[發明專利]多載體調變系統的改進方法與裝置

無效

• 申請號: 200580013902.8
• 申請日: 2005-02-11
• 公開（公告）號: CN101390317A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 珍·阿姆斯特朗;賽門·W·布列威
• 申請（專利權）人: 安娜隆機器公司
• 主分類號: H04J11/00
• 分類號: H04J11/00;H04L27/26
• 代理公司: 北京挺立專利事務所
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及一種改善多載體調變系統的方法，尤其指使用轉換過程以操縱由數字所代表信號的一種改善多載體調變系統的方法。本發明進一步涉及在多載體調變系統中的數據傳送與接收，其使用正交轉換對(pair)以允許在多個次載體上通信，但本發明并不受限于此用途。

本發明尤其指執行逆向快速傅立葉轉換(IFFT)與快速傅立葉轉換(FFT)，其用于多載體通信系統，包括：正交頻率分割多任務(OFDM)發射器與接收器。其有關于在FFT/IFFT結構中的固定點數字的轉換與量化。

背景技術

此多載體調變系統通過將序列數據流分割成數個并列成份數據流而操作，以及將各此等并列數據流在個別次載體上傳送。在各接收端接收各此等并列數據流，且配置成序列數據流而對應于提供給發射器的序列數據流。因此，在此種形式系統中。全部資料只有一小部份是在各次載體上承載。

當各并列數據流的功率頻譜重迭時，則在當此等次載體在符號期間通常彼此正交時可以通信。這是在發射器與接收器中使用正交轉換的直接結果。使用N點轉換(以及因此提供N個次載體)可以將符號期間增加N倍。

存在各種設計問題而限制多載體調變系統的實際執行。

此設計問題說明由于算數處理的限制。正交頻率分割多任務(OFDM)是使用于許多新的與正在出現的寬帶通信系統中的調變技術，此等系統包括：無線局域網絡(LAN)、高畫質電視(HDTV)、以及4G系統中。

此在OFDM發射器中的關鍵組件是逆離散傅立葉轉換(IDFT)，以及在接收器中是離散傅立葉轉換(DFT)。通常發射器實施逆向DFT且接收器實施順向DFT。通常使用快速傅立葉轉換(FFT)的某種形式，以執行此等轉換。

此DSP所增加的計算功能與表現能力使其理想地用于OFDM功能的實際執行。消費者產品通常對成本與功率消耗敏感，且為此原因，此固定點DSP方法受到偏好。然而，固定點系統具有有限的動態范圍，造成噪聲化整(round-off)與算數超溢(overflow)的相關問題。

在OFDM的大部份應用中，將信號處理的復雜度最小化是重要的。取決于應用可以：將成本最小化、達成高數據速率、或減少功率消耗。當此在發射器與接收器中的IFFT與FFT操作為大幅計算密集操作時，則將此等功能最適化特別重要。應注意在此整個說明書中此DSP(數字信號處理器)只使用作為例子，其可被以下裝置所取代：任何處理器、微處理器、微控制器、微電腦、FPGA、CPLD、PLD、ASIC、門海、可程序裝置、離散邏輯芯片、離散類此數字或被動組件、或與OFDM應用一起使用的任何其它執行技術。

關于FFT已經有廣泛的文獻討論。然而，在OFDM中的需求是與在大部份FFT應用中非常不同。此主要關鍵不同為：在OFDM中應將所有輸出中的誤差最小化，而非將在各輸出中的最大誤差最小化。這對于FFT設計有重大影響。

此FFT是一種用于計算DFT的算法。目前存在數種不同的算法，例如：時間十分法(decimation?in?time)、頻率十分法(frequency?in?time)、二進制(radix2)、四進制(radix4)等。然而，其均使用蝴蝶結構。對于二進制，在各蝴蝶處，將兩個輸出以兩個轉換因子相乘，以及計算此等積的和與差。

此在FFT中的數字是可以固定點或浮動點的形式代表。浮動點形式通常具有較大準確度，但在固定點實施OFDM運算中，由于其較低成本與較低功率消耗通常較受偏好。在固定點實施中此位通常呈現分數部份與符號位，因此所有數字轉換成范圍±1。在以下假設(但并不失去其一般性)為此種情形因為其簡化說明。

有兩種機構可以降低在各數學運算所呈現的正確性：舍位(truncation)、例如使用化整，以及飽和(saturation)。

飽和是在當此計算的結果在范圍±1外時發生。這可以只由于加法運算而非乘法運算發生，因為，兩個在范圍±1中的數字其乘積也在范圍±1中。此飽和的準確效應取決于如何實施加法的細節。此重要的是設計此FFT以致于將大于+1的值設定為1，且將小于-1的值設定為-1。換句話說，此信號被“截短”(clipped)。一些算數運算例如：2的互補可以導致“循環”(wrap-around)，以致于大于1的數字被轉變成負數，以及小于1的數目被轉變成正數。一種將飽和的或然率最小化或去除的方式為：將此數字轉換以使其在±1的范圍內。