CN1573680A - 3780点离散傅立叶变换处理器 - Google Patents

Abstract

一种在OFDM系统中使用的3780点DFT处理器，包括：60点DFT模块，用于对输入数据执行60点DFT；CORDIC运算单元，用于对在60点DFT之后的数据执行CORDIC运算；矩阵交织器，用于将在CORDIC运算单元之后的输入数据处理为转置矩阵；和63点DFT模块，用于对在转置矩阵中的数据执行63点DFT。通过CORDIC运算单元仅用移位和加法来执行复数乘法运算，并且因为不需要乘法器，所以在硬件实现中可以显著地减小尺寸。

Description

3780点离散傅立叶变换处理器

                          技术领域

本发明涉及一种正交频分复用(OFDM)系统，并且特别涉及一种使用协调旋转数字计算(CORDIC)算法的3780点DFT处理器。

                         背景技术

正交频分复用(OFDM)方案主要是将串行输入的数据序列转换为基于块的并行数据，把这些并行码元多路复用到不同的具有相互正交性的载波频率，并由此将宽带传输变为窄带并行传输。OFDM方案是相当有优势的特别在最大频率利用效率方面。

因为OFDM方案使用多载波，所以码元传输时间长，并因此抗在多径环境下由干扰产生的重影的能力强。另外，因为OFDM方案使用相互正交的载波频率，所以抗码元间干扰(ISI)的能力很强。

OFDM方案通过离散傅立叶逆变换(IDFT)和离散傅立叶变换(DFT)来调制或解调众多的载波，并为此，通常使用3780点DFT处理器。

图1示出了在OFDM系统中使用的3780点DFT处理器的一般结构。该3780点DFT处理器通常分解为60×63或者63×60，并由此构造为由60点DFT模块和63点DFT模块组成的3780点DFT模块。

如图1所示，3780点DFT处理器包括：60点DFT模块110，用于对输入数据执行60点DFT；共轭复数乘法器120，用于将60点DFT化的数据与共轭复数相乘；旋转因子存储单元130，用于存储用来与共轭复数相乘的旋转因子；矩阵交织器140，用于将复数相乘后的数据处理为转置矩阵；和63点DFT模块150，用于对在转置矩阵中的数据执行63点DFT。可以以逆序次序使用复数乘法器120和矩阵交织器140，并且可以以逆序次序使用60点DFT模块110和63点DFT模块150。

传统的3780点DFT处理器使用Cooley-Tukey算法来结合60点DFT模块110和63点DFT模块150，并且在此处理期间将3780旋转因子与复数相乘。

如上所述，传统的3780点DFT处理器需要在硬件上相当复杂的复数乘法器120，并且另外需要如ROM的旋转因子存储单元130来存储3780个旋转因子。由于复杂的硬件需求，所以很难实现3780点DFT处理器，并且成本也会增加。

                          发明内容

提出本发明是为了解决与传统装置相关联的以上的缺点和其他一些问题。本发明的目的在于提供一种需要很少的复杂硬件的3780点DFT处理器，其由于使用数据的索引来产生旋转因子而不需要分离的存储装置来存储旋转因子，并且其使用CORDIC运算单元而不使用复数乘法器。

通过一种在OFDM系统中使用的3780点DFT处理器，可以基本实现本发明的上述方面及其他特性，其包括：60点DFT模块，用于对输入数据执行60点DFT；CORDIC运算单元，用于对在60点DFT之后的数据执行CORDIC运算；矩阵交织器，用于将在CORDIC运算单元之后的输入数据处理为转置矩阵；和63点DFT模块，用于对在转置矩阵中的数据执行63点DFT。

CORDIC运算单元计算输入数据的索引(k，n)来产生待与该输入数据相乘的旋转因子，并且包括：第一计数器，用于对值‘n’计数；和第二计数器，用于对值‘k’计数。当第一计数器从0计数到59时，第一计数器复位并且第二计数器以1更新，并且，当第二计数器从0计数到62时，第二计数器复位。

通过从输入数据计算出的索引(k，n)基于下面的公式产生旋转因子：

$W_{3780}^{\mathrm{nk}}=e^{-j\frac{2\mathrm{\πnk}}{3780}}$

其中，W₃₇₈₀ ^nk是旋转因子。

CORDIC运算单元通过使用CORDIC运算将输入数据与计算出的旋转因子相乘，并且基于下面的公式执行CORDIC运算：

x(i+1)＝x(i)-σ_i2^-iy(i)

y(i+1)＝y(i)+σ_i2^-ix(i)

z(i+1)＝z(i)-σ_iα_i

其中，如果输入数据表示为v(i)＝(x(i)，y(i))，则α_i＝tan^-1(2^-i)，σ_i＝sign(φ_i)，并且z(j)和v(i)表示相位角。φ_i表示v(i)的相位角和目标相位角(t)之间的差。

CORDIC运算单元迭代地执行CORDIC运算，直到v(i)的相位角和旋转因子的相位角之间的差φ_i收敛在预定的误差范围内。

通过CORDIC运算单元仅用移位和加法来执行复数乘法运算，并且因为不需要乘法，所以在硬件实现中可以显著地减小尺寸。

                        附图说明

通过参照附图对本发明的特定实施例进行描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是在OFDM系统中使用的传统的3780点DFT处理器的方框图；

图2是根据本发明实施例的使用CORDIC运算的3780点DFT处理器的方框图；

图3是概述CORDIC运算的图解；和

图4是示出根据本发明实施例的旋转因子产生方法的视图。

                       具体实施方式

参照附图来详细说明本发明的特定实施例。

在下面的描述中，即使在不同的附图中，相同的附图标号表示相同的部件。在描述中所限定的事物如详细结构或部件只是有助于对本发明进行全面地理解。因此，很明显，本发明的实施可以不用那些限定的事物。另外，由于一些众所周知的功能或结构会使本发明在不必要的细节模糊，所以没有详细地描述这些功能或结构。

参照图2，根据本发明实施例的3780点DFT处理器包括：60点DFT模块210，用于对输入数据执行60点DFT；CORDIC运算单元220，用于对在60点DFT之后的数据执行CORDIC运算；矩阵交织器240，用于将在CORDIC运算之后的输入数据处理为转置矩阵；和63点DFT模块250，用于对转置矩阵中的数据执行63点DFT。

60点DFT模块210利用60＝3×45×5的事实和内部素因子算法(PFA)。60点DFT模块210在调制中将60个并行的频域OFDM信号分配给60个子载波，并由此输出由60个时域采样数据组成的OFDM码元。

图3是用来解释CORDIC运算的概念的图解。下面详细地描述根据本发明的特定实施例的3780点DFT处理器的CORDIC运算单元220的功能。

在CORDIC运算中，由一系列常量值通过乘法使复数的相位旋转。该一系列的常量由数字2的指数函数选择，即，±2^-m，其绝对值递减，其中m＝0，1，2，3...。因此，在二进制算法中，其仅使用移位和加法可以执行；不需要实际的乘法器。

在CORDIC运算中，所有的计算表示为(2×1)矩阵的旋转。复数v(i)表示为(2×1)，其具有元素x(i)和y(i)，并且复数v(0)的相位通过第一复数值v(0)乘以2^-1的第一次迭代旋转为v(1)。参照图3，v(1)的相位角大于目标相位角(t)。因此，在第二次迭代中v(1)乘以-2^-2来产生v(2)。因为v(2)的相位角小于目标相位角(t)，通过v(2)乘以2^-3的第三次迭代，所以导出了v(3)。由于根据比较v(n-1)的相位角和目标相位角(t)的结果来使v(n-1)的相位角乘以+2^-n或者-2^-n，所以v(n)的相位角收敛于目标相位角(t)。当收敛值达到低于可接受的阈值时，结束运算。

可由下面的公式表示如上所述的CORDIC运算的概念：

[公式1]

x(i+1)＝x(i)-σ_i2^-iy(i)

y(i+1)＝y(i)+σ_i2^-ix(i)

z(i+1)＝z(i)-σ_iα_i

其中，α_i＝tan^-1(2^-i)，σ_i＝sign(φ_i)，并且z(i)和v(i)表示相位角。φ_i表示v(i)的相位角和目标相位角(t)之间的差。因此，如果φ_i是正值，即，如果σ_i＝sign(φ_i)＞0，v(i)朝着负角度方向顺时针旋转，并且如果φ_i是负值，v(i)朝着正角度方向逆时针旋转。经过一系列迭代，v(i)的相位角在预定的可接受的范围内收敛于目标相位角(t)。

CORDIC运算单元220对63个OFDM码元执行CORDIC运算，每个OFDM码元由从60点DFT模块210输出的60个采样数据组成。通常，相应的旋转因子从旋转因子存储单元输出，并且与(63×60)矩阵的3780个元素相乘。但是，在本发明的下面的实施例中，通过使用每个输入信号的索引来产生旋转因子。

下面参照图4来描述根据本发明的特定实施例的产生旋转因子的方法。在下面的描述中，为了解释方便而使用(4×4)矩阵作为例子。输入信号表示为(4×4)矩阵的元素。每个输入信号的索引定义为关于在第(l+1)行和第(m+1)列的元素(l+1，m+1)的(l，m)。例如，元素(2，3)的索引为(1，2)。因此，矩阵的各自元素的索引为(n，k)，其中，n＝0，1，2，3并且k＝0，1，2，3。

由下面的公式表示关于索引的旋转因子W₁₆ ^nk：

[公式2]

$W_{16}^{\mathrm{nk}}=e^{-j\frac{2\mathrm{\πnk}}{16}}$

旋转因子W₁₆ ^nk与具有索引(k，n)的输入信号(k+1，n+1)相乘。参照图4，在左侧的(4×4)矩阵以矩阵形式表示输入信号和该输入信号的索引，而右侧的(4×4)矩阵表示将与输入信号相乘的旋转因子的矩阵。例如，要与左侧矩阵的第(2，3)个元素相乘的旋转因子，即，要乘以x(1，2)的旋转因子为右侧矩阵中的第(2，3)个元素W₁₆ ²。

因此，通过上述过程可以获得63个OFDM码元中每个OFDM码元的旋转因子，每个OFDM码元由60个采样数据组成。在3780点DFT模块中，n＝0，1，2，...，59，k＝0，1，2...，62，关于63×60矩阵的(k+1，n+1)元素的索引为(k，n)，并且相应的旋转因子为W₃₇₈₀ ^nk。通过使用从0计数到59的60计数器(没有显示)和从0计数到62的63计数器(没有显示)，通过使用各个输入信号的索引可以计算出旋转因子。

更具体地讲，由于串行输入数据，60计数器(没有显示)从0到59顺序地计数了值‘n’，在61复位，并且将用于对值‘k’计数的63计数器(没有显示)从0更新到1。当60计数器再次计数到59时，60计数器复位，并且将63计数器从1更新到2。由于60和63计数器迭代地运算，计算出了输入数据的索引。

通过使用从输入数据计算出的索引，获得了旋转因子，其可由下面的公式表示：

[公式3]

$W_{3780}^{\mathrm{nk}}=e^{-j\frac{2\mathrm{\πnk}}{3780}}$

CORDIC运算单元220产生旋转因子，并且通过使用CORDIC运算将旋转因子与各个输入信号相乘。在CORDIC运算中仅通过移位和加法便可进行复数相乘。

矩阵交织器240获得关于由CORDIC运算单元220运算出的(60×63)矩阵的转置矩阵。因此，来自矩阵交织器240的输出变为(63×60)矩阵。

63点DFT模块250对从矩阵交织器240输出的数据执行63点DFT。

在如上所述的本发明的一些示例性的实施例中，3780点DFT处理器仅需要用于复数乘法的移位和加法，而不需要乘法器，并由此，在硬件实现中可以显著地减小尺寸。

此外，因为通过使用输入数据的索引来产生旋转因子，所以不需要分离的存储装置来存储旋转因子，并且其结果是，更加减小了硬件实现的尺寸。

上述实施例和优点仅是示例性的，并且不应该被解释为限制本发明。本教述可以容易地应用到其他形式的装置。另外，对本发明实施例的描述是示意性的，并不限制权利要求的范围，很明显，本领域的技术人员可以做出多种选择，修改和改变。

Claims (5)

1、一种在OFDM系统中使用的3780点DFT处理器，包括；

60点DFT模块，用于对输入数据执行60点DFT；

CORDIC运算单元，用于对在60点DFT之后的数据执行CORDIC运算；

矩阵交织器，用于将在CORDIC运算单元之后的输入数据处理为转置矩阵；和

63点DFT模块，用于对转置矩阵中的数据执行63点DFT。

2、根据权利要求1所述的3780点DFT处理器，其中，CORDIC运算单元计算输入数据的索引(k，n)，以产生与该输入数据相乘的旋转因子，并且包括：

第一计数器，用于对值‘n’计数；和

第二计数器，用于对值‘k’计数，

其中，当第一计数器从0计数到59时，第一计数器复位，并且第二计数器以1更新，并且，当第二计数器从0计数到62时，第二计数器复位。

3、根据权利要求2所述的3780点DFT处理器，其中，通过从输入数据计算出的索引(k，n)基于下面的公式产生旋转因子：

$W_{3780}^{\mathrm{nk}}=e^{-j\frac{2\mathrm{\πnk}}{3780}}$

其中，W₃₇₈₀ ^nk是旋转因子。

4、根据权利要求3所述的3780点DFT处理器，其中，CORDIC运算单元通过使用CORDIC运算将输入数据与计算出的旋转因子相乘，并且基于下面的公式执行CORDIC运算：

x(i+1)＝x(i)-σ_i2^-iy(i)

y(i+1)＝y(i)+σ_i2^-ix(i)

z(i+1)＝z(i)-σ_iα_i

其中，如果输入数据表示为v(i)＝(x(i)，y(i))，则α_i＝tan^-1(2^-i)，σ_i＝sign(φ_i)，并且z(i)和v(i)表示相位角。φ_i表示v(i)的相位角和目标相位角(t)之间的差。

5、根据权利要求4所述的3780点DFT处理器，其中，CORDIC运算单元迭代地执行CORDIC运算，直到v(i)的相位角和旋转因子的相位角之间的差φi收敛在预定的误差范围内。