[發(fā)明專利]應(yīng)用于OFDM發(fā)射機(jī)的IFFT處理器和IFFT實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310737549.4
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103685128A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉三軍;譚建軍;楊瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北民族學(xué)院科技學(xué)院
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 朱紅濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種OFDM（Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，正交頻分復(fù)用）發(fā)射機(jī)中IFFT（快速傅里葉反變換）處理器的設(shè)計方法。?

背景技術(shù)

早在20世紀(jì)60年代，頻率復(fù)用、信號頻譜相互覆蓋的多載波并行傳輸思想就已經(jīng)被提出來，這種思想是現(xiàn)代正交頻分復(fù)用（OFDM，Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing）技術(shù)的前身。目前OFDM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到大量高速通信系統(tǒng)中，比如數(shù)字音頻廣播、數(shù)字視頻廣播、無線局域網(wǎng)以及移動通信等；若干無線通信協(xié)議都以O(shè)FDM技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，比如IEEE802.11將OFDM設(shè)定為無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。?

在OFDM系統(tǒng)中，信道被分成N個子信道，每個子信道可以單獨傳輸數(shù)據(jù)而不會干擾，并且相鄰信道的頻譜出現(xiàn)50%的重疊，與其他通信方式相比，OFDM的頻譜利用率是最高的。OFDM系統(tǒng)的實現(xiàn)普遍采用離散傅里葉變換對（IFFT/FFT）的方案，該方案于上世紀(jì)70年代，由Weinsetin和Ebert提出；在發(fā)射端，采用IFFT模塊將頻域信號變換成時域序列，再經(jīng)過插值、成型濾波、D/A轉(zhuǎn)化、上變頻等步驟將信號發(fā)射出去；在接收端，射頻信號經(jīng)下變頻及A/D采樣等步驟之后再使用FFT模塊恢復(fù)出頻域信號。?

從上述過程可以看出，無論是發(fā)射端還是接收端，IFFT或FFT都是OFDM系統(tǒng)的重要部分。然而，IFFT模塊本身的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，消耗資源也較多，尤其是當(dāng)變換的點數(shù)較多時，其復(fù)雜度和消耗資源量將會成倍增長，實時性要求也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此如何設(shè)計高效而又節(jié)省硬件資源的IFFT算法顯得尤為重要。常用的FFT算法多為基于Cooley（庫利）和Tukey（圖基）的基2或基4的算法，或者在其基礎(chǔ)上改進(jìn)的算法。這些算法的共同特點是需要使用乘法器實現(xiàn)中間量與正弦旋轉(zhuǎn)因子之間的乘法運(yùn)算。如果要使IFFT處理器的運(yùn)算周期縮短，提高并行性，則需要使用較多的硬件乘法器，導(dǎo)致占用較多的硬件資源。能否設(shè)計一種在OFDM發(fā)射機(jī)上不使用硬件乘法器的IFFT處理器呢？這正是本發(fā)明所解決的問題。事實發(fā)現(xiàn)，對于OFDM發(fā)射機(jī)所使用的IFFT處理器，利用其頻域信號取自有限集合的特點，通過巧妙的設(shè)計及優(yōu)化，可以設(shè)計出不使用硬件乘法器的IFFT處理器。本發(fā)明提出的IFFT處理器還具有結(jié)構(gòu)簡單、存儲器占用少、變換速度快、延時短、點數(shù)不受2ⁿ制約等特點。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種不使用乘法器的應(yīng)用于OFDM發(fā)射機(jī)的IFFT處理器的實現(xiàn)方案。其基本設(shè)計思想是采用DDS（Direct?Digital?Synthesizer，直接數(shù)字式頻率合成器）的原理，將IFFT變換表達(dá)式中的每條支路都看成一個常數(shù)與一個“復(fù)正弦信號發(fā)生器”產(chǎn)生的序列相乘，再將N條支路的乘積加到一起。這里的“復(fù)正弦信號發(fā)生器”指的是所產(chǎn)生的復(fù)數(shù)序列的實部和虛部各由一路DDS正弦信號發(fā)生器生成。復(fù)正弦信號發(fā)生器的實部和虛部分別是余弦和正弦，僅僅初始相位不同，且各支路的數(shù)字角頻率是成倍增長的，所以它們可以共享同一個存儲器組；同時，OFDM發(fā)射機(jī)的頻域數(shù)據(jù)一般取自有限元素的集合，可以將乘積的結(jié)果預(yù)先存儲起來，這樣乘法運(yùn)算也可以省略；兩方案結(jié)合，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化。?

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：?

一種應(yīng)用于OFDM發(fā)射機(jī)的IFFT處理器（參見圖3），其特征在于，?

所述IFFT處理器包括r個由存儲器組構(gòu)成的bank，用來存儲sin函數(shù)一個周期內(nèi)被均勻采樣并被數(shù)字量化后的幅度因子，稱為正弦幅度因子，每個bank存有N個正弦幅度因子數(shù)據(jù)，這些bank分別叫bank1、bank2，...，bankr，這里N代表IFFT變換的點數(shù)，r由調(diào)制方式?jīng)Q定；?

所述IFFT處理器還包括N條支路，其中第1到N-1條支路，每條支路又包含4條子支路，每條子支路各使用一個單刀r拋開關(guān)用來從bank中選取數(shù)據(jù)，這樣共有4（N-1）個單刀r拋開關(guān)，每條支路的前兩個開關(guān)用來從bank中選擇恰當(dāng)?shù)恼曳纫蜃右员闼腿氲谝患臃ㄆ魃蒊FFT變換的實部，后兩個開關(guān)用來選擇恰當(dāng)?shù)姆纫蜃右陨蒊FFT變換的虛部，第0條支路為直流量，由2個單刀2r拋開關(guān)構(gòu)成，一個用來選擇實部數(shù)據(jù)送入第一加法器，另一個用來選擇虛部數(shù)據(jù)以送入第二加法器；?