算法不是對(duì)于任意點(diǎn)FFT都是通用的。
因此，使用2n點(diǎn)FFT來(lái)計(jì)算非2n點(diǎn)DFT就是一種很自然的考慮。但是，在使用2n點(diǎn)FFT時(shí)，必須要注意這些2n點(diǎn)FFT結(jié)果應(yīng)該被轉(zhuǎn)換成非2n點(diǎn)DFT結(jié)果，在轉(zhuǎn)換中具有可忽略的精度損失并且不會(huì)顯著增加計(jì)算負(fù)擔(dān)。
當(dāng)N不是2n數(shù)時(shí)，計(jì)算N點(diǎn)DFT有許多不同的方案。當(dāng)N是合數(shù)時(shí)，即當(dāng)N＝N1N2時(shí)，為了計(jì)算N點(diǎn)DFT，通常的方法使用Cooley-Tukey算法分解問(wèn)題，該算法首先計(jì)算長(zhǎng)度為N2的N1個(gè)變換，然后計(jì)算長(zhǎng)度為N1的N2個(gè)變換。對(duì)N1和N2點(diǎn)DFT遞歸地應(yīng)用分解，直到問(wèn)題可以使用幾個(gè)算法的組合解決，包括Cooley-Tukey的變體、素因數(shù)算法和分裂基算法的不同方案。
當(dāng)N是素?cái)?shù)時(shí)，使用Rader的算法將N點(diǎn)問(wèn)題分解成三個(gè)(N-1)點(diǎn)問(wèn)題。然后使用以上描述的Cooley-Tukey分解以計(jì)算(N-1)點(diǎn)DFT。
對(duì)于給定的合數(shù)N，有許多分解它的方法。以N＝3780為例，分解可以如下進(jìn)行 3780＝60×63；60＝3×5×4，63＝9×7， 3780＝63×60；63＝3×3×7，60＝4×5×3， 3780＝20×189；20＝4×5，189＝9×3×7， 等等。
在現(xiàn)有的解法中，3780IFFT/FFT的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式在圖9中示出，圖9公開了3780IFFT/FFT的一種可能的實(shí)現(xiàn)方式。輸入數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到第一塊70。在該塊70中，輸入數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到提供7點(diǎn)WFTA(Winograd傅立葉變換算法)的第一子塊71。此后，該數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到提供9點(diǎn)WFTA的另一個(gè)塊72，此后，數(shù)據(jù)被提供給解擾(unscrambling)裝置73。從該第一塊70輸出的解擾數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到循環(huán)乘法器裝置74。循環(huán)的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到提供60點(diǎn)PFA的第二塊75。在該第二塊75中，數(shù)據(jù)首先被轉(zhuǎn)發(fā)到提供3點(diǎn)WFTA的子塊76。輸出的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到提供5點(diǎn)WFTA的另一個(gè)子塊77。此后，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到提供4點(diǎn)WFTA的另一個(gè)子塊78。從該子塊78輸出的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)解擾裝置79。解擾后的數(shù)據(jù)被提供給一個(gè)記錄器80，該記錄器80將數(shù)據(jù)輸出到輸出端。
在圖10中描述了少點(diǎn)(3，4，5，7，9)DFT的基本結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用Winograd傅立葉變換算法。輸入數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到多個(gè)并行設(shè)置的AC裝置。并行AC裝置被提供有系數(shù)I和控制信號(hào)。從AC裝置輸出的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到多路復(fù)用器MUX。經(jīng)過(guò)多路復(fù)用的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到由系數(shù)D和控制裝置控制的實(shí)數(shù)型乘法器裝置。由該乘法器裝置輸出的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到分別由系數(shù)O和控制信號(hào)控制的多個(gè)并行AC裝置。從這些AC裝置輸出的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)多路復(fù)用器MUX，所述的另一個(gè)多路復(fù)用器MUX將這樣的數(shù)據(jù)多路復(fù)用到數(shù)據(jù)輸出線路上。
目前為止，現(xiàn)有解決方案的缺陷是很明顯的。首先，計(jì)算沒有統(tǒng)一的過(guò)程，諸如在基4或基22n點(diǎn)FFT中的蝶形運(yùn)算單元。對(duì)于每個(gè)非2n點(diǎn)DFT有不同的基本處理單元，并且它們的計(jì)算也是無(wú)規(guī)律的。因此，對(duì)于每個(gè)非2n點(diǎn)DFT，必須設(shè)計(jì)不同的硬件體系結(jié)構(gòu)，即該體系結(jié)構(gòu)對(duì)于其它點(diǎn)數(shù)的DFT是不可用的。其次，如果N很大并且只能分解成許多相關(guān)的質(zhì)因數(shù)，計(jì)算可能是非常復(fù)雜的，并且不適于以硬件實(shí)現(xiàn)。
技術(shù)問(wèn)題 本發(fā)明的目的是提供使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)FFT的另一種解決方案。
技術(shù)方案 該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理方法，通過(guò)具有權(quán)利要求7所述特征的使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理裝置，以及通過(guò)具有權(quán)利要求19所述特征的使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理系統(tǒng)得以解決。優(yōu)選的方面和實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。
特別地，提供了一種使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理裝置，包括采樣率轉(zhuǎn)換器，被配置為生成2n點(diǎn)FFT結(jié)果的2n點(diǎn)FFT裝置，和被配置為形成非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果的頻率補(bǔ)償單元。
此外，提供了一種用于使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的方法，包括以下方法步驟對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣率轉(zhuǎn)換，之后使用2n點(diǎn)FFT獲取2n點(diǎn)FFT結(jié)果，之后使用頻率補(bǔ)償形成非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果。
有益效果 因此，提供了用于利用2n點(diǎn)FFT執(zhí)行非2n點(diǎn)IFFT/FFT的另一種方法和裝置或設(shè)備。該設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)是有規(guī)律的，并且包括進(jìn)行采樣率轉(zhuǎn)換、內(nèi)插、2n FFT和頻率補(bǔ)償?shù)牟考?。這種設(shè)備的復(fù)雜性相對(duì)較低，并且計(jì)算結(jié)果足夠精確地用于在TDS-OFDM系統(tǒng)中使用。
因此，提供了一種使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)FFT、例如從4096到3780的更好的解決方案。通過(guò)應(yīng)用采樣率轉(zhuǎn)換、內(nèi)插和頻率補(bǔ)償，該方法和裝置提供了3780點(diǎn)IFFT/FFT結(jié)果，該結(jié)果的精確度足以適用于TDS-OFDM調(diào)制解調(diào)器。
特別地，采樣率轉(zhuǎn)換器包括多相濾波器和內(nèi)插器，實(shí)現(xiàn)低通濾波器和采樣轉(zhuǎn)換的功能。換而言之，在采樣率轉(zhuǎn)換期間，實(shí)現(xiàn)低通濾波器多相濾波和內(nèi)插。
特別地，剪切和移位裝置被配置為剪切和移位2n點(diǎn)FFT的結(jié)果，以形成非2n點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)，其中頻率補(bǔ)償單元被配置為通過(guò)相乘對(duì)經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率補(bǔ)償。這使得可以對(duì)2n點(diǎn)FFT的結(jié)果進(jìn)行剪切和移位，從而形成非2n點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)，其中通過(guò)相乘對(duì)經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)執(zhí)行頻率補(bǔ)償，以形成非2n點(diǎn)FFT的最終結(jié)果。
特別地，查找表或其它形式的計(jì)算機(jī)制被配置為或被用于在頻率補(bǔ)償單元中提供比例因數(shù)。
特別地，處理裝置和方法被配置為包括中國(guó)陸地?cái)?shù)字電視廣播系統(tǒng)功能的OFDM站，并且被配置為使用任何非2n點(diǎn)DFT通過(guò)2n點(diǎn)FFT完成OFDM調(diào)制/解調(diào)。
特別地，提供給采樣率轉(zhuǎn)換的輸入數(shù)據(jù)被重復(fù)以形成周期序列，重復(fù)的重復(fù)長(zhǎng)度是可變的，但通常與在采樣率轉(zhuǎn)換中的多相濾波器的抽頭計(jì)數(shù)相關(guān)。特別地，重復(fù)的數(shù)據(jù)是輸入數(shù)據(jù)的結(jié)尾部分，其被填充到輸入數(shù)據(jù)的開始，反之亦然。
特別地，從2n點(diǎn)FFT得出的頻率數(shù)據(jù)根據(jù)以下公式被剪切和移位 和 其中N1是非2n點(diǎn)數(shù)，N2是2n點(diǎn)數(shù)，N2＞N1，并且

是2n點(diǎn)FFT的輸出，其中根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例改變剪切位置。由于FFT和低通濾波器的對(duì)稱特性，可以稍微改變剪切位置。
特別地，從2n點(diǎn)FFT得出的經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)通過(guò)比例因子來(lái)縮放，該比例因子與多相濾波器和采樣率轉(zhuǎn)換的內(nèi)插器的頻率響應(yīng)相對(duì)應(yīng)。
特別地，頻率補(bǔ)償執(zhí)行以下運(yùn)算 X(k)＝X′(k)/H(k)， 其中，X(k)是非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果，H(k)是多項(xiàng)濾波器和內(nèi)插器的頻率響應(yīng)。
此外，提供了一種用于使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)具有至少一個(gè)這種裝置和/或被配置為執(zhí)行這種方法，包括由多相濾波器和內(nèi)插器組成的、用來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波器和采樣率轉(zhuǎn)換功能的采樣率轉(zhuǎn)換器，被配置為生成2n點(diǎn)FFT結(jié)果的2n點(diǎn)FFT裝置，被配置為對(duì)2n點(diǎn)FFT裝置的結(jié)果進(jìn)行剪切和移位以形成非2n點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)的剪切和移位裝置，以及被配置為通過(guò)相乘對(duì)經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率補(bǔ)償以形成非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果的頻率補(bǔ)償單元。
特別地，這種處理系統(tǒng)具有OFDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括中國(guó)陸地?cái)?shù)字電視廣播系統(tǒng)，使用非2n點(diǎn)DFT以通過(guò)2n點(diǎn)FFT完成OFDM調(diào)制/解調(diào)。
特別地，這種裝置、方法和/或處理系統(tǒng)被配置為使用4096點(diǎn)FFT計(jì)算3780點(diǎn)DFT。



參考附圖將更加詳細(xì)地公開實(shí)施例。如圖所示 圖1用于通過(guò)4096FFT計(jì)算3780DFT的裝置的框圖， 圖2表明不同點(diǎn)DFT的轉(zhuǎn)換的圖， 圖3用于LPF和采樣率轉(zhuǎn)換的多相濾波器的框圖， 圖4采樣率轉(zhuǎn)換的圖示， 圖5用于計(jì)算頻率響應(yīng)的MATLAB程序的流程， 圖6多相濾波器和內(nèi)插器的頻率響應(yīng)的例子， 圖7發(fā)送的數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)解調(diào)的數(shù)據(jù)的星座圖， 圖8具有N個(gè)子載波的通用OFDM系統(tǒng)，其中N點(diǎn)IFFT/FFT處理器在OFDM調(diào)制/解調(diào)處理中扮演核心角色， 圖93780IFFT/FFT的可能的實(shí)現(xiàn)，和 圖10少點(diǎn)WFTA的實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施例方式 圖1和2示出了不同點(diǎn)DFT的轉(zhuǎn)換的基本思想。該方法應(yīng)用理想低通濾波器(LPF)和采樣率轉(zhuǎn)換(SRC)以完成不同點(diǎn)DFT的轉(zhuǎn)換。對(duì)于N1點(diǎn)時(shí)域采樣數(shù)據(jù)，首先它們被擴(kuò)展以形成周期為N1的周期序列。N1對(duì)應(yīng)于連續(xù)OFDM信號(hào)的碼元周期T。在理想低通濾波器后面，根據(jù)采樣定理，連續(xù)的時(shí)域信號(hào)x’(t)可以由以下等式重建 其中Ts1是采樣時(shí)間間隔，ωc是該理想低通濾波器的截止頻率，并且x’(t)＝x(t)，t∈[0，T)，并且T＝N·Ts1。
對(duì)于采樣率轉(zhuǎn)換，如果N2＞N1，采樣間隔變?yōu)椴⑶沂褂胻＝nTs2，n＝0，1，...N2替換以上公式，得到N2點(diǎn)時(shí)域采樣數(shù)據(jù)。這些新獲得的數(shù)據(jù)被用于進(jìn)行N2點(diǎn)DFT，得到頻域數(shù)據(jù)


有一些重要的特性，這些特性可以被用于簡(jiǎn)單地由

計(jì)算N1點(diǎn)DFT結(jié)果X(k)。


和X(k)的兩個(gè)連續(xù)點(diǎn)之間的頻率間隔是相同的，即 以下是

和X(k)的頻域數(shù)據(jù)的關(guān)系式 在其它情況下 在以上等式中，c是常數(shù)。
因此，很明顯地，N2點(diǎn)DFT將被用于計(jì)算N1(N1＜N2)。只需執(zhí)行以下步驟N1點(diǎn)時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)被重復(fù)地?cái)U(kuò)展(圖2(b))。使用低通濾波器和采樣率轉(zhuǎn)換(圖2(c))以獲取N2點(diǎn)時(shí)域數(shù)據(jù)(圖2(d))。在采樣之后(圖2(e))，將進(jìn)行N2點(diǎn)FFT以獲得第一頻域數(shù)據(jù)

(圖2(f))。對(duì)第一頻域數(shù)據(jù)

進(jìn)行剪切和移位，然后將第一頻域數(shù)據(jù)乘以一個(gè)常數(shù)因子以得到剪切和移位后的數(shù)據(jù)X(k)。
在圖2中示出了不同點(diǎn)DFT的轉(zhuǎn)換。分別在圖2的左邊和右邊示出了在該方法中應(yīng)用到的不同數(shù)據(jù)信號(hào)(圖2(a))。
然而，在實(shí)際硬件實(shí)現(xiàn)中，不能無(wú)限地重復(fù)時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)序列。此外，應(yīng)建議采用可設(shè)計(jì)的低通濾波器來(lái)代替理想低通濾器?；谶@種方法，將描述一個(gè)示例裝置或設(shè)備，以通過(guò)2n點(diǎn)FFT使用4096到3780個(gè)采樣來(lái)計(jì)算非2n點(diǎn)DFT。
優(yōu)選的實(shí)施例使用多相濾器4和線性內(nèi)插器8進(jìn)行低通濾波和采樣率轉(zhuǎn)換。在提供采樣率轉(zhuǎn)換器1的第一部分中，3780個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)被上采樣到4096個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)

然后，使用4096點(diǎn)FFT在提供快速傅立葉變換裝置2的第二部分中對(duì)經(jīng)過(guò)上采樣的數(shù)據(jù)

進(jìn)行變換，以得到第一頻域數(shù)據(jù)

在提供剪切和移位裝置3的第三部分中對(duì)第一頻域數(shù)據(jù)

進(jìn)行剪切和移位。通過(guò)剪切和移位，4096點(diǎn)FFT的結(jié)果被改變到中間的3780點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)

最后，在頻域補(bǔ)償部分中，在乘法裝置5中將這些中間的3780點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)

乘以頻域補(bǔ)償因子，以獲取最終的3780點(diǎn)FFT頻域數(shù)據(jù)X(k)。
圖3公開了用于LPE和采樣率的多相濾波器的框圖，與圖1相比，其表現(xiàn)出某些其它的方面。
其中示出了LPE(低通濾波器)多相濾波器的采樣率轉(zhuǎn)換的處理流程。3780個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)被順序地饋送到輸入緩沖器11。輸入緩沖器11具有長(zhǎng)度L。在完成3780個(gè)數(shù)據(jù)塊之后，重復(fù)時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)的前2L+2個(gè)數(shù)據(jù)，以再次饋送到輸入緩沖器11。長(zhǎng)度L是可變的。控制邏輯使用在輸入緩沖器11中的數(shù)據(jù)和來(lái)自查找表12的這些系數(shù)以計(jì)算鄰近被轉(zhuǎn)換的4096個(gè)上采樣數(shù)據(jù)的位置的上采樣數(shù)據(jù)xos(n)。然后應(yīng)用內(nèi)插算法以得到4096個(gè)上采樣時(shí)域數(shù)據(jù)

作為該部分的輸出數(shù)據(jù)。
圖4示出了采樣率轉(zhuǎn)換處理和這種采樣率轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。N1個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)被轉(zhuǎn)換為經(jīng)過(guò)內(nèi)插的N2個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)

與輸入的時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)相關(guān)，上采樣時(shí)域數(shù)據(jù)

的位置應(yīng)該是分?jǐn)?shù)。它的位置可以由以下等式計(jì)算 其中pos0是n＝0的初始位置。使用以上等式(6)，確定

的相關(guān)位置以精確地靠近上采樣數(shù)據(jù)xos(n)。使用內(nèi)插算法計(jì)算

一般來(lái)說(shuō)，線性內(nèi)插是足夠的。
對(duì)于多相濾波器的設(shè)計(jì)，可以直接使用等式(3)，即可以使用SINC函數(shù)以計(jì)算多相濾波器部件的系數(shù)。還有另一個(gè)設(shè)計(jì)多相濾波器的簡(jiǎn)單方法，即應(yīng)用MathWorks公司的商業(yè)軟件MATLAB的濾波器設(shè)計(jì)工具箱。在該系統(tǒng)中，這些系數(shù)可以被存儲(chǔ)在一個(gè)查找表(LUB)中，它是以硬件實(shí)現(xiàn)的ROM。
以4096到3780作為例子，在獲得經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的4096個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)

之后，可以進(jìn)行4096FFT以獲取頻域數(shù)據(jù)

然后，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行剪切和移位以獲得3780點(diǎn)DFT的結(jié)果。然而，就我們所知，多相濾波器并不是理想低通濾波器，這導(dǎo)致頻域數(shù)據(jù)的某些振幅損失和相移。因此進(jìn)行內(nèi)插。
補(bǔ)償頻率損失的方法是基于多相濾波器和內(nèi)插組成時(shí)不變線性系統(tǒng)的事實(shí)。對(duì)于該時(shí)不變線性系統(tǒng)，存在一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換函數(shù)H(k)。通過(guò)該系統(tǒng)的頻域信號(hào)X(k)根據(jù)以下表達(dá)式變成轉(zhuǎn)換后的信號(hào)Y(k) Y(k)＝H(k)·X(k)(7) 在獲得轉(zhuǎn)換后的信號(hào)Y(k)之后，實(shí)際DFT結(jié)果X(k)應(yīng)當(dāng)已經(jīng)知道。如果實(shí)際DFT結(jié)果X(k)是已知的，X(k)可以通過(guò)以下表達(dá)式獲得 X(k)＝Y(jié)(k)/H(k)(8) 實(shí)際上，僅需計(jì)算1/H(k)。圖5示出了計(jì)算1/H(k)以將4096轉(zhuǎn)換成3780DFT的MATLAB程序流程。圖5公開了用于計(jì)算頻率響應(yīng)的MATLAB程序的流程。3780個(gè)頻域數(shù)據(jù)被設(shè)置為常數(shù)，即1，其中C(k)＝1，k＝0，1，...，3779(S1)。然后進(jìn)行3780IFFT以獲得時(shí)域數(shù)據(jù)x(n)，n＝0，1，...，3779(S2)。在采樣率轉(zhuǎn)換、低通濾波、多相濾波和內(nèi)插之后得到時(shí)域數(shù)據(jù)

n＝0，1，...，4095(S3)。然后完成4096FFT，接著進(jìn)行剪切和移位，以得到變換后的信號(hào)Y(k)，n＝0，1，...，3779(S4)。此后，計(jì)算(S5)1/H(k)＝C(k)Y(k)，k＝0，1，...，3779。
圖6示出這種多相濾波器和內(nèi)插器的示例頻率響應(yīng)。左邊示出振幅響應(yīng)|H(k)|，右邊示出相位響應(yīng)角(H(k))。實(shí)際上，頻率響應(yīng)的細(xì)節(jié)取決于所使用的多相濾波器和內(nèi)插方法的設(shè)計(jì)。除了這些細(xì)節(jié)之外，頻率響應(yīng)還有一些共同特性。相位響應(yīng)是線性的。遠(yuǎn)離中點(diǎn)(1890)的振幅響應(yīng)基本上是恒定的。
基于之前的分析，用于通過(guò)2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理系統(tǒng)特別包括以下主要部件。采樣率轉(zhuǎn)換器1，包括LPF多相濾波器和內(nèi)插器。此外，還使用2n點(diǎn)FFT單元，其使用基2、基4或其它方法計(jì)算FFT。頻率補(bǔ)償單元使用復(fù)數(shù)型乘法器和查找表。
圖1給出該處理系統(tǒng)的框圖，以4096FFT到3780DFT作為例子。
應(yīng)該注意兩點(diǎn)，首先，在剪切和移位裝置3中進(jìn)行剪切和移位處理時(shí)，由于設(shè)計(jì)的低通濾波器和FFT算法的對(duì)稱特性，如果在數(shù)據(jù)序列的中間不剪切，而存在幾個(gè)點(diǎn)的某些變化，這不會(huì)影響很多。其次，對(duì)于頻率補(bǔ)償可以通過(guò)應(yīng)用以上描述的H(k)的共同特性大大簡(jiǎn)化查找表。
最后，再以4096到3780作為例子。優(yōu)選地使用MATLAB生成具有3780QPSK調(diào)制的子載波的OFDM信號(hào)。然后本處理系統(tǒng)將被用于解調(diào)這些OFDM信號(hào)。得到的結(jié)果將與發(fā)送的信號(hào)和以dB測(cè)量的EVM(誤差向量幅度)進(jìn)行比較。
在列出4096到3780DFT轉(zhuǎn)換之后經(jīng)過(guò)OFDM調(diào)制的信號(hào)的EVM的表格中給出具有不同抽頭和上采樣次數(shù)的比較結(jié)果。
圖7示出發(fā)送的數(shù)據(jù)和解調(diào)的數(shù)據(jù)的星座圖。OFDM解調(diào)由本方法實(shí)現(xiàn)。抽頭＝41，上采樣次＝100。
因此，提供了一種通過(guò)使用2n點(diǎn)FFT進(jìn)行任何非2n點(diǎn)DFT的統(tǒng)一的方法。該處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是非常有規(guī)律的，并且易于在VLSI(超大規(guī)模集成電路)中實(shí)現(xiàn)。與其它進(jìn)行任何非2n點(diǎn)DFT的方法相比，一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明采用了較少的ASIC門(ASCI專用集成電路)和存儲(chǔ)使用。
與2n點(diǎn)FFT結(jié)合可以進(jìn)行任意點(diǎn)的DFT。因此，本方法和裝置可以用在OFDM系統(tǒng)中，其自適應(yīng)地利用信道的帶寬。
權(quán)利要求
1.一種用于使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理裝置，包括
-采樣率轉(zhuǎn)換器(1)，
-被配置為生成2n點(diǎn)FFT結(jié)果的2n點(diǎn)FFT裝置(2)，和
-被配置為形成非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果的頻率補(bǔ)償單元(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的處理裝置，其中采樣率轉(zhuǎn)換器(3)包括多相濾波器和內(nèi)插器，實(shí)現(xiàn)低通濾波器和采樣率轉(zhuǎn)換的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的處理裝置，包括剪切和移位裝置(3)，該剪切和移位裝置(3)被配置為對(duì)2n點(diǎn)FFT裝置(2)進(jìn)行剪切和移位，以形成非2n點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的處理裝置，其中頻率補(bǔ)償單元(4)被配置為通過(guò)相乘對(duì)經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率補(bǔ)償。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的處理裝置，其中查找表(6)或其它形式的計(jì)算機(jī)制被配置為在頻率補(bǔ)償單元(4)中提供比例因子。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的處理裝置，被配置為OFDM站，其包括中國(guó)陸地?cái)?shù)字電視廣播系統(tǒng)功能，并被配置為通過(guò)2n點(diǎn)FFT使用任何非2n點(diǎn)DFT完成OFDM調(diào)制/解調(diào)。
7.一種用于使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的方法，包括以下步驟
-對(duì)輸入數(shù)據(jù)(1)進(jìn)行采樣率轉(zhuǎn)換，
-之后使用2n點(diǎn)FFT獲取2n點(diǎn)FFT結(jié)果，
和
-之后使用頻率補(bǔ)償形成非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在采樣率轉(zhuǎn)換期間，實(shí)現(xiàn)低通濾波器多相濾波和內(nèi)插。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，包括對(duì)2n點(diǎn)FFT結(jié)果進(jìn)行剪切和移位以形成非2n點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的處理裝置，其中通過(guò)相乘對(duì)經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率補(bǔ)償，形成非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)的方法，其中執(zhí)行非2n點(diǎn)DFT以通過(guò)2n點(diǎn)FFT根據(jù)中國(guó)陸地?cái)?shù)字電視廣播系統(tǒng)功能完成OFDM解調(diào)/調(diào)制。
12.根據(jù)權(quán)利要求7到11中任一項(xiàng)的方法，其中饋送到采樣率轉(zhuǎn)換的輸入數(shù)據(jù)被重復(fù)以形成周期序列，重復(fù)的重復(fù)長(zhǎng)度(L)是可變的，但通常與在采樣率轉(zhuǎn)換中的多相濾波器的抽頭計(jì)數(shù)相關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中重復(fù)的數(shù)據(jù)是輸入數(shù)據(jù)的結(jié)尾部分，其被填充到輸入數(shù)據(jù)的開始，反之亦然。
14.根據(jù)權(quán)利要求7到13中任一項(xiàng)的方法，其中從2n點(diǎn)FFT得出的頻率數(shù)據(jù)根據(jù)以下表達(dá)式被剪切并移位
k＝0，1，...，和
k＝0，1，...，
其中N1是非2n點(diǎn)數(shù)，N2是2n點(diǎn)數(shù)，N2＞N1，并且
是2n點(diǎn)FFT的輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中改變剪切的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15中任一項(xiàng)的方法，其中從2n點(diǎn)FFT得出的經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)通過(guò)比例因子(q(t))進(jìn)行縮放，該比例因子與采樣率轉(zhuǎn)換的多相濾波器和內(nèi)插器的頻率響應(yīng)相對(duì)應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求7到16中任一項(xiàng)的方法，其中使用查找表或其它形式的計(jì)算機(jī)制在頻率補(bǔ)償中提供比例因子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中頻率補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)算
X(k)＝X′(k)/H(k)，
其中X(k)是非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果，H(k)是用于在補(bǔ)償塊之前補(bǔ)償所有過(guò)程的損失的頻率響應(yīng)，其包括多相濾波器和內(nèi)插器、2n點(diǎn)FFT、剪切和移位。
19.一種用于使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理系統(tǒng)，具有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)的裝置和/或被配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求7到18中任一項(xiàng)的方法的裝置，包括
-由多相濾波器和內(nèi)插器組成、用來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波器和采樣率轉(zhuǎn)換功能的采樣率轉(zhuǎn)換器(1)，
-被配置為生成2n點(diǎn)FFT結(jié)果的2n點(diǎn)FFT裝置(2)，
-被配置為對(duì)2n點(diǎn)FFT裝置(2)的結(jié)果進(jìn)行剪切和移位以形成非2n點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)的剪切和移位裝置(3)，和
-被配置為通過(guò)相乘對(duì)經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率補(bǔ)償以最終形成非2n點(diǎn)DFT結(jié)果的頻率補(bǔ)償單元(4)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的處理系統(tǒng)，具有OFDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括中國(guó)陸地?cái)?shù)字電視廣播系統(tǒng)，使用非2n點(diǎn)DFT通過(guò)2n點(diǎn)FFT完成OFDM調(diào)制/解調(diào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的處理系統(tǒng)，使用4096點(diǎn)FFT計(jì)算3780點(diǎn)DFT。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使用2n點(diǎn)FFT計(jì)算非2n點(diǎn)DFT的處理裝置、處理方法和處理系統(tǒng)，具有至少一個(gè)裝置，該裝置包括由多相濾波器和內(nèi)插器組成、用來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波器和采樣率轉(zhuǎn)換功能的采樣率轉(zhuǎn)換器(1)，被配置為生成2n點(diǎn)FFT結(jié)果的2n點(diǎn)FFT裝置(2)，被配置為對(duì)2n點(diǎn)FFT裝置(2)的結(jié)果進(jìn)行剪切和移位以形成非2n點(diǎn)頻域數(shù)據(jù)的剪切和移位單元(4)，以及被配置為通過(guò)相乘對(duì)經(jīng)過(guò)剪切和移位的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率補(bǔ)償以形成非2n點(diǎn)DFT的最終結(jié)果的頻率補(bǔ)償單元(4)。
文檔編號(hào)G06F17/14GK101601031SQ200680056902
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者P·范德阿倫, 陸正德, 真 王, B·宋, 王遠(yuǎn)里 申請(qǐng)人:邁克納斯公司