CN103095635A - 正交频分复用接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正交频分复用接收器，更详细地涉及一种，包括FFT/IFFT运算核及调度器，并为了能同时共有所述FFT/IFFT运算核，而由所述调度器来管理FFT/IFFT运算的输入/输出时间安排及控制信号，并且所述FFT/IFFT运算核同时支持DIT、DIF方式的FFT/IFFT运算的正交频分复用接收器。

Description

正交频分复用接收器
【技术领域】
本发明涉及一种共有单一的FFT/IFFT核心的正交频分复用接收器，特别地涉及一种通过调度(scheduling)来共有一个FFT/IFFT核心，从而能够执行运算的正交频分复用接收器。
【背景技术】
快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform;FFT)为将时间区域的数据变换为频率区域的数据的离散傅立叶变换(DiscreteFourier Transform;DFT)的快速运算算法，广泛应用于数字信号处理及高速有线、无线数字通讯系统的设计。用于执行FFT与Inverse FFT运算的FFT/IFFT核心可以适用于OFDM系统。OFDM的全称为Orthogonal Frequency Division Multiplexing，是正交频分复用算法，用于高速数据传送。OFDM是，使用多个载波来对具有高传送率的输入数据并行处理成具有较低传送率且其数量与载波数量相同的数据，并将其载于载波而进行传送的方式。如上所述的OFDM调制解调由于使用多个副载波，因此随着副载波数量的增加会导致硬件设计上的困难。而且，副载波之间的正交性(orthogonal)很难维持，因此设计上也存在困难。OFDM利用DFT(Discrete Fourier Transform)而体现，硬件设计则利用FFT算法。FFT过程是OFDM系统中最为复杂的部分，已有了维持较小硬件尺寸的单一存储器结构及使用蝶形运算部等的提案。
但是，由于如上所提出来的结构需要较多的运算周期，因此很难得到较高的处理速度。而且，还存在需要较高工作频率的缺点。在要求快速工作的领域，为了解决这样的缺点并得到较高的处理速度而主要使用流水线(pipe line)结构。具有流水线结构的FFT/IFFT核心有，MDC(Multi-path Delay Commutator)、SDC(Single-path Delay Commutator)、SDF(Single-path DelayFeedback)、MDF(Multi-path Delay Feedback)方式。根据上述各FFT/IFFT核心的结构来决定整个结构的硬件复杂度和数据处理率。
最近还提出了采用流水线结构的同时还采用并行处理方法的结构，从而提高数据处理率。在这种情况下，并行的路径数量越大，在各路径下的数据采样频率会减少，不过与此同时，执行运算所需的运算器与存储器也会增加，因此会导致硬件成本的明显增加。
因此，根据所需的数据处理率及硬件复杂度而决定出适当的结构及并行结构是存在困难的。并且，由于这样的硬件上的限制因素，导致利用FFT/IFFT运算来提高正交频分复用接收器性能的各种算法的应用也会受到限制。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种正交频分复用接收器，在正交频分复用接收器的多个区块需要进行FFT/IFFT运算时，可以通过调度来实现共有一个FFT/IFFT核心。
为了达到上述目的，本发明提供一种正交频分复用接收器，其包括FFT/IFFT运算核及调度器，所述调度器管理各FFT/IFFT运算的输入/输出时间安排(Timing)及控制信号以同时共有所述FFT/IFFT运算核，所述FFT/IFFT运算核同时支持DIT、DIF方式的FFT/IFFT运算。
本发明的特征在于，所述FFT/IFFT运算磁芯与所述调度程序之间的接合所使用的接口(interface)规范是通过RI、SI、SO及EO端口来收发信号的。
而且，本发明的特征在于，所述调度器所接收到的FFT/IFFT运算分为捕获状态及跟踪状态，并在所述捕获状态时向调度器请求FFT_MAIN运算、FFT_PRE_CID运算及IFFT_IFO运算，而在所述跟踪状态时向调度器请求FFT_MAIN运算、IFFT_CE运算、FFT_CE运算、IFFT_FTSYNC运算、FFT_POST_CID运算及FFT_MFD运算。
本发明的特征在于，其中，在所述捕获状态中的FFT_PRE_CID运算用于同信道干扰估计，而IFFT_IFO运算用于整数倍偏移估计，所述FFT_PRE_CID运算及IFFT_IFO运算则通过共有一个FFT/IFFT运算核来进行处理。
本发明的正交频分复用接收器，其特征在于，为了信道估计而需要同时处理3个FFT/IFFT运算时，在一个OFDM符号中共有一个FFT/IFFT运算核而按顺序处理DIT-FFT、DIF-IFFT、DIT-FFT运算，并使用FFT输入数据率的4倍以上的工作时钟。
本发明的特征在于，其中，为了求出精细符号(symbol)位置调节值而处理IFFT运算时，在一个OFDM符号中共有一个FFT/IFFT运算核而按顺序处理DIT-FFT、DIF-IFFT、DIT-FFT运算，并使用FFT输入数据率的6倍以上的工作时钟。
另外，本发明的特征在于，当所述FFT/IFFT运算核正在进行运算时，所述调度器使得在处于工作中的区间的FFT尺寸*3/4大小所相应的未工作区间可以进行追加的FFT运算，其特征还在于，可以利用通过所述调度器来进行的追加的FFT运算来进行N-点FFT运算。
根据本发明的如上特征，本发明的正交频分复用接收器具有如下效果。当需要FFT/IFFT运算核的区块较多时，可以利用调度器来实现共有一个FFT/IFFT运算核的使用。
另外，由于共有一个FFT/IFFT运算核，因此不需要形成较大的正交频分复用接收器的逻辑尺寸，因此在费用方面有效率。
【附图说明】
图1为示意了根据本发明的正交频分复用接收器的结构的示意图；
图2为示意了在一个OFDM符号内，利用一个FFT/IFFT运算核来对多个FFT/IFFT运算进行调度的方法的示意图；
图3为记述了各FFT/IFFT运算的情报的图表；
图4为在根据本发明的正交频分复用接收器，对调度器与FFT/IFFT运算核之间的接口规范进行了定义的示意图。
【附图中主要符号的说明】
100:OFDM符号
101:调度器
102:FFT/IFFT运算核
304:同信道干扰估计器
305:整数倍频率偏移估计器
306:信道估计器
308:精细符号位置估计器
309:同信道干扰估计器
310:多谱勒频率估计器
【具体实施方式】
以下，参照附图对本发明优选的实施例进行详细的说明。
图1为示意了根据本发明的正交频分复用接收器的结构的示意图。
如图1所示，根据本发明的正交频分复用接收器包括，FFT/IFFT运算核102及调度器101。FFT/IFFT运算核102是同时支持时间抽取(Decimation In Time,DIT)、频率抽取(Decimation In Frequency,DIF)方式的FFT/IFFT运算的核心，该核心为将熟知的流水线FFT/IFFT核心结构进行变形的形态。一般来说，DIT-FFT运算的输入为倒位序，输出为自然顺序，而DIF-FFT运算的输入为自然顺序，输出为倒位序。当同时支持DIT与DIF时，不需要追加缓冲就能将一次FFT输出作为下一次FFT输入而传送，从而可以实现连续地执行FFT运算。采用了如上所述方法的利用了FFT/IFFT运算核102的本发明的正交频分复用接收器，使用达FFT输入数据率(data rate)的四倍的工作时钟(clock)，并在一个OFDM符号期间可以将三次的FFT/IFFT运算执行于4*FFT尺寸+FFT核心延迟时间(latency)(数个时钟以内)周期内。而且，根据接收器的工作结构而需要追加更多FFT/IFFT运算时，可以通过使用FFT输入数据率的6倍、8倍以上的高速工作时钟来实现。并且，所述FFT/IFFT运算核102在进行运算时，可以在相当于工作区间的FFT尺寸*3/4大小的未工作区间进行追加的FFT运算。
如图1所示，在根据本发明的正交频分复用接收器的结构下，OFDM符号100及各种FFT/IFFT运算(103至110)输入于调度器101，而所述调度器101接收输入后进行处理，并与FFT/IFFT运算核102进行接合(interface)。以下，参照图1对调度器(101)与FFT/IFFT运算核102的接合及FFT/IFFT运算进行说明。
首先，根据本发明的正交频分复用接收器的调度器(101)与FFT/IFFT运算核102的接合所使用的接口(interface)规范是利用RI、SI、SO、EO端口来收发信号的。其中，所述RI(Rx Main OFDMSymbol Input)作为用于存储与FFT大小相同，且以工作时钟频率的1/6来缓慢地输入的时域样本数据的专用输入而使用，每个被分配的区间所共有的FFT/IFFT输入将通过SI(Sharing Input)端口输入。SI、SO、EO的接口(interface)的时间安排规范如图4所示。
接下来，继续参照图1进行说明，根据本发明的正交频分复用接收器的总体状态可分为捕获(Acquisition)状态及跟踪(Tracking)状态。这时，接收于正交频分复用接收器的调度器101的FFT/IFFT运算有：FFT_MAIN 103、FFT_PRE_CID 104、IFFT_IFO 105、IFFT_CE 106、FFT_CE 107、IFFT_FTYNC 108、FFT_POST_CID 109及FFT_MFD 110，并在捕获状态下向调度器101请求所述FFT_MAIN 103、FFT_PRE_CID 104及IFFT_IFO105，在跟踪状态下则向调度器101请求所述FFT_MAIN 103、IFFT_CE 106、FFT_CE 107、IFFT_FTSYNC 108、FFT_POST_CID109及FFT_MFD 110，并共有FFT/IFFT运算核102而使用。
在捕获状态下，FFT_PRE_CID 104首先向同信道干扰估计器304请求FFT运算，用于快速估计出同信道干扰(CochannelInterference)的信息。由于是在正交频分复用接收器的符号时间安排同步(sync)开始前进行工作，因此在任意位置将N-点大小的OFDM符号100储于输入缓冲器后再执行FFT运算。当同信道干扰估计工作结束，进而OFDM符号时间安排同步结束时，整数倍频率偏移估计器305开始工作。所述整数倍频率偏移估计器305在执行主要FFT运算(FFT_MAIN)后，求出与已知信号之间的相互关系，并通过该些信息的IFFT运算(IFFT_IFO)来估计出整数倍频率偏移。这时，所述FFT_PRE_CID运算及IFFT_IFO运算是共有一个FFT/IFFT运算核102而进行处理。
以下，参照图2及图3来对所述FFT/IFFT运算进行说明。
图2为示意了在一个OFDM符号100内，利用一个FFT/IFFT运算核102来对多个FFT/IFFT运算进行调度的方法的示意图。图3为记述了各FFT/IFFT运算的情报的图表，记述了根据本发明的正交频分复用接收器的各区块所使用的FFT/IFFT运算的大小、DIT-DIF方法及输入/输出端口信息，并且FFT/IFFT运算核(102)会根据与调度器101所约定的模式信息(M0~M7)而进行工作。如图2及图3所示，定义出用于FFT/IFFT运算的调度器101与FFT/IFFT运算核102之间的模式(mode)。首先，将FFT_PRE_CID 104定义为模式1。(以下，模式1以MODE1的简称M1来进行记述，将M1的输入记述为M1_I，而M1的输出记述为M1_O。)在M1_I区间，从输入缓冲器读取的OFDM符号101输入于FFT/IFFT运算核102，并将运算出来的结果输出于M1_O区间。M1_I与M1_O可以位于OFDM符号100内的任意位置，并独立地占有FFT/IFFT运算核102，当同信道干扰估计工作结束时，不再占有FFT/IFFT运算核102。
主要的FFT运算(FFT_MAIN)的执行，在OFDM符号的开始部分将与FFT大小所相应的大小存储到输入缓冲器后，从M0_I区间读取后输入于FFT/IFFT运算核102，并在M0_O区间得出输出结果。在整数倍频率偏移估计器305中，则在FFT_MAIN103的输出区间M0_O加工输出数据后，直接传送至IFFT_IFO的输入。对于IFFO_IFO而言，将调度器与FFT/IFFT运算核102之间的模式定义为M2。IFFT_IFO的输入区间为M2_I，输出区间为M2_O，并且IFFT_IFO的运算结果再被传送至整数倍频率偏移估计器305，并用于估计整数倍频率偏移。
当正交频分复用接收器的捕获状态的工作结束而处于跟踪状态时，不再执行FFT_PRE_CID、IFFT_IFO的FFT/IFFT运算。从而，在M1_I、M1_O、M2_I、M2_O的区间内不再占有FFT/IFFT运算核102。
在信道估计器306中利用FFT_MAIN的输出而生成信道频率响应(Channel Frequency Response,CFR)信息后，通过CFR信息的IFFT运算(IFFT_CE)而求出信道冲击响应(channel ImpulseResponse,CIR)。之后，除去正常的CIR信息之外的噪音后，重新通过FFT运算(FFT_CE)来估计最终信道。信道估计所需要的FFT_MAIN103、IFFT_CE106、FFT_CE107运算则按照DIT FFT→DIF IFFT→DIT FFT的顺序进行处理，并使用FFT输入数据率(data rate)的6倍的时钟，可以在OFDM符号100中共有一个FFT/IFFT运算核102来估计信道。在这种情况下，中间阶段无需附加缓冲即可以连续地进行处理。请参照附图3，例如，M3_I区间变成IFFT_CE的输入区间，M3_O区间变成IFFT_CE的输出区间，M4_I区间变成FFT_CE的输入区间，M4_O区间成为FFT_CE的输出区间。
精细符号位置估计器308为了持续观察CIR信息的移动来实现精细地跟踪主要FFT的开始位置而执行IFFT运算(IFFT_FTSYNC)，当FFT_CE的输出区间(M4_O)开始时，根据调度器的请求而将由精细符号位置估计器308独立计算出来的数据暂存到储存器后，在M5_I的区间将对于IFFT_FTSYNC108的输入传送至FFT/IFFT运算核102。对于IFFT_FTSYNC的运算结果输出于M5_O的区间，并传送至精细符号位置估计器308。
多谱勒频率估计器310以多谱勒频率估计作为目的而执行FFT_MFD 110。将信道估计出来的信息聚合到时间轴而执行FFT运算(FFT_MFD)，并利用该结果来估计多谱勒频率。用于多谱勒频率估计的FFT的尺寸小于主要FFT的尺寸。FFT_MFD运算利用IFFT_FTSYNC的输出区间(M5_O)所开始的时间点未进行工作的FFT/IFFT运算核102内部的阶段(stage)，进行追加FFT运算。M7_I为FFT_MFD的输入区间，M7_O为FFT_MFD的输出区间。这种情况下，为了解决IFFT_FTSYNC的输出区间(M5_O)与输出端口的占有时间相冲突的问题，由额外输出端口ExtraOutput(EO端口)来输出结果。
为了在跟踪状态下的同信道干扰估计，同信道干扰估计器309同样需要FFT运算(FFT_POST_CID)。使IFFT_FTSYNC的运算区间(M5_I,M5_O)不能占有每个符号，FFT_POST_CID的处理区间会使用未占有的符号区间。M6_I为FFT_POST_CID的输入区间，M6_O为FFT_POST_CID的输出区间。
图4为在根据本发明的正交频分复用接收器，对调度器与FFT/IFFT运算核之间的接口规范进行了定义的示意图。如图4所示，根据本发明的正交频分复用接收器中，调度器101与各区块304、305、306、308、309、310之间、调度器101与FFT/IFFT运算核102之间的FFT运算相关信号，是由MODE、START_SYNC、END_SYNC、DATA_VALID的控制信号与DATA_I、DATA_Q构成，将START_SYNC、END_SYNC信号作为1时钟高(high)信号，由此可以得知各区块的输入与输出的开始与结束。其中，MODE表示图3的模式信息。
本说明书与附图中记述了采用了本发明的正交频分复用接收器的实施例，记述了使用FFT输入数据率6倍的时钟来共有FFT/IFFT运算核102的方法。本发明的应用范围会根据正交频分复用接收器的捕获、跟踪状态下使用FFT/FIFT运算的区块的种类而变得多样化，而且还根据怎么决定工作时钟的倍数关系而其应用也变得多样化，并没有对此进行了限制。
如上所述，本发明的详细的说明中对本发明优选的实施例进行了说明，但只要是本发明所属的技术领域的技术人员，可以在不超出本发明的保护范围内有各种变换。从而，本发明的权利要求范围并不局限于所述的实施例，而是根据后序的权利要求范围及与其均等的范围而决定。

Claims (8)

1.一种正交频分复用接收器，其特征在于，包括FFT/IFFT运算核及调度器，所述调度器管理各FFT/IFFT运算的输入/输出时间安排及控制信号以同时共有所述FFT/IFFT运算核，所述FFT/IFFT运算核同时支持DIT、DIF方式的FFT/IFFT运算。
2.权利要求1所述的正交频分复用接收器，其特征在于，所述FFT/IFFT运算磁芯与所述调度程序之间的接合所使用的接口规范是通过RI、SI、SO及EO端口来收发信号的。
3.权利要求1所述的正交频分复用接收器，其特征在于，所述调度器所接收到的FFT/IFFT运算分为捕获状态及跟踪状态，并在所述捕获状态时向调度器请求FFT_MAIN运算、FFT_PRE_CID运算及IFFT_IFO运算，而在所述跟踪状态时向调度器请求FFT_MAIN运算、IFFT_CE运算、FFT_CE运算、IFFT_FTSYNC运算、FFT_POST_CID运算及FFT_MFD运算。
4.权利要求3所述的正交频分复用接收器，其特征在于，在所述捕获状态中的FFT_PRE_CID运算用于同信道干扰估计，而IFFT_IFO运算用于整数倍偏移估计，所述FFT_PRE_CID运算及IFFT_IFO运算则通过共有一个FFT/IFFT运算核来进行处理。
5.权利要求1所述的正交频分复用接收器，其特征在于，为了信道估计而需要同时处理3个FFT/IFFT运算时，在一个OFDM符号中共有一个FFT/IFFT运算核而按顺序处理DIT-FFT、DIF-IFFT、DIT-FFT运算，并使用FFT输入数据率的4倍以上的工作时钟。
6.权利要求1所述的正交频分复用接收器，其特征在于，为了求出精细符号位置调节值而处理IFFT运算时，在一个OFDM符号中共有一个FFT/IFFT运算核而按顺序处理DIT-FFT、DIF-IFFT、DIT-FFT运算，并使用FFT输入数据率的6倍以上的工作时钟。
7.权利要求1所述的正交频分复用接收器，其特征在于，当所述FFT/IFFT运算核正在进行运算时，所述调度器使得在处于工作中的区间的FFT尺寸*3/4大小所相应的未工作区间可以进行追加的FFT运算。
8.权利要求7所述的正交频分复用接收器，其特征在于，可以利用通过所述调度器来进行的追加的FFT运算来进行N-点FFT运算。
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