WO2008145915A2 - Compound for processing a digital signal, and corresponding modulation and/or demodulation device, modulation and/or demodulation method and computer software - Google Patents

Compound for processing a digital signal, and corresponding modulation and/or demodulation device, modulation and/or demodulation method and computer software Download PDF

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WO2008145915A2
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signal
modules
filtering
elementary
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Chawki Sahnine
Denis Callonnec
Nacer-Eddine Zergainoh
Frédéric PETROT
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France Telecom
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    • H04L27/26524Fast Fourier transform [FFT] or discrete Fourier transform [DFT] demodulators in combination with other circuits for demodulation

Definitions

  • Component for processing a digital signal modulation and / or demodulation device, modulation and / or demodulation method and corresponding computer program.
  • the field of the invention is that of telecommunications, by wired or wireless means.
  • the invention relates to communications based on multicarrier modulations, for example OFDM type (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, in English “Orthogonal frequency division multiplexing").
  • OFDM type Orthogonal Frequency Division Multiplexing, in English “Orthogonal frequency division multiplexing”
  • the technique according to the invention is well suited to the modulation and demodulation of OFDM / Quadrature Amplitude Modulation (OFDM / OFDM) or OFDM / OQAM signals (in English OFDM / Offset Quadrature Amplitude Modulation).
  • OFDM / OFDM Quadrature Amplitude Modulation
  • OQAM OFDM / OQAM signals
  • the carriers are shaped by a prototype function, for example the IOTA function ("Isotropic Orthogonal Transform Algorithm").
  • the invention relates more particularly to a component of the physical layer of a communication system, performing signal processing operations, including modulation and / or demodulation operations.
  • FIGS. 1 and 2 respectively illustrate the architecture of a modulator and an OFDM / OQAM demodulator with shaping filtering, according to the prior art.
  • a modulator conventionally implements the following steps: decomposition 11 of the complex data of an incoming bit stream x ⁇ t)
  • This quadrature modulation step ensures a phase shift of ⁇ / 2 in time and in frequency of each carrier, which makes it possible to guarantee a complete orthogonality of the sub-carriers; - serial / parallel conversion 13; Fourier inverse transformation (IFFT) 14; put on hold in a buffer; filtering 16 by the prototype function; parallel / serial conversion 17, delivering an OFDM / OQAM / IOTA signal s (t).
  • IFFT Fourier inverse transformation
  • a corresponding demodulator conventionally implements the following steps: serial / parallel conversion 21 of the received signal y (t); filtering 22 by the prototype function; - Hold 23 in a buffer memory; direct Fourier transformation (FFT) 24; parallel / serial conversion 25; phase and amplitude correction 26, implementing a multiplication
  • NI X (k) ⁇ x (n) W ⁇ k ,
  • each "Butterfly” module is composed of a set of complex adders. Some “Butterfly” modules also include a set of complex multipliers.
  • a complex addition makes it possible to add two complex numbers (of the form a + jb, where a represents the real part and b the imaginary part).
  • a complex adder is therefore composed of two real adders.
  • a complex multiplication makes it possible to multiply two complex numbers.
  • a complex multiplier is composed of four real multipliers and two real adders / subtractors. More precisely, the realization of an N-point FFT requires log 2 N
  • NN stages each comprising - butterflies, for a total of - log 2 iV butterflies.
  • FIG. 3 illustrates an example of calculation of an 8-point FFT, using the radix-2 algorithm (which means that each butterfly has two inputs) in time interleaving.
  • Figure 4 illustrates computational operations performed at a butterfly in the case of a radix-2 algorithm.
  • the calculation algorithm of the FFT can be implemented in an architecture as illustrated in FIG. 5, comprising a "butterfly" calculation module 51 (also denoted by BF), an N-point memory 52 containing the samples in question. FFT input, and a control unit 53.
  • the FFT algorithm consists of taking the samples two by two in the memory 52, performing the operation butterfly 51, and writing the results in the same memory.
  • log 2 iV butterflies are used at the same time (ie 8 butterflies), and one butterfly per stage (thus eight stages).
  • the architecture receives the data (samples) one by one, according to the rhythm of the clock CLK.
  • the butterfly operation is performed every two samples received, and its result sent to the next stage.
  • the symbol O corresponds to an optimized complex multiplier
  • the symbol ® to a complex multiplier.
  • the optimized complex multipliers correspond to multiplications by rotational factors equal to ⁇ - V2 ⁇ J V2. Multiplications by these factors
  • the filtering consists in weighting (that is to say, multiplying) the samples at the output of the inverse Fourier transform (IFFT) by the coefficients of the prototype function (for example the IOTA function), and to add the results to the results of the filtering of the previous LI outputs of the inverse FFT.
  • IFFT inverse Fourier transform
  • prototype function for example the IOTA function
  • the OFDM / OQAM / IOTA signal obtained at the output of the filtering step is of the following form: + oo 2M-1
  • the signal OFDM / OQAM / IOTA at the output of the modulator can be expressed in the following form:
  • C nk is the samples at the output of the transformation step of
  • the expression of the samples can take the following form: where C nk and C n k + M represent respectively the first M and the last M samples of the inverse Fourier transform.
  • the IOTA function is sampled at a frequency ⁇ , and 2ML values of the IOTA function are
  • the calculation of the samples at the output of the filtering step reaches a steady state 72, and the output samples correspond to the sum of 2L samples of the weighted inverse FFT.
  • An example of architecture optimized for this filtering algorithm, using 2L real multipliers and 2L real adders, is described in the European patent EP 1 005 748 filed on 30/06/1998 in the names of FRANCE TELECOM and TELEDIFFUSION DE FRANCE.
  • filtering requires the use of additional memories, of size ⁇ 2L - IJM.
  • L not exceeding the value 8
  • the modulator delivering an OFDM / OQAM / IOTA signal is based on the implementation of 160 real multipliers and 304 real adders, which requires a large calculation power and a large storage capacity. 3. Presentation of the invention
  • the invention proposes a new component for processing a digital signal, that is to say a discrete signal comprising a series of discrete digital values, requiring fewer arithmetic resources and memories than the components of the prior art for performing both a mathematical transformation operation of the signal between the time and frequency domains (for example a direct or inverse Fourier transform) and a filtering operation.
  • a mathematical transformation operation of the signal between the time and frequency domains for example a direct or inverse Fourier transform
  • such a component comprises: a set of elementary calculation modules having connection means, and a control unit able to configure the connections of the connection means of at least a part of the elementary modules to produce at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a mathematical transformation function of the signal between the time domain and the domain frequency, and a polyphase filtering function by a prototype function of the signal.
  • the invention is based on a new and inventive approach to the implementation of mathematical transformation functions between the time domain and the frequency domain and filtering in a signal processing component.
  • mathematical transformation between the time domain and the frequency domain is understood to mean both a transformation of a digital signal from the time domain to the frequency domain, and a transformation of a digital signal from the frequency domain to the frequency domain. time domain.
  • the proposed technique is based on the use of a generic component, including all or part of the internal connections, which include external connections, ie inputs and / or outputs, elementary modules but also internal connections.
  • the elementary modules can be modified to perform various functions including entering the modulation or demodulation of a multi-carrier signal, such as filtering or mathematical transformation functions, from the time domain to the frequency domain or vice versa.
  • the invention therefore makes it possible to reuse elementary modules for calculating the component to perform either filtering operations or mathematical transformation operations between the time and frequency domains.
  • control unit is adapted to configure the connection means so as to make the two connection structures alternately.
  • control unit makes it possible to produce a first structure connection by configuring the external connections (inputs / outputs) and / or internal of at least some elementary modules of the set, then to achieve at least a second connection structure by reconfiguring these connections.
  • the set of elementary modules forms a matrix comprising P ⁇ Q elementary modules, P and
  • the elementary modules forming the matrix being interconnected in the connection structure providing the mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, so as to form Q stages , each comprising P elementary modules able to perform parallel processing, and P parallel channels, each comprising Q elementary modules able to perform sequential processing.
  • the degree of parallelism P allows simultaneous processing of several elementary modules of the same stage
  • the number of stages or "pipeline depth" Q allows simultaneous processing of several elementary modules of different stages.
  • the structure providing the mathematical transformation function is adapted to implement a radix-2 algorithm, where i corresponds to the number Q of stages of the matrix, and the degree of parallelism P and the number of stages Q are such that that Q - log 2 (2P).
  • each stage of the matrix comprises at least four elementary modules.
  • Such a structure having several stages each comprising at least four elementary modules makes it possible to reach bit rates of the order of several hundred megahertz.
  • a digital signal is well suited to provide modulation and / or demodulation of an OFDM / OQAM / IOTA type signal.
  • the elementary modules comprise calculation means capable of performing arithmetic operations of complex addition and / or complex multiplication.
  • they include complex adders and / or complex multipliers.
  • the control unit is adapted to configure the connections. internal of said elementary modules, between the calculation means and the external connection means and between the calculation means themselves, to achieve the two connection structures.
  • the matrix comprises a first set of at least one stage of elementary modules comprising calculation means able to carry out only arithmetic operations of addition and a second set of at least one stage of elementary modules comprising means of calculation capable of performing arithmetic operations of multiplication and arithmetic operations of addition.
  • the control unit is adapted to short-circuit the elementary modules of the first set and to modify the external connections and the internal connections of the modules of the second set, in order to achieve the connection structure providing the filtering function. To perform the filtering function, only modules capable of performing complex addition operations and complex multiplication operations are used by modifying the internal connections of these modules.
  • the mathematical transformation is a direct or inverse Fourier transform.
  • the component makes it possible to produce a structure providing a mathematical transformation function from the time domain to the frequency domain by means of a direct Fourier transformation structure providing a mathematical transformation function from the frequency domain to the time domain by means of an inverse Fourier transformation.
  • DCT direct cosine transform function
  • memory means being provided for storing intermediate samples calculated by the mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, said memory means are also intended to feed the calculations of the function. filtering.
  • the memory means serve both memory means for storing the intermediate samples during the mathematical transformation of the signal and buffering means for feeding the filtering operation. This saves a buffer memory.
  • the filtering function is performed from the samples resulting from the mathematical transformation of the signal between the time and frequency domains, which are stored in said memory means. These samples are then multiplied by filter coefficients corresponding, for example, to the coefficients of the prototype function IOTA, then added to the samples resulting from the mathematical transformation and the filtering determined previously, for example for a preceding symbol in the context of an OFDM modulation. .
  • the control unit takes into account at least one parameter belonging to the group comprising: a type of modulation; a number of points associated with said mathematical transformation; a type of prototype function; a recovery number "L" of the prototype function.
  • the connections of the connection means of the elementary modules depend on various parameters, which can be programmed. For example, the number of elementary calculation modules used in the structure providing the mathematical transformation function is chosen according to the number of points associated with said mathematical transformation and the signal bandwidth.
  • Another aspect of the invention also relates to a modulation and / or demodulation device comprising a component for processing a signal as described above.
  • a processing component of a signal as described above makes it possible to ensure both the mathematical transformation functions of the frequency domain to the time domain and of filtering in a modulation device, and / or the inverse filtering and mathematical transformation functions from the time domain to the frequency domain in a demodulation device.
  • such a modulation device is adapted to produce a connection structure providing a mathematical transformation function of the signal from the frequency domain to the time domain, and a connection structure providing a filtering function.
  • a demodulation device is adapted for producing a connection structure providing a mathematical transformation function of the signal from the time domain to the frequency domain, and a connection structure providing a filtering function.
  • Yet another aspect of the invention relates to equipment for transmitting and / or receiving a signal comprising a modulation and / or demodulation device as above.
  • Such transmission equipment is particularly suitable for implementing a modulation of a digital signal.
  • This is for example a base station, or a terminal type radiotelephone, laptop, personal assistant type PDA (in English "Personal Digital Assistant"), etc..
  • Reception equipment is adapted to implement a demodulation of a digital signal.
  • This is for example a radiotelephone type terminal, laptop, personal assistant PDA (in English "Personal Digital Assistant"), etc..
  • the invention in another embodiment, relates to a method of modulating or demodulating a digital signal.
  • Such a method comprises: a step of configuring the connections of the connecting means of at least a part of a set of elementary calculation modules, able to define at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a transformation function mathematical signal between the time domain and the frequency domain, and a signal filtering function; a step of mathematical transformation of the signal between the time domain and the frequency domain, according to a first connection structure of said set; a polyphase filtering step by a prototype function of the signal according to a second connection structure of said set.
  • Such a method is for example implemented in the modulation and / or demodulation device described above.
  • Another aspect of the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for implementing the steps of the modulation or demodulation method described above, when the program is executed by the computer.
  • Such a program can be stored in or transmitted by a data carrier.
  • Yet another aspect of the invention thus relates to a computer-readable recording medium on which the computer program is recorded.
  • This may be a hardware storage medium, for example a CD-ROM, a magnetic diskette or a hard disk, or a medium transmissible, such as an electrical, optical or radio signal.
  • a hardware storage medium for example a CD-ROM, a magnetic diskette or a hard disk, or a medium transmissible, such as an electrical, optical or radio signal.
  • the computer program can be downloaded from a communication network.
  • Figures 1 and 2 respectively illustrate a modulation chain and a demodulation chain according to the prior art
  • Figure 3 shows the radix-2 algorithm for an eight point FFT
  • FIG. 4 illustrates a butterfly operation according to the radix-2 algorithm
  • FIG. 5 proposes an architecture for producing an FFT
  • Figure 6 shows a pipelined architecture for a 256-point FFT
  • FIGS. 7A to 7C illustrate the filtering algorithm according to the prior art
  • FIG. 8 illustrates a processing component of a signal according to the invention
  • FIG. 9 presents the main steps of the modulation and / or demodulation method according to the invention
  • FIGS. 10A and 10B illustrate a first example of connection structures to ensure a mathematical transformation function
  • Figure 10A and filtering (Figure 10B); and Figures HA and HB illustrate a second example of connection structures to provide a mathematical transformation function
  • FIGS. 12A and 12B illustrate the internal structure of an elementary module used in the component of FIGS. 1OA and 1OB as well as that of FIGS. HA and HB, configured for a connection structure providing a mathematical transformation function (FIG. 12A) and for a connection structure providing a filtering function (FIG. 12B).
  • the invention proposes a component grouping the steps of mathematical transformation 14, standby 15 and filtering 16, or filtering stages 22, holding 23 , and mathematical transformation 24.
  • mathematical transformation 14 the steps of mathematical transformation 14, standby 15 and filtering 16, or filtering stages 22, holding 23 , and mathematical transformation 24.
  • the invention proposes a generic component carrying out the two main operations for the synthesis of the OFDM / OQAM signal, namely the fast Fourier transform and the multiphase filtering by the IOTA prototype function, instead of two separate components respectively performing each of the two functions as proposed in conventional architectures.
  • fast Fourier transform also denoted FFT
  • FFT fast Fourier transform
  • a component 81 for processing a digital signal comprises a set 82 of elementary calculation modules, denoted by BF, and a control unit 83 able to configure the connections of the means. connecting at least a portion of the elementary modules to realize at least two connection structures with the elementary modules, so as to respectively provide a mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, and a filtering function of the signal.
  • the mathematical transformation operation between the time and frequency domains is based on a semi-pipelined structure, which makes it possible to stop the dependence on the number of stages required according to the value of the number of points of the mathematical transformation.
  • this structure is always compatible with a certain degree of parallelism, for example of at least 4.
  • the filtering operation reuses for its part at least some of the elementary calculation modules used for the mathematical transformation operation.
  • Such a signal processing component may in particular be integrated in a modulation device, or a demodulation device.
  • a modulation device is particularly adapted to modulate a data signal to deliver a multicarrier signal, alternately realizing a connection structure providing a mathematical transformation function. signal from the frequency domain to the time domain, and a connection structure providing a filtering function.
  • a demodulation device is in turn adapted to demodulate a multicarrier signal for recovering a data signal, alternately realizing a connection structure providing a filtering function, and a connection structure providing a mathematical transformation function of the signal of the signal. time domain to the frequency domain.
  • the invention also relates to a method for modulating or demodulating a signal as illustrated in FIG. 9, comprising: a configuration step 91 of the connections of the connection means of at least a part of a set of modules elementary calculating elements, able to define at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, and a signal filtering function; a step of mathematical transformation of the signal between the time domain and the frequency domain 92, according to a first connection structure of the set of elementary modules; a step of filtering the signal 93 according to a second connection structure of the set of elementary modules.
  • a modulation and / or demodulation device as presented above may comprise a processing unit, equipped for example with a microprocessor and driven by a computer program comprising program code instructions for implementing the steps of the program. method of modulation and / or demodulation described above when executed by the device.
  • This program can be stored in or transmitted by a data carrier.
  • This may be a hardware storage medium, for example a CD-ROM, a magnetic diskette or a hard disk, or a transmissible medium such as an electrical, optical or radio signal.
  • a processing component of a signal according to the invention therefore allows to provide at least two distinct functions with the elementary modules, among which at least one mathematical transformation function between the time and frequency domains and at least one filtering function, while retaining both the advantages of the pipeline and the parallelism.
  • the invention is not limited to this type of modulation, and can also be applied to other multicarrier modulations, and in particular to conventional modulations, for example of the OFDM / QAM type, which do not filtering.
  • the signal processing component includes different degrees of parallelism and "pipeline" (ie, serialization). For example, to reach a bit rate of several hundred megahertz for an OFDM / OQAM / IOTA signal and a mathematical transform size between 2 and 4096 points (and thus 12 stages), the component can be realized with a parallelism of at least 4.
  • FIGS. 10A and 10B illustrate two connection structures with the elementary modules of a set 101 of elementary calculation modules forming a matrix, denoted BF1, BF2,... BF12, for a parallelism of 4, and a degree of pipeline (that is to say a number of stages in series) of 3, modulation side.
  • FIG. 10A illustrates a connection structure making it possible to provide a mathematical transformation function from the frequency domain to the time domain if it is placed on the modulation side, for example an inverse Fourier transform.
  • FIG. 1B illustrates a connection structure making it possible to provide a filtering function, for example by the IOTA prototype function.
  • the signal processing component comprises a matrix 101 of elementary calculation modules, comprising P ⁇ Q elementary modules for carrying out the mathematical transformation and filtering operations, with P the degree of parallelism and Q the number of modules.
  • stages of the matrix also called depth or degree of the pipeline
  • g log 2 (2P)
  • manipulating 2P data at once at the input of the component is composed of Q stages each comprising P elementary modules able to perform parallel processing, and P parallel channels, each comprising Q elementary modules able to perform sequential processing.
  • the elementary modules BF1 to BF4 of the first stage comprise simple complex adders, while the elementary modules BF5 to BF 12 of the last two stages comprise multipliers, or "multipliers", complex and complex adders.
  • the control unit includes short-circuit means (102) of at least one stage of the matrix, hopefully the first stage comprising the adders of the modules BF1 to BF4.
  • it is arranged to modify the external connections and the internal connections of the modules BF5 to BF12 of the two last stages, comprising multipliers and adders, to realize either the connection structure ensuring the mathematical transformation function of the signal between the domains. time and frequency, ie the connection structure providing the filtering function.
  • the architecture is modular and the matrix can be used in whole or in part by shorting here a stage of the matrix during the FFT, which allows to obtain several degrees of parallelism or pipeline depth.
  • Such an architecture is particularly effective with the radix-2 * type algorithms, for i ranging from 1 to 4.
  • the case i-1 corresponds to the radix-2 algorithm.
  • the matrix of the elementary modules must comprise i stages, that is to say a degree of pipeline equal to i.
  • FIG. 10A illustrates the case of the radix-2 frequency interleaving algorithm.
  • time interleaving ual operation of the frequency interleaving
  • FIG. 3 can also be used. To do this, it suffices to invert the inputs and outputs of the elementary modules, by correspondingly modifying the rotation factors.
  • the matrix 101 of elementary modules is interconnected, according to this exemplary embodiment, while respecting the data flow of a radix-2 FFT.
  • the Fourier transformation operation also implements two memories of size N, that is to say the size of the FFT, denoted 103 and 104.
  • These memories are of RAM type, in English “random access memory” , in French “Mémoire be”. They serve both as memories to store the intermediate samples calculated by the Fourier transformation and buffer operation to feed the filtering operation with the samples from the Fourier transform.
  • the two memories 103 and 104 operate alternately.
  • the use of two memories according to the invention allows a direct write of the results in the right order, not requiring a replay and a reorganization of the results as in the prior art.
  • the N points of the FFT are stored in one of the two memories, for example the memory 103.
  • this memory 103 is used to calculate the FFT, while the other memory 104 is used to store the N points of the next FFT. Thus, the two memories become active for the processing of the FFT in turn.
  • the points are read in the memory 103 in a very precise sequence that corresponds to the data flow (in English "dataflow") of the FFT radix-2 algorithm, as described in the "Designing pipeline FFT processor for OFDM (demodulation) of S. He and M. Torkelson (International Symposium on Signals, Systems, and Electronics, pp. 257-262, Sept. 29 - Oct. 2, 1998)
  • the points are processed by the elementary calculating modules of the matrix 101 and rewritten in the memory 103, at the same addresses as during the reading, This procedure is implemented continuously, until the complete realization of the FFT.
  • the control unit bypasses the first stage (and thus modifies the configuration of the external connections of the modules BF1 to BF4) and modifies the configuration of the external connections and that of the connections.
  • internal connections of the elementary modules BF5 to BF12 of the matrix 101 defining a second connection structure with the same elementary modules BFi, l ⁇ j ⁇ 12, to provide a filtering function.
  • Such a structure is illustrated in particular in FIG.
  • the filtering consists in multiplying the samples at the output of the inverse Fourier transform memorized in one of the two memories of the FFT, for example the memory 103, by the IOTA coefficients stored in the filter coefficient memory (not shown), and adding up the results at the results of the filtering of the preceding symbol stored in a filter memory 105.
  • multiplexers make it possible to select the IOTA coefficients, the samples of the result of the FFT stored in the memories 103 or 104, and the results of the previous filtering in filter memories 105.
  • each elementary module used for filtering becomes an independent calculation unit, performing basic operations for filtering.
  • the filtering architecture is based on the architecture proposed in the aforementioned European patent EP 1 005 748.
  • the filter memories 105 comprise three memories 1051, 1052 and 1053 of size N, and a memory 1054 of size N 12.
  • the elementary modules of the component implemented for the mathematical transformation are therefore reused for filtering.
  • the modules BF1 to BF4 used only in the structure ensuring the mathematical transformation of the signal, include inputs / outputs, so the connections are configurable.
  • each of these elementary modules BF5 to BF12 comprises inputs / outputs whose connections are configurable and also configurable internal connections.
  • each of these elementary modules BF5 to BF12 comprises a plurality of external connection means of the elementary module, in this case input ports and output ports, and a plurality of calculation means corresponding to different mathematical operators. (multipliers, adders) having internal connection means for connecting the mathematical operators to each other as well as to the input ports and the output ports.
  • the control unit of a basic module BFi (with 5 ⁇ ; ⁇ 12) is adapted to configure, in other words to modify, the internal connections of this basic module BFi in order to realize either the connection structure ensuring the mathematical transformation, either the connection structure providing the filtering.
  • internal connections of an elementary module, we mean
  • FIGS. 12A and 12B show the internal architecture of a BFi module comprising complex multipliers and complex adders, in accordance with an elementary module BF 1 with
  • the BF module 1 is configured for the connection structure providing the Fourier transform function.
  • the same BF module 1 is configured for the connection structure providing the filtering function.
  • This BF module 1 comprises, a plurality of input ports (left in the figures), a plurality of output ports (right in the figures), adders, multipliers, subtracters and multiplexers. Note that the internal connections of the BF module 1 shown in Fig. 12A differ from those shown in Fig. 12B.
  • the internal connections of the BFi module form a butterfly in order to carry out complex addition and complex subtraction operations between two complex samples supplied as input, and denoted by Xi (n) ree i, Xi (n) ima ginary X2 (n) ree i and X2 (n) ima g inary, as well as complex multiplication operations by the rotation factors (that is to say, the coefficients of the Fourier transform) rated w ⁇ ml, w ⁇ mig ⁇ , w ⁇ ml , w ⁇ mugmim .
  • the output samples are denoted y y , L U ⁇ /) real, y y , L U ⁇ ) / imaginary, y ⁇ , z U ⁇ ) / real, y ⁇ , z U ⁇ ) / imaginary
  • the internal connections of the BFi module are adapted to perform multiplications of the samples of the Fourier transform, stored in the memories 103 and 104 and denoted C k + ⁇ M real, C k + ⁇ M imag, by the coefficients of the function of IOTA, denoted iOTA k + ⁇ M , and to add the results to the results of the preceding filtering operation, denoted F _in k + ⁇ M real, F _in k + ⁇ M imag, with 0 ⁇ / ⁇ 3. filtering output results are noted
  • a modulation and / or demodulation device comprising a signal processing component according to this exemplary embodiment of the invention requires only 64 real multipliers and 80 real adders for a parallelism of 4, whereas according to the techniques of the prior art, a modulator delivering an OFDM / OQAM / IOTA signal is based on the implementation of 160 real multipliers and 304 real adders.
  • FIG. 6A illustrates a connection structure making it possible to provide a mathematical transformation function from the frequency domain to the time domain, for example an inverse Fourier transform.
  • Figure HB illustrates a connection structure for providing a filter function, for example by the prototype function IOTA.
  • the elementary modules of the first two stages, referenced BF1 to BF16, comprise only complex adders, whereas the elementary modules of the last two stages, referenced BF17 to BF32, comprise complex multipliers and complex adders. .
  • 128 points of the FFT are first stored in a first memory 113, of size N-128.
  • the eight sequences of sixteen points are then read one after another at each clock stroke.
  • addresses read in the memory 113 are for the eight sequences:
  • Seq. 1) 0, 8, 16, 24, 32, ..., 104, 112, 120 Seq. 2) 1, 9, 17, 25, 33, ..., 105, 113, 121 Seq. 3) 2, 10, 18, 26, 34, ..., 106, 114, 122 Seq. 4) 3, 11, 19, 27, 35, ..., 107, 115, 123 Seq. 5) 4, 12, 20, 28, 36, ..., 108, 116, 124
  • the first three floors of the FFT are then realized, and it remains only to calculate the last four floors of the FFT. These last four floors of the FFT correspond to eight FFTs of sixteen points. We read the eight sequences of sixteen points one after the other, each clock stroke.
  • the addresses read in the memory 113 are for the eight sequences: Seq. 1) 0 to 15
  • the results are then stored in the memory 113, at the same address as during the reading.
  • the memory 113 then includes the result of the 128-point FFT.
  • FIG. 6A illustrates a radix-2 algorithm according to a frequency interleaving
  • the invention is not limited to this type of interleaving, and also applies to time interleaving.
  • the control unit modifies the connection configuration of the connection means of at least a portion of the elementary modules of the matrix 111, defining a second connection structure with the same elementary modules BFi, l ⁇ i ⁇ 32, to ensure a filter function.
  • a second connection structure with the same elementary modules BFi, l ⁇ i ⁇ 32.
  • the modules BF1 to BF16 used only in the FFT structure, include input ports and output ports whose external connections are configurable.
  • Modules BF17 to BF32 used in both the FFT structure and the filtering structure, include input and output ports with configurable external connections as well as configurable internal connections.
  • Each of these elementary modules BFi with 17 ⁇ i ⁇ 32 conforms to the elementary module shown in FIGS. 12A and 12B in the FFT structure and in the filter structure respectively.
  • the filtering consists of multiplying the samples at the output of the inverse Fourier transform stored in the storage means 115, by the IOTA coefficients stored in a not represented memory, and adding the results to the results of the filtering of the symbol. Previously stored in a filter memory 115.
  • multiplexers allow to select the IOTA coefficients, the samples of the result of the FFT stored in the memories 113 or 114, and the results of the previous filtering in filter memories 115.
  • the memories 113 and 114 are used to store intermediate samples of the FFT and to act as buffers in order to feed the calculations of the filtering function.
  • the filter memories 115 comprise three memories 1151, 1152 and 1153 of size N, and a memory 1154 of size N 12.
  • the filtering procedure is as follows: 1. reading the samples at the output of the IFFT in one of the two memories of the FFT, for example the memory 113;
  • a modulation and / or demodulation device comprising a signal processing component according to the invention only requires 128 real multipliers and 192 real adders for a parallelism of 8, whereas according to the techniques of FIG.
  • a modulator delivering an OFDM / OQAM / IOTA signal is based on the implementation of 160 real multipliers and 304 real adders for a parallelism of 4.
  • the processing component of a signal according to the invention makes it possible to achieve a very high processing rate (of the order of a few hundred megahertz), while remaining low consumption, because of the decrease in the number of arithmetic operators used.
  • the proposed component thus allows a great flexibility and a great power of computations, thanks to a architecture resting on the parallelism and the pipeline, and the reuse of the same elementary modules to realize different functions as a mathematical transformation between the time and frequency domains or a filtering.
  • the size of the Fourier transform can of course be greater than 4096 points. In the embodiment described, it is limited by the size (N) memories (103 and 104, 113 and 114).
  • a component according to the invention can also be used in a demodulation device, replacing the inverse Fourier transform and filter functions by inverse filtering and direct Fourier transform functions.
  • Such a component comprises the same elements as previously described, namely a set of elementary calculation modules, and a control unit able to configure the connections of the ports of at least a portion of the elementary modules to achieve at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a function of mathematical transformation of the signal between the time and frequency domains (for example a direct FFT), and a signal filtering function (for example inverse polyphase filtering). It is therefore possible to use the same component to carry out the direct and inverse Fourier transformation operations for example.
  • a function of mathematical transformation of the signal between the time and frequency domains for example a direct FFT
  • a signal filtering function for example inverse polyphase filtering
  • the filtering algorithm and the mode of operation of the architecture at the reception may be based on the structure presented in FIG. European patent EP 1 005 748 cited above.
  • reception filtering requires only 2 • 2 (L-1) real adders (for the real and imaginary part) instead of the 2 • 2 L real adders on transmission.
  • the mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain is the Fourier transform.
  • another function of mathematical transformation of the signal between the time domain and the frequency domain for example a direct cosine transform, could be used.

Abstract

The invention relates to a component (81) for processing a digital signal, that comprises: an assembly (101, 111) of elementary calculation modules including a connection means; and a control unit (83) capable of configuring the connection means of at least a portion of the elementary modules in order to achieve two connection structures with said elementary modules respectively ensuring a mathematical conversion function of the digital signal between the time domain and the frequency domain, and a multiple-phase filtration function by a prototype signal function.

Description

Composant de traitement d'un signal numérique, dispositif de modulation et/ou de démodulation, procédé de modulation et/ou de démodulation et programme d'ordinateur correspondants. Component for processing a digital signal, modulation and / or demodulation device, modulation and / or demodulation method and corresponding computer program.
1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des télécommunications, par voie filaire ou sans fil.FIELD OF THE DISCLOSURE The field of the invention is that of telecommunications, by wired or wireless means.
Plus précisément, l'invention concerne les communications basées sur les modulations à porteuses multiples, par exemple de type OFDM (en anglais « Orthogonal Frequency Division Multiplexing », en français « Multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence »).More specifically, the invention relates to communications based on multicarrier modulations, for example OFDM type (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, in English "Orthogonal frequency division multiplexing").
Notamment, la technique selon l'invention est bien adaptée à la modulation et la démodulation de signaux de type OFDM/QAM (en anglais « OFDM / Quadrature Amplitude Modulation »), ou OFDM/OQAM (en anglais « OFDM / Offset Quadrature Amplitude Modulation ») pour laquelle les porteuses sont mises en forme par une fonction prototype, par exemple la fonction IOTA (« Isotropic Orthogonal Transform Algorithm »).In particular, the technique according to the invention is well suited to the modulation and demodulation of OFDM / Quadrature Amplitude Modulation (OFDM / OFDM) or OFDM / OQAM signals (in English OFDM / Offset Quadrature Amplitude Modulation). For which the carriers are shaped by a prototype function, for example the IOTA function ("Isotropic Orthogonal Transform Algorithm").
L'invention concerne plus particulièrement un composant de la couche physique d'un système de communication, réalisant des opérations de traitement du signal, et notamment des opérations de modulation et/ou de démodulation. 2. Art antérieurThe invention relates more particularly to a component of the physical layer of a communication system, performing signal processing operations, including modulation and / or demodulation operations. 2. Prior Art
2.1 Les modulations et démodulations OFDM/OQAM On décrit ci- après l'art antérieur relatif aux modulations avancées de type OFDM/OQAM (en anglais « Offset Quadrature Amplitude Modulation »), associées à une forme d'onde IOTA. Les opérations de modulation ou de démodulation dans un système de transmission multiporteuses de ce type sont classiquement réalisées en utilisant deux composants séparés, l'un réalisant une transformation de Fourier rapide du signal (en anglais FFT pour « Fast Fourier Transform ») et l'autre un filtrage polyphasé par la fonction prototype IOTA, pour la synthèse du signal OFDM/OQAM. Les figures 1 et 2 illustrent ainsi respectivement l'architecture d'un modulateur et d'un démodulateur OFDM/OQAM avec filtrage de mise en forme, selon l'art antérieur.2.1 OFDM / OQAM Modulations and Demodulations The following is a description of the prior art relating to the OFDM / OQAM ("Offset Quadrature Amplitude Modulation") type of modulation, associated with an IOTA waveform. The modulation or demodulation operations in a multicarrier transmission system of this type are conventionally carried out using two separate components, one performing a Fast Fourier Transform (FFT) and the other one. other a polyphase filtering by the prototype function IOTA, for the synthesis of the OFDM / OQAM signal. FIGS. 1 and 2 respectively illustrate the architecture of a modulator and an OFDM / OQAM demodulator with shaping filtering, according to the prior art.
Ainsi qu'illustré en relation avec la figure 1, un modulateur met classiquement en œuvre les étapes suivantes : décomposition 11 des données complexes d'un train binaire entrant x{t)As illustrated in connection with FIG. 1, a modulator conventionally implements the following steps: decomposition 11 of the complex data of an incoming bit stream x {t)
(avec x(t) - a(t) + jb(t) ) en deux données réelles a(t) et b(t) ; modulation en quadrature 12, mettant en œuvre une multiplication des j ) (-1 ) , où L est la longueur de troncature de la fonction prototype, c'est-à-dire le nombre de symboles du signal OFDM/OQAM que filtre la fonction prototype. Cette étape de modulation en quadrature assure un déphasage de π / 2 en temps et en fréquence de chaque porteuse, ce qui permet de garantir une orthogonalité complète des sous-porteuses ; - conversion série/parallèle 13 ; transformation de Fourier inverse (IFFT) 14 ; mise en attente 15 dans une mémoire tampon ; filtrage 16 par la fonction prototype ; conversion parallèle/série 17, délivrant un signal OFDM/OQAM/IOTA s(t) .(with x (t) - a (t) + jb (t)) into two real data a (t) and b (t); quadrature modulation 12, implementing a multiplication of j) (-1), where L is the truncation length of the prototype function, i.e., the number of symbols of the OFDM / OQAM signal that the function filters prototype. This quadrature modulation step ensures a phase shift of π / 2 in time and in frequency of each carrier, which makes it possible to guarantee a complete orthogonality of the sub-carriers; - serial / parallel conversion 13; Fourier inverse transformation (IFFT) 14; put on hold in a buffer; filtering 16 by the prototype function; parallel / serial conversion 17, delivering an OFDM / OQAM / IOTA signal s (t).
Un démodulateur correspondant, tel qu'illustré en relation avec la figure 2, met classiquement en œuvre les étapes suivantes : conversion série/parallèle 21 du signal reçu y(t) ; filtrage 22 par la fonction prototype ; - mise en attente 23 dans une mémoire tampon ; transformation de Fourier directe (FFT) 24 ; conversion parallèle/série 25 ; correction de phase et d'amplitude 26, mettant en œuvre une multiplicationA corresponding demodulator, as illustrated in relation to FIG. 2, conventionally implements the following steps: serial / parallel conversion 21 of the received signal y (t); filtering 22 by the prototype function; - Hold 23 in a buffer memory; direct Fourier transformation (FFT) 24; parallel / serial conversion 25; phase and amplitude correction 26, implementing a multiplication
! e-Jθ>n,ι (-jy+m(n+v e- m,ι du signal par ^ — ^ ^ — ^ , où permet de ! e -J θ > n, ι (- j y + m(n + v e - m , ι of the signal by ^ - ^ ^ - ^, where
PmJ W Pm,l corriger la phase et l'amplitude du signal altéré par le canal, et W la bande allouée au signal, telle que W = ^y , avec M le nombre d'échantillonsPmJ W Pm, l correct the phase and amplitude of the signal altered by the channel, and W the band allocated to the signal, such that W = ^ y, with M the number of samples
d'un symbole et τQ la durée d'un symbole ; extraction (27) de la partie réelle et recombinaison (28) des données réelles par deux, pour former une donnée complexe, et reconstruire le train binaire jc(f) .a symbol and τ Q the duration of a symbol; extraction (27) of the real part and recombination (28) of the real data by two, to form a complex piece of data, and to reconstruct the bit stream jc (f).
2.2 La transformée de Fourier2.2 The Fourier transform
On présente ci-après quelques rappels sur la transformée de Fourier. L'équation de la transformée de Fourier discrète s'écrit :Here are some reminders about the Fourier transform. The equation of the discrete Fourier transform is written:
N-I X(k) = ∑ x(n)W^k ,NI X (k) = Σ x (n) W ^ k ,
TTzfcn . . ( 2πnk λ où Wjj = e - j sml 1 (appelés facteurs de
Figure imgf000005_0001
rotations), avec : n les indices des échantillons temporels ; k les indices des échantillons fréquentiels ; - N le nombre de points de la FFT, qui correspond également au nombre de sous-porteuses dans la modulation OFDM. L'algorithme de calcul de la FFT, ou transformée de Fourier rapide, repose sur la mise en œuvre d'opérations de base, connues sous le nom de « papillon », ou « Butterfly » (BF) en anglais. Plus précisément, chaque module « Butterfly » est composé d'un ensemble d'additionneurs complexes. Certains modules « Butterfly » comprennent également un ensemble de multiplieurs complexes.
TTzfcn. . (2πnk λ where Wjj = e - j sml 1 (called factors of
Figure imgf000005_0001
rotations), with: n the indices of temporal samples; k the indices of the frequency samples; - N the number of points of the FFT, which also corresponds to the number of subcarriers in the OFDM modulation. The algorithm for calculating the FFT, or fast Fourier transform, is based on the implementation of basic operations, known as "butterfly", or "Butterfly" (BF) in English. More precisely, each "Butterfly" module is composed of a set of complex adders. Some "Butterfly" modules also include a set of complex multipliers.
On rappelle que par définition, une addition complexe permet d'additionner deux nombres complexes (de la forme a+jb, où a représente la partie réelle et b la partie imaginaire). Un additionneur complexe est donc composé de deux additionneurs réels. Une multiplication complexe permet quant à elle de multiplier deux nombres complexes. Un multiplieur complexe est composé de quatre multiplieurs réels et deux additionneurs/soustracteurs réels. Plus précisément, la réalisation d'une FFT à N points nécessite log2 NWe recall that by definition, a complex addition makes it possible to add two complex numbers (of the form a + jb, where a represents the real part and b the imaginary part). A complex adder is therefore composed of two real adders. A complex multiplication makes it possible to multiply two complex numbers. A complex multiplier is composed of four real multipliers and two real adders / subtractors. More precisely, the realization of an N-point FFT requires log 2 N
N N étages comprenant chacun — papillons, pour un total de — log2 iV papillons.NN stages each comprising - butterflies, for a total of - log 2 iV butterflies.
2. 2* 2. 2 *
Ainsi, la figure 3 illustre un exemple de calcul d'une FFT à 8 points, utilisant l'algorithme radix-2 (ce qui signifie que chaque papillon a deux entrées) selon un entrelacement en temps.Thus, FIG. 3 illustrates an example of calculation of an 8-point FFT, using the radix-2 algorithm (which means that each butterfly has two inputs) in time interleaving.
Comme indiqué ci-dessus, la réalisation d'une FFT à 8 points nécessiteAs indicated above, the realization of an 8-point FFT requires
N Iog28 = 3 étages 31, 32, 33, comprenant chacun — = 4 papillons (correspondantN Iog 2 8 = 3 stages 31, 32, 33, each comprising - = 4 butterflies (corresponding
N aux croisements sur la figure 3), pour un total de — log2 iV = 12 papillons. LaN at the crossroads in Figure 3), for a total of - log 2 iV = 12 butterflies. The
figure 4 illustre les opérations de calcul effectuées au niveau d'un papillon dans le cas d'un algorithme radix-2.Figure 4 illustrates computational operations performed at a butterfly in the case of a radix-2 algorithm.
Matériellement, l'algorithme de calcul de la FFT peut être implémenté dans une architecture telle qu'illustrée à la figure 5, comprenant un module de calcul « butterfly » 51 (encore noté BF), une mémoire 52 à N points contenant les échantillons en entrée de la FFT, et une unité de contrôle 53. Ainsi, l'algorithme de FFT consiste à prendre les échantillons deux par deux dans la mémoire 52, à effectuer l'opération butterfly 51, et à écrire les résultats dans la même mémoire.Materially, the calculation algorithm of the FFT can be implemented in an architecture as illustrated in FIG. 5, comprising a "butterfly" calculation module 51 (also denoted by BF), an N-point memory 52 containing the samples in question. FFT input, and a control unit 53. Thus, the FFT algorithm consists of taking the samples two by two in the memory 52, performing the operation butterfly 51, and writing the results in the same memory.
Ces opérations sont effectuées papillon par papillon, et étage par étage, jusqu'au dernier papillon du dernier étage. Par exemple, en reprenant l'algorithme illustré en figure 3, les échantillons x [o] et x [4] sont lus dans la mémoire, traités au niveau du papillon 311, et les résultats de l'opération butterfly sont mémorisés dans la même mémoire ; puis c'est au tour des échantillons
Figure imgf000006_0001
et JC[O] , jc[l] et *[5] , et *[3] et
Figure imgf000006_0002
, du premier étage 31. On considère ensuite les papillons des étages suivants. Plus précisément, une fois le premier étage 31 parcouru, on reprend l'algorithme pour le deuxième étage 32, mais cette fois-ci dans un ordre différent, en prenant les échantillons
These operations are performed butterfly butterfly, and floor by floor, until the last butterfly of the last floor. For example, by resuming the algorithm illustrated in FIG. 3, the samples x [o] and x [4] are read from the memory, processed at the butterfly 311, and the results of the butterfly operation are stored in the same memory. memory ; then it's the turn of the samples
Figure imgf000006_0001
and JC [O], jc [l] and * [5], and * [3] and
Figure imgf000006_0002
of the first stage 31. The butterflies of the following stages are then considered. More precisely, once the first stage 31 has been traversed, the algorithm is repeated for the second stage 32, but this time in a different order, taking the samples
;c[θ] et
Figure imgf000006_0003
et *[3] , et *[5] et JC[7] . Puis on reprend l'algorithme pour le troisième étage 33, avec les échantillons
Figure imgf000007_0001
et *[l] , et x[_5~] ,
Figure imgf000007_0002
et j:[3] , et
Figure imgf000007_0003
c [θ] and
Figure imgf000006_0003
and * [3], and * [5] and JC [7]. Then we resume the algorithm for the third stage 33, with the samples
Figure imgf000007_0001
and * [l], and x [_5 ~ ],
Figure imgf000007_0002
and j: [3], and
Figure imgf000007_0003
Afin d'augmenter le débit de traitement, des architectures de typeIn order to increase the processing flow rate, type architectures
« pipeline » ont été proposées, par exemple dans le document "New radix-2 to the 4th power pipeline FFT processor" de J.-Y. Oh et M. -S. Lim (The institute of"Pipeline" have been proposed, for example in the document "New radix-2 to the 4th power pipeline FFT processor" J.-Y. Oh and M. -S. Lim (The institute of
Electronics, Information and Communication Engineer, Volume E88, No. 8,Electronics, Information and Communication Engineer, Volume E88, No. 8,
2005). Ces architectures permettent de traiter simultanément plusieurs étages.2005). These architectures make it possible to simultaneously process several stages.
Selon cette approche, illustrée par exemple en figure 6 pour une FFT à 256 points utilisant un algorithme radix-2 , on utilise log2 iV papillons en même temps (soit 8 papillons), et un papillon par étage (donc huit étages).According to this approach, illustrated for example in FIG. 6 for a 256-point FFT using a radix-2 algorithm, log 2 iV butterflies are used at the same time (ie 8 butterflies), and one butterfly per stage (thus eight stages).
L'architecture reçoit les données (échantillons) une par une, selon le rythme de l'horloge CLK. L'opération papillon est mise en oeuvre tous les deux échantillons reçus, et son résultat envoyé à l'étage suivant.The architecture receives the data (samples) one by one, according to the rhythm of the clock CLK. The butterfly operation is performed every two samples received, and its result sent to the next stage.
Dans cet exemple, le symbole O correspond à un multiplieur complexe optimisé, et le symbole ® à un multiplieur complexe. On rappelle que les multiplieurs complexes optimisés correspondent à des multiplications par des facteurs de rotations égaux à ± — V2 ± j V2 . Les multiplications par ces facteursIn this example, the symbol O corresponds to an optimized complex multiplier, and the symbol ® to a complex multiplier. It is recalled that the optimized complex multipliers correspond to multiplications by rotational factors equal to ± - V2 ± J V2. Multiplications by these factors
2. 2* peuvent être réalisées en utilisant des multiplieurs par des constantes, qui peuvent être implémentés par des registres à décalages et des additionneurs. Les multiplieurs complexes optimisés ont donc une complexité inférieure aux multiplieurs complexes.2. 2 * can be realized by using multipliers with constants, which can be implemented by shift registers and adders. Optimized complex multipliers therefore have a lower complexity than complex multipliers.
2.3 Le filtrage polyphasé2.3 Polyphase filtering
Le filtrage consiste à pondérer (c'est-à-dire à multiplier) les échantillons à la sortie de la transformée de Fourier inverse (IFFT) par les coefficients de la fonction prototype (par exemple la fonction IOTA), et à additionner les résultats aux résultats du filtrage des L-I précédentes sorties de la FFT inverse.The filtering consists in weighting (that is to say, multiplying) the samples at the output of the inverse Fourier transform (IFFT) by the coefficients of the prototype function (for example the IOTA function), and to add the results to the results of the filtering of the previous LI outputs of the inverse FFT.
Plus précisément, le signal OFDM/OQAM/IOTA obtenu en sortie de l'étape de filtrage est de la forme suivante : +oo 2M-1More precisely, the OFDM / OQAM / IOTA signal obtained at the output of the filtering step is of the following form: + oo 2M-1
SV > OFDM /OQAM I IOTA ~ Lu Lu an,mJ °^ nτQ )e n=-∞ m=0 avec an m les échantillons réels à l'entrée de l'étape de filtrage. S V> OFDM / OQAM I IOTA ~ Lu Lu a n, m J ° ^ nτ Q ) in = -∞ m = 0 with a nm the real samples at the input of the filtering step.
Dans le domaine discret, le signal OFDM/OQAM/IOTA en sortie du modulateur peut s'exprimer sous la forme suivante :In the discrete domain, the signal OFDM / OQAM / IOTA at the output of the modulator can be expressed in the following form:
\ >
Figure imgf000008_0001
avec :
\>
Figure imgf000008_0001
with:
O ≤ k ≤ M - 1 ; I e9? ;O ≤ k ≤ M - 1; I e9? ;
O ≤ q ≤ L - 1 ; O si a impair . ; Sk+qM Sl 1 PMr imPair
Figure imgf000008_0002
ou 8k+qM sont ^es échantillons de la fonction Iota calculés tous les y .
O ≤ q ≤ L - 1; O if a odd. ; Sk + qM Sl 1 P Mr i m P air
Figure imgf000008_0002
o u k + 8 ^ es qM are samples of the function calculated Iota all y.
Les figures 7 A à 7C illustrent ainsi la mise en œuvre de l'algorithme de filtrage polyphasé, selon une fonction prototype de type IOTA de longueur de troncature L = 2 , représentée par une fonction triangulaire 71, et traitant M = A échantillons.FIGS. 7A to 7C thus illustrate the implementation of the polyphase filtering algorithm, according to a prototype function of the IOTA type of truncation length L = 2, represented by a triangular function 71, and processing M = A samples.
On note Cn k les échantillons à la sortie de l'étape de transformation deC nk is the samples at the output of the transformation step of
Fourier inverse, à chaque temps/symbole OFDM/OQAM, et Sk+M les échantillons à la sortie de l'étape de filtrage, à chaque temps/symbole OFDM/OQAM.Fourier inverse, at each time / symbol OFDM / OQAM, and S k + M the samples at the output of the filtering step, at each time / symbol OFDM / OQAM.
Plus précisément, à la sortie de la FFT inverse, l'expression des échantillons peut prendre la forme suivante :
Figure imgf000008_0003
Figure imgf000009_0001
où Cn k et Cn k+M représentent respectivement les M premiers et les M derniers échantillons de la transformée de Fourier inverse.
More precisely, at the exit of the inverse FFT, the expression of the samples can take the following form:
Figure imgf000008_0003
Figure imgf000009_0001
where C nk and C n k + M represent respectively the first M and the last M samples of the inverse Fourier transform.
Comme illustré en relation avec la figure 7A, la fonction IOTA est échantillonnée à une fréquence ^y , et 2ML valeurs de la fonction IOTA sontAs illustrated in connection with FIG. 7A, the IOTA function is sampled at a frequency γ, and 2ML values of the IOTA function are
obtenues (la symétrie de la fonction IOTA permet de stocker dans une mémoire ROM, en anglais « read-only memory », en français « mémoire morte », seulement ML+ 1 valeurs). Autrement dit, seize valeurs (2ML = 16 ) de la fonction IOTA 71, notés go à gi5, sont échantillonnées, tous les y .obtained (the symmetry of the IOTA function makes it possible to store in ROM, in English "read-only memory", in French "read-only memory", only ML + 1 values). In other words, sixteen values (2ML = 16) of the IOTA function 71, denoted go to gi5, are sampled, all y.
Comme illustré en relation avec la figure 7B pour le premier symboleAs illustrated in connection with FIG. 7B for the first symbol
OFDM/OQAM ( K - O ), huit (2M = 8 ) nouveaux échantillons complexes de la FFT inverse ( C0 0 , C0 1 , C0 2 , C0 3 , C0 4 , C0 5 , C0 6 , C0 7 ) sont multipliés par la fonction IOTA à chaque temps symbole OFDM/OQAM, et délivrent M = A échantillons complexes ( CQfigQ , C0^g1 , CQag2 , C0^g3 ) . Aux itérations suivantes, le tableau de résultats est décalé et M zéros sont introduits à la fin du tableau.OFDM / OQAM (K - O), eight (2M = 8) new complex samples of the inverse FFT (C 0 0 , C 0 1 , C 0 2 , C 0 3 , C 0 4 , C 0 5 , C 0 6 , C 0 7 ) are multiplied by the IOTA function at each symbol time OFDM / OQAM, and deliver M = A complex samples (C Qfi g Q , C 0 ^ g 1 , C Qa g 2 , C 0 ^ g 3 ). At subsequent iterations, the result array is shifted and M zeros are introduced at the end of the array.
Ainsi, comme illustré en relation avec la figure 7C pour le deuxième symbole OFDM/OQAM ( K = I), quatre « zéros » sont introduits à la fin du tableau de résultats. Les huit (2M = 8) nouveaux échantillons C1 Q 5C1 p C1 2, C1 3, C1 4, C1 5, C1 6, C1 7 sont alors pondérés par les coefficientsThus, as illustrated in connection with FIG. 7C for the second OFDM / OQAM symbol (K = I), four "zeros" are introduced at the end of the results table. The eight (2M = 8) new samples C 1 Q 5 C 1 p C 1 2 , C 1 3 , C 1 4 , C 1 5 , C 1 6 , C 1 7 are then weighted by the coefficients
IOTA, et additionnés aux résultats précédents et ainsi de suite.IOTA, and added to the previous results and so on.
À la 2L itération, le calcul des échantillons en sortie de l'étape de filtrage atteint un régime stationnaire 72, et les échantillons de sortie correspondent à la somme de 2L échantillons de la FFT inverse pondérés. Un exemple d'architecture optimisée pour cet algorithme de filtrage, utilisant 2L multiplieurs réels et 2L additionneurs réels, est décrit dans le brevet européen EP 1 005 748 déposé le 30/06/1998 aux noms de FRANCE TELECOM et TELEDIFFUSION DE FRANCE. En particulier, pour tenir compte de la partie réelle et de la partie imaginaire des échantillons complexes à la sortie de la FFT, il est nécessaire d'utiliser deux fois plus de multiplieurs et d'additionneurs réels, soit 2 • IL multiplieurs réels et 2 • 2L additionneurs réels.At the 2L iteration, the calculation of the samples at the output of the filtering step reaches a steady state 72, and the output samples correspond to the sum of 2L samples of the weighted inverse FFT. An example of architecture optimized for this filtering algorithm, using 2L real multipliers and 2L real adders, is described in the European patent EP 1 005 748 filed on 30/06/1998 in the names of FRANCE TELECOM and TELEDIFFUSION DE FRANCE. In particular, to take into account the part In the real world and the imaginary part of the complex samples at the output of the FFT, it is necessary to use twice as many real multipliers and adders, ie 2 • 2 real multipliers and 2 • 2L real adders.
2.4 Inconvénients des techniques de l'art antérieur Ces techniques de l'art antérieur présentent plusieurs inconvénients.2.4 Disadvantages of the Techniques of the Prior Art These prior art techniques have several disadvantages.
Tout d'abord, il est à noter que ces techniques nécessitent une importante puissance de calculs, ainsi qu'une grande capacité de mémorisation.First of all, it should be noted that these techniques require a large amount of computing power, as well as a large storage capacity.
Par exemple, le filtrage nécessite l'utilisation de mémoires supplémentaires, de taille \2L - IJM . Ainsi, pour une longueur de troncature de la fonction IOTA L - 4 , l'architecture optimisée de l'algorithme de filtrage nécessite 2L - 2 = 16 multiplieurs réels, et 2L - 2 = 16 additionneurs réels ainsi qu'une mémoire d'échantillons complexes de taille \1L - Y\M - 3,5N . Il est à noter que d'autres valeurs de L, ne dépassant pas la valeur 8, peuvent être utilisées. De plus, il est nécessaire d'utiliser une interface entre l'unité de transformation de Fourier inverse et l'unité de filtrage côté modulateur, ou entre l'unité de filtrage et l'unité de transformation de Fourier directe côté démodulateur. Cette interface permet de stocker des échantillons dans une mémoire tampon, jusqu'à l'arrivée d'un échantillon voulu. En effet, l'unité de filtrage ne peut travailler que lorsqu'elle dispose du premier échantillon en sortie de l'unité de transformation de Fourier inverse, ainsi que de l'échantillon situé M = N 12 échantillons après.For example, filtering requires the use of additional memories, of size \ 2L - IJM. Thus, for a truncation length of the IOTA L-4 function, the optimized architecture of the filtering algorithm requires 2L - 2 = 16 real multipliers, and 2L - 2 = 16 real adders as well as a sample memory complexes of size \ 1L - Y \ M - 3,5N. It should be noted that other values of L, not exceeding the value 8, can be used. In addition, it is necessary to use an interface between the inverse Fourier transform unit and the filtering unit on the modulator side, or between the filtering unit and the direct Fourier transforming unit on the demodulator side. This interface makes it possible to store samples in a buffer memory until the arrival of a desired sample. Indeed, the filter unit can work only when it has the first sample output of the inverse Fourier transform unit, and the sample located M = N 12 samples after.
Par ailleurs, les techniques classiques ne permettent pas d'atteindre un haut débit de traitement, tout en limitant la consommation. Notamment, ces techniques ne permettent pas d'atteindre de très hauts débits, comme par exemple un débit de 480 Mb/s sur une largeur de bande de 528 MHz et 128 porteuses, pour le cas de l'ultra large bande (UWB, en anglais « Ultra Wide Bande »).Furthermore, conventional techniques do not achieve a high flow rate, while limiting consumption. In particular, these techniques do not make it possible to achieve very high data rates, for example a bit rate of 480 Mb / s over a bandwidth of 528 MHz and 128 carriers, for the case of ultra-wideband (UWB, in English "Ultra Wide Band").
Pour de telles applications, il est possible de paralléliser et de « pipeliner » le traitement des données, pour accroître le débit de traitement. On entend notamment par « parallélisme » le traitement concurrent de plusieurs papillons d'un même étage, et par « pipeline » le traitement concurrent de plusieurs papillons de différents étages.For such applications, it is possible to parallelize and "pipeliner" the data processing, to increase the flow of treatment. "Parallelism" is understood to mean the concurrent treatment of several butterflies of the same floor, and by "pipeline" the concurrent treatment of several butterflies of different floors.
Toutefois, cette solution comporte encore des inconvénients, puisque l'utilisation d'un algorithme de FFT « pipeline » impose une architecture comprenant autant de papillons que d'étages (soit log2 N ), multiplié par le degré de parallélisme. Par exemple, si l'on considère une FFT de 4096 points pipelinée sur 12 étages (Iog24096 = 12 ), et un parallélisme de 4, l'architecture correspondante nécessite l'utilisation de 24 multiplieurs complexes et 48 papillons pour la mise en œuvre de l'algorithme de transformée de Fourier. Un nombre important de ressources arithmétiques et de mémoires est donc nécessaire, auquel il faut encore ajouter les ressources pour le filtrage en tenant compte des ressources supplémentaires dues au parallélisme. En considérant de nouveau un parallélisme de 4 pour le filtrage (soit 4 unités de filtrage en parallèle), l'architecture correspondante nécessite l'utilisation de 64 multiplieurs réels et 64 additionneurs réels pour la mise en œuvre de l'algorithme de filtrage.However, this solution also has disadvantages, since the use of a FFT "pipeline" algorithm requires an architecture comprising as many butterflies as stages (log 2 N), multiplied by the degree of parallelism. For example, if we consider a FFT of 4096 points pipelined on 12 floors (Iog 2 4096 = 12), and a parallelism of 4, the corresponding architecture requires the use of 24 complex multipliers and 48 butterflies for the implementation. implementation of the Fourier transform algorithm. A large number of arithmetic resources and memories are therefore necessary, to which the resources for filtering must be added taking into account the additional resources due to parallelism. Considering again a parallelism of 4 for the filtering (ie 4 parallel filtering units), the corresponding architecture requires the use of 64 real multipliers and 64 real adders for the implementation of the filtering algorithm.
Ainsi, selon cet exemple, le modulateur délivrant un signal OFDM/OQAM/IOTA repose sur la mise en œuvre de 160 multiplicateurs réels et 304 additionneurs réels, ce qui demande une puissance de calcul importante et une grande capacité de mémorisation. 3. Exposé de l'inventionThus, according to this example, the modulator delivering an OFDM / OQAM / IOTA signal is based on the implementation of 160 real multipliers and 304 real adders, which requires a large calculation power and a large storage capacity. 3. Presentation of the invention
L'invention propose un nouveau composant de traitement d'un signal numérique, c'est-à-dire un signal discret comprenant une suite de valeurs numériques discrètes, nécessitant moins de ressources arithmétiques et de mémoires que les composants de l'art antérieur pour réaliser à la fois une opération de transformation mathématique du signal entre les domaines temporel et fréquentiel (par exemple une transformée de Fourier directe ou inverse) et une opération de filtrage.The invention proposes a new component for processing a digital signal, that is to say a discrete signal comprising a series of discrete digital values, requiring fewer arithmetic resources and memories than the components of the prior art for performing both a mathematical transformation operation of the signal between the time and frequency domains (for example a direct or inverse Fourier transform) and a filtering operation.
Selon l'invention, un tel composant comprend : un ensemble de modules élémentaires de calcul ayant des moyens de connexion, et une unité de contrôle apte à configurer les connexions des moyens de connexion d'au moins une partie des modules élémentaires pour réaliser au moins deux structures de connexion avec lesdits modules élémentaires assurant respectivement une fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, et une fonction de filtrage polyphasé par une fonction prototype du signal.According to the invention, such a component comprises: a set of elementary calculation modules having connection means, and a control unit able to configure the connections of the connection means of at least a part of the elementary modules to produce at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a mathematical transformation function of the signal between the time domain and the domain frequency, and a polyphase filtering function by a prototype function of the signal.
Ainsi, l'invention repose sur une approche nouvelle et inventive de la mise en œuvre des fonctions de transformation mathématique entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel et de filtrage dans un composant de traitement d'un signal.Thus, the invention is based on a new and inventive approach to the implementation of mathematical transformation functions between the time domain and the frequency domain and filtering in a signal processing component.
On note qu'on entend par « transformation mathématique entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel » aussi bien une transformation d'un signal numérique du domaine temporel vers le domaine fréquentiel, qu'une transformation d'un signal numérique du domaine fréquentiel vers le domaine temporel.It is noted that "mathematical transformation between the time domain and the frequency domain" is understood to mean both a transformation of a digital signal from the time domain to the frequency domain, and a transformation of a digital signal from the frequency domain to the frequency domain. time domain.
La technique proposée repose sur l'utilisation d'un composant générique, dont tout ou partie des connexions internes, lesquelles comprennent des connexions externes, c'est-à-dire les entrées et/ou sorties, des modules élémentaires mais également des connexions internes aux modules élémentaires, peuvent être modifiées pour réaliser différentes fonctions entrant notamment dans la modulation ou la démodulation d'un signal multi-porteuses, telles que des fonctions de filtrage ou de transformation mathématique, du domaine temporel vers le domaine fréquentiel ou l'inverse.The proposed technique is based on the use of a generic component, including all or part of the internal connections, which include external connections, ie inputs and / or outputs, elementary modules but also internal connections. to the elementary modules, can be modified to perform various functions including entering the modulation or demodulation of a multi-carrier signal, such as filtering or mathematical transformation functions, from the time domain to the frequency domain or vice versa.
L'invention permet donc de réutiliser des modules élémentaires de calcul du composant pour effectuer soit des opérations de filtrage, soit des opérations de transformation mathématique entre les domaines temporel et fréquentiel.The invention therefore makes it possible to reuse elementary modules for calculating the component to perform either filtering operations or mathematical transformation operations between the time and frequency domains.
Selon un mode de réalisation particulier, l'unité de contrôle est adaptée pour configurer les moyens de connexion de manière à réaliser les deux structures de connexion de manière alternative. Autrement dit, l'unité de contrôle permet de réaliser une première structure de connexion en configurant les connexions externes (entrées/sorties) et/ou internes d'au moins certains modules élémentaires de l'ensemble, puis de réaliser au moins une deuxième structure de connexion en reconfigurant ces connexions.According to a particular embodiment, the control unit is adapted to configure the connection means so as to make the two connection structures alternately. In other words, the control unit makes it possible to produce a first structure connection by configuring the external connections (inputs / outputs) and / or internal of at least some elementary modules of the set, then to achieve at least a second connection structure by reconfiguring these connections.
Dans un mode de réalisation particulier, l'ensemble de modules élémentaires forme une matrice comprenant P x Q modules élémentaires, P etIn a particular embodiment, the set of elementary modules forms a matrix comprising P × Q elementary modules, P and
Q représentant respectivement un degré de parallélisme et un nombre d'étages, les modules élémentaires formant la matrice étant interconnectés dans la structure de connexion assurant la fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, de manière à former Q étages, comportant chacun P modules élémentaires aptes à opérer des traitements parallèles, et P canaux parallèles, comportant chacun Q modules élémentaires aptes à opérer des traitements séquentiels.Q respectively representing a degree of parallelism and a number of stages, the elementary modules forming the matrix being interconnected in the connection structure providing the mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, so as to form Q stages , each comprising P elementary modules able to perform parallel processing, and P parallel channels, each comprising Q elementary modules able to perform sequential processing.
Le choix d'une telle structure pour réaliser la transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel offre une reconfiguration aisée pour réaliser la structure de filtrage.The choice of such a structure to perform the mathematical transformation of the signal between the time domain and the frequency domain offers easy reconfiguration to achieve the filtering structure.
On rappelle que le degré de parallélisme P permet un traitement simultané de plusieurs modules élémentaires d'un même étage, et le nombre d'étages ou « profondeur de pipeline » Q permet un traitement simultané de plusieurs modules élémentaires d'étages différents. En particulier, il est possible de choisir le nombre d'étages Q et de canauxIt is recalled that the degree of parallelism P allows simultaneous processing of several elementary modules of the same stage, and the number of stages or "pipeline depth" Q allows simultaneous processing of several elementary modules of different stages. In particular, it is possible to choose the number of stages Q and channels
P en fonction de la rapidité de traitement autorisée pour atteindre un débit désiré. Avantageusement, la structure assurant la fonction de transformation mathématique est adaptée pour mettre en œuvre un algorithme radix-2 , où i correspond au nombre Q d'étages de la matrice, et le degré de parallélisme P et le nombre d'étages Q sont tels que Q - log2(2P) .P depending on the speed of treatment allowed to reach a desired flow rate. Advantageously, the structure providing the mathematical transformation function is adapted to implement a radix-2 algorithm, where i corresponds to the number Q of stages of the matrix, and the degree of parallelism P and the number of stages Q are such that that Q - log 2 (2P).
Selon un aspect avantageux de l'invention, chaque étage de la matrice comprend au moins quatre modules élémentaires.According to an advantageous aspect of the invention, each stage of the matrix comprises at least four elementary modules.
Une telle structure présentant plusieurs étages comportant chacun au moins quatre modules élémentaires permet d'atteindre des débits de l'ordre de plusieurs centaines de mégahertz. En particulier, un tel composant de traitement d'un signal numérique est bien adapté pour assurer une modulation et/ou une démodulation d'un signal de type OFDM/OQAM/IOTA.Such a structure having several stages each comprising at least four elementary modules makes it possible to reach bit rates of the order of several hundred megahertz. In particular, such a treatment component a digital signal is well suited to provide modulation and / or demodulation of an OFDM / OQAM / IOTA type signal.
Les modules élémentaires comprennent des moyens de calcul aptes à réaliser des opérations arithmétiques d'addition complexe et/ou de multiplication complexe. Autrement dit, ils comprennent des additionneurs complexes et/ou des multiplieurs complexes.The elementary modules comprise calculation means capable of performing arithmetic operations of complex addition and / or complex multiplication. In other words, they include complex adders and / or complex multipliers.
Dans une forme de réalisation particulière, au moins une partie des modules élémentaires comprenant une pluralité de moyens de connexion externe du module élémentaire et une pluralité de moyens de calcul dotés de moyens de connexion interne, l'unité de contrôle est adaptée pour configurer les connexions internes desdits modules élémentaires, entre les moyens de calcul et les moyens de connexion externe et entre les moyens de calcul eux-mêmes, pour réaliser les deux structures de connexion.In a particular embodiment, at least a portion of the elementary modules comprising a plurality of external connection means of the elementary module and a plurality of calculation means provided with internal connection means, the control unit is adapted to configure the connections. internal of said elementary modules, between the calculation means and the external connection means and between the calculation means themselves, to achieve the two connection structures.
Avantageusement, la matrice comprend un premier ensemble d'au moins un étage de modules élémentaires comprenant des moyens de calcul aptes à ne réaliser que des opérations arithmétiques d'addition et un second ensemble d'au moins un étage de modules élémentaires comprenant des moyens de calcul aptes à réaliser des opérations arithmétiques de multiplication et des opérations arithmétiques d'addition. En outre, l'unité de contrôle est adaptée pour court- circuiter les modules élémentaires du premier ensemble et pour modifier les connexions externes et les connexions internes des modules du deuxième ensemble, afin de réaliser la structure de connexion assurant la fonction de filtrage. Pour réaliser la fonction de filtrage, on n'utilise que les modules aptes à réaliser les opérations d'addition complexe et les opérations de multiplication complexe en modifiant les connexions internes de ces modules.Advantageously, the matrix comprises a first set of at least one stage of elementary modules comprising calculation means able to carry out only arithmetic operations of addition and a second set of at least one stage of elementary modules comprising means of calculation capable of performing arithmetic operations of multiplication and arithmetic operations of addition. In addition, the control unit is adapted to short-circuit the elementary modules of the first set and to modify the external connections and the internal connections of the modules of the second set, in order to achieve the connection structure providing the filtering function. To perform the filtering function, only modules capable of performing complex addition operations and complex multiplication operations are used by modifying the internal connections of these modules.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, la transformation mathématique est une transformée de Fourrier directe ou inverse.According to a particular characteristic of the invention, the mathematical transformation is a direct or inverse Fourier transform.
Ainsi, le composant permet aussi bien de réaliser une structure assurant une fonction de transformation mathématique du domaine temporel vers le domaine fréquentiel au moyen d'une transformation de Fourier directe, qu'une structure assurant une fonction de transformation mathématique du domaine fréquentiel vers le domaine temporel au moyen d'une transformation de Fourier inverse.Thus, the component makes it possible to produce a structure providing a mathematical transformation function from the time domain to the frequency domain by means of a direct Fourier transformation structure providing a mathematical transformation function from the frequency domain to the time domain by means of an inverse Fourier transformation.
On pourrait cependant envisager d'utiliser toute autre fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine fréquentiel et le domaine temporel, par exemple la fonction de transformée en cosinus direct, ou "DCT".One could however consider using any other function of mathematical transformation of the signal between the frequency domain and the time domain, for example the direct cosine transform function, or "DCT".
Selon une caractéristique particulière de l'invention, des moyens mémoires étant prévus pour stocker des échantillons intermédiaires calculés par la fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, lesdits moyens mémoires sont également destinés à alimenter les calculs de la fonction de filtrage. Grâce à cela, les moyens mémoires servent à la fois de moyens mémoires pour stocker les échantillons intermédiaires au cours de la transformation mathématique du signal et de moyens mémoires tampons pour alimenter l'opération de filtrage. On économise ainsi une mémoire tampon.According to a particular characteristic of the invention, memory means being provided for storing intermediate samples calculated by the mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, said memory means are also intended to feed the calculations of the function. filtering. With this, the memory means serve both memory means for storing the intermediate samples during the mathematical transformation of the signal and buffering means for feeding the filtering operation. This saves a buffer memory.
Par exemple, la fonction de filtrage est réalisée à partir des échantillons issus de la transformation mathématique du signal entre les domaines temporel et fréquentiel, qui sont stockés dans lesdits moyens mémoires. Ces échantillons sont alors multipliés par des coefficients de filtrage correspondants par exemple aux coefficients de la fonction prototype IOTA, puis additionnés aux échantillons issus de la transformation mathématique et du filtrage déterminés précédemment, par exemple pour un symbole précédent dans le cadre d'une modulation OFDM.For example, the filtering function is performed from the samples resulting from the mathematical transformation of the signal between the time and frequency domains, which are stored in said memory means. These samples are then multiplied by filter coefficients corresponding, for example, to the coefficients of the prototype function IOTA, then added to the samples resulting from the mathematical transformation and the filtering determined previously, for example for a preceding symbol in the context of an OFDM modulation. .
Selon un aspect particulier de l'invention, l'unité de contrôle tient compte d'au moins un paramètre appartenant au groupe comprenant : - un type de modulation ; un nombre de points associé à ladite transformation mathématique ; un type de fonction prototype ; un nombre de recouvrement « L » de la fonction prototype. Ainsi, les connexions des moyens de connexion des modules élémentaires dépendent de différents paramètres, qui peuvent être programmés. Par exemple, le nombre de modules élémentaires de calcul utilisés dans la structure assurant la fonction de transformation mathématique est choisi en fonction du nombre de points associé à ladite transformation mathématique et de la largeur de bande du signal. Un autre aspect de l'invention concerne également un dispositif de modulation et/ou de démodulation comportant un composant de traitement d'un signal tel que décrit précédemment.According to a particular aspect of the invention, the control unit takes into account at least one parameter belonging to the group comprising: a type of modulation; a number of points associated with said mathematical transformation; a type of prototype function; a recovery number "L" of the prototype function. Thus, the connections of the connection means of the elementary modules depend on various parameters, which can be programmed. For example, the number of elementary calculation modules used in the structure providing the mathematical transformation function is chosen according to the number of points associated with said mathematical transformation and the signal bandwidth. Another aspect of the invention also relates to a modulation and / or demodulation device comprising a component for processing a signal as described above.
En d'autres termes, un composant de traitement d'un signal tel que décrit précédemment permet d'assurer à la fois les fonctions de transformation mathématique du domaine fréquentiel vers le domaine temporel et de filtrage dans un dispositif de modulation, et/ou les fonctions de filtrage inverse et de transformation mathématique du domaine temporel vers le domaine fréquentiel dans un dispositif de démodulation.In other words, a processing component of a signal as described above makes it possible to ensure both the mathematical transformation functions of the frequency domain to the time domain and of filtering in a modulation device, and / or the inverse filtering and mathematical transformation functions from the time domain to the frequency domain in a demodulation device.
Ainsi, un tel dispositif de modulation est adapté pour réaliser une structure de connexion assurant une fonction de transformation mathématique du signal du domaine fréquentiel vers le domaine temporel, et une structure de connexion assurant une fonction de filtrage.Thus, such a modulation device is adapted to produce a connection structure providing a mathematical transformation function of the signal from the frequency domain to the time domain, and a connection structure providing a filtering function.
Un dispositif de démodulation est quant à lui adapté pour réaliser une structure de connexion assurant une fonction de transformation mathématique du signal du domaine temporel vers le domaine fréquentiel, et une structure de connexion assurant une fonction de filtrage.A demodulation device is adapted for producing a connection structure providing a mathematical transformation function of the signal from the time domain to the frequency domain, and a connection structure providing a filtering function.
Encore un autre aspect de l'invention concerne un équipement d'émission et/ou de réception d'un signal comportant un dispositif de modulation et/ou de démodulation comme ci-dessus. Un tel équipement d'émission est notamment adapté à mettre en œuvre une modulation d'un signal numérique. Il s'agit par exemple d'une station de base, ou d'un terminal de type radiotéléphone, ordinateur portable, assistant personnel de type PDA (en anglais « Personal Digital Assistant »), etc.Yet another aspect of the invention relates to equipment for transmitting and / or receiving a signal comprising a modulation and / or demodulation device as above. Such transmission equipment is particularly suitable for implementing a modulation of a digital signal. This is for example a base station, or a terminal type radiotelephone, laptop, personal assistant type PDA (in English "Personal Digital Assistant"), etc..
Un équipement de réception est quant à lui adapté à mettre en œuvre une démodulation d'un signal numérique. II s'agit par exemple d'un terminal de type radiotéléphone, ordinateur portable, assistant personnel de type PDA (en anglais « Personal Digital Assistant »), etc.Reception equipment is adapted to implement a demodulation of a digital signal. This is for example a radiotelephone type terminal, laptop, personal assistant PDA (in English "Personal Digital Assistant"), etc..
Dans un autre mode de réalisation, l'invention concerne un procédé de modulation ou de démodulation d'un signal numérique.In another embodiment, the invention relates to a method of modulating or demodulating a digital signal.
Un tel procédé comprend : une étape de configuration des connexions des moyens de connexion d'au moins une partie d'un ensemble de modules élémentaires de calcul, apte à définir au moins deux structures de connexion avec lesdits modules élémentaires assurant respectivement une fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, et une fonction de filtrage du signal ; une étape de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, selon une première structure de connexion dudit ensemble ; une étape de filtrage polyphasé par une fonction prototype du signal selon une deuxième structure de connexion dudit ensemble.Such a method comprises: a step of configuring the connections of the connecting means of at least a part of a set of elementary calculation modules, able to define at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a transformation function mathematical signal between the time domain and the frequency domain, and a signal filtering function; a step of mathematical transformation of the signal between the time domain and the frequency domain, according to a first connection structure of said set; a polyphase filtering step by a prototype function of the signal according to a second connection structure of said set.
Un tel procédé est par exemple mis en œuvre dans le dispositif de modulation et/ou démodulation décrit précédemment. Un autre aspect de l'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour mettre en œuvre les étapes du procédé de modulation ou démodulation décrit ci-dessus, lorsque le programme est exécuté par l'ordinateur.Such a method is for example implemented in the modulation and / or demodulation device described above. Another aspect of the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for implementing the steps of the modulation or demodulation method described above, when the program is executed by the computer.
Un tel programme peut être stocké dans ou transmis par un support de données.Such a program can be stored in or transmitted by a data carrier.
Encore un autre aspect de l'invention concerne donc un support d'enregistrement lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur.Yet another aspect of the invention thus relates to a computer-readable recording medium on which the computer program is recorded.
Celui-ci peut être un support matériel de stockage, par exemple un CD- ROM, une disquette magnétique ou un disque dur, ou bien un support transmissible tel qu'un signal électrique, optique ou radio.This may be a hardware storage medium, for example a CD-ROM, a magnetic diskette or a hard disk, or a medium transmissible, such as an electrical, optical or radio signal.
Par exemple, le programme d'ordinateur peut être téléchargé depuis un réseau de communication.For example, the computer program can be downloaded from a communication network.
4. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : les figures 1 et 2 illustrent respectivement une chaîne de modulation et une chaîne de démodulation selon l'art antérieur ; la figure 3 présente l'algorithme radix-2 pour une FFT à huit points ; la figure 4 illustre une opération papillon selon l'algorithme radix-2 ; la figure 5 propose une architecture pour la réalisation d'une FFT ; la figure 6 présente une architecture pipelinée pour une FFT à 256 points4. List of Figures Other features and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of a particular embodiment, given as a simple illustrative and non-limiting example, and the accompanying drawings, among which: Figures 1 and 2 respectively illustrate a modulation chain and a demodulation chain according to the prior art; Figure 3 shows the radix-2 algorithm for an eight point FFT; FIG. 4 illustrates a butterfly operation according to the radix-2 algorithm; FIG. 5 proposes an architecture for producing an FFT; Figure 6 shows a pipelined architecture for a 256-point FFT
3 utilisant l'algorithme radix-2 ; les figures 7 A à 7C illustrent l'algorithme de filtrage selon l'art antérieur ; la figure 8 illustre un composant de traitement d'un signal selon l'invention ; la figure 9 présente les principales étapes du procédé de modulation et/ou démodulation selon l'invention ; les figures 1OA et 1OB illustrent un premier exemple de structures des connexions pour assurer une fonction de transformation mathématique3 using the radix-2 algorithm; FIGS. 7A to 7C illustrate the filtering algorithm according to the prior art; FIG. 8 illustrates a processing component of a signal according to the invention; FIG. 9 presents the main steps of the modulation and / or demodulation method according to the invention; FIGS. 10A and 10B illustrate a first example of connection structures to ensure a mathematical transformation function
(figure 10A) et de filtrage (figure 10B) ; et les figures HA et HB illustrent un deuxième exemple de structures des connexions pour assurer une fonction de transformation mathématique(Figure 10A) and filtering (Figure 10B); and Figures HA and HB illustrate a second example of connection structures to provide a mathematical transformation function
(figure 1 IA) et de filtrage (figure 1 IB), les figures 12A et 12B illustrent la structure interne d'un module élémentaire utilisé dans le composant des figures 1OA et 1OB ainsi que dans celui des figures HA et HB, configuré pour une structure de connexion assurant une fonction de transformation mathématique (figure 12A) et pour une structure de connexion assurant une fonction de filtrage (figure 12B).(FIG. 1A) and filtering (FIG. 1B), FIGS. 12A and 12B illustrate the internal structure of an elementary module used in the component of FIGS. 1OA and 1OB as well as that of FIGS. HA and HB, configured for a connection structure providing a mathematical transformation function (FIG. 12A) and for a connection structure providing a filtering function (FIG. 12B).
5. Description d'un mode de réalisation de l'invention 5.1 Principe général Le principe général de l'invention repose sur l'utilisation d'un unique composant permettant d'assurer à la fois les fonctions de transformation mathématique du domaine fréquentiel vers le domaine temporel et de filtrage côté modulation, et/ou les fonctions de filtrage inverse et de transformation mathématique du domaine temporel vers le domaine fréquentiel côté démodulation.5. DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION 5.1 GENERAL PRINCIPLE The general principle of the invention is based on the use of a single component making it possible to ensure both the mathematical transformation functions of the frequency domain towards the time domain and filtering on the modulation side, and / or the inverse filter functions and the mathematical transformation of the time domain to the frequency domain on the demodulation side.
En d'autres termes, en reprenant les figures 1 et 2, l'invention propose un composant regroupant les étapes de transformation mathématique 14, de mise en attente 15 et de filtrage 16, ou les étapes de filtrage 22, de mise en attente 23, et transformation mathématique 24. Si l'on considère par exemple une modulation avancée de typeIn other words, by repeating FIGS. 1 and 2, the invention proposes a component grouping the steps of mathematical transformation 14, standby 15 and filtering 16, or filtering stages 22, holding 23 , and mathematical transformation 24. Considering, for example, advanced modulation of
OFDM/OQAM associée à une forme d'onde IOTA, l'invention propose un composant générique effectuant les deux principales opérations pour la synthèse du signal OFDM/OQAM, à savoir la transformée de Fourier rapide et le filtrage polyphasé par la fonction prototype IOTA, au lieu de deux composants séparés réalisant respectivement chacune des deux fonctions comme proposé dans les architectures classiques.OFDM / OQAM associated with an IOTA waveform, the invention proposes a generic component carrying out the two main operations for the synthesis of the OFDM / OQAM signal, namely the fast Fourier transform and the multiphase filtering by the IOTA prototype function, instead of two separate components respectively performing each of the two functions as proposed in conventional architectures.
D'emblée, on notera que par l'expression "transformée de Fourier rapide", également notée FFT, on entend désigner soit une transformée de Fourier rapide directe (utilisée pour la démodulation), soit une transformée de Fourier rapide inverse (utilisée pour la modulation).From the outset, it will be noted that by the expression "fast Fourier transform", also denoted FFT, is meant either a direct fast Fourier transform (used for the demodulation), or an inverse fast Fourier transform (used for the modulation).
Ainsi, la solution proposée définit une nouvelle architecture : permettant de réaliser une modulation ou une démodulation à porteuses multiples comprenant un nombre quelconque de sous- porteuses (multiple de 2), - permettant d'atteindre un très haut débit, de l'ordre de plusieurs centaines de mégahertz pour un signal OFDM/OQAM/IOTA, et fonctionnant à basse consommation, en utilisant un minimum de ressources matérielles (c'est-à-dire d'opérateurs arithmétiques, de mémoires, etc). Pour ce faire et comme illustré en figure 8, un composant 81 de traitement d'un signal numérique selon l'invention comprend un ensemble 82 de modules élémentaires de calcul, notés BF, et une unité de contrôle 83 apte à configurer les connexions des moyens de connexion d'au moins une partie des modules élémentaires pour réaliser au moins deux structures de connexion avec les modules élémentaires, de façon à assurer respectivement une fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, et une fonction de filtrage du signal.Thus, the proposed solution defines a new architecture: for performing a modulation or demodulation with multiple carriers comprising any number of sub-carriers (multiple of 2), - to achieve a very high speed, of the order of many hundreds of megahertz for an OFDM / OQAM / IOTA signal, and operating at low power, using a minimum of hardware resources (ie arithmetic operators, memories, etc.). To do this and as illustrated in FIG. 8, a component 81 for processing a digital signal according to the invention comprises a set 82 of elementary calculation modules, denoted by BF, and a control unit 83 able to configure the connections of the means. connecting at least a portion of the elementary modules to realize at least two connection structures with the elementary modules, so as to respectively provide a mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, and a filtering function of the signal.
Plus précisément, l'opération de transformation mathématique entre les domaines temporel et fréquentiel repose sur une structure semi-pipelinée, qui permet de stopper la dépendance au nombre d'étages nécessaires selon la valeur du nombre de points de la transformation mathématique. De plus, cette structure est toujours compatible avec un certain degré de parallélisme, par exemple d'au moins 4.More precisely, the mathematical transformation operation between the time and frequency domains is based on a semi-pipelined structure, which makes it possible to stop the dependence on the number of stages required according to the value of the number of points of the mathematical transformation. In addition, this structure is always compatible with a certain degree of parallelism, for example of at least 4.
L'opération de filtrage réutilise quant à elle au moins certains des modules élémentaires de calcul utilisés pour l'opération de transformation mathématique.The filtering operation reuses for its part at least some of the elementary calculation modules used for the mathematical transformation operation.
Les structures assurant respectivement les fonctions de transformation mathématique et de filtrage sont donc réalisées de manière alternative, autrement dit à tour de rôle.The structures respectively providing the functions of mathematical transformation and filtering are therefore performed alternately, in other words in turn.
On utilise ainsi des modules élémentaires pour effectuer les opérations de multiplication lors de la transformation mathématique et lors du filtrage.Elementary modules are thus used to perform the multiplication operations during the mathematical transformation and during the filtering.
Un tel composant de traitement d'un signal peut notamment être intégré dans un dispositif de modulation, ou un dispositif de démodulation.Such a signal processing component may in particular be integrated in a modulation device, or a demodulation device.
Un dispositif de modulation est notamment adapté à moduler un signal de données pour délivrer un signal à porteuses multiples, en réalisant alternativement une structure de connexion assurant une fonction de transformation mathématique du signal du domaine fréquentiel vers le domaine temporel, et une structure de connexion assurant une fonction de filtrage.A modulation device is particularly adapted to modulate a data signal to deliver a multicarrier signal, alternately realizing a connection structure providing a mathematical transformation function. signal from the frequency domain to the time domain, and a connection structure providing a filtering function.
Un dispositif de démodulation est quant à lui adapté à démoduler un signal à porteuses multiples pour récupérer un signal de données, en réalisant alternativement une structure de connexion assurant une fonction de filtrage, et une structure de connexion assurant une fonction de transformation mathématique du signal du domaine temporel vers le domaine fréquentiel.A demodulation device is in turn adapted to demodulate a multicarrier signal for recovering a data signal, alternately realizing a connection structure providing a filtering function, and a connection structure providing a mathematical transformation function of the signal of the signal. time domain to the frequency domain.
L'invention concerne également un procédé de modulation ou de démodulation d'un signal tel qu'illustré en figure 9, comprenant : - une étape de configuration 91 des connexions des moyens de connexion d'au moins une partie d'un ensemble de modules élémentaires de calcul, apte à définir au moins deux structures de connexion avec lesdits modules élémentaires assurant respectivement une fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, et une fonction de filtrage du signal ; une étape de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel 92, selon une première structure de connexion de l'ensemble de modules élémentaires ; une étape de filtrage du signal 93 selon une deuxième structure de connexion de l'ensemble de modules élémentaires.The invention also relates to a method for modulating or demodulating a signal as illustrated in FIG. 9, comprising: a configuration step 91 of the connections of the connection means of at least a part of a set of modules elementary calculating elements, able to define at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, and a signal filtering function; a step of mathematical transformation of the signal between the time domain and the frequency domain 92, according to a first connection structure of the set of elementary modules; a step of filtering the signal 93 according to a second connection structure of the set of elementary modules.
Un dispositif de modulation et/ou démodulation tel que présenté ci-dessus peut comprendre une unité de traitement, équipée par exemple d'un microprocesseur et pilotée par un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour mettre en œuvre les étapes du procédé de modulation et/ou démodulation décrit ci-dessus lorsqu'il est exécuté par le dispositif. Ce programme peut être stocké dans ou transmis par un support de données. Celui-ci peut être un support matériel de stockage, par exemple un CD- ROM, une disquette magnétique ou un disque dur, ou bien un support transmissible tel qu'un signal électrique, optique ou radio. Un composant de traitement d'un signal selon l'invention permet donc d'assurer au moins deux fonctions distinctes avec les modules élémentaires, parmi lesquelles au moins une fonction de transformation mathématique entre les domaines temporel et fréquentiel et au moins une fonction de filtrage, tout en conservant à la fois les avantages du pipeline et du parallélisme. On rappelle qu'on entend par « parallélisme » le traitement concurrent de plusieurs modules élémentaires d'un même étage de l'ensemble de modules élémentaires, et par « pipeline » le traitement concurrent de plusieurs modules élémentaires de différents étages. En particulier, on considère que l'ensemble des modules élémentaires de calcul forme une matrice. 5.2 Exemples de réalisationA modulation and / or demodulation device as presented above may comprise a processing unit, equipped for example with a microprocessor and driven by a computer program comprising program code instructions for implementing the steps of the program. method of modulation and / or demodulation described above when executed by the device. This program can be stored in or transmitted by a data carrier. This may be a hardware storage medium, for example a CD-ROM, a magnetic diskette or a hard disk, or a transmissible medium such as an electrical, optical or radio signal. A processing component of a signal according to the invention therefore allows to provide at least two distinct functions with the elementary modules, among which at least one mathematical transformation function between the time and frequency domains and at least one filtering function, while retaining both the advantages of the pipeline and the parallelism. It will be recalled that "parallelism" means the concurrent processing of several elementary modules of the same stage of the set of elementary modules, and "pipeline" the concurrent processing of several elementary modules of different stages. In particular, it is considered that all the elementary calculation modules form a matrix. 5.2 Examples of realization
On décrit ci-après deux exemples de réalisation de l'invention, dans le cadre d'une modulation avancée OFDM de type OQAM, mettant en œuvre la fonction prototype IOTA.Two embodiments of the invention are described below, in the context of advanced OFDM modulation of the OQAM type, implementing the IOTA prototype function.
Il est bien entendu que l'invention ne se limite pas à ce type de modulation, et peut également s'appliquer à d'autres modulations à porteuses multiples, et notamment aux modulations classiques, par exemple de type OFDM/QAM, ne mettant pas en œuvre de filtrage.It is understood that the invention is not limited to this type of modulation, and can also be applied to other multicarrier modulations, and in particular to conventional modulations, for example of the OFDM / QAM type, which do not filtering.
De plus, d'autres fonctions prototype peuvent être utilisées, comme par exemple la fonction de Nyquist, la fonction Hermite ou toute nouvelle forme d'onde reposant sur la modulation OFDM/OQAM.In addition, other prototype functions can be used, such as the Nyquist function, the Hermite function or any new waveform based on the OFDM / OQAM modulation.
A) Premier exemple : degré de parallélisme égal à 4A) First example: degree of parallelism equal to 4
Selon la rapidité de traitement autorisée pour atteindre le débit désiré, le composant de traitement d'un signal comprend différents degrés de parallélisme et de "pipeline" (c'est-à-dire de mise en série). Par exemple, pour atteindre un débit de plusieurs centaines de mégahertz pour un signal OFDM/OQAM/IOTA et une taille de transformée mathématique entre 2 et 4096 points (et donc 12 étages), le composant peut être réalisé avec un parallélisme d'au moins 4.Depending on the speed of processing allowed to reach the desired rate, the signal processing component includes different degrees of parallelism and "pipeline" (ie, serialization). For example, to reach a bit rate of several hundred megahertz for an OFDM / OQAM / IOTA signal and a mathematical transform size between 2 and 4096 points (and thus 12 stages), the component can be realized with a parallelism of at least 4.
Les figures 1OA et 1OB illustrent deux structures de connexion avec les modules élémentaires d'un ensemble 101 de modules élémentaires de calculs formant une matrice, notés BFl, BF2, ... BF12, pour un parallélisme de 4, et un degré de pipeline (c'est-à-dire un nombre d'étages en série) de 3, côté modulation. Plus précisément, la figure 1OA illustre une structure de connexion permettant d'assurer une fonction de transformation mathématique du domaine fréquentiel vers le domaine temporel si l'on se place côté modulation, par exemple une transformée de Fourier inverse. La figure 1OB illustre une structure de connexion permettant d'assurer une fonction de filtrage, par exemple par la fonction prototype IOTA.FIGS. 10A and 10B illustrate two connection structures with the elementary modules of a set 101 of elementary calculation modules forming a matrix, denoted BF1, BF2,... BF12, for a parallelism of 4, and a degree of pipeline (that is to say a number of stages in series) of 3, modulation side. More precisely, FIG. 10A illustrates a connection structure making it possible to provide a mathematical transformation function from the frequency domain to the time domain if it is placed on the modulation side, for example an inverse Fourier transform. FIG. 1B illustrates a connection structure making it possible to provide a filtering function, for example by the IOTA prototype function.
Ainsi, le composant de traitement d'un signal comprend une matrice 101 de modules élémentaires de calculs, comprenant P x Q modules élémentaires permettant de réaliser les opérations de transformation mathématique et de filtrage, avec P le degré de parallélisme et Q le nombre d'étages de la matrice (encore appelé profondeur ou degré du pipeline), tel que g = log2(2P) , et manipulant 2P données à la fois à l'entrée du composant. Autrement dit, la structure de connexion est composée de Q étages comportant chacun P modules élémentaires aptes à opérer des traitements parallèles, et P canaux parallèles, comportant chacun Q modules élémentaires aptes à opérer des traitements séquentiels.Thus, the signal processing component comprises a matrix 101 of elementary calculation modules, comprising P × Q elementary modules for carrying out the mathematical transformation and filtering operations, with P the degree of parallelism and Q the number of modules. stages of the matrix (also called depth or degree of the pipeline), such as g = log 2 (2P), and manipulating 2P data at once at the input of the component. In other words, the connection structure is composed of Q stages each comprising P elementary modules able to perform parallel processing, and P parallel channels, each comprising Q elementary modules able to perform sequential processing.
Par exemple, pour les figures 1OA et 1OB, on a un parallélisme P = 4 et un pipeline de Q - 3 , définissant une matrice de 12 modules élémentaires de calcul, et on manipule huit données à la fois à l'entrée du composant (huit entrées sur le premier étage de la matrice comprenant les modules élémentaires BFl, BF2, BF3 et BF4, huit entrées sur le deuxième étage de la matrice comprenant les modules élémentaires BF5, BF6, BF7 et BF8, et huit entrées sur le troisième étage de la matrice comprenant les modules élémentaires BF9, BFlO, BFI l et BF12).For example, for FIGS. 10A and 10B, there is a parallelism P = 4 and a pipeline of Q-3, defining an array of 12 elementary calculation modules, and eight data are manipulated at a time at the input of the component ( eight inputs on the first stage of the matrix comprising the elementary modules BF1, BF2, BF3 and BF4, eight inputs on the second stage of the matrix comprising the elementary modules BF5, BF6, BF7 and BF8, and eight inputs on the third stage of the matrix comprising the elementary modules BF9, BF10, BFI 1 and BF12).
Les modules élémentaires BFl à BF4 du premier étage comprennent de simples additionneurs complexes, alors que les modules élémentaires BF5 à BF 12 des deux derniers étages comprennent des multiplieurs, ou "multiplicateurs", complexes et des additionneurs complexes. L'unité de contrôle comprend notamment des moyens de court-circuit (102) d'au moins un étage de la matrice, en l'espère le premier étage comprenant les additionneurs des modules BFl à BF4. En outre, elle est agencée pour modifier les connexions externes et les connexions internes des modules BF5 à BF12 des deux derniers étages, comprenant des multiplieurs et des additionneurs, pour réaliser soit la structure de connexion assurant la fonction de transformation mathématique du signal entre les domaines temporel et fréquentiel, soit la structure de connexion assurant la fonction de filtrage. Ainsi, l'architecture est modulaire et la matrice peut être utilisée en totalité ou en partie en court-circuitant ici un étage de la matrice lors de la FFT, ce qui permet d'obtenir plusieurs degrés de parallélisme ou de profondeur de pipeline.The elementary modules BF1 to BF4 of the first stage comprise simple complex adders, while the elementary modules BF5 to BF 12 of the last two stages comprise multipliers, or "multipliers", complex and complex adders. The control unit includes short-circuit means (102) of at least one stage of the matrix, hopefully the first stage comprising the adders of the modules BF1 to BF4. In addition, it is arranged to modify the external connections and the internal connections of the modules BF5 to BF12 of the two last stages, comprising multipliers and adders, to realize either the connection structure ensuring the mathematical transformation function of the signal between the domains. time and frequency, ie the connection structure providing the filtering function. Thus, the architecture is modular and the matrix can be used in whole or in part by shorting here a stage of the matrix during the FFT, which allows to obtain several degrees of parallelism or pipeline depth.
Une telle architecture est particulièrement efficace avec les algorithmes de type radix-2*, pour i allant de 1 à 4. Le cas i - 1 correspond à l'algorithme radix- 2. Concernant ces algorithmes radix-2 , on rappelle que selon la valeur de i, la matrice des modules élémentaires doit comprendre i étages, c'est-à-dire un degré de pipeline égal à i.Such an architecture is particularly effective with the radix-2 * type algorithms, for i ranging from 1 to 4. The case i-1 corresponds to the radix-2 algorithm. With regard to these radix-2 algorithms, it is recalled that according to the value of i, the matrix of the elementary modules must comprise i stages, that is to say a degree of pipeline equal to i.
L'opération de transformée de Fourier inverse de la figure 1OA illustre le cas de l'algorithme radix-2 d'entrelacement en fréquence. Toutefois, il est bien entendu que l'entrelacement en temps (opération duale de l'entrelacement en fréquence), tel qu'illustré par exemple en relation avec la figure 3, peut également être utilisé. Il suffit pour ce faire d'inverser les entrées et les sorties des modules élémentaires, en modifiant de façon correspondante les facteurs de rotation.The inverse Fourier transform operation of FIG. 10A illustrates the case of the radix-2 frequency interleaving algorithm. However, it is understood that time interleaving (dual operation of the frequency interleaving), as illustrated for example in relation to FIG. 3, can also be used. To do this, it suffices to invert the inputs and outputs of the elementary modules, by correspondingly modifying the rotation factors.
La matrice 101 de modules élémentaires est interconnectée, selon cet exemple de réalisation, en respectant le flot de données d'une FFT radix-2. Chaque module élémentaire BFi, l ≤ i ≤ 12 , met donc en œuvre un papillon, tel qu'illustré en figure 4.The matrix 101 of elementary modules is interconnected, according to this exemplary embodiment, while respecting the data flow of a radix-2 FFT. Each elementary module BFi, l ≤ i ≤ 12, therefore implements a butterfly, as illustrated in FIG.
L'opération de transformation de Fourier met également en œuvre deux mémoires de taille N, c'est-à-dire de la taille de la FFT, notées 103 et 104. Ces mémoires sont de type RAM, en anglais « random access memory », en français « mémoire vive ». Elles servent à la fois de mémoires pour stocker les échantillons intermédiaires calculés par l'opération de transformation de Fourier et de mémoire tampon pour alimenter l'opération de filtrage avec les échantillons issus de la transformation de Fourier. Une mémoire de coefficients de filtrage, non représentée sur la figure, (par exemple une mémoire ROM ou une FIFO, en anglais « first in, first out », en français « premier entré, premier sorti ») de taille {2L - ÙM dépendant de la valeur de la longueur de troncature L, avec M = N I l , est également utilisée, notamment pour stocker les coefficients de pondération de la fonction prototype. Si une fonction prototype différente de la fonction IOTA est utilisée, par exemple une fonction de Nyquist, ou la fonction Hermite, il est nécessaire de stocker les coefficients de cette fonction prototype dans cette mémoire ROM.The Fourier transformation operation also implements two memories of size N, that is to say the size of the FFT, denoted 103 and 104. These memories are of RAM type, in English "random access memory" , in French "Mémoire vive". They serve both as memories to store the intermediate samples calculated by the Fourier transformation and buffer operation to feed the filtering operation with the samples from the Fourier transform. A memory of filtering coefficients, not shown in the figure, (for example a ROM or a FIFO, in English "first in, first out", in French "first in, first out") of size {2L - ÙM dependent the value of the truncation length L, with M = NI l, is also used, in particular to store the weighting coefficients of the prototype function. If a different prototype function of the IOTA function is used, for example a Nyquist function, or the Hermite function, it is necessary to store the coefficients of this prototype function in this ROM.
Plus précisément, les deux mémoires 103 et 104 fonctionnent en alternance. L'utilisation de deux mémoires selon l'invention permet une écriture directe des résultats dans le bon ordre, ne nécessitant pas une relecture et une réorganisation des résultats comme dans l'art antérieur.More precisely, the two memories 103 and 104 operate alternately. The use of two memories according to the invention allows a direct write of the results in the right order, not requiring a replay and a reorganization of the results as in the prior art.
Avant que l'algorithme de calcul de la FFT commence, on attend que les N points de la FFT soient mémorisés dans une des deux mémoires, par exemple la mémoire 103.Before the calculation algorithm of the FFT begins, it is expected that the N points of the FFT are stored in one of the two memories, for example the memory 103.
Dès lors, cette mémoire 103 sert au calcul de la FFT, tandis que l'autre mémoire 104 sert à mémoriser les N points de la FFT suivante. Ainsi, les deux mémoires deviennent actives pour le traitement de la FFT à tour de rôle.Therefore, this memory 103 is used to calculate the FFT, while the other memory 104 is used to store the N points of the next FFT. Thus, the two memories become active for the processing of the FFT in turn.
Une fois les N points prêts à être traités mémorisés dans la mémoire 103, les points sont lus dans la mémoire 103 suivant une séquence bien précise qui correspond au chemin de donnée (en anglais « dataflow ») de l'algorithme FFT radix-2 , tel que décrit dans le document "Designing pipeline FFT processor for OFDM (démodulation" de S. He et M. Torkelson (International Symposium on Signais, Systems, and Electronics, pp. 257 - 262, 29 Sept. - 2 Oct. 1998). Les points sont traités par les modules élémentaires de calcul de la matrice 101 et réécrits dans la mémoire 103, aux mêmes adresses que lors de la lecture. Cette démarche est mise en œuvre de façon continue, jusqu'à la réalisation complète de la FFT.Once the N points ready to be processed stored in the memory 103, the points are read in the memory 103 in a very precise sequence that corresponds to the data flow (in English "dataflow") of the FFT radix-2 algorithm, as described in the "Designing pipeline FFT processor for OFDM (demodulation) of S. He and M. Torkelson (International Symposium on Signals, Systems, and Electronics, pp. 257-262, Sept. 29 - Oct. 2, 1998) The points are processed by the elementary calculating modules of the matrix 101 and rewritten in the memory 103, at the same addresses as during the reading, This procedure is implemented continuously, until the complete realization of the FFT.
Une fois l'ensemble des échantillons de la FFT calculés, l'unité de contrôle court-circuite le premier étage (et modifie de ce fait la configuration des connexions externes des modules BFl à BF4) et modifie la configuration des connexions externes et celle des connexions internes des modules élémentaires BF5 à BF12 de la matrice 101, définissant une deuxième structure de connexion avec les mêmes modules élémentaires BFi, l ≤ j ≤ 12 , permettant d'assurer une fonction de filtrage. Une telle structure est illustrée notamment en figure 1OB.Once the set of FFT samples has been calculated, the control unit bypasses the first stage (and thus modifies the configuration of the external connections of the modules BF1 to BF4) and modifies the configuration of the external connections and that of the connections. internal connections of the elementary modules BF5 to BF12 of the matrix 101, defining a second connection structure with the same elementary modules BFi, l ≤ j ≤ 12, to provide a filtering function. Such a structure is illustrated in particular in FIG.
Le filtrage consiste à multiplier les échantillons à la sortie de la transformée de Fourier inverse mémorisés dans une des deux mémoires de la FFT, par exemple la mémoire 103, par les coefficients IOTA stockés dans la mémoire de coefficients de filtrage non représentée, et à additionner les résultats aux résultats du filtrage du symbole précédent mémorisés dans une mémoire de filtrage 105. Ainsi, des multiplexeurs permettent de sélectionner les coefficients IOTA, les échantillons du résultat de la FFT stockés dans les mémoires 103 ou 104, et les résultats du filtrage précédent dans des mémoires de filtrage 105.The filtering consists in multiplying the samples at the output of the inverse Fourier transform memorized in one of the two memories of the FFT, for example the memory 103, by the IOTA coefficients stored in the filter coefficient memory (not shown), and adding up the results at the results of the filtering of the preceding symbol stored in a filter memory 105. Thus, multiplexers make it possible to select the IOTA coefficients, the samples of the result of the FFT stored in the memories 103 or 104, and the results of the previous filtering in filter memories 105.
Plus précisément, lors du filtrage, chaque module élémentaire utilisé pour le filtrage devient une unité de calcul indépendante, réalisant des opérations de base pour le filtrage. Autrement dit, on utilise les opérations arithmétiques offertes par au moins certains modules élémentaires, ici ceux comprenant des additionneurs et de multiplieurs complexes, pour la mise en œuvre de la fonction de filtrage.More precisely, during filtering, each elementary module used for filtering becomes an independent calculation unit, performing basic operations for filtering. In other words, we use the arithmetic operations offered by at least some elementary modules, here those comprising adders and complex multipliers, for the implementation of the filtering function.
Par exemple, l'architecture de filtrage est basée sur l'architecture proposée dans le brevet européen EP 1 005 748 précité. Ainsi, il existe des connexions entre les mémoires de filtrage 105 et chacun des modules élémentaires, par exemple BFi, 5 ≤ i ≤ 12 , utilisés pour le filtrage. Par exemple, les mémoires de filtrage 105 comprennent trois mémoires 1051, 1052 et 1053 de taille N, et une mémoire 1054 de taille N 12 .For example, the filtering architecture is based on the architecture proposed in the aforementioned European patent EP 1 005 748. Thus, there are connections between the filter memories 105 and each of the elementary modules, for example BFi, 5 ≤ i ≤ 12, used for filtering. For example, the filter memories 105 comprise three memories 1051, 1052 and 1053 of size N, and a memory 1054 of size N 12.
On réutilise donc pour le filtrage les modules élémentaires du composant mis en œuvre pour la transformation mathématique. En particulier, on peut noter qu'on utilise uniquement les modules élémentaires nécessaires pour un traitement en temps réel de la modulation.The elementary modules of the component implemented for the mathematical transformation are therefore reused for filtering. In particular, we can note only the elementary modules necessary for real-time modulation processing are used.
Les modules BFl à BF4, utilisés seulement dans la structure assurant la transformation mathématique du signal, comprennent des entrées/sorties donc les connexions sont configurables.The modules BF1 to BF4, used only in the structure ensuring the mathematical transformation of the signal, include inputs / outputs, so the connections are configurable.
Les modules BF5 à BF12, utilisés à la fois dans la structure assurant la transformation mathématique du signal et dans la structure assurant le filtrage, comprennent des entrées/sorties dont les connexions sont configurables et des connexions internes également configurables. En définitive, chacun des ces modules élémentaires BF5 à BF12 comprend une pluralité de moyens de connexion externe du module élémentaire, en l'espèce des ports d'entrée et des ports de sortie, et une pluralité de moyens de calcul correspondant à différents opérateurs mathématiques (multiplieurs, additionneurs) dotés de moyens de connexion interne pour connecter les opérateurs mathématiques entre eux ainsi qu'aux ports d'entrée et aux ports de sortie. L'unité de contrôle d'un module élémentaire BFi (avec 5 < ; < 12 ) est adaptée pour configurer, autrement dit pour modifier, les connexions internes de ce module élémentaire BFi afin de réaliser soit la structure de connexion assurant la transformation mathématique, soit la structure de connexion assurant le filtrage. Par "connexions internes" d'un module élémentaire, on entend désignerThe modules BF5 to BF12, used both in the structure ensuring the mathematical transformation of the signal and in the structure providing the filtering, comprise inputs / outputs whose connections are configurable and also configurable internal connections. Finally, each of these elementary modules BF5 to BF12 comprises a plurality of external connection means of the elementary module, in this case input ports and output ports, and a plurality of calculation means corresponding to different mathematical operators. (multipliers, adders) having internal connection means for connecting the mathematical operators to each other as well as to the input ports and the output ports. The control unit of a basic module BFi (with 5 <; <12) is adapted to configure, in other words to modify, the internal connections of this basic module BFi in order to realize either the connection structure ensuring the mathematical transformation, either the connection structure providing the filtering. By "internal connections" of an elementary module, we mean
- les connexions entre, d'une part, les moyens de calcul et, d'autre part, les ports d'entrées et les ports de sortie,the connections between, on the one hand, the calculation means and, on the other hand, the input ports and the output ports,
- ainsi que les interconnexions entre les moyens de calcul eux-mêmes.- as well as the interconnections between the calculation means themselves.
A titre d'exemple illustratif, les figures 12A et 12B représentent l'architecture interne d'un module BFi comprenant des multiplieurs complexes et des additionneurs complexes, conforme à un module élémentaire BF1 avecBy way of illustrative example, FIGS. 12A and 12B show the internal architecture of a BFi module comprising complex multipliers and complex adders, in accordance with an elementary module BF 1 with
5 < « < 12 utilisé dans le composant représenté sur les figures 1OA et 1OB. Sur la figure 12A, le module BF1 est configuré pour la structure de connexion assurant la fonction de transformation de Fourier. Sur la figure 12B, le même module BF1 est configuré pour la structure de connexion assurant la fonction de filtrage. Ce module BF1 comprend, une pluralité de ports d'entrée (à gauche sur les figures), une pluralité de ports de sortie (à droite sur les figures), des additionneurs, des multiplieurs, des soustracteurs et des multiplexeurs. On notera que les connexions internes du module BF1 représentées sur la figure 12A diffèrent de celles représentées sur la figure 12B.<<<12 used in the component shown in FIGS. 10A and 10B. In FIG. 12A, the BF module 1 is configured for the connection structure providing the Fourier transform function. In FIG. 12B, the same BF module 1 is configured for the connection structure providing the filtering function. This BF module 1 comprises, a plurality of input ports (left in the figures), a plurality of output ports (right in the figures), adders, multipliers, subtracters and multiplexers. Note that the internal connections of the BF module 1 shown in Fig. 12A differ from those shown in Fig. 12B.
Sur la figure 12A, les connexions internes du module BFi forment un papillon afin de réaliser des opérations d'additions complexes et de soustractions complexes entre deux échantillons complexes fournis en entrée, et notés Xi(n)reei, Xi(n)imaginaire, X2(n)reei et X2(n)imaginaire, ainsi que des opérations de multiplications complexes par les facteurs de rotation (c'est-à-dire les coefficients de la transformée de Fourier) notés w^ml,w^mig^,w^ml,w^mugmim . Les échantillons de sortie sont notés y y, L U \ /)réel , y y, L U \ ) /imaginaire , y ^, z U \ ) / réel , y ^ , z U \ ) / imaginaireIn FIG. 12A, the internal connections of the BFi module form a butterfly in order to carry out complex addition and complex subtraction operations between two complex samples supplied as input, and denoted by Xi (n) ree i, Xi (n) ima ginary X2 (n) ree i and X2 (n) ima g inary, as well as complex multiplication operations by the rotation factors (that is to say, the coefficients of the Fourier transform) rated w ^ ml, w ^ mig ^ , w ^ ml , w ^ mugmim . The output samples are denoted y y , L U \ /) real, y y , L U \) / imaginary, y ^, z U \) / real, y ^, z U \) / imaginary
Sur la figure 12B, les connexions internes du module BFi sont adaptées pour réaliser des multiplications des échantillons de la transformée de Fourier, stockés dans les mémoires 103 et 104 et notés Ck+ιMréel,Ck+ιMimag , par les coefficients de la fonction de IOTA, notés iOTAk+ιM , et d'additionner les résultats aux résultats de l'opération de filtrage précédente, notés F _ink+ιMréel,F _ink+ιMimag , avec 0 ≤ / ≤ 3. Les résultats de sortie du filtrage sont notésIn FIG. 12B, the internal connections of the BFi module are adapted to perform multiplications of the samples of the Fourier transform, stored in the memories 103 and 104 and denoted C k + ιM real, C k + ιM imag, by the coefficients of the function of IOTA, denoted iOTA k + ιM , and to add the results to the results of the preceding filtering operation, denoted F _in k + ιM real, F _in k + ιM imag, with 0 ≤ / ≤ 3. filtering output results are noted
F _ outk+ιM réel, F _ outk+ιMimag , avec 0 < i < 3 . Ainsi, on constate qu'un dispositif de modulation et/ou démodulation comprenant un composant de traitement d'un signal selon cet exemple de réalisation de l'invention ne nécessite que 64 multiplicateurs réels et 80 additionneurs réels pour un parallélisme de 4, alors que selon les techniques de l'art antérieur, un modulateur délivrant un signal OFDM/OQAM/IOTA repose sur la mise en œuvre de 160 multiplicateurs réels et 304 additionneurs réels. F_out k + ιM real, F _out k + ιM imag, with 0 <i <3. Thus, it can be seen that a modulation and / or demodulation device comprising a signal processing component according to this exemplary embodiment of the invention requires only 64 real multipliers and 80 real adders for a parallelism of 4, whereas according to the techniques of the prior art, a modulator delivering an OFDM / OQAM / IOTA signal is based on the implementation of 160 real multipliers and 304 real adders.
B) Deuxième exemple : degré de parallélisme égal à 8 On décrit ci-après en relation avec les figures HA et HB deux structures de connexion avec les modules élémentaires d'un ensemble 111 de modules élémentaires de calculs formant une matrice, notés BFl, BF2, ... BF32, pour un parallélisme de 8, et un degré de pipeline (c'est-à-dire un nombre d'étages) de 4, côté modulation.B) Second Example: Degree of Parallelism Equal to 8 Hereinafter, with reference to FIGS. HA and HB, two connection structures are described with the elementary modules of a set 111 of elementary calculation modules forming a matrix, denoted BF1, BF2. , ... BF32, for a parallelism of 8, and a degree of pipeline (i.e., number of stages) of 4, modulation side.
Autrement dit, la matrice 111 de modules élémentaires de calculs, comprend P χ <2 = 8 χ 4 = 32 modules élémentaires permettant de réaliser les opérations de transformation mathématique et de filtrage, avec P le degré de parallélisme et Q le nombre d'étages de la matrice.In other words, the matrix 111 of elementary calculation modules comprises P χ <2 = 8 χ 4 = 32 elementary modules making it possible to carry out the mathematical transformation and filtering operations, with P the degree of parallelism and Q the number of stages of the matrix.
Plus précisément, la figure HA illustre une structure de connexion permettant d'assurer une fonction de transformation mathématique du domaine fréquentiel vers le domaine temporel, par exemple une transformée de Fourier inverse. La figure HB illustre une structure de connexion permettant d'assurer une fonction de filtrage, par exemple par la fonction prototype IOTA.More precisely, FIG. 6A illustrates a connection structure making it possible to provide a mathematical transformation function from the frequency domain to the time domain, for example an inverse Fourier transform. Figure HB illustrates a connection structure for providing a filter function, for example by the prototype function IOTA.
On considère par exemple une FFT à 128 points, c'est-à-dire nécessitant log2128 = 7 étages, et utilisant un degré de parallélisme de 8 manipulant seize données à la fois à l'entrée du composant (par exemple seize entrées sur le premier étage de la matrice comprenant les modules élémentaires BFl à BF8, seize entrées sur le deuxième étage de la matrice comprenant les modules élémentaires BF9 à BF 16, seize entrées sur le troisième étage de la matrice comprenant les modules élémentaires BF17 à BF24, seize entrées sur le quatrième étage de la matrice comprenant les modules élémentaires BF25 à BF32). Dans l'exemple particulier décrit ici, les modules élémentaires des deux premiers étages, référencés BFl à BF16, comprennent seulement des additionneurs complexes, alors que les modules élémentaires des deux derniers étages, référencés BF17 à BF32, comprennent des multiplieurs complexes et des additionneurs complexes. On considère donc huit séquences successives de seize données pour parcourir les 128 points de la FFT ( 128 / 16 - 8 ).Consider for example a 128-point FFT, that is to say requiring log 2 128 = 7 stages, and using a degree of parallelism of 8 manipulating sixteen data at a time at the input of the component (for example sixteen inputs on the first stage of the matrix comprising the elementary modules BF1 to BF8, sixteen inputs on the second stage of the matrix comprising the elementary modules BF9 to BF 16, sixteen inputs on the third stage of the matrix comprising the elementary modules BF17 to BF24, sixteen inputs on the fourth stage of the matrix comprising the elementary modules BF25 to BF32). In the particular example described here, the elementary modules of the first two stages, referenced BF1 to BF16, comprise only complex adders, whereas the elementary modules of the last two stages, referenced BF17 to BF32, comprise complex multipliers and complex adders. . We therefore consider eight successive sequences of sixteen data to cover the 128 points of the FFT (128 / 16-8).
Pour réaliser les sept étages de la FFT à 128 points avec un degré de pipeline égal à 4, il est possible de considérer trois étages de la matrice surTo achieve the seven stages of the FFT at 128 points with a pipeline degree of 4, it is possible to consider three stages of the matrix on
3 lesquels on utilise l'algorithme radix-2 , et quatre étages de la matrice sur lesquels3 which uses the algorithm radix-2, and four stages of the matrix on which
4 on utilise l'algorithme radix-2 . Ainsi, il est possible de court-circuiter (112) le premier étage de la matrice comprenant les modules élémentaires BFl à BF8, en entrant directement au niveau du deuxième étage de la matrice comprenant les modules élémentaires4 we use the radix-2 algorithm. Thus, it is possible to short-circuit (112) the first stage of the matrix comprising the elementary modules BF1 to BF8, by entering directly at the second stage of the matrix comprising the elementary modules.
3 BF9 à BF 16, et d'utiliser l'algorithme radix-2 pour effectuer les trois premiers étages de la FFT. Les quatre derniers étages de la FFT sont réalisés en utilisant3 BF9 to BF 16, and use the radix-2 algorithm to perform the first three stages of the FFT. The last four floors of the FFT are made using
4 l'algorithme radix-2 en entrant cette fois-ci directement au niveau du premier étage de la matrice.4 the radix-2 algorithm by entering this time directly at the first stage of the matrix.
Comme décrit précédemment en relation avec la figure 1OA, 128 points de la FFT sont tout d'abord mémorisés dans une première mémoire 113, de taille N - 128.As described above with reference to FIG. 10A, 128 points of the FFT are first stored in a first memory 113, of size N-128.
On lit ensuite les huit séquences de seize points l'une après l'autre, à chaque coup d'horloge.The eight sequences of sixteen points are then read one after another at each clock stroke.
Comme indiqué ci-dessus, on entre directement sur le deuxième étage de la matrice grâce au court-circuit 112, et on utilise l'algorithme radix-2 . Une fois que la première séquence Seq. 1 a atteint le dernier étage de la matrice (quatrième étage), on reçoit les résultats des sept autres séquences, l'un après l'autre à chaque coup d'horloge. Les séquences sont alors mémorisées dans la mémoire 113, à la même adresse que lors de la lecture.As indicated above, one enters directly on the second stage of the matrix thanks to the short-circuit 112, and one uses the algorithm radix-2. Once the first sequence Seq. 1 has reached the last stage of the matrix (fourth stage), we receive the results of the other seven sequences, one after another at each clock stroke. The sequences are then stored in the memory 113, at the same address as during the reading.
Ainsi, les adresses lues dans la mémoire 113, pour des adresses allant de 0 à 127 points, sont pour les huit séquences :Thus, the addresses read in the memory 113, for addresses ranging from 0 to 127 points, are for the eight sequences:
Seq. 1) 0, 8, 16, 24, 32,..., 104, 112,120 Seq. 2) 1, 9, 17, 25, 33,..., 105, 113,121 Seq. 3) 2, 10, 18, 26, 34,..., 106, 114,122 Seq. 4) 3, 11, 19, 27, 35,..., 107, 115,123 Seq. 5) 4, 12, 20, 28, 36,..., 108, 116,124Seq. 1) 0, 8, 16, 24, 32, ..., 104, 112, 120 Seq. 2) 1, 9, 17, 25, 33, ..., 105, 113, 121 Seq. 3) 2, 10, 18, 26, 34, ..., 106, 114, 122 Seq. 4) 3, 11, 19, 27, 35, ..., 107, 115, 123 Seq. 5) 4, 12, 20, 28, 36, ..., 108, 116, 124
Seq. 6) 5, 13, 21, 29, 37,..., 109, 117,125 Seq. 7) 6, 14, 22, 30, 38,..., 110, 118,126 Seq. 8) 7, 15, 23, 31, 39,..., 111, 119,127Seq. 6) 5, 13, 21, 29, 37, ..., 109, 117, 125 Seq. 7) 6, 14, 22, 30, 38, ..., 110, 118, 126 Seq. 8) 7, 15, 23, 31, 39, ..., 111, 119, 127
Les trois premiers étages de la FFT sont alors réalisés, et il ne reste qu'à calculer les quatre derniers étages de la FFT. Ces quatre derniers étages de la FFT correspondent à huit FFT de seize points. On lit donc les huit séquences de seize points l'une après l'autre, à chaque coup d'horloge.The first three floors of the FFT are then realized, and it remains only to calculate the last four floors of the FFT. These last four floors of the FFT correspond to eight FFTs of sixteen points. We read the eight sequences of sixteen points one after the other, each clock stroke.
Comme indiqué ci-dessus, on entre au niveau du premier étage de laAs indicated above, we enter at the level of the first floor of the
4 matrice, et on utilise l'algorithme radix-2 . On prend donc seize points à la fois, une séquence après l'autre à chaque coup d'horloge, et on parcourt les quatre étages de la matrice.4 matrix, and we use the radix-2 algorithm. So we take sixteen points at a time, one sequence after another at each clock stroke, and we go through the four stages of the matrix.
Ainsi, les adresses lues dans la mémoire 113, pour des adresses allant de O à 127 points, sont pour les huit séquences : Seq. 1) 0 à 15Thus, the addresses read in the memory 113, for addresses ranging from 0 to 127 points, are for the eight sequences: Seq. 1) 0 to 15
Seq. 2) 16 à 31Seq. 2) 16 to 31
Seq. 3) 32 à 47Seq. 3) 32 to 47
Seq. 4) 48 à 63Seq. 4) 48 to 63
Seq. 5) 64 à 79 Seq. 6) 80 à 95Seq. 5) 64 to 79 Seq. 6) 80 to 95
Seq. 7) 96 à 111Seq. 7) 96 to 111
Seq. 8) 112 à 127Seq. 8) 112 to 127
Les résultats sont alors mémorisés dans la mémoire 113, à la même adresse que lors de la lecture. La mémoire 113 comprend alors le résultat de la FFT de 128 points. Une deuxième mémoire 114, également de taille N = 128 , permet de mémoriser les N points de la FFT suivante.The results are then stored in the memory 113, at the same address as during the reading. The memory 113 then includes the result of the 128-point FFT. A second memory 114, also of size N = 128, makes it possible to memorize the N points of the following FFT.
On rappelle que bien que la figure HA illustre un algorithme radix-2 selon un entrelacement en fréquence, l'invention ne se limite pas à ce type d'entrelacement, et s'applique également aux entrelacements en temps.It is recalled that although FIG. 6A illustrates a radix-2 algorithm according to a frequency interleaving, the invention is not limited to this type of interleaving, and also applies to time interleaving.
Une fois l'ensemble des échantillons de la FFT calculés et mémorisés dans les mémoires de FFT 113, 114, l'unité de contrôle modifie la configuration des connexions des moyens de connexion d'au moins une partie des modules élémentaires de la matrice 111, définissant une deuxième structure de connexion avec les mêmes modules élémentaires BFi, l ≤ i < 32, permettant d'assurer une fonction de filtrage. Une telle structure est illustrée en figure HB. Comme on peut le voir sur cette figure HB, dans la structure de filtrage, les modules BFl à BF16 sont court-circuités alors que les connexions externes et les connexions internes des modules BF17 à BF32 sont modifiées, reconfigurées, de façon analogue à ce qui a été décrit en référence à la figure 1OB, afin d'assurer la fonction de filtrage.Once all the samples of the FFT have been calculated and stored in the FFT memories 113, 114, the control unit modifies the connection configuration of the connection means of at least a portion of the elementary modules of the matrix 111, defining a second connection structure with the same elementary modules BFi, l ≤ i <32, to ensure a filter function. Such a structure is illustrated in FIG. As can be seen in this figure HB, in the filtering structure, the modules BF1 to BF16 are short-circuited whereas the external connections and the internal connections of the modules BF17 to BF32 are modified, reconfigured, in a similar way to what has been described with reference to Figure 1OB, to provide the filtering function.
Les modules BFl à BF16, utilisés seulement dans la structure de FFT, comprennent des ports d'entrée et des ports de sortie dont les connexions externes sont configurables.The modules BF1 to BF16, used only in the FFT structure, include input ports and output ports whose external connections are configurable.
Les modules BF17 à BF32, utilisés à la fois dans la structure de FFT et dans la structure de filtrage, comprennent des ports d'entrée et des ports de sortie dont les connexions externes sont configurables ainsi que des connexions internes configurables. Chacun des ces modules élémentaires BFi avec 17 ≤ i ≤ 32 est conforme au module élémentaire représenté sur les figures 12A et 12B dans la structure de FFT et dans la structure de filtrage respectivement. Comme indiqué précédemment, le filtrage consiste à multiplier les échantillons à la sortie de la transformée de Fourier inverse mémorisés dans les moyens de stockage 115, par les coefficients IOTA stockés dans une mémoire non représentée, et à additionner les résultats aux résultats du filtrage du symbole précédent mémorisés dans une mémoire de filtrage 115. Ainsi, des multiplexeurs permettent de sélectionner les coefficients IOTA, les échantillons du résultat de la FFT stockés dans les mémoires 113 ou 114, et les résultats du filtrage précédent dans des mémoires de filtrage 115.Modules BF17 to BF32, used in both the FFT structure and the filtering structure, include input and output ports with configurable external connections as well as configurable internal connections. Each of these elementary modules BFi with 17 ≤ i ≤ 32 conforms to the elementary module shown in FIGS. 12A and 12B in the FFT structure and in the filter structure respectively. As indicated above, the filtering consists of multiplying the samples at the output of the inverse Fourier transform stored in the storage means 115, by the IOTA coefficients stored in a not represented memory, and adding the results to the results of the filtering of the symbol. Previously stored in a filter memory 115. Thus, multiplexers allow to select the IOTA coefficients, the samples of the result of the FFT stored in the memories 113 or 114, and the results of the previous filtering in filter memories 115.
On soulignera que, comme précédemment, les mémoires 113 et 114 sont utilisées pour stocker des échantillons intermédiaires de la FFT et pour faire fonction de mémoire tampon afin d'alimenter les calculs de la fonction de filtrage. Il existe notamment des connexions entre les mémoires de filtrage 115 et chacun des modules élémentaires, par exemple BFi pour 17 ≤ i ≤ 32 , utilisés pour le filtrage. Par exemple, les mémoires de filtrage 115 comprennent trois mémoires 1151, 1152 et 1153 de taille N, et une mémoire 1154 de taille N 12 . La procédure de filtrage est alors la suivante : 1. lecture des échantillons à la sortie de l'IFFT dans une des deux mémoires de la FFT, par exemple la mémoire 113 ;It will be noted that, as before, the memories 113 and 114 are used to store intermediate samples of the FFT and to act as buffers in order to feed the calculations of the filtering function. There are in particular connections between the filter memories 115 and each of the elementary modules, for example BFi for 17 ≤ i ≤ 32, used for filtering. For example, the filter memories 115 comprise three memories 1151, 1152 and 1153 of size N, and a memory 1154 of size N 12. The filtering procedure is as follows: 1. reading the samples at the output of the IFFT in one of the two memories of the FFT, for example the memory 113;
2. multiplication de ces échantillons par les coefficients IOTA, mémorisés dans une mémoire ROM non représentée ; 3. lecture des échantillons du symbole précédent dans la mémoire de filtrage 115 et addition avec les résultats de l'étape 2 ; 4. écriture du résultat de la sommation dans la mémoire de filtrage aux mêmes adresses que lors de la lecture des échantillons du symbole précédent à l'étape 3. On réutilise donc pour le filtrage les modules élémentaires du composant mis en œuvre pour la transformation mathématique entre les domaines temporel et fréquentiel. En particulier, on peut noter qu'on utilise uniquement les modules élémentaires nécessaires pour un traitement en temps réel de la modulation.2. multiplication of these samples by the IOTA coefficients, stored in a ROM not shown; 3. reading the samples of the preceding symbol in the filter memory 115 and addition with the results of step 2; 4. writing the summation result in the filter memory to the same addresses as when reading the samples of the previous symbol in step 3. The elementary modules of the component implemented for the mathematical transformation are therefore reused for filtering; between the time and frequency domains. In particular, it can be noted that only the elementary modules necessary for real-time modulation processing are used.
On constate qu'un dispositif de modulation et/ou de démodulation comprenant un composant de traitement d'un signal selon l'invention ne nécessite que 128 multiplicateurs réels et 192 additionneurs réels pour un parallélisme de 8, alors que selon les techniques de l'art antérieur, un modulateur délivrant un signal OFDM/OQAM/IOTA repose sur la mise en œuvre de 160 multiplicateurs réels et 304 additionneurs réels pour un parallélisme de 4. Ainsi, le composant de traitement d'un signal selon l'invention permet d'atteindre un très haut débit de traitement (de l'ordre de quelques centaines de mégahertz), tout en restant basse consommation, du fait de la diminution du nombre d'opérateurs arithmétique utilisés.It can be seen that a modulation and / or demodulation device comprising a signal processing component according to the invention only requires 128 real multipliers and 192 real adders for a parallelism of 8, whereas according to the techniques of FIG. In the prior art, a modulator delivering an OFDM / OQAM / IOTA signal is based on the implementation of 160 real multipliers and 304 real adders for a parallelism of 4. Thus, the processing component of a signal according to the invention makes it possible to achieve a very high processing rate (of the order of a few hundred megahertz), while remaining low consumption, because of the decrease in the number of arithmetic operators used.
Le composant proposé permet donc une grande flexibilité et une grande puissance de calculs, grâce à une architecture reposant sur le parallélisme et le pipeline, et la réutilisation des mêmes modules élémentaires pour réaliser différentes fonctions comme une transformation mathématique entre les domaines temporel et fréquentiel ou un filtrage.The proposed component thus allows a great flexibility and a great power of computations, thanks to a architecture resting on the parallelism and the pipeline, and the reuse of the same elementary modules to realize different functions as a mathematical transformation between the time and frequency domains or a filtering.
La taille de la transformée de Fourier peut bien entendu être supérieure à 4096 points. Dans la forme de réalisation décrite, elle est limitée par la taille (N) des mémoires (103 et 104 ; 113 et 114). 5.3 DémodulateurThe size of the Fourier transform can of course be greater than 4096 points. In the embodiment described, it is limited by the size (N) memories (103 and 104, 113 and 114). 5.3 Demodulator
Un composant selon l'invention peut également être utilisé dans un dispositif de démodulation, en remplaçant les fonctions de transformation de Fourier inverse et de filtrage par des fonctions de filtrage inverse et de transformation de Fourier directe.A component according to the invention can also be used in a demodulation device, replacing the inverse Fourier transform and filter functions by inverse filtering and direct Fourier transform functions.
Un tel composant comprend les mêmes éléments que décrits précédemment, à savoir un ensemble de modules élémentaires de calcul, et une unité de contrôle apte à configurer les connexions des ports d'au moins une partie des modules élémentaires pour réaliser au moins deux structures de connexion avec lesdits modules élémentaires assurant respectivement une fonction de transformation mathématique du signal entre les domaines temporel et fréquentiel (par exemple une FFT directe), et une fonction de filtrage du signal (par exemple un filtrage polyphasé inverse). On peut donc utiliser un même composant pour réaliser les opérations de transformation de Fourier directe et inverse par exemple.Such a component comprises the same elements as previously described, namely a set of elementary calculation modules, and a control unit able to configure the connections of the ports of at least a portion of the elementary modules to achieve at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a function of mathematical transformation of the signal between the time and frequency domains (for example a direct FFT), and a signal filtering function (for example inverse polyphase filtering). It is therefore possible to use the same component to carry out the direct and inverse Fourier transformation operations for example.
Par exemple, comme pour l'algorithme de filtrage et le mode de fonctionnement de l'architecture lors du filtrage en émission, l'algorithme de filtrage et le mode de fonctionnement de l'architecture à la réception peuvent reposer sur la structure présentée dans le brevet européen EP 1 005 748 précité.For example, as for the filtering algorithm and the mode of operation of the architecture during transmission filtering, the filtering algorithm and the mode of operation of the architecture at the reception may be based on the structure presented in FIG. European patent EP 1 005 748 cited above.
On peut également noter que contrairement à l'émission, le filtrage à la réception nécessite seulement 2 • 2(L- 1) additionneurs réels (pour la partie réelle et imaginaire) au lieu des 2 • 2 L additionneurs réels à l'émission.It may also be noted that, unlike the broadcast, reception filtering requires only 2 • 2 (L-1) real adders (for the real and imaginary part) instead of the 2 • 2 L real adders on transmission.
Dans la description qui précède, la fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel est la transformée de Fourier. En variante, on pourrait utiliser une autre fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, par exemple une transformée en cosinus direct. In the foregoing description, the mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain is the Fourier transform. Alternatively, another function of mathematical transformation of the signal between the time domain and the frequency domain, for example a direct cosine transform, could be used.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composant (81) de traitement d'un signal numérique, caractérisé en ce qu'il comprend : un ensemble (101 ; 111) de modules élémentaires de calcul ayant des moyens de connexion, et une unité de contrôle (83) apte à configurer les connexions des moyens de connexion d'au moins une partie des modules élémentaires pour réaliser au moins deux structures de connexion avec lesdits modules élémentaires assurant respectivement une fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, et une fonction de filtrage polyphasé par une fonction prototype du signal.1. Component (81) for processing a digital signal, characterized in that it comprises: a set (101; 111) of elementary calculation modules having connection means, and a control unit (83) adapted to configuring the connections of the connecting means of at least a portion of the elementary modules to achieve at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, and a function of polyphase filtering by a prototype function of the signal.
2. Composant (81) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de contrôle est adaptée pour configurer les moyens de connexion de manière à réaliser lesdites structures de connexion de manière alternative. 2. Component (81) according to claim 1, characterized in that the control unit is adapted to configure the connection means so as to make said connection structures alternately.
3. Composant (81) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble de modules élémentaires forme une matrice comprenant P x Q modules élémentaires, P et Q représentant respectivement un degré de parallélisme et un nombre d'étages, les modules élémentaires formant la matrice étant interconnectés entre eux dans la structure de connexion assurant la fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel de manière à former Q étages, comportant chacun P modules élémentaires aptes à opérer des traitements parallèles, et P canaux parallèles, comportant chacun Q modules élémentaires aptes à opérer des traitements séquentiels. 3. Component (81) according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the set of elementary modules form a matrix comprising P x Q elementary modules, P and Q respectively representing a degree of parallelism and a number of modules. stages, the elementary modules forming the matrix being interconnected in the connection structure providing the function of mathematical transformation of the signal between the time domain and the frequency domain so as to form Q stages, each comprising P elementary modules able to operate parallel treatments, and P parallel channels, each comprising Q elementary modules capable of operating sequential treatments.
4. Composant (81) selon la revendication 3, dans lequel la structure assurant la fonction de transformation mathématique est adaptée pour mettre en œuvre un algorithme radix-2 , où i correspond au nombre Q d'étages de la matrice, et le degré de parallélisme P et le nombre d'étages Q sont tels que Q - log2(2P) .The component (81) according to claim 3, wherein the structure providing the mathematical transformation function is adapted to implement a radix-2 algorithm, where i corresponds to the number Q of stages of the matrix, and the degree of parallelism P and the number of stages Q are such that Q - log 2 (2P).
5. Composant (81) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, au moins une partie des modules élémentaires comprenant - des moyens de connexion externe, et5. Component (81) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that, at least a portion of the elementary modules comprising external connection means, and
- une pluralité de moyens de calcul dotés de moyens de connexion interne, l'unité de contrôle est adaptée pour configurer les connexions internes desdits modules élémentaires, entre les moyens de calcul et les moyens de connexion externe et entre les moyens de calcul eux-mêmes, pour réaliser les deux structures de connexion.a plurality of calculation means provided with internal connection means, the control unit is adapted to configure the internal connections of said elementary modules, between the calculation means and the external connection means and between the calculation means themselves. to realize the two connection structures.
6. Composant (81) selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel la matrice comprend un premier ensemble d'au moins un étage de modules élémentaires comprenant des moyens de calcul aptes à ne réaliser que des opérations arithmétiques d'addition et un second ensemble d'au moins un étage de modules élémentaires comprenant des moyens de calcul aptes à réaliser des opérations arithmétiques de multiplication et des opérations arithmétiques d'addition, et l'unité de contrôle est adaptée pour court-circuiter les modules élémentaires du premier ensemble et pour modifier les connexions externes et les connexions internes des modules du deuxième ensemble afin de réaliser la structure de connexion assurant la fonction de filtrage.6. Component (81) according to one of claims 3 to 5, wherein the matrix comprises a first set of at least one stage of elementary modules comprising calculation means capable of performing only arithmetic operations of addition and a second set of at least one stage of elementary modules comprising calculation means able to perform arithmetic multiplication operations and arithmetic addition operations, and the control unit is adapted to short-circuit the elementary modules of the first together and to modify the external connections and internal connections of the modules of the second set to achieve the connection structure providing the filtering function.
7. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite transformation mathématique est une transformée de Fourrier directe ou inverse. 7. Component according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said mathematical transformation is a direct or inverse Fourier transform.
8. Composant (81) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel des moyens de stockage (103, 104) étant prévus pour stocker des échantillons intermédiaires calculés par la fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, lesdits moyens de stockage (103, 104) sont également adaptés pour faire fonction de moyens de mémoire tampon pour alimenter les calculs de la fonction de filtrage.8. Component (81) according to any one of claims 1 to 7, wherein storage means (103, 104) being provided for storing intermediate samples calculated by the mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, said storage means (103, 104) are also adapted to act as buffer memory means for feeding the calculations of the filtering function.
9. Composant (81) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite unité de contrôle (83) tient compte d'au moins un paramètre appartenant au groupe comprenant : - un type de modulation ; un nombre de points associé à ladite transformation mathématique ; un type de fonction prototype ; un nombre de recouvrement de la fonction prototype.9. Component (81) according to any one of claims 1 to 8, characterized in that said control unit (83) takes into account at least one parameter belonging to the group comprising: - a type of modulation; a number of points associated with said mathematical transformation; a type of prototype function; a recovery number of the prototype function.
10. Dispositif de modulation comportant un composant (81) de traitement d'un signal numérique selon la revendication 1, adapté pour réaliser : une structure de connexion assurant une fonction de transformation mathématique du signal du domaine fréquentiel vers le domaine temporel, et une structure de connexion assurant une fonction de filtrage polyphasé par une fonction prototype.Modulation device comprising a component (81) for processing a digital signal according to claim 1, adapted to produce: a connection structure providing a mathematical transformation function of the signal from the frequency domain to the time domain, and a structure connection providing a polyphase filtering function by a prototype function.
11. Dispositif de démodulation comportant un composant (81) de traitement d'un signal numérique selon la revendication 1, adapté pour réaliser : une structure de connexion assurant une fonction de transformation mathématique du signal du domaine temporel vers le domaine fréquentiel, et une structure de connexion assurant une fonction de filtrage polyphasé par une fonction prototype.11. Demodulation device comprising a component (81) for processing a digital signal according to claim 1, adapted to provide: a connection structure providing a mathematical transformation function of the signal from the time domain to the frequency domain, and a structure connection providing a polyphase filtering function by a prototype function.
12. Equipement d'émission d'un signal comportant un dispositif de modulation selon la revendication 10. Equipment for transmitting a signal comprising a modulation device according to claim 10.
13. Equipement de réception d'un signal comportant un dispositif de démodulation selon la revendication 11. 13. Equipment for receiving a signal comprising a demodulation device according to claim 11.
14. Procédé de traitement d'un signal numérique, caractérisé en ce qu'il comprend : une étape de configuration (91) des connexions de moyens de connexion d'au moins une partie d'un ensemble (101 ; 111) de modules élémentaires de calcul, apte à définir au moins deux structures de connexion avec lesdits modules élémentaires assurant respectivement une fonction de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel, et une fonction de filtrage du signal ; - une étape de transformation mathématique du signal entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel (92), selon une première structure de connexion dudit ensemble (101 ; 111) ; une étape de filtrage polyphasé par une fonction prototype du signal (93) selon une deuxième structure de connexion dudit ensemble (101 ; 111).14. Process for processing a digital signal, characterized in that it comprises: a step of configuring (91) connection means connections of at least part of an assembly (101; 111) of elementary modules computer, capable of defining at least two connection structures with said elementary modules respectively providing a mathematical transformation function of the signal between the time domain and the frequency domain, and a filtering function of the signal; a step of mathematical transformation of the signal between the domain temporal and frequency domain (92), according to a first connection structure of said set (101; 111); a polyphase filtering step by a prototype function of the signal (93) according to a second connection structure of said set (101; 111).
15. Programme d'ordinateur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions de code de programme pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon la revendication 14 lorsque le programme est exécuté par l'ordinateur.15. Computer program, characterized in that it comprises program code instructions for implementing the steps of the method according to claim 14 when the program is executed by the computer.
16. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon la revendication 15. Computer-readable recording medium on which the computer program according to claim 15 is recorded.
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