CN101557376A - 加窗的子带波形生成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种加窗的子带波形生成方法及装置，无需拷贝数据就可以完成子带波形的加窗，实现更为简单。本发明中，以子带中一个数据块为基础，对该数据块进行适当的循环拓展，得到一个序列；对序列进行时域滤波；将滤波结果中的指定部分与窗函数进行加权相乘，得到子带波形。

Description

加窗的子带波形生成方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及加窗的子带波形生成技术。
背景技术
为了能在空中接口高效地传输数据，有一种做法是将整个频带划分成若干个通常互为正交的子带，每个子带中传一路数据，子带中以数据块为单位进行传输，每个数据块通常包括多个数据信息并以一个循环前缀(CyclicPrefix，简称“CP”)保护。
为了能够进行子带的传输，需要根据待传输的数据生成子带波形。子带波形的生成有频域和时域两种实现方式。其中频域的实现方式基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称“FFT”)/逆向快速傅立叶变换(InverseFast Transform，简称“IFFT”)变换对，即先通过FFT将数据块变换到频域，在频域和滤波器的频率响应相乘，然后通过IFFT再变回到时域，形成时域的单载波形式的子带信号。
频域实现方式比较直接，但当数据块时域时间窗较长或时域采样率较高时需要非常大的FFT/IFFT变换，实现复杂度较大，在这种情况下，采用时域滤波的方式复杂度较小。
已有的时域实现方式是基于时域滤波实现的，即将数据块与时域滤波器进行卷积运算，将时域滤波后的结果超出时域时间窗的部分拷贝到时域时间窗内并叠加起来。
在得到时域滤波器的滤波结果之后，为了避免发送信号对邻带的干扰，需要在时域进行加窗处理。
图1介绍了子带波形数据加窗的技术背景。图1(a)是生成的子带波形数据信息部分，图1(b)是子带波形循环前缀的生成，通过拷贝数据信息部分后端宽度为CP长度的数据到数据信息的前边，形成包含CP的完整的子带波形。
在发送过程中，为了避免发送信号对邻带的干扰，需要在时域进行加窗处理，窗函数如图1(c)所示。现有的实现方式如图1(d)所示：
首先要拷贝数据部分头部宽为w的数据信息放到整个波形后面，其中w是窗函数边缘逐渐下降的过渡带的单边带宽的一半；
其次要拷贝数据部分后部位于CP部分数据前宽为w的数据信息到整个波形的最前面；
最后，和时域窗函数相乘后得到如图1(e)所示黑窗线下面所示加窗后的波形。
图1所示的现有技术的主要缺点是实现比较复杂，需要较多的存储拷贝操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加窗的子带波形生成方法及装置，无需拷贝数据就可以完成子带波形的加窗，实现更为简单。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种加窗的子带波形生成方法，包括以下步骤：
以子带中一个数据块为基础，在该数据块的前后分别进行循环拓展，得到一个序列；
将序列串行输入时域滤波器；
将滤波器的滤波结果中在时间上与指定时间段对应的部分与窗函数进行加权相乘，得到子带波形；
其中，指定时间段是数据块输入滤波器的时间段向前扩展w+CP的宽度并向后扩展w的宽度，w是窗函数边缘逐渐下降的过渡带的单边带宽的一半，CP为循环前缀的宽度；序列的长度应满足以下条件：如果在序列的前后再进行循环拓展，则与指定时间段对应的那部分滤波结果没有变化。
本发明的实施方式还提供了一种加窗的子带波形生成装置，包括：
循环缓存，用于缓存子带中一个数据块，并在该数据块的前后分别进行循环拓展，输出一个序列；
子带滤波器，用于对循环缓存输出的序列进行时域滤波；
加窗单元，用于将子带滤波器在指定时间段输出的滤波结果与窗函数进行加权相乘，得到子带波形，其中，
指定时间段是数据块输入滤波器的时间段向前扩展w+CP的宽度并向后扩展w的宽度，w是窗函数边缘逐渐下降的过渡带的单边带宽的一半，CP为循环前缀的宽度；序列的长度应满足以下条件：如果在序列的前后再进行循环拓展，则子带滤波器输出的滤波结果没有变化。
本发明实施方式与现有技术相比，主要效果在于：为子带波形加窗时无需拷贝数据，降低了子带波形加窗生成的复杂度。通过一次循环拓展同时简化了时域滤波和加窗两方面的操作。
附图说明
图1是现有技术中子带波形的拷贝加窗原理示意图；
图2是本发明实施方式中子带波形的无需拷贝数据的加窗原理示意图；
图3是本发明实施方式中加窗的子带波形生成装置结构示意图；
图4是本发明实施方式中加窗的子带波形生成方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
为了理解方便，先介绍一下本发明实施方式所涉及的一些原理。
图2(a)示出了子带滤波器时域波形。
如图2(b)所示的数据块(长度为Tb)经过循环拓展后所得序列如图2(c)所示，其中Block0是子带中的数据块，Tb0是其在时域的长度，Blockp1是数据块向左(时间上在前)循环拓展的部分，Tbp1是其在时域的长度，Block1是数据块向右(时间上在后)循环拓展的部分，Tb1是其在时域的长度。数据块及其循环拓展所得的序列是一个数据信息串，本身在时域是没有长度的，但这些数据信息是以固定的速率输入子带滤波器是进行处理的，本发明实施方式中将数据块及序列输出子带滤波器进行处理所占用的时间称为其时域长度。
拓展后的序列和滤波器(其时域波形如图图2(a)所示)的卷积如图2(d)示，可以看到，在block0部分滤波器的输出已经消除了数据块边界导致的暂态相应。如果不加窗的话，取出block0对应的部分，就是要求的子带时域波形，如图2(e)所示。
在图2的(a)至(e)的基础上，本发明实施方式做了两项扩展：
其一是扩大了生成的子带波形的时域窗口，如图2(f)所示，在图2的(a)至(e)所示方法生成的数据部分的基础上，向前扩展了w+CP的宽度，向后扩展了w宽度；
其二是在扩展的数据块生成的过程中，加入了如图2(g)所示的窗函数加权功能，这样无需拷贝就可以直接产生如图2(h)所示灰色窗函数下的加窗后的波形。
在图2(d)中数据块向左和向右拓展的长度跟子带滤波器时域波形的长度有关。子带滤波器时域波形的长度越长拓展的长度也应当越长。图1(a)中所示的波形是一个非因果的数字滤波器的时域波形，令其在零点(相对应的待滤波数据输入的时刻)之前的时域长度为X，在零点之后的时域长度为Y，则拓展的长度应当满足：Tbp1≥Y+w+CP且Tb1≥X+w。
如果知道X和Y比较困难，还有一个等效方法，即如果在序列的前后再进行循环拓展，则图2(f)所示的那部分滤滤结果不变。图2(f)所示的那部分滤滤结果就是与窗函数加权相乘的那部分滤波结果，这部分滤波结果在时间上与指定时间段对应，该指定时间段是数据块输入子带滤波器的时间段向前扩展w+CP的宽度并向后扩展w的宽度。实际操作时可以以子带的数据块为基础向左或向右扩展，如果扩展后图2(f)所示的那部分滤滤结果有变化则继续向这个方向扩展，直到图2(f)所示的那部分滤滤结果没有变化。这样得到的只是最短的拓展长度，如果在此基础上再拓展得长一些也是可以的，不过会消耗更多的处理资源。
本发明实施方式中的子带滤波器是非因果的数字滤波器，因果与非因果的数字滤波器只是在时域波形上不同，本领域的技术人员可以容易地将本发明的技术方案应用到子带滤波器是因果的数字滤波器的情况。
下面介绍可以实现上述原理的一种子带波形生成装置，其结构示意图如图3所示。
控制器301控制着循环缓存302、加窗函数304和输出缓存305的操作。
循环缓存302用于缓存子带中一个数据块，并在该数据块的前后分别进行循环拓展，输出一个序列。也就是将如图2(b)所示的数据块进行循环拓展，得到如图2(c)所示的序列。循环缓存302如何具体地对数据块进行拓展由控制器301决定。
子带滤波器303是一个有限冲激响应滤波器(Finite Impulse Response，简称“FIR”)，用于对循环缓存302输出的序列进行时域滤波，得到如图2(d)所示的滤波结果。
加窗单元304，用于将子带滤波器303输出的指定部分滤波结果与窗函数在时域进行加权相乘，得到子带波形。指定部分滤波结果如图2(f)所示，具体地说是子带滤波器303在指定时间段输出的滤波结果，指定时间段是数据块输入滤波器的时间段向前扩展w+CP的宽度并向后扩展w的宽度。
输出缓存305用于对加窗单元304的输出进行缓存。
需要说明的是，本发明的装置实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。例如控制器301可以与本发明实施方式中没有提到的同一装置中的其它单元一起在一个数字信号处理器(Digital SignalProcessor，简称“DSP”)中实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。
结合图3所示的装置，图4中示出了一种加窗的子带波形生成方法的实施方式。
在步骤401中，输入数据按照控制器301的指示进入循环缓存。
此后进入步骤402，控制器301清空输出缓存。
此后进入步骤403，控制器301控制循环缓存302内的数据进入子带滤波器303。
此后进入步骤404，等待子带滤波器303的移位寄存器充满数据且循环缓存302的数据移到合适位置。
此后进入步骤405，移位循环缓存302的数据，加窗单元304将子带滤波器303的输出与窗函数相乘。
此后进入步骤406，将加窗单元304的输出移入输出缓存305，直到数据块的最后一个数据输入子带滤波器303。通常将输出缓存305的长度设置成是正好是所需的子带波形的长度，所以只要待输出缓存305填满，即可控制输出缓存305移出滤波后的数据，此时从输出缓存305移出的数据即子带波形。
采用上述的实施方式，为子带波形加窗时可以无需拷贝数据，降低了子带波形加窗生成的复杂度。通过在图2(c)中的一次循环拓展同时简化了时域滤波和加窗两方面的操作。
本发明的方法实施方式可以以软件、硬件、固件等等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可是换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。
上述的设备和方法实施方式还可以有各种变化，例如控制器301可以不控制加窗单元304，而是控制子带滤波器303只输出需要加窗的那部分滤波结果，即只输出图2(f)所示的那部分滤波结果，这样加窗单元304就不需要对输入的滤波结果进行选择了；又如可以不设置输出缓存305，直接将最终的子带波形输出等等。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种加窗的子带波形生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
以子带中一个数据块为基础，在该数据块的前后分别进行循环拓展，得到一个序列；
将所述序列串行输入时域滤波器；
将所述滤波器的滤波结果中在时间上与指定时间段对应的部分与窗函数进行加权相乘，得到子带波形；
其中，所述指定时间段是所述数据块输入所述滤波器的时间段向前扩展w+CP的宽度并向后扩展w的宽度，w是窗函数边缘逐渐下降的过渡带的单边带宽的一半，CP为循环前缀的宽度；所述序列的长度应满足以下条件：如果在所述序列的前后再进行循环拓展，则与所述指定时间段对应的那部分滤波结果没有变化。
2.根据权利要求1所述的加窗的子带波形生成方法，其特征在于，所述滤波器是有限冲激响应滤波器。
3.根据权利要求2所述的加窗的子带波形生成方法，其特征在于，所述滤波器是时域过采样的，时域过采样的倍数为N/M，其中N为总带宽，M为当前子带宽带宽。
4.根据权利要求3所述的加窗的子带波形生成方法，其特征在于，通过以下方式实现所述循环拓展；
将所述数据块保存在循环缓存中，依次循环输出循环缓存中数据，得到所述序列。
5.一种加窗的子带波形生成装置，其特征在于，包括：
循环缓存，用于缓存子带中一个数据块，并在该数据块的前后分别进行循环拓展，输出一个序列；
子带滤波器，用于对所述循环缓存输出的所述序列进行时域滤波；
加窗单元，用于将所述子带滤波器在指定时间段输出的滤波结果与窗函数进行加权相乘，得到子带波形，其中，
所述指定时间段是所述数据块输入所述滤波器的时间段向前扩展w+CP的宽度并向后扩展w的宽度，w是窗函数边缘逐渐下降的过渡带的单边带宽的一半，CP为循环前缀的宽度；所述序列的长度应满足以下条件：如果在所述序列的前后再进行循环拓展，则所述子带滤波器输出的滤波结果没有变化。
6.根据权利要求5所述的加窗的子带波形生成装置，其特征在于，还包括：
输出缓存，用于对所述加窗单元的输出进行缓存；
控制器，用于对所述循环缓存、加窗单元和输出缓存进行控制。
7.根据权利要求6所述的加窗的子带波形生成装置，其特征在于，所述子带滤波器是有限冲激响应滤波器。
8.根据权利要求7所述的加窗的子带波形生成装置，其特征在于，所述子带滤波器是时域过采样的，时域过采样的倍数为N/M，其中N为总带宽，M为当前子带宽带宽。
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