CN101860508A - 一种fft变换的复用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种FFT变换的复用装置及方法，该装置包括数据接收模块、数据存储模块、FFT变换模块、数据输出模块、地址变换模块与数据抽取模块；数据接收模块用于接收输入数据；地址变换模块用于将接收的数据复制为M/N份后发送至数据存储模块；数据存储模块用于收到地址变换模块发来的数据后将其存储到M/N个不同的地址上；FFT变换模块用于对存储的数据进行M点FFT变换；数据抽取模块用于隔点抽取变换后的数据，并将抽取后的数据发送至数据输出模块；数据输出模块用于输出接收的数据；M为进行FFT变换的最大点数，N为输入数据的实际点数。采用本发明，可提高资源利用率，以及提供较好的精度控制。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术，具体地说，涉及一种FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)变换的复用装置及方法。
背景技术
StiMi技术是面向移动多媒体广播设计的无线信道传输技术，中国自主研发的CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting，中国移动多媒体广播)体系架构中的核心部分。STiMi技术充分考虑到移动多媒体广播业务的特点，针对手持设备接收灵敏度要求高，移动性和电池供电的特点，采用最先进的信道纠错编码和OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)调制技术，提高了抗干扰能力和对移动性的支持。
OFDM的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。同时使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而不仅保证接收端能够不失真地复原信号，而且大大提高了频谱利用率。
在OFDM系统中，接收机需要进行帧同步捕获和OFDM符号同步捕获，然后才能进行正确解调。STiMi技术创造性地使用了时间域扩频信标用于同步捕获，具有同步捕获时间短、抗载波频偏能力强、抗信道多径时延扩展能力强的特点。这种方式大大减小用户开机到正常接收所需要的同步时间。尤其在紧急广播环境下，可以保证用户的快速、可靠接收。
无线信道的时域和频域响应是时变的，多径引起的频域选择性衰落在不同的子载波上也表现出衰落的不一致性，因此OFDM符号各个子载波上会出现畸变的不均匀性。因此，必须采用信道估计的办法来估计出信道的时域和频域响应，对接收到的数据进行校正和恢复。STiMi采用导频技术，不仅保证了复杂无线传输条件下可靠的信道估计和均衡，而且降低解调模块硬件复杂度，利于芯片实现。
为了方便接收机同步，CMMB手机电视标准专门设计了同步信号，同步信号子载波间隔是数据子载波间隔的2倍，即为4.8828125kHz，在频域上由一PN序列构成，在时域由两段完全相同的信号构成。
小数频偏会造成OFDM子载波间的干扰，纠正小数频偏后，因频偏而引起的相邻子载波间干扰已基本消除，可正确解调OFDM多载波信号，此时的解调结果与完成频率同步后的解调结果相比，发生了偶数个子载波的偏移，称之为整数频偏。整数频偏将利用PN序列良好的相关性质在频域进行估计。
由于整数频偏(n*Δf)会导致FFT运算后子载波符号数据序列周期循环移位n，导致不能正确的对数据进行解调，所以需要对其进行估计并加以补偿；整数频偏估计是通过估计FFT运算后同步符号数据序列的循环移位量k来完成的，同时为了保证FFT运算处理过程中子载波之间的正交性，需在FFT之前先对数据进行小数频偏补偿处理；下面利用同步符号来进行整数频偏估计。
频偏估计模块，主要是完成对同步数据进行小数频偏估计，并在小数频偏补偿的基础上对数据进行FFT运算，再对数据进行整数频偏估计。包含的子模块主要有初始化同步差分序列模块、初始化三角函数表、小数频偏估计、小数频偏补偿、FFT运算以及整数频偏估计。
一般情况下，频偏估计模块采用软件或硬件实现2048点FFT变换。而CMMB协议规定的每个OFDM符号包含4096个样点，因此需要做4096点的FFT变换。实现的时候一般采用两种FFT变换分别实现，如图1所示。这种方式需要2个FFT变换模块，造成资源浪费，利用率低，同时可能造成DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)或软件控制难度加大，消耗cycle数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种FFT变换的复用装置及方法，可提高资源利用率，以及提供较好的精度控制。
为了解决上述问题，本发明提供了一种FFT变换的复用方法，包括：将输入的数据复制为M/N份后存储到M/N个不同的地址上，然后对存储的数据进行M点快速傅里叶FFT变换，变换后隔点抽取数据并输出，所述M为进行FFT变换的最大点数，N为输入数据的实际点数。
进一步地，对输入的数据先判断是否是进行M点FFT变换，是则直接对输入的数据进行M点FFT变换后输出。
进一步地，当M＝2N时，将所述输入的数据复制为2份后存储到2个不同的地址上的方法为：将第i个数据复制后分别存储到地址i与地址N+i上；所述0≤i≤N-1。
进一步地，当M＝4N时，将所述输入的数据复制为4份后存储到4个不同的地址上的方法为：将第i个数据复制后分别存储到地址i、地址N+i上、地址2N+i及地址3N+i上；所述0≤i≤N-1。
进一步地，对变换后的数据进行隔点抽取是指，抽取第2i个数据或第2i+1个数据，所述0≤i≤N-1。
进一步地，对变换后的数据进行隔点抽取是指：抽取第4i个数据，或第4i+1个数据，或第4i+2个数据，或第4i+3个数据，所述0≤i≤N-1。
本发明还提供一种FFT变换的复用装置，包括数据接收模块、数据存储模块、快速傅里叶FFT变换模块及数据输出模块；所述装置还包括地址变换模块与数据抽取模块；
所述数据接收模块，用于接收输入数据；
所述地址变换模块，用于将接收的数据复制为M/N份后发送至数据存储模块；
所述数据存储模块，用于收到地址变换模块发来的数据后将其存储到M/N个不同的地址上；
所述FFT变换模块，用于对存储的数据进行M点FFT变换；
所述数据抽取模块，用于隔点抽取变换后的数据，并将抽取后的数据发送至数据输出模块；
所述数据输出模块，用于输出接收的数据；
所述M为进行FFT变换的最大点数，N为输入数据的实际点数。
进一步地，所述装置还包括判断模块，用于收到数据接收模块发来的数据后判断是否是进行M点FFT变换，是则将数据发送至存储模块，否则将数据发送至地址变换模块。
进一步地，当M＝2N时，所述数据存储模块收到地址变换模块发来的数据后将其存储到2个不同的地址上是指，将复制后的第i个数据分别存储到地址i与地址N+i上；所述0≤i≤N-1；
当M＝4N时，所述数据存储模块收到地址变换模块发来的数据后将其存储到4个不同的地址上的方法为：将复制后的第i个数据分别存储到地址i、地址N+i上、地址2N+i及地址3N+i上；所述0≤i≤N-1。
进一步地，所述数据抽取模块对变换后的数据进行隔点抽取是指，抽取第2i个数据或第2i+1个数据，所述0≤i≤N-1；
所述数据抽取模块对变换后的数据进行隔点抽取是指，抽取第4i个数据，或第4i+1个数据，或第4i+2个数据，或第4i+3个数据，所述0≤i≤N-1。
综上所述，本发明提供一种FFT变换的复用装置及方法，可提供较好的精度控制，并减少硬件资源或减轻DSP运算负担。
附图说明
图1是现有技术中两种FFT变换分别实现的电路框图；
图2是本发明实现N点与M点FFT变换的复用装置；
图3是本发明实现N点与2N点FFT变换的复用方法流程图。
具体实施方式
本发明提供一种FFT变换的复用装置及方法，将输入的数据复制为M/N份后存储到M/N个不同的地址上，然后对存储的数据进行M点FFT变换，变换后隔点抽取数据并输出，M为进行FFT变换的最大点数，N为输入数据的实际点数。
本实施例提供一种FFT变换的复用装置，如图2所示，包括数据接收模块、判断模块、地址变换模块、数据存储模块、FFT变换模块、数据抽取模块及数据输出模块；
数据接收模块，用于接收输入的数据，并将其发送至判断模块；
判断模块，用于收到数据接收模块发来的数据后判断是否是进行M点FFT变换，是则将数据发送至存储模块，否则将数据发送至地址变换模块；
具体地，当需要完成N点与2N点FFT变换的复用变换时，最大点数为M＝2N，则将接收的进行N点FFT变换的数据发送至地址变换模块，将接收的进行2N点FFT变换的数据发送至数据存储模块；
当需要完成N点与4N点FFT变换的复用变换时，最大点数为M＝4N，则将接收的进行N点FFT变换的数据发送至地址变换模块，将接收的进行4N点FFT变换的数据发送至数据存储模块；
当需要完成N点、2N点与4N点FFT变换的复用变换时，最大点数为M＝4N，则将接收的进行N点及2N点FFT变换的数据发送至地址变换模块，将接收的进行4N点FFT变换的数据发送至数据存储模块。
地址变换模块，用于将接收的数据复制为M/N份后发送至数据存储模块；
具体地，当需要完成N点与2N点FFT变换的复用变换时，将接收的进行N点FFT变换的数据复制成2份后发送至数据存储模块；
当需要完成N点与4N点FFT变换的复用变换时，将接收的进行N点FFT变换的数据复制成4份后发送至数据存储模块；
当需要完成N点、2N点与4N点FFT变换的复用变换时，将接收的进行N点FFT变换的数据复制成4份后发送至数据存储模块，将接收的进行2N点FFT变换的数据复制成2份后发送至数据存储模块。
数据存储模块，用于收到地址变换模块发来的数据后将其存储到M/N个不同的地址上；
具体地，当M＝2N时，数据存储模块收到地址变换模块发来的数据后将其存储到2个不同的地址上可以是，将复制后的第i个数据分别存储到地址i与地址N+i上；
当M＝4N时，数据存储模块收到地址变换模块发来的数据后将其存储到4个不同的地址上可以是：将复制后的第i个数据分别存储到地址i、地址N+i上、地址2N+i及地址3N+i上；0≤i≤N-1。
数据存储模块，还用于存储判断模块发来的数据，其存储方式同现有技术。
FFT变换模块，用于对存储的数据进行M点FFT变换；以及用于当输入的数据为N点FFT变换时，将变换后的数据发送至数据抽取模块，当输入的数据为M点FFT变换时，将变换后的数据发送至数据输出模块；
数据抽取模块，用于隔点抽取接收的数据；以及将抽取的数据发送至数据输出模块；
隔点抽取数据具体指，当M＝2N时，抽取第2i个数据或抽取第2i+1个数据；当M＝4N时，抽取第4i个数据，或第4i+1个数据，或第4i+2个数据，或第4i+3个数据；0≤i≤N-1。
数据输出模块，用于输出接收的数据。
本实施例提供一种FFT变换的复用方法，分别从N点与2N点FFT变换的复用变换，以及N点与4N点FFT变换的复用变换进行描述；
当需要完成N点与2N点FFT变换的复用变换时(即M＝2N)，可将输入的N点数据复制为2N点后进行2N点FFT变换，然后对变换后的数据隔点抽取得到N点FFT变换结果，如图3所示，包括以下步骤：
步骤301、复用装置接收上层软件配置及数据；
步骤302、判断是N点FFT变换还是2N点FFT变换，若为N点FFT变换则执行步骤303，否则执行步骤304；
步骤303、将接收的数据复制为2份，并存储在两个不同的地址上，然后执行步骤305；
将复制后的数据存储在2个不同的地址上的方法可以但不限于是，当接收第0个数据时，将复制后的数据存储到地址0与地址N，当接收第1个数据时，将复制后的数据存储到地址1与地址N+1...当接收第i个数据时，将复制后的数据存储到地址i与地址N+i，0≤i≤N-1；
步骤304、进行数据存储，然后执行步骤305；
步骤305、对存储的数据进行2N点FFT变换，其具体变换方式同现有技术；
步骤306、输出FFT变换结果；
步骤307、根据N点还是2N点变换确定是否需要隔点抽取数据，如果是N点的FFT变换，执行步骤308，否则执行步骤309；
步骤308、进行隔点抽取，即抽取第2i个数据，或抽取第2i+1个数据，0≤i≤N-1，然后执行步骤309；
步骤309、根据FFT输出数据顺序进行最终结果输出。
当需要完成N点与4N点FFT变换的复用变换时(即M＝4N)，可将输入的N点数据复制为4N点后进行4N点FFT变换，然后对变换后的数据隔点抽取得到N点FFT变换结果，包括以下步骤：
步骤401、复用装置接收上层软件配置及数据；
步骤402、判断是N点FFT变换还是4N点FFT变换，若为N点FFT变换则执行步骤403，否则执行步骤404；
步骤403、将接收的数据复制为4份，并存储在两个不同的地址上，然后执行步骤405；
将复制后的数据存储在两个不同的地址上的方法可以但不限于是，当接收第0个数据时，将复制后的数据存储到地址0、地址N、地址2N与地址3N，上；当接收第1个数据时，将复制后的数据存储到地址1、地址N+1、地址2N+1与地址3N+1上...当接收第i个数据时，将复制后的数据存储到地址i、地址N+i、地址2N+i与地址3N+i上，0≤i≤N-1；
步骤404、进行数据存储，然后执行步骤405；
步骤405、对存储的数据进行4N点FFT变换，其具体变换方式同现有技术；
步骤406、输出FFT变换结果；
步骤407、根据N点还是4N点变换确定是否需要隔点抽取数据，如果是N点的FFT变换，执行步骤408，否则执行步骤409；
步骤408、进行隔点抽取，即抽取第4i个数据，或第4i+1个数据，或第4i+2个数据，或第4i+3个数据，0≤i≤N-1，然后执行步骤409；
步骤409、根据FFT输出数据顺序进行最终结果输出。
当需要完成N点、2N点与4N点FFT变换的复用变换时(即M＝4N)，可按照以上方法将输入的N点数据复制为4N点后进行4N点FFT变换，将输入的2N点数据复制为4N点后也进行4N点FFT变换，然后对变换后的数据隔点抽取分别得到N点FFT变换及2N点FFT变换结果，对输入的4N点数据直接进行FFT变换，具体操作方法同上所述，此处不再具体描述。
下面以完成2048点和4096点FFT变换的复用为例进一步说明本发明：
步骤1、复用装置接收上层软件配置及数据；
步骤2、判断是2048点FFT运算还是4096点FFT变换，若为4096点FFT变换则执行步骤4，否则执行步骤3；
步骤3、将接收的数据复制为2份，并存储在两个不同的地址上，然后执行步骤5；
将复制后的数据存储在两个不同的地址上的方法可以但不限于是，当接收第0个数据时，将复制后的数据存储到地址0与地址2048，当接收第1个数据时，将复制后的数据存储到地址1与地址2049...当接收第i个数据时，将复制后的数据存储到地址i与地址2048+i，0≤i≤2047；
步骤4、进行数据存储，然后执行步骤5；
步骤5、对存储的数据进行4096点FFT变换，其具体变换方式同现有技术；
进行4096点FFT变换具体是指：
(a)对4096个样点进行一阶蝶形运算，即每次抽取4个样点和3个旋转因子进行蝶形运算，当4096个样点被全部抽取完毕后执行(b)；
(b)对4096个样点进行二阶蝶形运算，即每次抽取4个样点和3个旋转因子进行蝶形运算，当4096个样点被全部抽取完毕后执行(c)；其样点抽取方式不同于(a)；
(c)对4096个样点进行三阶蝶形运算，即每次抽取4个样点和3个旋转因子进行蝶形运算，当4096个样点被全部抽取完毕后执行(d)；其样点抽取方式不同于(a)及(b)；
(d)对4096个样点进行四阶蝶形运算，即每次抽取4个样点和3个旋转因子进行蝶形运算，当4096个样点被全部抽取完毕后执行(e)；其样点抽取方式不同于(a)、(b)及(c)；
(e)对4096个样点进行五阶蝶形运算，即每次抽取4个样点和3个旋转因子进行蝶形运算，当4096个样点被全部抽取完毕后执行(f)；其样点抽取方式不同于(a)、(b)、(c)及(d)；
(f)对4096个样点进行六阶蝶形运算，即每次抽取4个样点和3个旋转因子进行蝶形运算，当4096个样点被全部抽取完毕后FFT变换结束，其样点抽取方式不同于(a)、(b)、(c)、(d)及(e)。
步骤6、输出FFT变换结果；
步骤7、根据是2048点还是4096点FFT变换确定是否需要隔点抽取数据，如果是2048点FFT变换，执行步骤8，否则执行步骤9；
步骤8、对变换后的数据进行隔点抽取，即抽取第2i个数据，或抽取2i+1个数据，0≤i≤2047，然后执行步骤9；
步骤9、根据FFT输出数据顺序进行最终结果输出。
本应用实例中，存储模块可采用2组4片的MEM(存储器)实现。读写地址产生是根据控制器内部计数器的计数值产生MEM的读出地址(即每次蝶形运算读取的4个样点的地址)，需要同时产生4个读地址，并且读出的数据要分布在4片不同的MEM中避免产生读取冲突。这就要求数据地址进行特殊存储。具体存储算法同现有技术。
由于可以同时提取需要的所有数据，本发明可以在一个时钟内完成一个蝶形运算，这样可以在短时间内完成FFT运算，这样极大地提高了系统的实时性；如果为了节约资源，则可以将蝶形运算拉长到2或4个时钟或更长的时间，这样可以用流水线完成蝶形处理。本发明在项目采用基4的4096点FFT变换加控制电路实现，取得了良好的实际效果。
本发明适合样点相差一倍及三倍的FFT变换的复用，如1024点和2048点，1024点和4096点等，对于基2/4/8/16的实数和复数FFT运算都适用。
Claims (10)
1.一种FFT变换的复用方法，包括：将输入的数据复制为M/N份后存储到M/N个不同的地址上，然后对存储的数据进行M点快速傅里叶FFT变换，变换后隔点抽取数据并输出，所述M为进行FFT变换的最大点数，N为输入数据的实际点数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
对输入的数据先判断是否是进行M点FFT变换，是则直接对输入的数据进行M点FFT变换后输出。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
当M＝2N时，将所述输入的数据复制为2份后存储到2个不同的地址上的方法为：将第i个数据复制后分别存储到地址i与地址N+i上；所述0≤i≤N-1。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
当M＝4N时，将所述输入的数据复制为4份后存储到4个不同的地址上的方法为：将第i个数据复制后分别存储到地址i、地址N+i上、地址2N+i及地址3N+i上；所述0≤i≤N-1。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
对变换后的数据进行隔点抽取是指，抽取第2i个数据或第2i+1个数据，所述0≤i≤N-1。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：
对变换后的数据进行隔点抽取是指：抽取第4i个数据，或第4i+1个数据，或第4i+2个数据，或第4i+3个数据，所述0≤i≤N-1。
7.一种FFT变换的复用装置，包括数据接收模块、数据存储模块、快速傅里叶FFT变换模块及数据输出模块；其特征在于，所述装置还包括地址变换模块与数据抽取模块；
所述数据接收模块，用于接收输入数据；
所述地址变换模块，用于将接收的数据复制为M/N份后发送至数据存储模块；
所述数据存储模块，用于收到地址变换模块发来的数据后将其存储到M/N个不同的地址上；
所述FFT变换模块，用于对存储的数据进行M点FFT变换；
所述数据抽取模块，用于隔点抽取变换后的数据，并将抽取后的数据发送至数据输出模块；
所述数据输出模块，用于输出接收的数据；
所述M为进行FFT变换的最大点数，N为输入数据的实际点数。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：
所述装置还包括判断模块，用于收到数据接收模块发来的数据后判断是否是进行M点FFT变换，是则将数据发送至存储模块，否则将数据发送至地址变换模块。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于：
当M＝2N时，所述数据存储模块收到地址变换模块发来的数据后将其存储到2个不同的地址上是指，将复制后的第i个数据分别存储到地址i与地址N+i上；所述0≤i≤N-1；
当M＝4N时，所述数据存储模块收到地址变换模块发来的数据后将其存储到4个不同的地址上的方法为：将复制后的第i个数据分别存储到地址i、地址N+i上、地址2N+i及地址3N+i上；所述0≤i≤N-1。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：
所述数据抽取模块对变换后的数据进行隔点抽取是指，抽取第2i个数据或第2i+1个数据，所述0≤i≤N-1；
所述数据抽取模块对变换后的数据进行隔点抽取是指，抽取第4i个数据，或第4i+1个数据，或第4i+2个数据，或第4i+3个数据，所述0≤i≤N-1。
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