專利名稱：基于傅里葉變換的信道化器和去信道化器縮短延遲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信。具體而言，本發(fā)明涉及無(wú)線通信系統(tǒng)，包括蜂窩系統(tǒng)、陸地移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)和無(wú)線局域網(wǎng)，中的數(shù)字信道化和去信道化。
無(wú)線通信系統(tǒng)還能夠同時(shí)在一個(gè)以上的發(fā)射或者接收支路中同時(shí)接收和發(fā)射無(wú)線電信道信號(hào)。例如，常常在接收機(jī)一側(cè)采用兩個(gè)分支進(jìn)行接收，這常常被叫做分集。將來(lái)在接收和發(fā)射鏈路中采用多分支發(fā)射和接收會(huì)越來(lái)越平常。這項(xiàng)技術(shù)常常涉及到智能天線、自適應(yīng)天線和/或空間-時(shí)間分集系統(tǒng)。
盡管信道化器和去信道化器通常都是模擬器件，但是現(xiàn)在也已經(jīng)有了數(shù)字信道化器和去信道化器。數(shù)字信道化器和去信道化器通常都不那么復(fù)雜，生產(chǎn)起來(lái)成本也比較低。當(dāng)然，有幾種大家都知道的方式用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信道化器和去信道化器。但是，在確定采用哪種方式最合適的時(shí)候，需要考慮許多重要方面，例如，功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性。
在第一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，可以采用一個(gè)單獨(dú)的修正快速卷積(MFC)算法。

圖1畫(huà)出了修正快速卷積算法的基本過(guò)程。修正快速卷積算法是在頻域進(jìn)行各種必要的濾波。典型情況下，這樣做需要處理大量的數(shù)據(jù)，會(huì)導(dǎo)致難以接受的延遲。
在第二個(gè)示例性的實(shí)施方案中，可以采用一種改進(jìn)了的修正快速卷積算法，也就是iMFC。圖2畫(huà)出了這個(gè)改進(jìn)了的修正快速卷積算法的基本過(guò)程。如圖所示，一些濾波是在頻域進(jìn)行的，而輔助信道濾波(ACF)則是在時(shí)域進(jìn)行的。通過(guò)在頻域完成部分濾波，在時(shí)域完成輔助濾波，功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性跟單獨(dú)的修正快速卷積算法相比都會(huì)下降。除此以外，改進(jìn)的修正快速卷積算法用較少的數(shù)據(jù)塊來(lái)處理數(shù)據(jù)。這樣會(huì)使處理延遲較短。
單獨(dú)的修正快速卷積算法和改進(jìn)的修正快速卷積算法都包括兩個(gè)部分公用部分和信道部分，如圖1和2所示。公用部分對(duì)所有信道來(lái)說(shuō)都是相同的，它包括數(shù)據(jù)收集部分和變換部分。信道部分包括多條處理路徑，每個(gè)信道一條。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這里將單獨(dú)的和改進(jìn)的修正快速卷積算法都叫做修正快速卷積算法。
在第三個(gè)示例性的實(shí)施方案中，可以采用濾波器組算法。圖3說(shuō)明濾波器組算法的基本過(guò)程。如圖所示，濾波器組算法跟修正快速卷積算法相似，但是濾波器組算法的數(shù)據(jù)收集部分包括一個(gè)公用的多相濾波器，如圖所示，還包括一個(gè)大傅里葉變換。從功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性角度考慮，特別是有大量信道的時(shí)候，濾波器組算法是一種非常有效的信道化/去信道化算法。但是這一算法沒(méi)有修正快速卷積算法那么靈活，因?yàn)樾诺辣仨毻Ａ粼谝粋€(gè)固定的頻率柵格上，而且只有一個(gè)信道間隔。
如圖1～3所示，上述算法中的每一個(gè)都要進(jìn)行大變換運(yùn)算。無(wú)線電通信系統(tǒng)通常都要求這一變換足夠大(例如大小是1k)，而且它采用很高的采樣率(例如50MHz)。因此，大變換的采用要求有特殊結(jié)構(gòu)，例如，一種“流水線式的”快速傅里葉變換(FFT)結(jié)構(gòu)，這在本領(lǐng)域中是眾所周知的。流水線式的快速傅里葉變換算法的特征在于如果沒(méi)有任何輸入數(shù)據(jù)，流水線式的快速傅里葉變換算法就不進(jìn)行任何計(jì)算。這種設(shè)計(jì)大大地提高了計(jì)算效率。但是，這種特征天生就會(huì)引入附加處理延遲，因?yàn)闆](méi)有輸入數(shù)據(jù)的時(shí)候處理過(guò)程就會(huì)停止。雖然能夠?yàn)榱魉€式的快速傅里葉變換算法填充符“啞”數(shù)據(jù)，這種填充過(guò)程也會(huì)導(dǎo)致另外的沒(méi)有必要的計(jì)算。因此，流水線式的快速傅里葉變換算法不一定是最優(yōu)算法。
圖4A畫(huà)出了一個(gè)四級(jí)流水線式的快速傅里葉變換算法，而圖4B則按照?qǐng)D4所示四級(jí)流水線式的快速傅里葉變換對(duì)一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理所需要的時(shí)間和處理延遲。由于通過(guò)無(wú)線電通信系統(tǒng)傳送的象話音數(shù)據(jù)這樣的數(shù)據(jù)對(duì)延遲非常敏感，因此縮短這樣的延遲極其重要。由于流水線式的快速傅里葉變換算法處理數(shù)據(jù)塊的方式會(huì)影響處理延遲的長(zhǎng)短，因此人們已經(jīng)找到了許多眾所周知的技術(shù)，利用流水線式的快速傅里葉變換算法來(lái)處理數(shù)據(jù)塊。
為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面將只是針對(duì)信道化過(guò)程描述這些已知的數(shù)據(jù)塊處理技術(shù)，雖然本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白，這些技術(shù)同樣能夠用于去信道化過(guò)程。此外，對(duì)于修正快速卷積算法，采用了本領(lǐng)域中同樣眾所周知的一種重疊和相加技術(shù)。
這些技術(shù)中的第一項(xiàng)技術(shù)通過(guò)很大的實(shí)變換對(duì)一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。總的處理延遲(也就是Delayprocess)定義為以下等式Delayprocess＝(Delaycollect+Delaytrans)采樣周期 (1)在這里Delaycollect代表跟數(shù)據(jù)收集有關(guān)的延遲，而Delaytrans則代表跟變換有關(guān)的延遲。因此，Delaytrans常常被叫做變換延遲。
對(duì)于修正快速卷積算法，可以按照以下關(guān)系來(lái)定義DelaycollectDelaycollect＝[(1-η)*Ntrans]采樣周期 (2)其中η是重疊百分比(例如50％或者25％)。對(duì)于濾波器組算法，Delaycollect僅僅用快速傅里葉變換算法的大小來(lái)定義，如同下面的等式(3)所示Delaycollect＝Ntrans采樣周期 (3)注意到變換延遲Delaytrans是要處理的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)樣本進(jìn)入快速傅里葉算法，直到快速傅里葉變換算法產(chǎn)生要處理的最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊的最后一個(gè)樣本這一段時(shí)間，是非常重要的。對(duì)于流水線式的快速傅里葉變換方法，變換延遲由以下公式給出Delaytrans＝[Ntrans+Δ]采樣周期 (4)其中Δ是從方程的快速傅里葉變換過(guò)程中清除掉最后一個(gè)或者多個(gè)結(jié)果所需要的最小附加延遲。
在以上等式(1)、(2)、(3)和(4)的基礎(chǔ)之上，跟修正快速卷積算法有關(guān)的總的處理延遲為Delayprocess＝[(2-η)*Ntrans+Δ]采樣周期 (5)而跟濾波器組方法有關(guān)的總的處理延遲則是Delayprocess＝[2*Ntrans+Δ]采樣周期 (6)
表1總結(jié)了在采用具有50％重疊的修正快速卷積算法、具有25％重疊的修正快速卷積算法以及采用過(guò)采樣濾波器組算法的時(shí)候，第一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)數(shù)據(jù)塊處理技術(shù)中的處理延遲。應(yīng)當(dāng)指出，由于修正快速卷積算法采用了重疊技術(shù)，而濾波器組算法又采用過(guò)采樣技術(shù)，因此需要一個(gè)以上的大變換。對(duì)于具重疊了50％的修正快速卷積算法，Delayprocess近似地是1.5*Ntrans。對(duì)于具重疊了25％的修正快速卷積算法，Delayprocess近似地是1.75*Ntrans。對(duì)于濾波器組算法，Delayprocess近似地是2*Ntrans。但是這些值都假設(shè)了大變換是以輸入的采樣率作為時(shí)鐘信號(hào)頻率的。大變換也可以采用更高的采樣率作為時(shí)鐘頻率來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。不管是哪一種方式，它們都需要極大的計(jì)算系統(tǒng)開(kāi)銷。
表1
圖5A說(shuō)明已知的第二種技術(shù)，其中長(zhǎng)度都是Ntrans，每一個(gè)都包括實(shí)數(shù)據(jù)的兩個(gè)數(shù)據(jù)塊被多路復(fù)合成一個(gè)大的復(fù)變換。這第二種技術(shù)是建立在無(wú)線電通信系統(tǒng)中要處理的所有數(shù)據(jù)都是實(shí)數(shù)據(jù)這樣一個(gè)事實(shí)的基礎(chǔ)之上的。具體而言，圖5B～D畫(huà)出了連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，例如，輸出塊n和n+1被同時(shí)多路復(fù)合成流水線式變換，作為單獨(dú)的一個(gè)復(fù)塊real(n)+j(imag(n+1))。得到的變換由下式給出Z(k)＝A(k)+jB(k)(7)其中k是“0”和[Ntrans-1]之間的一個(gè)整數(shù)值。
圖5B～D還說(shuō)明這第二種技術(shù)的最大處理延遲。例如如圖5B所示，采用50％重疊的修正快速卷積算法的最大延遲Delayprocess是[2*Ntrans+Δ]，其中每個(gè)數(shù)據(jù)塊n、n+1、n+2、n+3的長(zhǎng)度都是Ntrans/2。在圖5C中，采用25％重疊的修正快速卷積算法的最大延遲Delayprocess是[3*Ntrans+Δ]，其中每塊數(shù)據(jù)n、n+1、n+2、n+3的長(zhǎng)度都是3Ntrans/4。本領(lǐng)域里的技術(shù)人員會(huì)明白，可以用0來(lái)填充快速傅里葉變換算法，以便產(chǎn)生跟第二個(gè)數(shù)據(jù)塊有關(guān)的最后的變換，而不會(huì)帶來(lái)附加處理延遲(也就是變換延遲)。最后在圖5D中，濾波器組算法的最大延遲Delayprocess是[4*Ntrans+Δ]，其中每個(gè)數(shù)據(jù)塊n、n+1、n+2、n+3的長(zhǎng)度都是Ntrans。下面的表2綜述了這些延遲值。
表2
如同表2所示，第二項(xiàng)技術(shù)的最大處理延遲大于表1中第一項(xiàng)技術(shù)的最大處理延遲。但是，將兩個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)塊合成一個(gè)復(fù)變換，對(duì)于每一塊而言計(jì)算量較小。
應(yīng)當(dāng)指出，需要額外的存儲(chǔ)器和加法器用于預(yù)處理和后處理。對(duì)于預(yù)處理，MFC算法需要(1-η)*Ntrans個(gè)存儲(chǔ)器，臨界采樣需要Ntrans個(gè)存儲(chǔ)器，還需要濾波器組算法。如圖5A所示，后處理需要選擇和提取算法，它是建立在實(shí)信號(hào)和虛信號(hào)分別具有獨(dú)一無(wú)二的對(duì)稱性這一基礎(chǔ)之上的，就像變換輸出中一樣。具體而言，選擇算法有選擇地收集跟活動(dòng)頻道有關(guān)的流水線式變換算法的輸出變換。對(duì)于給定的任意信道，輸出變換可以按照等式(7)來(lái)定義，其中k代表濾波器號(hào)(也就是采樣頻率)，這里的k可以在0和[Ntrans-1]之間變化。但是對(duì)于具體的信道，k可以從kstart變化到[kstart+(N-1)]，其中kstart代表開(kāi)始的濾波器，[kstart+(N-1)]代表最后一個(gè)濾波器，在這里N表示這個(gè)信道中濾波器的個(gè)數(shù)，N一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Ntrans。對(duì)于濾波器組算法，N就等于1。
為了進(jìn)一步處理，提取算法產(chǎn)生以下變換結(jié)果REAL(k)和IMAG(k)REAL(k)＝{A(k)+A(Ntrans-k)}/2+j{B(k)-B(Ntrans-k)}/2 (8)IMAG(k)＝{B(k)+B(Ntrans-k)}/2+j(A(k)-A(Ntrans-k)}/2 (9)其中REAL(k)和IMAG(k)分別是跟第一個(gè)數(shù)據(jù)塊real(n)和第二個(gè)數(shù)據(jù)塊imag(n+1)有關(guān)的變換。
第三種技術(shù)涉及用于快速卷積算法的著名的時(shí)間抽取(DIT)程序。第三種技術(shù)首先將長(zhǎng)度是Ntrans的一個(gè)數(shù)據(jù)塊分成偶數(shù)和奇數(shù)個(gè)樣本的數(shù)據(jù)塊。偶數(shù)和奇數(shù)個(gè)樣本隨后被分別組合成實(shí)部和虛部，其中新的輸入數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度是Ntrans/2。隨后針對(duì)這個(gè)新的輸出塊進(jìn)行長(zhǎng)度是Ntrans/2的大變換，在這以后將結(jié)果組合成長(zhǎng)度是Ntrans的變換。這一技術(shù)優(yōu)化每一點(diǎn)的乘法次數(shù)，僅用于快速卷積算法。但是這一算法需要兩個(gè)大變換，并且不提供頻率變換，也不提供抽取/內(nèi)插，因此它跟修正快速卷積和濾波器組算法很不相同。
因?yàn)榱硪环N已知技術(shù)要使用更多的馬力(也就是并行處理硬件)，作為縮短不同計(jì)算部分延遲的措施。但是，從功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性的角度來(lái)看這種方法代價(jià)太高。因此，一般情況下它不是很好的選擇。
給出了上面描述的各種數(shù)據(jù)塊處理技術(shù)以后，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)很容易地明白這些技術(shù)主要集中于降低計(jì)算的復(fù)雜性，而沒(méi)有考慮大變換算法所帶來(lái)的延遲。因此，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白需要考慮更多地集中于使變換延遲(也就是Delaytrans)和/或跟大變換有關(guān)的處理延遲(也就是Delayprocess)最小的其它技術(shù)。還有，要做到這一點(diǎn)而不增大功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性。
發(fā)明簡(jiǎn)述如前所述，本發(fā)明涉及無(wú)線通信系統(tǒng)中的數(shù)字信道化和去信道化。具體而言，本發(fā)明涉及一種技術(shù)和它的幾個(gè)變種，用于處理數(shù)據(jù)塊，同時(shí)用大的快速傅里葉變換(FFT)算法，比如修正快速卷積(MFC)算法或者濾波器組算法，變換這些數(shù)據(jù)塊。跟現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明利用多個(gè)發(fā)射和接收分支，主要集中在跟大變換算法有關(guān)的變換延遲的最小化，而不明顯地影響信道化器/去信道化器其它關(guān)鍵設(shè)計(jì)特性，例如功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性上。
所以，可以說(shuō)本發(fā)明的主要目的是縮短無(wú)線通信系統(tǒng)特別是通信數(shù)據(jù)對(duì)這種延遲非常敏感的通信系統(tǒng)中信道化器和去信道化器的處理延遲。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是縮短無(wú)線通信系統(tǒng)中信道化器和去信道化器從時(shí)域到頻域變換數(shù)據(jù)塊的變換延遲。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是使上面提到的變換延遲最小，縮短處理延遲，而不會(huì)顯著地影響功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性這些其它關(guān)鍵參數(shù)。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供一種技術(shù)以及它的其它形式，用于縮短無(wú)線通信系統(tǒng)中特定信道化器和/或去信道化器算法的延遲。盡管現(xiàn)有技術(shù)主要集中于降低這些算法的計(jì)算復(fù)雜性，包括修正快速卷積算法和濾波器組算法，它們這樣做是以信道化器和/或去信道化器算法大變換引入延遲作為代價(jià)的。但是本發(fā)明集中在縮短延遲上，特別是跟這些算法有關(guān)的變換延遲，而不會(huì)明顯影響其它關(guān)鍵算法特征，比如功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性。
為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，主要是針對(duì)(也就是接收機(jī)中的)信道化器算法來(lái)描述本發(fā)明。但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)明白，對(duì)本發(fā)明的以下描述同樣可以用于(也就是發(fā)射機(jī)中的)去信道化器算法。另外，為了描述本發(fā)明做了許多假設(shè)。首先，在描述將本發(fā)明應(yīng)用于修正快速卷積算法的時(shí)候，假設(shè)修正快速卷積算法采用重疊和相加技術(shù)。其次假設(shè)信道化器和/去信道化器采用的大變換具有一種基2結(jié)構(gòu)。第三，為了將本發(fā)明跟現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行客觀比較，上面描述的圖5A～D所示的第二種現(xiàn)有技術(shù)被用作參考技術(shù)。
為了客觀地度量本發(fā)明中每個(gè)示例性實(shí)施方案的有效性，除了處理延遲(也就是Delayprocess)以外，將評(píng)估三個(gè)參數(shù)。這三個(gè)參數(shù)是代數(shù)復(fù)雜性、代數(shù)運(yùn)算量和存儲(chǔ)量。說(shuō)明芯片面積的代數(shù)復(fù)雜性是用復(fù)值乘法器的個(gè)數(shù)來(lái)衡量的，它跟以下變換的大小有關(guān)。
復(fù)雜性＝log2Ntrans復(fù)乘法器(10)說(shuō)明功耗的平均代數(shù)運(yùn)算量定義為運(yùn)算量＝(復(fù)雜性*工作比)/分集分支的個(gè)數(shù)(11)其中的工作比是按照以下公式來(lái)定義的。
工作比＝活動(dòng)周期/流水線式變換的完整周期 (12)作為參考，表3給出了上面描述的第二種現(xiàn)有技術(shù)的代數(shù)復(fù)雜性和算術(shù)運(yùn)算量的值，它涉及通過(guò)一個(gè)復(fù)變換算法將包括實(shí)數(shù)據(jù)的兩個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)塊復(fù)合。
表III
第三個(gè)參數(shù)存儲(chǔ)器可以被分成收集存儲(chǔ)器(也就是進(jìn)行數(shù)據(jù)收集所需要的存儲(chǔ)器)和變換存儲(chǔ)器(也就是支持大變換算法所需要的存儲(chǔ)器)。存儲(chǔ)器是一個(gè)很重要的方面，因?yàn)樗苯佑绊懶酒娣e和功耗。下面的表IV說(shuō)明了現(xiàn)有技術(shù)中兩個(gè)數(shù)據(jù)塊一個(gè)大復(fù)變換技術(shù)所需要的存儲(chǔ)器。
表IV
本發(fā)明中的第一個(gè)示例性實(shí)施方案要采用一個(gè)復(fù)變換和兩個(gè)分集分支。無(wú)線電通信系統(tǒng)可以采用兩個(gè)或者多個(gè)分集分支，就象現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)人員已經(jīng)明白的一樣。目前的系統(tǒng)通常都在接收機(jī)一側(cè)采用兩個(gè)分集分支。但是在不遠(yuǎn)的將來(lái)，在接收和發(fā)射鏈中多分支分集將非常普遍。支持多分支分集的天線常常叫做“智能天線”和/或“自適應(yīng)天線”。
本發(fā)明的第一個(gè)示例性實(shí)施方案建立在更有效地利用可用資源的基礎(chǔ)之上，也就是無(wú)線電通信接收機(jī)采用兩個(gè)分集分支。這兩個(gè)分集分支能夠比單獨(dú)一個(gè)數(shù)據(jù)分支提供更多的數(shù)據(jù)給信道化器算法，特別是這里采用的流水線式的算法更是如此。這樣能夠延長(zhǎng)流水線式變換的活動(dòng)周期。當(dāng)然，延長(zhǎng)流水線式變換的活動(dòng)周期會(huì)導(dǎo)致流水線式變換的工作比增大，如同上面的等式(12)所示。增大流水線式變換的工作比會(huì)減少流水線式變換的變換延遲(也就是Delaytrans)，從而縮短整個(gè)處理延遲(也就是Delayprocess)。
圖6A說(shuō)明本發(fā)明第一個(gè)示例性實(shí)施方案中采用的技術(shù)。如圖所示，兩個(gè)分集分支中每一個(gè)的流水線式變換T/F不需要等待也不需要處理每個(gè)數(shù)據(jù)塊，而上面描述的參考技術(shù)則需要這樣做。相反，每一個(gè)都處理不同的數(shù)值塊。例如，流水線式變換T/F1可以只處理和變換兩個(gè)數(shù)據(jù)塊流x(n)和y(n)中的偶數(shù)位置數(shù)據(jù)塊，其中的偶數(shù)位置數(shù)據(jù)塊在圖6A中用x(2n)和y(2n)表示。流水線式變換T/F2只對(duì)圖6A中的奇數(shù)位置數(shù)據(jù)塊x(2n+1)和y(2n+1)進(jìn)行處理和變換。
圖6B～D說(shuō)明本發(fā)明第一個(gè)示例性實(shí)施方案分別用于50％重疊的MFC算法、25％重疊的MFC算法和濾波器組算法的時(shí)候的時(shí)序和處理延遲。具體而言，圖6B～D說(shuō)明兩個(gè)數(shù)據(jù)塊流x(n)和y(n)，它們中的每一個(gè)都包括數(shù)據(jù)塊n、n+1、n+2、n+3、……，它們用這種方式進(jìn)行復(fù)合，偶數(shù)位置數(shù)據(jù)塊x(2n)和y(2n)被分別作為第一個(gè)流水線式變換T/F1的輸入的實(shí)部(r)和虛部(i)。同樣，奇數(shù)位置數(shù)據(jù)塊x(2n+1)和y(2n+1)被分別作為第二個(gè)流水線式變換T/F2的輸入的實(shí)部(r)和虛部(i)。第一個(gè)示例性實(shí)施方案的最大處理延遲，也就是將給定數(shù)據(jù)塊(例如數(shù)據(jù)塊“n”)第一個(gè)樣本輸入給流水線式變換，直到流水線式變換輸出數(shù)據(jù)塊最后一個(gè)樣本的變換所需要的時(shí)間，如圖6B～D所示。在下面的表V中給出這些處理延遲(也就是Delayprocess)。
表V
應(yīng)當(dāng)指出，這里的選擇和提取算法跟上面描述的參考技術(shù)中使用的相同。假設(shè)要提取的每個(gè)活動(dòng)信道只包括少量濾波器，這個(gè)選擇和提取過(guò)程的延遲就可以忽略，如同表V所示。因此，本發(fā)明第一個(gè)示例性實(shí)施方案的處理延遲，如表II所示，說(shuō)明這一變換延遲相對(duì)于參考技術(shù)縮短大約20～50％，這一點(diǎn)在表V中說(shuō)明。
表VI說(shuō)明第一個(gè)示例性實(shí)施方案的算法復(fù)雜性和計(jì)算量。從表VI的結(jié)果可以看出，算法復(fù)雜性實(shí)際上比如表III所示的參考技術(shù)增加了兩倍，只有濾波器組算法這種情況例外，它采用了兩個(gè)分集分支，從而使流水線被占滿，如圖6D所示。算法復(fù)雜性的增加是由于分集。但是，對(duì)于修正快速卷積算法，每個(gè)分集分支的計(jì)算量沒(méi)有改變。對(duì)于濾波器組算法則減半。
表VI
本發(fā)明第一個(gè)示例性施方案所需要的存儲(chǔ)器比參考技術(shù)中所需要的要少，如同下面的表VII所示。事實(shí)上，數(shù)據(jù)收集對(duì)存儲(chǔ)器沒(méi)有任何要求。考慮到需要的存儲(chǔ)器減少了，同時(shí)考慮算法復(fù)雜性和計(jì)算量，第一個(gè)示例性實(shí)施方案中總芯片面積和功耗要比參考技術(shù)中的少。
表VII
考慮去信道化器也能夠得到類似的結(jié)果。圖6E說(shuō)明本發(fā)明第一個(gè)示例性實(shí)施方案中去信道化器算法的實(shí)施方案，其中的第一步產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱數(shù)據(jù)矢量，從而使一個(gè)分集分支最終只出現(xiàn)在實(shí)變換輸出中，而另一個(gè)分集分支(也就是第二個(gè)分集分支)則是出現(xiàn)在虛變換輸出中。這樣做的原因是最后的塊合并過(guò)程成為一個(gè)簡(jiǎn)單的復(fù)合操作。偶數(shù)位置數(shù)據(jù)塊的對(duì)稱產(chǎn)生等式為Z2n(kstart+k)＝[X2n(k)+jY2n(k)]/2 (13)Z2n(Ntrans-kstart-k)＝[X’2n(k)+jY’2n(k)]/2 (14)其中X和Y分別代表同一個(gè)物理信道的一個(gè)數(shù)值塊流，它們是用兩個(gè)分集分支收到的，其中的下標(biāo)“2n”表示偶數(shù)位置數(shù)據(jù)塊。X2n’(k)和Y2n’(k)跟X2n(k)和Y2n(k)分別是復(fù)共軛，k取值0～N-1。注意，N通常都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于變換大小Ntrans。它們插入的偶數(shù)位置數(shù)據(jù)塊的變換矢量被定義為Z2n(h)，其中h取值0～Ntrans-1。變量kstart給出要插入的信道的第一個(gè)濾波器，可以是1～Ntrans-1之間的任意一個(gè)整數(shù)。還要注意這些等式還能夠用于奇數(shù)位置數(shù)據(jù)塊X(2n+1)和Y(2n+1)的變換。另外，可以將一個(gè)以上的信道輸入變換矢量中，對(duì)于重疊位置情形，重疊位置應(yīng)當(dāng)被添加進(jìn)去形成最終的變換矢量位置。
產(chǎn)生的數(shù)據(jù)矢量隨后由變換插入過(guò)程加以處理，它只是將變換矢量按照相反的比特順序插入流水線式變換，從而使流水線式變換順序正確。
來(lái)自第一個(gè)和第二個(gè)變換的實(shí)數(shù)據(jù)被傳遞給第一個(gè)分集分支塊合并器，而來(lái)自第一個(gè)和第二個(gè)變換的虛數(shù)據(jù)則被傳遞給第二個(gè)分集分支塊合并器。濾波器組算法的塊合并器只是讓這些數(shù)據(jù)排隊(duì)通過(guò)多相濾波器，在這里把它看作單獨(dú)一項(xiàng)操作。對(duì)于MFC算法，塊合并器將連續(xù)的塊重疊一段長(zhǎng)度ηNtrans。在重疊和相加版本中，重疊部分被增加到對(duì)應(yīng)于重疊部分的前面的塊中，而對(duì)于重疊和保存版本塊的重疊部分被丟棄。對(duì)于重疊和保存，不重疊的部分沒(méi)有任何操作。
總之，本發(fā)明的第一個(gè)示例性實(shí)施方案能夠縮短處理延遲，如同上面的表V所示。跟參考技術(shù)相比，它還能夠降低功耗和減少芯片面積。第一個(gè)示例性實(shí)施方案還能夠降低算法的復(fù)雜性。
本發(fā)明的第二個(gè)示例性實(shí)施方案要處理包括實(shí)數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)據(jù)塊。通過(guò)提取和合并進(jìn)一步處理所需要的那些點(diǎn)就能夠產(chǎn)生全尺寸的變換。
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的第二個(gè)示例性實(shí)施方案是建立在這樣一個(gè)事實(shí)的基礎(chǔ)之上的，也就是一個(gè)大的基2點(diǎn)變換可以分解成兩個(gè)Ntrans/2點(diǎn)變換，后面是一個(gè)合并過(guò)程，實(shí)現(xiàn)一個(gè)Ntrans點(diǎn)變換。具體而言，這個(gè)數(shù)據(jù)塊被劃分成偶數(shù)和奇數(shù)樣本。對(duì)偶數(shù)樣本序列和奇數(shù)樣本序列都進(jìn)行一個(gè)Ntrans/2變換。然后對(duì)結(jié)果加以選擇、提取，并且合并起來(lái)形成一個(gè)Ntrans點(diǎn)變換。
圖7A說(shuō)明本發(fā)明第二個(gè)示例性實(shí)施方案中的技術(shù)。如圖所示，長(zhǎng)度為Ntrans的一個(gè)實(shí)數(shù)據(jù)塊n被分成偶數(shù)和奇數(shù)樣本。偶數(shù)樣本和奇數(shù)樣本被隨后復(fù)合成大小是Ntrans的一個(gè)復(fù)數(shù)據(jù)塊。具體地說(shuō)，偶數(shù)樣本被復(fù)合成新的復(fù)數(shù)據(jù)塊的實(shí)部(r)，奇數(shù)樣本被復(fù)合成虛部(i)。然后進(jìn)行長(zhǎng)度是Ntrans/2的復(fù)變換T/F，它的結(jié)果由Z(k)＝A(k)+jB(k)給出，其中k是0和[Ntrans/2-1]之間的一個(gè)整數(shù)。
后處理再一次要進(jìn)行選擇和提取。選擇算法只是從流水線式變換算法T/F收集需要的活動(dòng)信道的輸出變換。如前所述，任意給定信道所需要的輸出變換都被定義為A(k)+jB(k)，其中k等于kstart～kstart+(N-1)，N是這個(gè)信道輸出變換的個(gè)數(shù)。然后提取算法利用以下等式提取偶數(shù)結(jié)果EVEN(k)和奇數(shù)結(jié)果ODD(k)EVEN(k)＝{A(k)+A(Ntrans-k)}/2+j{B(k)-B(Ntrans-k)}/2(14)ODD(k)＝{B(k)+B(Ntrans-k)}/2+j{A(Ntrans-k)-A(k)}/2 (15)其中EVEN(k)和ODD(k)分別是跟數(shù)據(jù)塊的偶數(shù)樣本even(k)以及數(shù)據(jù)塊的奇數(shù)樣本odd(n)有關(guān)的變換。
在本發(fā)明的第二個(gè)示例性實(shí)施方案中，后處理還要合并EVEN(k)和ODD(k)變換。但是，只有每個(gè)信道需要的EVEN(k)和ODD(k)結(jié)果被合并起來(lái)形成Ntrans點(diǎn)變換的有用部分。為此采用以下等式C(k)＝{EVEN(k)+(ODD(k)*WkNtrans)} (16)C(Ntrans/2+k)＝{EVEN(k)-(ODD(k)*WkNtrans)} (17)其中k＝0～[Ntrans/2-1]。對(duì)于逆變換，WkNtrans用W-kNtrans代替，不計(jì)算等式(17)，因?yàn)檩斎胄盘?hào)是實(shí)的，因此對(duì)于k＝1～[Ntrans/2-1]，C(Ntrans-k)是C(k)的復(fù)共軛。對(duì)于修正快速卷積和濾波器組算法這一點(diǎn)都成立。
本發(fā)明的第二個(gè)示例性實(shí)施方案跟類似的現(xiàn)有技術(shù)相比需要的計(jì)算量較少，因?yàn)橹恍枰?jì)算跟每個(gè)信道有關(guān)的輸出變換。對(duì)于修正快速卷積算法，每個(gè)信道的k跨越多個(gè)濾波器C(i)，其中C(k)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于變換的大小Ntrans。對(duì)于濾波器組算法，k跨越C(k)情形中的一個(gè)濾波器。因此最后的計(jì)算量小得多，這一點(diǎn)進(jìn)一步地減少了變換延遲對(duì)提取算法Δext和合并算法Δcomb的影響。事實(shí)上，提取和合并算法的變換延遲跟類似的現(xiàn)有技術(shù)相比可以忽略。
圖7B～D更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明第二個(gè)示例性實(shí)施方案分別應(yīng)用于50％重疊的MFC算法、25％重疊的MFC算法和濾波器組算法中的時(shí)序和處理延遲差。這些處理延遲在表VIII中給出，其中的延遲是表II中參考技術(shù)的一半。
表VIII
圖7E說(shuō)明另外一個(gè)實(shí)施方案的時(shí)序和處理延遲，其中濾波器組算法結(jié)合了第二個(gè)示例性實(shí)施方案的概念和第一個(gè)示例性實(shí)施方案的概念。采用兩個(gè)分集分支增大了流水線式變換的工作比，從而進(jìn)一步將處理延遲從2Ntrans縮短到大約1.5Ntrans。
第二個(gè)示例性實(shí)施方案的算法參數(shù)在表IX中給出。
表IX
從表IX可以看出，算法的復(fù)雜性或多或少地降低了。但是跟參考技術(shù)相比，合并算法需要進(jìn)行一些額外處理，它會(huì)消耗更多芯片面積和功耗。盡管如此，這種差別對(duì)于每個(gè)信道來(lái)說(shuō)都很小。對(duì)于具有分集的濾波器組算法這種情形，如圖7E所示，一點(diǎn)也沒(méi)有增加硬件，相反，硬件由兩個(gè)分集分支使用。在這種情況下，會(huì)明顯地減少芯片面積。
表X綜述了第二個(gè)示例性實(shí)施方案對(duì)存儲(chǔ)器的要求。如表所示，由于收集存儲(chǔ)器尺寸而減少了總的存儲(chǔ)器要求。這樣既減少了芯片面積，又降低了功耗。
表X
圖7E說(shuō)明本發(fā)明第二個(gè)示例性實(shí)施方案中的去信道化器算法。第一步也是產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱數(shù)據(jù)矢量，從而使總的大變換的實(shí)部輸出包括偶數(shù)時(shí)間位置樣本，而虛部輸出則包括奇數(shù)時(shí)間位置樣本。如果這些濾波器以對(duì)稱的方式插入就會(huì)出現(xiàn)這種情況。這樣做的原因是最后的塊合并過(guò)程變成了一個(gè)簡(jiǎn)單的多路復(fù)合操作。偶數(shù)位置數(shù)據(jù)塊的對(duì)稱產(chǎn)生等式為Z(kstart+k)＝X(k)/2 (18)Z(Ntrans-kstart-k)＝X’(k)/2 (19)其中X代表一塊信道數(shù)據(jù)，k＝0～[N-1]。注意，對(duì)于臨界采樣濾波器組算法，N明顯地小于變換尺寸，N＝1。它們插入的塊的變換矢量被定義為Z(h)，其中h＝0～[Ntrans-1]。變量kstart確定了要被插入的信道的第一個(gè)濾波器，可以是1和[Ntrans-1]之間的任意一個(gè)整數(shù)。另外，可以將一個(gè)以上的信道輸入變換矢量，對(duì)于變換矢量中重疊點(diǎn)的情形，僅僅是將它們相加。
下一步是將輸入的變換矢量Z(k)分裂成一半大小的新的變換矢量。Z(k)被分裂成兩個(gè)矢量C(k)和D(k)，它們被隨后合并成一個(gè)新矢量E(k)＝C(k)+jD(k)，從而使得流水線式變換以后偶數(shù)結(jié)果將作為變換的實(shí)部輸出，奇數(shù)結(jié)果將作為虛部輸出。等式(20)和(21)描述了這一分裂過(guò)程C(k)＝[Z(k)+Z(Ntrans/2+k)](20)D(k)＝[Z(k)-(Z(Ntrans/2+k)*WkNtrans)] (21)其中k＝0～[Ntrans/2-1]。對(duì)于逆變換，用W-kNtrans代替WkNtrans。然后由變換插入過(guò)程處理數(shù)據(jù)矢量E(k)＝C(k)+jD(k)，這一過(guò)程只是按照相反的比特順序?qū)⒆儞Q矢量輸入流水線式變換。變換完成以后，變換的實(shí)輸出等于大變換尺寸的偶數(shù)時(shí)間位置樣本Ztrans，而變換的虛部輸出則等于尺寸是Ntrans的大變換的奇數(shù)時(shí)間位置樣本。
濾波器組算法的塊合并器只是讓這些數(shù)據(jù)通過(guò)多相濾波器，在這里將它看成一次操作。對(duì)于修正快速卷積算法，塊合并器將連續(xù)的塊重疊長(zhǎng)度ηNtrans。在重疊和相加版本中，重疊部分跟前面的塊中對(duì)應(yīng)的重疊部分相加，而對(duì)于重疊和保存版本，只是將塊的重疊部分丟棄掉。對(duì)于重疊和相加以及重疊和保存版本，在不重疊的部分不進(jìn)行任何操作。
總之，本發(fā)明的第二個(gè)示例性實(shí)施方案能夠縮短處理延遲大約50％。它還能夠降低功耗，同時(shí)減少芯片面積和總的存儲(chǔ)器要求。對(duì)于采用具有分集的濾波器組算法的其它實(shí)施方案，算法復(fù)雜性也降低大約一半。
本發(fā)明的第三個(gè)示例性實(shí)施方案通過(guò)一個(gè)一半尺寸的復(fù)變換對(duì)包括實(shí)數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行處理，它已經(jīng)縮減成一個(gè)“蝴蝶”和兩個(gè)部分流水線式變換。此外，這第三個(gè)示例性實(shí)施方案將分集的概念組合起來(lái)，減少對(duì)資源的需求，就像上面描述的第一個(gè)示例性實(shí)施方案中一樣。
按照第三個(gè)示例性實(shí)施方案，將兩個(gè)重要概念結(jié)合起來(lái)以縮短延遲。首先，一半尺寸的變換被縮減為一個(gè)蝴蝶和兩個(gè)部分變換。其次，采用分集技術(shù)，從而提高變換的工作比，更好地利用資源。
圖8A說(shuō)明本發(fā)明的第三個(gè)示例性實(shí)施方案，其中的第一個(gè)蝴蝶被作為結(jié)合了兩個(gè)部分流水線式變換的加法和減法的一個(gè)并行運(yùn)算。一個(gè)部分變換是Ntrans/2的上半部分，另外一個(gè)部分變換是Ntrans/2的下半部分。它們一起構(gòu)成一個(gè)Ntrans/2變換，從它選擇出特殊的信道結(jié)果，提取出來(lái)并且合并起來(lái)形成一個(gè)Ntrans點(diǎn)變換，如圖8B～D所示，它們分別是一個(gè)50％重疊的MFC算法，一個(gè)25％重疊的MFC算法和一個(gè)濾波器組算法。跟不采用分集技術(shù)的參考技術(shù)相比，主要好處是流水線式變換的尺寸得到了減小，從而縮短了延遲。另外，在更多的時(shí)間里利用硬件，從而減少對(duì)整個(gè)硬件的要求。
圖8A所示的數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)器功能將數(shù)據(jù)輸入，偶數(shù)和奇數(shù)樣本，變換成兩個(gè)大小是Ntrans/4的復(fù)數(shù)據(jù)塊pb(k)+jqb(k)和sb(k)+jtb(k)。第一個(gè)分集分支在時(shí)間的偶數(shù)位置也就是b＝2n上產(chǎn)生兩個(gè)復(fù)塊，而第二個(gè)分集分支則在時(shí)間的奇數(shù)位置也就是b＝2n+1產(chǎn)生兩個(gè)復(fù)塊，如圖8B～D所示。
數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)器功能收集輸入數(shù)據(jù)的偶數(shù)和奇數(shù)樣本，將它填充上0，從而使偶數(shù)或者奇數(shù)樣本的總數(shù)等于Ntrans/2。0的個(gè)數(shù)取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，對(duì)于修正快速卷積算法，0的個(gè)數(shù)等于h*Ntrans/2。對(duì)于濾波器組算法，0的個(gè)數(shù)等于0。
然后將Ntrans/2個(gè)偶數(shù)樣本組合成一個(gè)實(shí)部，其中pb＝even(k)，k＝0～(Ntrans/4)-1，sb＝even(k)，k＝Ntrans/4～(Ntrans/2)～1。Ntrans/2個(gè)奇數(shù)樣本組合成虛部，其中qb＝odd(k)，k＝0～(Ntrans/4)-1，tb＝odd(k)，k＝Ntrans/4～(Ntrans/2)-1。應(yīng)當(dāng)指出，還應(yīng)當(dāng)將偶數(shù)和奇數(shù)樣本分別組合成虛部和實(shí)部。
然后對(duì)兩個(gè)復(fù)塊進(jìn)行以下變換r1+j*i1＝pb(k)+jqb(k)r2+j*i2＝sb(k)+jtb(k)其中第一個(gè)和第二個(gè)分集分支分別在時(shí)間的偶數(shù)和奇數(shù)位置提供數(shù)據(jù)。
然后對(duì)矢量{r1(k)+r2(k)}+j{i1(k)+i2(k)}進(jìn)行長(zhǎng)度是Ntrans/4的上部分變換，對(duì)矢量{r1(k)-r2(k)}+j{i1(k)-i2(k)}進(jìn)行長(zhǎng)度是Ntrans/4的下部分變換，其中k＝0～Ntrans/4-1。上半部分變換和下部分變換輸出長(zhǎng)度是Ntrans/2的偶數(shù)和奇數(shù)結(jié)果。變換結(jié)果又一次由Z(k)＝A(k)+jB(k)給出，其中k是1和Ntrans/2-1之間的一個(gè)整數(shù)。
從以上變換結(jié)果可以看出，選擇算法只是收集流水線式變換算法產(chǎn)生的必須的變換，它們按照相反的比特順序輸出。任意信道的必需的變換輸出又一次由A(k)+jB(k)給出，其中k＝kstart～[kstart+(N-1)]，其中變量N給出具體信道的變換輸出個(gè)數(shù)。
然后用等式(14)和等式(15)描述的公式提取每個(gè)信道所需要的結(jié)果。提取出來(lái)的結(jié)果EVEN(k)和ODD(k)然后利用等式(16)綜合起來(lái)形成Ntrans點(diǎn)變換中的有用點(diǎn)。從合并過(guò)程出來(lái)的塊按順序在第一個(gè)和第二個(gè)輸出之間切換，跟輸入端的切換過(guò)程相對(duì)應(yīng)。
圖8B～D所示的處理延遲在表XI中說(shuō)明。
表XI
本發(fā)明的第一個(gè)和第二個(gè)示例性實(shí)施方案能夠用于去信道化器算法，第三個(gè)示例性實(shí)施方案也能夠這樣。圖8E說(shuō)明本發(fā)明第三個(gè)示例性實(shí)施方案中去信道化器算法的結(jié)構(gòu)。按照?qǐng)D8E，去信道化器算法首先產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱數(shù)據(jù)矢量，從而使總的變換輸出的實(shí)部輸出和虛部輸出包括發(fā)射數(shù)據(jù)的偶數(shù)時(shí)間位置和奇數(shù)時(shí)間位置樣本。如果這些濾波器以一種對(duì)稱方式插入，這種情況就不會(huì)出現(xiàn)。這樣做的原因是最后的塊合并過(guò)程成為一個(gè)簡(jiǎn)單的多路復(fù)合操作。輸入1和2產(chǎn)生的塊的對(duì)稱產(chǎn)生等式由上面的等式(18)和(19)給出，其中Z(k)是得到的變換矢量。
下一過(guò)程將輸入的變換矢量Z(k)變換成一半尺寸的新變換矢量。Z(k)被分裂成兩個(gè)矢量C(k)和D(k)，它們被隨后合并成一個(gè)新矢量E(k)＝C(k)+jD(k)，從而在流水線式變換以后，偶數(shù)結(jié)果在變換的實(shí)部輸出，奇數(shù)結(jié)果在虛部輸出。等式(20)和(21)說(shuō)明了這一分裂過(guò)程。
然后由變換插入過(guò)程處理數(shù)據(jù)矢量E(k)，它首先將E(k)分裂成k＝偶數(shù)和k＝奇數(shù)的上下部分。這兩個(gè)新矢量被隨后按照相反的比特順序輸入Ntrans/2流水線式變換的上下半部分。上下變換的部分結(jié)果被隨后合并在最后1個(gè)蝴蝶內(nèi)，其中r1(k)＝real(Upper(k)+Lower(k))；i1(k)＝imaginary(Upper(k)+Lower(k))；r2(k)＝real(Upper(k)-Lower(k))；和i2(k)＝imaginary(Upper(k)-Lower(k))，其中k＝0～[Ntrans/4)-1]，Upper(k)和Lower(k)分別指一個(gè)Ntrans/2變換的上半部分和下部分。
變換的實(shí)輸出r1和r2等價(jià)于大小是Ntrans的大變換的偶數(shù)時(shí)間位置樣本，變換的虛部輸出i1和i2等價(jià)于奇數(shù)時(shí)間位置樣本。
塊合并器將r1、r2、i1和i2多路分離成單個(gè)的實(shí)數(shù)據(jù)流進(jìn)一步傳送。這個(gè)多路分離過(guò)程跟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，也就是跟修正快速卷積算法或者濾波器組算法有關(guān)。
此外，上面的過(guò)程是兩個(gè)輸入流共享時(shí)間的過(guò)程，這兩個(gè)輸入是給兩個(gè)分集傳輸路徑的，從而最好地利用資源。
在一些情況中，采用硬件更好。例如，25％重疊的修正快速卷積算法只在時(shí)間的2/3中使用硬件。這樣，按照本發(fā)明第三個(gè)示例性實(shí)施方案的另外一個(gè)選擇，采用另外一個(gè)分集分支來(lái)充分地利用硬件。
圖9A說(shuō)明第三個(gè)示例性實(shí)施方案的這樣一個(gè)選擇，例如，其中的25％重疊修正快速卷積算法采用三個(gè)分集分支變換一個(gè)實(shí)數(shù)據(jù)塊，尺寸是Mtrans的一個(gè)復(fù)變換。這一個(gè)實(shí)施方案會(huì)進(jìn)一步地將處理延遲從25％重疊的修正快速卷積算法情形中的1.25*Ntrans縮短到對(duì)應(yīng)于圖9B所示時(shí)序圖的1*Ntrans。
這個(gè)實(shí)施方案的另外一個(gè)實(shí)例涉及到采用四個(gè)信道分集的一個(gè)濾波器組算法。在這個(gè)實(shí)例中，跟圖9B所示的兩個(gè)分集分支結(jié)構(gòu)相比，需要另外的硬件，但是這些硬件會(huì)處于不間斷的工作過(guò)程中((也就是工作比是1)。這個(gè)實(shí)施方案進(jìn)一步將處理延遲從濾波器組算法的1.75*Ntrans縮短到1.25*Ntrans。
在下面的表XII中給出第三個(gè)示例性實(shí)施方案的算法參數(shù)，在其中說(shuō)明總的算法復(fù)雜性和計(jì)算量比參考技術(shù)都減少了。但是應(yīng)當(dāng)指出算法復(fù)雜性不包括第一個(gè)蝴蝶級(jí)，它包括4個(gè)加法器，因?yàn)閷?duì)于大的變換它是可以被忽略的。還有，跟參考技術(shù)相比合并的算法確實(shí)涉及到額外處理。這一點(diǎn)會(huì)增加額外的芯片面積和功耗；但是額外的芯片面積和功耗在每個(gè)信道中都非常小。對(duì)于上面描述的兩個(gè)實(shí)施方案，也就是采用3分集分支的25％重疊的修正快速卷積算法以及采用4分集分支的濾波器組算法，一點(diǎn)也沒(méi)有增加硬件。相反，已經(jīng)有的硬件也由多個(gè)分集分支共同使用，因此總是處于工作狀態(tài)中。事實(shí)上，這些實(shí)施方案會(huì)明顯地節(jié)省芯片面積。
表XII
下面的表XIII說(shuō)明第三個(gè)示例性實(shí)施方案所需要的存儲(chǔ)器情況。如圖所示，總的存儲(chǔ)器需求小于或者等于參考技術(shù)中所需要的存儲(chǔ)器。應(yīng)當(dāng)指出通過(guò)不同的分集分支共享存儲(chǔ)器，每種情況中需要的收集存儲(chǔ)器的量可以進(jìn)一步地減少?？傊?，對(duì)存儲(chǔ)器的要求較低會(huì)同時(shí)縮小芯片面積和降低功耗。
在Ntrans/2變換以后，有兩個(gè)實(shí)輸出，它等價(jià)于大小是Ntrans的大變換的偶數(shù)時(shí)間位置樣本，還有兩個(gè)虛部輸出，它們等價(jià)于尺寸是Ntrans的大變換的奇數(shù)時(shí)間位置樣本。這些輸出被傳送給第一個(gè)或者第二個(gè)分集分支，具體取決于輸入開(kāi)關(guān)的位置。
濾波器組算法的塊合并器只是將偶數(shù)和奇數(shù)位置數(shù)據(jù)流多路復(fù)合在一起，用于多相濾波器，在這里將它看作單獨(dú)一項(xiàng)操作。對(duì)于修正快速卷積算法，塊合并器首先將偶數(shù)和奇數(shù)位置數(shù)據(jù)流多路復(fù)合在一起形成一個(gè)完整塊，然后將連續(xù)的塊重疊，重疊長(zhǎng)度是ηNtrans。在重疊和相加版本中，重疊部分被添加到前1塊的對(duì)應(yīng)的重疊部分，而對(duì)于重疊和保存版本，塊的重疊部分則被丟棄。對(duì)于重疊和相加以及重疊和保存版本，對(duì)不重疊的部分不進(jìn)行任何操作。
總之，跟參考技術(shù)相比第三個(gè)示例性實(shí)施方案能夠?qū)⑻幚硌舆t縮短60～70％。此外，跟總的存儲(chǔ)器要求一樣，功耗和面積也減小了。
表XIII
根據(jù)上面描述的三個(gè)示例性實(shí)施方案，信道化器中的組合級(jí)，去信道化器中的產(chǎn)生級(jí)，采用2點(diǎn)變換，也就是采用對(duì)大變換的基2分解。但是，如前所述，可以采用更高級(jí)的分解。例如，計(jì)算量更小的技術(shù)需要采用基4或者更高級(jí)的分解。
基4變換對(duì)于每隔一級(jí)的75％的點(diǎn)進(jìn)行乘法運(yùn)算。跟每一級(jí)中對(duì)50％的點(diǎn)進(jìn)行乘法運(yùn)算的基2變換相比，也可以采用不是2的冪的基數(shù)，例如3或者10，雖然它取決于具體應(yīng)用以及是否需要這樣做，這樣做是否有效。
采用更大的基數(shù)就能夠很容易使用許多分集分支，因?yàn)槟軌虮苊鈱?shù)據(jù)分配到并行變換部分的蝴蝶的那些層。
圖10說(shuō)明一個(gè)大的變換，其中的組合級(jí)涉及到一個(gè)基4變換。如圖所示，輸入信號(hào)被分成四個(gè)部分0～3。這些部分可以獨(dú)立地變換，然后合并起來(lái)形成一個(gè)大變換。兩個(gè)變換A和B首先按照基2情形的方式進(jìn)行處理，屬于四個(gè)輸入部分之一的單個(gè)變換被提取出來(lái)。
圖11說(shuō)明具有兩個(gè)分集分支的基4組合。這個(gè)變換硬件包括兩個(gè)變換處理器。
上面描述的三個(gè)示例性實(shí)施方案中每一個(gè)都能夠縮短傅里葉信道化器和去信道化器算法，例如修正快速卷積算法和濾波器組算法，中共同處理部分的處理延遲。它們通過(guò)充分地將來(lái)自至少一個(gè)分集分支的數(shù)據(jù)進(jìn)行多路復(fù)合，并且對(duì)變換進(jìn)行配置，從而縮短處理延遲來(lái)做到這一點(diǎn)。同時(shí)降低所有情形中的上述復(fù)雜性、計(jì)算量以及對(duì)存儲(chǔ)器的要求。這樣就能夠減少芯片面積和降低功耗。在有些情況下，能夠顯著地降低計(jì)算復(fù)雜性和減少芯片面積。
描述本發(fā)明的時(shí)候參考了幾個(gè)示例性實(shí)施方案。但是對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言顯然能夠采用不同于上面描述的具體形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，而不會(huì)偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。上面的各個(gè)方面和示例性實(shí)施方案都是說(shuō)明性的，無(wú)論如何也不能認(rèn)為它們是限制性的。本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求給出，而不是前面的描述，屬于權(quán)利要求范圍之內(nèi)的所有變換和等價(jià)條款都屬于本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.包括多個(gè)接收分支的通信接收機(jī)中，一種新的信道化方法，包括以下步驟在每個(gè)接收分支上接收一個(gè)數(shù)據(jù)塊；將每個(gè)接收分支的數(shù)據(jù)塊傳送給第一個(gè)傅里葉變換；將數(shù)據(jù)塊中包括的數(shù)據(jù)從時(shí)域變換到頻域；在每個(gè)接收分支上接收下一個(gè)數(shù)據(jù)塊；將每個(gè)接收分支的下一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送給第二個(gè)傅里葉變換；將下一個(gè)數(shù)據(jù)塊中包括的數(shù)據(jù)從時(shí)域變換到頻域；和將第一個(gè)傅里葉變換的頻域數(shù)據(jù)和第二個(gè)傅里葉變換的頻域數(shù)據(jù)分解成兩個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列。
2.權(quán)利要求1的方法，其中將頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行分離的步驟包括以下步驟從第一個(gè)和第二個(gè)傅里葉變換有選擇地收集跟活動(dòng)信道有關(guān)的頻域數(shù)據(jù)；和從為每個(gè)活動(dòng)信道有選擇地收集到的頻域數(shù)據(jù)產(chǎn)生跟數(shù)據(jù)塊有關(guān)的第一個(gè)頻域數(shù)據(jù)分量和跟下一個(gè)數(shù)據(jù)塊有關(guān)的第二個(gè)頻域數(shù)據(jù)分量。
3.權(quán)利要求1的方法，其中從每個(gè)接收分支將數(shù)據(jù)塊傳送給第一個(gè)傅里葉變換的步驟包括將數(shù)據(jù)塊多路復(fù)合成一個(gè)復(fù)表示的步驟，其中從每個(gè)接收分支將下一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送給第二個(gè)傅里葉變換的步驟包括將下一個(gè)數(shù)據(jù)塊多路復(fù)合成一個(gè)復(fù)表示的步驟。
4.權(quán)利要求1的方法，其中接收分支的數(shù)目是2。
5.權(quán)利要求1的方法，其中的第一個(gè)和第二個(gè)傅里葉變換是修正快速卷積算法的一部分。
6.權(quán)利要求1的方法，其中的第一個(gè)和第二個(gè)傅里葉變換是濾波器組算法的一部分。
7.權(quán)利要求1的方法，其中的第一個(gè)和第二個(gè)傅里葉變換是基2變換或者更高階基變換。
8.通信接收機(jī)中的一種信道化方法，包括以下步驟接收長(zhǎng)度等于Ntrans的一個(gè)數(shù)據(jù)塊；對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并且將這些數(shù)據(jù)樣本分成第一組數(shù)據(jù)樣本和第二組數(shù)據(jù)樣本；將第一組數(shù)據(jù)樣本多路復(fù)合成一個(gè)復(fù)數(shù)據(jù)塊的實(shí)部；將第二組數(shù)據(jù)樣本多路復(fù)合成上述復(fù)數(shù)據(jù)塊的虛部；用長(zhǎng)度是Ntrans/2的傅里葉變換將上述復(fù)數(shù)據(jù)塊變換到頻域；將傅里葉變換得到的頻域數(shù)據(jù)多路分解成一個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列。
9.權(quán)利要求8的方法，其中對(duì)頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行多路分解的步驟包括以下步驟有選擇地收集跟活動(dòng)信道有關(guān)的頻域數(shù)據(jù)；為每個(gè)信道從頻域數(shù)據(jù)中提取跟復(fù)數(shù)據(jù)塊實(shí)部有關(guān)的偶數(shù)位置變換以及跟復(fù)數(shù)據(jù)塊虛部有關(guān)的奇數(shù)位置變換；和將偶數(shù)位置變換和奇數(shù)位置變換組合起來(lái)形成每個(gè)信道Ntrans點(diǎn)變換必不可少的部分。
10.權(quán)利要求8的方法，其中的第一種數(shù)據(jù)樣本包括偶數(shù)位置數(shù)據(jù)樣本，第二個(gè)數(shù)據(jù)樣本包括奇數(shù)位置數(shù)據(jù)樣本。
11.權(quán)利要求8的方法，其中的傅里葉變換是一個(gè)基2變換，或者更高階基的變換。
12.權(quán)利要求8的方法，其中的傅里葉變換是修正快速卷積算法的一部分。
13.權(quán)利要求8的方法，其中的傅里葉變換是濾波器組算法的一部分。
14.權(quán)利要求8的方法，還包括以下步驟從多個(gè)分集分支接收數(shù)據(jù)塊。
15.包括多個(gè)接收分支的通信接收機(jī)中的一種信道化方法，包括以下步驟從一個(gè)接收分支接收一個(gè)輸入數(shù)據(jù)塊，其中的輸入數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度等于Ntrans。對(duì)輸入數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，產(chǎn)生第一組數(shù)據(jù)樣本和第二組數(shù)據(jù)樣本；從第一組數(shù)據(jù)樣本和第二組數(shù)據(jù)樣本產(chǎn)生兩個(gè)復(fù)塊，其中的第一組數(shù)據(jù)樣本被多路復(fù)合成兩個(gè)復(fù)塊中每一個(gè)的實(shí)部，第二組數(shù)據(jù)樣本被多路復(fù)合成兩個(gè)復(fù)塊中每一個(gè)的虛部；將兩個(gè)復(fù)塊多路復(fù)合成一個(gè)Ntrans/2傅里葉變換；和將傅里葉變換產(chǎn)生的頻域數(shù)據(jù)分解成一個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列。
16.權(quán)利要求15的方法，其中的第一組數(shù)據(jù)樣本包括偶數(shù)位置數(shù)據(jù)樣本，第二組數(shù)據(jù)樣本包括奇數(shù)位置數(shù)據(jù)樣本。
17.權(quán)利要求15的方法，其中將變換出來(lái)的塊多路分解成一個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列的步驟包括以下步驟有選擇地收集跟活動(dòng)信道有關(guān)的頻域數(shù)據(jù)，它們是由上面的Ntrans/2傅里葉變換產(chǎn)生的；從有選擇地收集到的頻域數(shù)據(jù)提取跟兩個(gè)復(fù)數(shù)據(jù)塊的實(shí)部有關(guān)的數(shù)據(jù)以及跟兩個(gè)復(fù)數(shù)據(jù)塊的虛部有關(guān)的數(shù)據(jù)；和將提取出來(lái)的數(shù)據(jù)合并起來(lái)形成一個(gè)Ntrans點(diǎn)傅里葉變換必不可少的部分。
18.權(quán)利要求15的方法，其中的傅里葉變換通過(guò)縮減到一個(gè)“蝴蝶”和兩個(gè)部分變換的一個(gè)變換，對(duì)兩個(gè)復(fù)數(shù)據(jù)塊中的每一個(gè)進(jìn)行處理，其中兩個(gè)部分變換中的第一個(gè)被用作Ntrans/2變換的上半部分，兩個(gè)部分變換的第二個(gè)被用作Ntrans/2變換的下半部分。
19.權(quán)利要求15的方法，其中的傅里葉變換是一個(gè)基2變換，或者是一個(gè)更高階基的變換。
20.權(quán)利要求15的方法，其中的傅里葉變換是修正快速卷積算法的一部分。
21.權(quán)利要求15的方法，其中的傅里葉變換是濾波器組算法的一部分。
22.權(quán)利要求15的方法，其中的輸入數(shù)據(jù)塊是通過(guò)多個(gè)接收分支同時(shí)收到的。
23.包括第一個(gè)和第二個(gè)發(fā)射分支的通信發(fā)射機(jī)中的一種去信道化方法，包括以下步驟將兩個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列多路復(fù)合成第一個(gè)和第二個(gè)傅里葉變換；將第一個(gè)傅里葉變換輸出數(shù)據(jù)塊的實(shí)部和第二個(gè)傅里葉變換輸出數(shù)據(jù)塊的實(shí)部傳送給第一個(gè)發(fā)射分支的一個(gè)塊合并器；和將第一個(gè)傅里葉變換輸出數(shù)據(jù)塊的虛部和第二個(gè)傅里葉變換的輸出數(shù)據(jù)塊的虛部傳送給第二個(gè)發(fā)射分支的一個(gè)塊合并器。
24.權(quán)利要求23的方法，其中將兩個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列多路復(fù)合成第一個(gè)和第二個(gè)傅里葉變換的步驟包括以下步驟從上述兩個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列為每個(gè)活動(dòng)信道產(chǎn)生對(duì)稱的變換矢量；和將活動(dòng)信道的變換矢量按照相反的比特順序輸入給第一個(gè)和第二個(gè)傅里葉變換。
25.權(quán)利要求23的方法，其中的傅里葉變換是一個(gè)基2變換或者一個(gè)更高階基的變換。
26.權(quán)利要求23的方法，被應(yīng)用于修正快速卷積算法的傅里葉部分。
27.權(quán)利要求26的方法，還包括以下步驟將輸出數(shù)據(jù)塊的實(shí)部合并起來(lái)，其中第一個(gè)發(fā)射分支的塊合并器將實(shí)部重疊起來(lái)；和將輸出數(shù)據(jù)塊的虛部合并起來(lái)，其中第二個(gè)發(fā)射分支的塊合并器將虛部重疊起來(lái)。
28.權(quán)利要求23的方法，被應(yīng)用于濾波器組算法的傅里葉變換部分。
29.權(quán)利要求28的方法，還包括以下步驟在第一個(gè)發(fā)射分支的塊合并器中將輸出數(shù)據(jù)塊的實(shí)部合并起來(lái)；和在第二個(gè)發(fā)射分支的塊合并器中將輸出數(shù)據(jù)塊的虛部合并起來(lái)，其中第一個(gè)發(fā)射分支的塊合并器和第二個(gè)發(fā)射分支的塊合并器用一個(gè)多相濾波器分別將實(shí)部和虛部合并起來(lái)。
30.通信發(fā)射機(jī)中的一種去信道化方法，包括以下步驟將一個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列多路復(fù)合成長(zhǎng)度是Ntrans/2的傅里葉變換，其中的傅里葉變換產(chǎn)生一個(gè)實(shí)部和一個(gè)虛部輸出；和將實(shí)部數(shù)據(jù)輸出和虛部數(shù)據(jù)輸出合并起來(lái)，形成單獨(dú)一個(gè)發(fā)射數(shù)據(jù)流。
31.權(quán)利要求30的方法，其中將一個(gè)或者多個(gè)頻率塊序列多路復(fù)合成長(zhǎng)度是Ntrans/2的傅里葉變換的步驟包括以下步驟為每個(gè)活動(dòng)信道產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱變換矢量；將活動(dòng)信道的對(duì)稱變換矢量分裂成兩個(gè)一半尺寸的變換矢量；將活動(dòng)信道兩個(gè)一半尺寸的變換矢量重新合并成一個(gè)新的復(fù)變換矢量，其中新的復(fù)變換矢量的實(shí)部包括兩個(gè)一半尺寸的變換矢量的第一個(gè)，新復(fù)變換矢量的虛部包括兩個(gè)一半尺寸的變換矢量的第二個(gè)；和按照相反的比特順序?qū)⒚總€(gè)活動(dòng)信道新的復(fù)變換矢量輸入給長(zhǎng)度是Ntrans/2的傅里葉變換。
32.權(quán)利要求30的方法，其中的傅里葉變換是一個(gè)基2變換或者是一個(gè)更高階基的變換。
33.權(quán)利要求30的方法，被應(yīng)用于修正快速卷積算法的傅里葉變換部分。
34.權(quán)利要求30的方法，被應(yīng)用于濾波器組算法的傅里葉變換部分。
35.權(quán)利要求30的方法，其中合并實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)輸出的步驟包括以下步驟用一個(gè)多相濾波器合并數(shù)據(jù)輸出的實(shí)部和虛部。
36.包括多個(gè)發(fā)射分支的通信發(fā)射機(jī)中的一種去信道化方法，包括以下步驟為每個(gè)活動(dòng)信道從頻域數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱變換矢量；將每個(gè)活動(dòng)信道的對(duì)稱變換矢量分裂成第一個(gè)一半尺寸的部分變換矢量和第二個(gè)一半尺寸的部分變換矢量；為每個(gè)活動(dòng)信道產(chǎn)生一個(gè)新變換矢量，其中新的變換矢量包括基于第一個(gè)一半尺寸的變換矢量的一個(gè)實(shí)分量和基于第二個(gè)一半尺寸變換的一個(gè)虛分量；將每個(gè)活動(dòng)信道的新變換矢量分裂成一個(gè)上部和一個(gè)下部；將每個(gè)活動(dòng)信道新變換矢量的上半部分和下半部分分別輸入給長(zhǎng)度是Ntrans/2的傅里葉變換的上半部分和下半部分；用一個(gè)并行的蝴蝶操作將傅里葉變換上半部分和傅里葉變換下半部分的時(shí)域輸出合并起來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)復(fù)塊；將兩個(gè)復(fù)塊輸入給一個(gè)發(fā)射分支的一個(gè)合并塊；和在發(fā)射之前將兩個(gè)復(fù)塊的實(shí)部和兩個(gè)復(fù)塊的虛部多路分離成單獨(dú)一個(gè)實(shí)數(shù)據(jù)流。
37.權(quán)利要求36的方法，其中的傅里葉變換是一個(gè)基2變換或者是一個(gè)更高階基的變換。
38.權(quán)利要求36的方法，其中的傅里葉變換是修正快速卷積算法的一部分。
39.權(quán)利要求36的方法，其中的傅里葉變換是濾波器組算法的一部分。
全文摘要
在無(wú)線通信系統(tǒng)中,數(shù)字信道化和去信道化的數(shù)據(jù)處理延遲可以通過(guò)利用一種技術(shù)來(lái)縮短,這種技術(shù)對(duì)大的快速傅里葉變換算法的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行處理,并且利用多條發(fā)射路徑和接收路徑。按照這種技術(shù),可以縮短快速傅里葉變換算法的處理延遲,而不會(huì)破壞其它重要的信道化器/去信道化器設(shè)計(jì)特性,比如功耗、芯片面積和計(jì)算復(fù)雜性。
文檔編號(hào)H03H17/00GK1360756SQ0081012
公開(kāi)日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2000年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月9日
發(fā)明者R·赫爾貝里, S·萊永杰姆, J·艾利松 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司