專利名稱：3780點(diǎn)離散傅立葉變換處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)，并且特別涉及一種使用協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算(CORDIC)算法的3780點(diǎn)DFT處理器。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)方案主要是將串行輸入的數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換為基于塊的并行數(shù)據(jù)，把這些并行碼元多路復(fù)用到不同的具有相互正交性的載波頻率，并由此將寬帶傳輸變?yōu)檎瓗Р⑿袀鬏?。OFDM方案是相當(dāng)有優(yōu)勢的特別在最大頻率利用效率方面。
因?yàn)镺FDM方案使用多載波，所以碼元傳輸時間長，并因此抗在多徑環(huán)境下由干擾產(chǎn)生的重影的能力強(qiáng)。另外，因?yàn)镺FDM方案使用相互正交的載波頻率，所以抗碼元間干擾(ISI)的能力很強(qiáng)。
OFDM方案通過離散傅立葉逆變換(IDFT)和離散傅立葉變換(DFT)來調(diào)制或解調(diào)眾多的載波，并為此，通常使用3780點(diǎn)DFT處理器。
圖1示出了在OFDM系統(tǒng)中使用的3780點(diǎn)DFT處理器的一般結(jié)構(gòu)。該3780點(diǎn)DFT處理器通常分解為60×63或者63×60，并由此構(gòu)造為由60點(diǎn)DFT模塊和63點(diǎn)DFT模塊組成的3780點(diǎn)DFT模塊。
如圖1所示，3780點(diǎn)DFT處理器包括60點(diǎn)DFT模塊110，用于對輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行60點(diǎn)DFT；共軛復(fù)數(shù)乘法器120，用于將60點(diǎn)DFT化的數(shù)據(jù)與共軛復(fù)數(shù)相乘；旋轉(zhuǎn)因子存儲單元130，用于存儲用來與共軛復(fù)數(shù)相乘的旋轉(zhuǎn)因子；矩陣交織器140，用于將復(fù)數(shù)相乘后的數(shù)據(jù)處理為轉(zhuǎn)置矩陣；和63點(diǎn)DFT模塊150，用于對在轉(zhuǎn)置矩陣中的數(shù)據(jù)執(zhí)行63點(diǎn)DFT?？梢砸阅嫘虼涡蚴褂脧?fù)數(shù)乘法器120和矩陣交織器140，并且可以以逆序次序使用60點(diǎn)DFT模塊110和63點(diǎn)DFT模塊150。
傳統(tǒng)的3780點(diǎn)DFT處理器使用Cooley-Tukey算法來結(jié)合60點(diǎn)DFT模塊110和63點(diǎn)DFT模塊150，并且在此處理期間將3780旋轉(zhuǎn)因子與復(fù)數(shù)相乘。
如上所述，傳統(tǒng)的3780點(diǎn)DFT處理器需要在硬件上相當(dāng)復(fù)雜的復(fù)數(shù)乘法器120，并且另外需要如ROM的旋轉(zhuǎn)因子存儲單元130來存儲3780個旋轉(zhuǎn)因子。由于復(fù)雜的硬件需求，所以很難實(shí)現(xiàn)3780點(diǎn)DFT處理器，并且成本也會增加。

發(fā)明內(nèi)容
提出本發(fā)明是為了解決與傳統(tǒng)裝置相關(guān)聯(lián)的以上的缺點(diǎn)和其他一些問題。本發(fā)明的目的在于提供一種需要很少的復(fù)雜硬件的3780點(diǎn)DFT處理器，其由于使用數(shù)據(jù)的索引來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)因子而不需要分離的存儲裝置來存儲旋轉(zhuǎn)因子，并且其使用CORDIC運(yùn)算單元而不使用復(fù)數(shù)乘法器。
通過一種在OFDM系統(tǒng)中使用的3780點(diǎn)DFT處理器，可以基本實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述方面及其他特性，其包括60點(diǎn)DFT模塊，用于對輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行60點(diǎn)DFT；CORDIC運(yùn)算單元，用于對在60點(diǎn)DFT之后的數(shù)據(jù)執(zhí)行CORDIC運(yùn)算；矩陣交織器，用于將在CORDIC運(yùn)算單元之后的輸入數(shù)據(jù)處理為轉(zhuǎn)置矩陣；和63點(diǎn)DFT模塊，用于對在轉(zhuǎn)置矩陣中的數(shù)據(jù)執(zhí)行63點(diǎn)DFT。
CORDIC運(yùn)算單元計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的索引(k，n)來產(chǎn)生待與該輸入數(shù)據(jù)相乘的旋轉(zhuǎn)因子，并且包括第一計(jì)數(shù)器，用于對值‘n’計(jì)數(shù)；和第二計(jì)數(shù)器，用于對值‘k’計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到59時，第一計(jì)數(shù)器復(fù)位并且第二計(jì)數(shù)器以1更新，并且，當(dāng)?shù)诙?jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到62時，第二計(jì)數(shù)器復(fù)位。
通過從輸入數(shù)據(jù)計(jì)算出的索引(k，n)基于下面的公式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)因子W3780nk=e-j2πnk3780]]>其中，W3780nk是旋轉(zhuǎn)因子。
CORDIC運(yùn)算單元通過使用CORDIC運(yùn)算將輸入數(shù)據(jù)與計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)因子相乘，并且基于下面的公式執(zhí)行CORDIC運(yùn)算x(i+1)＝x(i)-σi2-iy(i)y(i+1)＝y(tǒng)(i)+σi2-ix(i)z(i+1)＝z(i)-σiαi其中，如果輸入數(shù)據(jù)表示為v(i)＝(x(i)，y(i))，則αi＝tan-1(2-i)，σi＝sign(φi)，并且z(j)和v(i)表示相位角。φi表示v(i)的相位角和目標(biāo)相位角(t)之間的差。
CORDIC運(yùn)算單元迭代地執(zhí)行CORDIC運(yùn)算，直到v(i)的相位角和旋轉(zhuǎn)因子的相位角之間的差φi收斂在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)。
通過CORDIC運(yùn)算單元僅用移位和加法來執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，并且因?yàn)椴恍枰朔ǎ栽谟布?shí)現(xiàn)中可以顯著地減小尺寸。


通過參照附圖對本發(fā)明的特定實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述目的和特點(diǎn)將會變得更加清楚，其中圖1是在OFDM系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)的3780點(diǎn)DFT處理器的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用CORDIC運(yùn)算的3780點(diǎn)DFT處理器的方框圖；圖3是概述CORDIC運(yùn)算的圖解；和圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)因子產(chǎn)生方法的視圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的特定實(shí)施例。
在下面的描述中，即使在不同的附圖中，相同的附圖標(biāo)號表示相同的部件。在描述中所限定的事物如詳細(xì)結(jié)構(gòu)或部件只是有助于對本發(fā)明進(jìn)行全面地理解。因此，很明顯，本發(fā)明的實(shí)施可以不用那些限定的事物。另外，由于一些眾所周知的功能或結(jié)構(gòu)會使本發(fā)明在不必要的細(xì)節(jié)模糊，所以沒有詳細(xì)地描述這些功能或結(jié)構(gòu)。
參照圖2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的3780點(diǎn)DFT處理器包括60點(diǎn)DFT模塊210，用于對輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行60點(diǎn)DFT；CORDIC運(yùn)算單元220，用于對在60點(diǎn)DFT之后的數(shù)據(jù)執(zhí)行CORDIC運(yùn)算；矩陣交織器240，用于將在CORDIC運(yùn)算之后的輸入數(shù)據(jù)處理為轉(zhuǎn)置矩陣；和63點(diǎn)DFT模塊250，用于對轉(zhuǎn)置矩陣中的數(shù)據(jù)執(zhí)行63點(diǎn)DFT。
60點(diǎn)DFT模塊210利用60＝3×45×5的事實(shí)和內(nèi)部素因子算法(PFA)。60點(diǎn)DFT模塊210在調(diào)制中將60個并行的頻域OFDM信號分配給60個子載波，并由此輸出由60個時域采樣數(shù)據(jù)組成的OFDM碼元。
圖3是用來解釋CORDIC運(yùn)算的概念的圖解。下面詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的3780點(diǎn)DFT處理器的CORDIC運(yùn)算單元220的功能。
在CORDIC運(yùn)算中，由一系列常量值通過乘法使復(fù)數(shù)的相位旋轉(zhuǎn)。該一系列的常量由數(shù)字2的指數(shù)函數(shù)選擇，即，±2-m，其絕對值遞減，其中m＝0，1，2，3...。因此，在二進(jìn)制算法中，其僅使用移位和加法可以執(zhí)行；不需要實(shí)際的乘法器。
在CORDIC運(yùn)算中，所有的計(jì)算表示為(2×1)矩陣的旋轉(zhuǎn)。復(fù)數(shù)v(i)表示為(2×1)，其具有元素x(i)和y(i)，并且復(fù)數(shù)v(0)的相位通過第一復(fù)數(shù)值v(0)乘以2-1的第一次迭代旋轉(zhuǎn)為v(1)。參照圖3，v(1)的相位角大于目標(biāo)相位角(t)。因此，在第二次迭代中v(1)乘以-2-2來產(chǎn)生v(2)。因?yàn)関(2)的相位角小于目標(biāo)相位角(t)，通過v(2)乘以2-3的第三次迭代，所以導(dǎo)出了v(3)。由于根據(jù)比較v(n-1)的相位角和目標(biāo)相位角(t)的結(jié)果來使v(n-1)的相位角乘以+2-n或者-2-n，所以v(n)的相位角收斂于目標(biāo)相位角(t)。當(dāng)收斂值達(dá)到低于可接受的閾值時，結(jié)束運(yùn)算。
可由下面的公式表示如上所述的CORDIC運(yùn)算的概念[公式1]x(i+1)＝x(i)-σi2-iy(i)y(i+1)＝y(tǒng)(i)+σi2-ix(i)z(i+1)＝z(i)-σiαi其中，αi＝tan-1(2-i)，σi＝sign(φi)，并且z(i)和v(i)表示相位角。φi表示v(i)的相位角和目標(biāo)相位角(t)之間的差。因此，如果φi是正值，即，如果σi＝sign(φi)＞0，v(i)朝著負(fù)角度方向順時針旋轉(zhuǎn)，并且如果φi是負(fù)值，v(i)朝著正角度方向逆時針旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過一系列迭代，v(i)的相位角在預(yù)定的可接受的范圍內(nèi)收斂于目標(biāo)相位角(t)。
CORDIC運(yùn)算單元220對63個OFDM碼元執(zhí)行CORDIC運(yùn)算，每個OFDM碼元由從60點(diǎn)DFT模塊210輸出的60個采樣數(shù)據(jù)組成。通常，相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子從旋轉(zhuǎn)因子存儲單元輸出，并且與(63×60)矩陣的3780個元素相乘。但是，在本發(fā)明的下面的實(shí)施例中，通過使用每個輸入信號的索引來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)因子。
下面參照圖4來描述根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)因子的方法。在下面的描述中，為了解釋方便而使用(4×4)矩陣作為例子。輸入信號表示為(4×4)矩陣的元素。每個輸入信號的索引定義為關(guān)于在第(l+1)行和第(m+1)列的元素(l+1，m+1)的(l，m)。例如，元素(2，3)的索引為(1，2)。因此，矩陣的各自元素的索引為(n，k)，其中，n＝0，1，2，3并且k＝0，1，2，3。
由下面的公式表示關(guān)于索引的旋轉(zhuǎn)因子W16nk[公式2]W16nk=e-j2πnk16]]>旋轉(zhuǎn)因子W16nk與具有索引(k，n)的輸入信號(k+1，n+1)相乘。參照圖4，在左側(cè)的(4×4)矩陣以矩陣形式表示輸入信號和該輸入信號的索引，而右側(cè)的(4×4)矩陣表示將與輸入信號相乘的旋轉(zhuǎn)因子的矩陣。例如，要與左側(cè)矩陣的第(2，3)個元素相乘的旋轉(zhuǎn)因子，即，要乘以x(1，2)的旋轉(zhuǎn)因子為右側(cè)矩陣中的第(2，3)個元素W162。
因此，通過上述過程可以獲得63個OFDM碼元中每個OFDM碼元的旋轉(zhuǎn)因子，每個OFDM碼元由60個采樣數(shù)據(jù)組成。在3780點(diǎn)DFT模塊中，n＝0，1，2，...，59，k＝0，1，2...，62，關(guān)于63×60矩陣的(k+1，n+1)元素的索引為(k，n)，并且相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子為W3780nk。通過使用從0計(jì)數(shù)到59的60計(jì)數(shù)器(沒有顯示)和從0計(jì)數(shù)到62的63計(jì)數(shù)器(沒有顯示)，通過使用各個輸入信號的索引可以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)因子。
更具體地講，由于串行輸入數(shù)據(jù)，60計(jì)數(shù)器(沒有顯示)從0到59順序地計(jì)數(shù)了值‘n’，在61復(fù)位，并且將用于對值‘k’計(jì)數(shù)的63計(jì)數(shù)器(沒有顯示)從0更新到1。當(dāng)60計(jì)數(shù)器再次計(jì)數(shù)到59時，60計(jì)數(shù)器復(fù)位，并且將63計(jì)數(shù)器從1更新到2。由于60和63計(jì)數(shù)器迭代地運(yùn)算，計(jì)算出了輸入數(shù)據(jù)的索引。
通過使用從輸入數(shù)據(jù)計(jì)算出的索引，獲得了旋轉(zhuǎn)因子，其可由下面的公式表示[公式3]W3780nk=e-j2πnk3780]]>CORDIC運(yùn)算單元220產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)因子，并且通過使用CORDIC運(yùn)算將旋轉(zhuǎn)因子與各個輸入信號相乘。在CORDIC運(yùn)算中僅通過移位和加法便可進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘。
矩陣交織器240獲得關(guān)于由CORDIC運(yùn)算單元220運(yùn)算出的(60×63)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。因此，來自矩陣交織器240的輸出變?yōu)?63×60)矩陣。
63點(diǎn)DFT模塊250對從矩陣交織器240輸出的數(shù)據(jù)執(zhí)行63點(diǎn)DFT。
在如上所述的本發(fā)明的一些示例性的實(shí)施例中，3780點(diǎn)DFT處理器僅需要用于復(fù)數(shù)乘法的移位和加法，而不需要乘法器，并由此，在硬件實(shí)現(xiàn)中可以顯著地減小尺寸。
此外，因?yàn)橥ㄟ^使用輸入數(shù)據(jù)的索引來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)因子，所以不需要分離的存儲裝置來存儲旋轉(zhuǎn)因子，并且其結(jié)果是，更加減小了硬件實(shí)現(xiàn)的尺寸。
上述實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)僅是示例性的，并且不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明。本教述可以容易地應(yīng)用到其他形式的裝置。另外，對本發(fā)明實(shí)施例的描述是示意性的，并不限制權(quán)利要求的范圍，很明顯，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出多種選擇，修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種在OFDM系統(tǒng)中使用的3780點(diǎn)DFT處理器，包括；60點(diǎn)DFT模塊，用于對輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行60點(diǎn)DFT；CORDIC運(yùn)算單元，用于對在60點(diǎn)DFT之后的數(shù)據(jù)執(zhí)行CORDIC運(yùn)算；矩陣交織器，用于將在CORDIC運(yùn)算單元之后的輸入數(shù)據(jù)處理為轉(zhuǎn)置矩陣；和63點(diǎn)DFT模塊，用于對轉(zhuǎn)置矩陣中的數(shù)據(jù)執(zhí)行63點(diǎn)DFT。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3780點(diǎn)DFT處理器，其中，CORDIC運(yùn)算單元計(jì)算輸入數(shù)據(jù)的索引(k，n)，以產(chǎn)生與該輸入數(shù)據(jù)相乘的旋轉(zhuǎn)因子，并且包括第一計(jì)數(shù)器，用于對值‘n’計(jì)數(shù)；和第二計(jì)數(shù)器，用于對值‘k’計(jì)數(shù)，其中，當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到59時，第一計(jì)數(shù)器復(fù)位，并且第二計(jì)數(shù)器以1更新，并且，當(dāng)?shù)诙?jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到62時，第二計(jì)數(shù)器復(fù)位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3780點(diǎn)DFT處理器，其中，通過從輸入數(shù)據(jù)計(jì)算出的索引(k，n)基于下面的公式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)因子W3780nk=e-j2πnk3780]]>其中，W3780nk是旋轉(zhuǎn)因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的3780點(diǎn)DFT處理器，其中，CORDIC運(yùn)算單元通過使用CORDIC運(yùn)算將輸入數(shù)據(jù)與計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)因子相乘，并且基于下面的公式執(zhí)行CORDIC運(yùn)算x(i+1)＝x(i)-σi2-iy(i)y(i+1)＝y(tǒng)(i)+σi2-ix(i)z(i+1)＝z(i)-σiαi其中，如果輸入數(shù)據(jù)表示為v(i)＝(x(i)，y(i))，則αi＝tan-1(2-i)，σi＝sign(φi)，并且z(i)和v(i)表示相位角。φi表示v(i)的相位角和目標(biāo)相位角(t)之間的差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3780點(diǎn)DFT處理器，其中，CORDIC運(yùn)算單元迭代地執(zhí)行CORDIC運(yùn)算，直到v(i)的相位角和旋轉(zhuǎn)因子的相位角之間的差φi收斂在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)。
全文摘要
一種在OFDM系統(tǒng)中使用的3780點(diǎn)DFT處理器，包括60點(diǎn)DFT模塊，用于對輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行60點(diǎn)DFT；CORDIC運(yùn)算單元，用于對在60點(diǎn)DFT之后的數(shù)據(jù)執(zhí)行CORDIC運(yùn)算；矩陣交織器，用于將在CORDIC運(yùn)算單元之后的輸入數(shù)據(jù)處理為轉(zhuǎn)置矩陣；和63點(diǎn)DFT模塊，用于對在轉(zhuǎn)置矩陣中的數(shù)據(jù)執(zhí)行63點(diǎn)DFT。通過CORDIC運(yùn)算單元僅用移位和加法來執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，并且因?yàn)椴恍枰朔ㄆ?，所以在硬件?shí)現(xiàn)中可以顯著地減小尺寸。
文檔編號G06F7/48GK1573680SQ20041004829
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者郭征元 申請人:三星電子株式會社