專利名稱：高速多模式時(shí)頻域變換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及高速多模式時(shí)頻域變換方法，可適用于時(shí) 分同步長(zhǎng)期演進(jìn)TD-LTE系統(tǒng)，以及各類對(duì)實(shí)時(shí)性和傳輸速率要求較高的多載波通信系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
TD-LTE系統(tǒng)是第三代移動(dòng)通信技術(shù)的長(zhǎng)期演進(jìn)，在未來(lái)的通信中具有十分 重要的作用。目前，在時(shí)頻域變換中普遍采用離散傅里葉變換DFT(Discrete Fourier Transform),它作為一種重要技術(shù)，在無(wú)線通信系統(tǒng)當(dāng)中具有廣泛的應(yīng)用，尤其高速DFT 處理器的設(shè)計(jì)是各類多載波通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。隨著無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器 件需求的不斷發(fā)展，信號(hào)處理計(jì)算的實(shí)時(shí)性、高速性以及多模式的兼容性已成為對(duì)時(shí)頻 域DFT處理器的主要要求。在已存在的各種時(shí)頻域DFT方法中，提高時(shí)頻域DFT的運(yùn)算速度主要包括四種 技術(shù)途徑采用流水線結(jié)構(gòu)、內(nèi)部計(jì)算使用高倍頻時(shí)鐘結(jié)構(gòu)、并行運(yùn)算結(jié)構(gòu)和采用高基 數(shù)結(jié)構(gòu)。其中流水線結(jié)構(gòu)，隨著處理點(diǎn)數(shù)的增加，其所需器件硬件單元的面積也隨之大量增 加；內(nèi)部計(jì)算使用高倍頻時(shí)鐘結(jié)構(gòu)，在電路實(shí)現(xiàn)時(shí)，如果計(jì)算點(diǎn)數(shù)很大又要求高的 計(jì)算速度，則要求內(nèi)部運(yùn)算時(shí)鐘很高，很高運(yùn)算時(shí)鐘易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定；并行運(yùn)算，雖然能提高運(yùn)算速度的穩(wěn)定性，但會(huì)浪費(fèi)很多的硬件資源，當(dāng)時(shí)頻 域變換點(diǎn)數(shù)較大時(shí)，該算法并不可??；高基數(shù)結(jié)構(gòu)，可以提高速度，但是算法基數(shù)R的選擇需要考慮運(yùn)算量及電路的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定持續(xù)進(jìn)行。B.S.Son 等在 “A high-speed FFT processor for OFDM systems” 中提出 了一種 高速 DFT 處理器實(shí)現(xiàn)方法；K丄.Heo 等在 “New in-place strategy for amixed-radix FFT processor"中對(duì)混合基的DFT處理器提出了一種實(shí)現(xiàn)方法。但是上述時(shí)頻域DFT處理
方法都未涉及高速多模式時(shí)頻域DFT處理方法的實(shí)現(xiàn)，將導(dǎo)致硬件資源的浪費(fèi)，影響在 物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服時(shí)頻域DFT處理方法在高運(yùn)算時(shí)鐘頻率下的不穩(wěn)定問(wèn) 題，提出了一種高速多模式時(shí)頻域變換方法，以提高在物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，滿足 新一代通信技術(shù)發(fā)展的需求。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方法，包括如下步驟(1)初始化輸入數(shù)據(jù)，選擇時(shí)頻域DFT長(zhǎng)度N，64<N<4096 ；(2)對(duì)初始化后的輸入數(shù)據(jù)用兩個(gè)存取器進(jìn)行乒乓操作，即當(dāng)一個(gè)存取器用作數(shù)據(jù)的連續(xù)輸入輸出時(shí)，另一個(gè)存取器用于時(shí)頻域DFT的蝶形運(yùn)算；通過(guò)控制信號(hào)讀取存 取器的輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)乒乓操作交替進(jìn)行，完成對(duì)初始化后輸入數(shù)據(jù)的輸入輸出持續(xù)處 理；(3)對(duì)存取器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行基4模式或基3模式或基2模式的蝶形運(yùn)算；控制 信號(hào)在地址產(chǎn)生器中讀出蝶形運(yùn)算的每一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的地址信息；(4)將存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中的旋轉(zhuǎn)因子Wfr, k, ο按照步驟(3)的地址信息，查存儲(chǔ)器 旋轉(zhuǎn)因子表讀取對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子，并輸入給蝶形運(yùn)算單元；(5)根據(jù)流水線結(jié)構(gòu)的要求，將步驟(3) (4)操作六次；(6)將蝶形運(yùn)算輸出的數(shù)據(jù)按照比特對(duì)稱的原則在一個(gè)時(shí)頻域DFT長(zhǎng)度N內(nèi)進(jìn) 行比特反轉(zhuǎn)，順序輸出比特反轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明由于采用了對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行乒乓操作的方法，用兩個(gè)存取器實(shí)現(xiàn)輸入數(shù) 據(jù)和輸出數(shù)據(jù)同步處理，有效地提高了傳輸速率；同時(shí)由于本發(fā)明在數(shù)據(jù)進(jìn)行蝶形運(yùn)算 的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)多種基模式的復(fù)用，使時(shí)頻域DFT處理器能夠在多種模式之間進(jìn)行任意切換 選擇，解決了傳統(tǒng)方案中數(shù)據(jù)處理多模式兼容的不穩(wěn)定問(wèn)題；此外由于本發(fā)明采用流水 線結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝶形運(yùn)算操作，使多模式復(fù)用的運(yùn)算速度得到穩(wěn)定提升。


圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程框圖；圖2是本發(fā)明的乒乓操作示意圖；圖3是本發(fā)明的蝶形運(yùn)算框圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟1:對(duì)接收的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理，即初始化輸入數(shù)據(jù)，選擇時(shí)頻域DFT 的長(zhǎng)度N，64《N《4096。步驟2:對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)處理，用兩個(gè)存取器進(jìn)行乒乓操作，即兩個(gè) 存取器輪流進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出和蝶形運(yùn)算，當(dāng)一個(gè)存取器用于數(shù)據(jù)的連續(xù)輸入輸出 時(shí)，另一個(gè)存取器用于時(shí)頻域DFT的蝶形運(yùn)算。參照?qǐng)D2，本發(fā)明步驟的乒乓操作的實(shí)現(xiàn)如下2a)寫(xiě)地址控制器在輸入數(shù)據(jù)和使能信號(hào)的控制下向兩個(gè)存取器分別送入寫(xiě)地址 和數(shù)據(jù)，并分別向存取器1和存取器2送入寫(xiě)使能信號(hào)；2b)兩個(gè)寫(xiě)使能信號(hào)不能同時(shí)有效，一個(gè)寫(xiě)滿再寫(xiě)另一個(gè)，交替進(jìn)行；2c)讀地址控制器收到寫(xiě)地址控制器發(fā)出的存取器滿信號(hào)后開(kāi)始送出讀地址和讀 使能信號(hào)，交替從兩個(gè)存取器中讀出數(shù)據(jù)，同時(shí)送出數(shù)據(jù)使能信號(hào)；2d)輸出控制模塊在使能信號(hào)的控制下，交替從兩個(gè)存取器接收端接收數(shù)據(jù)并輸 出，同時(shí)負(fù)責(zé)使能信號(hào)和數(shù)據(jù)的同步；步驟3 對(duì)存取器的輸出數(shù)據(jù)在一個(gè)蝶形運(yùn)算單元內(nèi)進(jìn)行基4模式或基3模式或 基2模式的蝶形運(yùn)算。
參照?qǐng)D3，本發(fā)明進(jìn)行基4模式或基3模式或基2模式的蝶形運(yùn)算分別按如下公 式運(yùn)算A.基4模式的蝶形運(yùn)算采用公式
權(quán)利要求
1.一種高速多模式時(shí)頻域變換方法，包括如下步驟(1)初始化輸入數(shù)據(jù)，選擇時(shí)頻域DFT長(zhǎng)度N，64<N<4096；(2)對(duì)初始化后的輸入數(shù)據(jù)用兩個(gè)存取器進(jìn)行乒乓操作，即當(dāng)一個(gè)存取器用作數(shù)據(jù)的 連續(xù)輸入輸出時(shí)，另一個(gè)存取器用于時(shí)頻域DFT的蝶形運(yùn)算；通過(guò)控制信號(hào)讀取存取器 的輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)乒乓操作交替進(jìn)行，完成對(duì)初始化后輸入數(shù)據(jù)的輸入輸出持續(xù)處理；(3)對(duì)存取器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行基4模式或基3模式或基2模式的蝶形運(yùn)算；控制信號(hào) 在地址產(chǎn)生器中讀出蝶形運(yùn)算的每一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的地址信息；(4)將存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中的旋轉(zhuǎn)因子Wfr,k, ο按照步驟(3)的地址信息，查存儲(chǔ)器旋轉(zhuǎn) 因子表讀取對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)因子，并輸入給蝶形運(yùn)算單元；(5)根據(jù)流水線結(jié)構(gòu)的要求，將步驟(3) (4)操作六次；(6)將蝶形運(yùn)算輸出的數(shù)據(jù)按照比特對(duì)稱的原則在一個(gè)時(shí)頻域DFT長(zhǎng)度N內(nèi)進(jìn)行比 特反轉(zhuǎn)，順序輸出比特反轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方案，其中步驟(2)所述乒乓操作，按如下步驟進(jìn)行2a)寫(xiě)地址控制器在輸入數(shù)據(jù)和使能信號(hào)的控制下向兩個(gè)存取器分別送入寫(xiě)地址和數(shù) 據(jù)，并分別向存取器1和存取器2送入寫(xiě)使能信號(hào)；2b)兩個(gè)寫(xiě)使能信號(hào)不能同時(shí)有效，一個(gè)寫(xiě)滿再寫(xiě)另一個(gè)，交替進(jìn)行；2c)讀地址控制器收到寫(xiě)地址控制器發(fā)出的存取器滿信號(hào)后開(kāi)始送出讀地址和讀使能 信號(hào)，交替從兩個(gè)存取器中讀出數(shù)據(jù)，同時(shí)送出數(shù)據(jù)使能信號(hào)；2d)輸出控制模塊在使能信號(hào)的控制下，交替從兩個(gè)存取器接收端接收數(shù)據(jù)并輸出， 同時(shí)負(fù)責(zé)使能信號(hào)和數(shù)據(jù)的同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方案，其中步驟(3)所述的基4模式的蝶形運(yùn)算，按如下公式運(yùn)算X(0, k, i) = x(o,k, i)+X(l,k, i) +X(2, k, i) +X(3, k, i)X(XKf) = [X(o，M)+ Au,0 “r Vr ~ X(2,k,i) ~ JX(i,k,i)iXVVΧ(2,Κ ) = [Χ(0，Μ)r , r r 1vW ^/4i)2x4i))w Ο) Λ(1，Μ "‘" A(2,k,i) ^~ Jx(IKi).~ X(2,k,i) + JX(3,k,i) 1 X P )其中，x(。，k, 1；I ‘ X(l, k,,)，X(2, k, 0' X(3, k, o表示在進(jìn)行時(shí)頻域DFT前的輸入數(shù)據(jù)；X(0, k, i)' X(l, k, i)，1 X(2, k, ，X(3, k, 0表示進(jìn)行時(shí)頻域DFT后的輸出數(shù)據(jù)；JVmdfj^lΛ = 0,1,L ,(NIr)-I；1 = 0，1，L，r-Ι ； i = 0, 1，L，n-1 ；，表示進(jìn)行時(shí)頻域DFT的旋轉(zhuǎn)因子；η表示時(shí)頻域DFT運(yùn)算的級(jí)數(shù)；r表示蝶形運(yùn)算的基；(OO)n表示χ模N; _r、轟示k/r1的整數(shù)部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方案，其中步驟(3)所述的基3模式的蝶形運(yùn)算，按如下公 式運(yùn)算X(0，k, i) = X(0, k, i)+X(l, k, i)+X(2, k, i)χ隊(duì),、)+(+ν 力—+(4+ν 辦陶]x,((擎 (2)χ -\χ+ Ar +(---^- Ar , w((mk/r)2,r Na(2，m) _Lx(o，m)十(2十 2 V^Au,,)十(2 2 J)x(Vc’oixyy其中，x(。，k, 0， X(l，k, i) ‘ X(2, k, i) 表示在進(jìn)行時(shí)頻域DFT前的輸入數(shù)據(jù)；Xfe, k, 1); X(1, k, ο' X(2, k, ο表示進(jìn)行時(shí)頻域DFT后的輸出數(shù)據(jù)；= 人Nlr)_i., 1 = 0，1，L，r-1 ； i = 0, 1，L，n_l ；，表示進(jìn)行時(shí)頻域DFT的旋轉(zhuǎn)因子；η表示 時(shí)頻域DFT運(yùn)算的級(jí)數(shù)；r表示蝶形運(yùn)算的基；((#伙表示(#伙/0(0)模N; _r、轟示k/r1的整數(shù)部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方案，其中步驟(3)所述的基2模式的蝶形運(yùn)算，按如下公 式運(yùn)算X(0, k, i) = X(0, k, i)+X(l, k, i)Λ(2Χ,) - Vx(O^1) - x(i,k, Jx 階(3)χ -\x _ ix λ wmkH其中，X(0, k, i) ‘ X(l, k, i) ‘ X(2, k, i) ‘ X(3, k, i)表示在進(jìn)行時(shí)頻域DFT前的輸入數(shù)據(jù)； X(0, k, 0' Χα, k, 0' X(2, k, 0' X(3, k, 0 表示進(jìn)行時(shí)頻域 DFT 后的輸出數(shù)據(jù)； k = 0,\L ,(NIr)-I-A = 0, 1，L，r_l ； i = 0，1，L，n_l ；，表示進(jìn)行時(shí)頻域 DFT 的旋轉(zhuǎn)因子；η表示時(shí)頻域DFT運(yùn)算的級(jí)數(shù)；r表示蝶形運(yùn)算的基；((#伙/Z)化)))w表示 (#伙/0(0)模N ；表示k/r1的整數(shù)部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方案，其中步驟(4)所述的查存儲(chǔ)器旋轉(zhuǎn)因子表，是從三個(gè) 存儲(chǔ)器旋轉(zhuǎn)因子表分別查蝶形運(yùn)算用到的三個(gè)旋轉(zhuǎn)因子的實(shí)部和虛部，其中實(shí)部存儲(chǔ)在 一個(gè)
內(nèi)正弦值的存儲(chǔ)器中，而虛部存儲(chǔ)在另一個(gè)
內(nèi)余弦值的存儲(chǔ)器 中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方案，其中步驟(5)所述的流水線結(jié)構(gòu)，是將上一級(jí)蝶形 運(yùn)算操作的數(shù)據(jù)直接輸入到下一級(jí)相同的蝶形運(yùn)算單元，且每一級(jí)蝶形運(yùn)算的基模式不 同，即每一次操作在控制信號(hào)的控制下依次讀取的數(shù)據(jù)和地址信息都隨上一級(jí)蝶形運(yùn)算 輸出數(shù)據(jù)而變化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高速多模式時(shí)頻域變換方法，主要解決現(xiàn)有時(shí)頻域DFT處理中多模式復(fù)用高速不穩(wěn)定的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)步驟為(1)初始化數(shù)據(jù)，選擇時(shí)頻域DFT長(zhǎng)度；(2)輸入數(shù)據(jù)通過(guò)乒乓操作對(duì)存取器進(jìn)行連續(xù)處理；控制器控制數(shù)據(jù)的讀取，對(duì)其進(jìn)行蝶形運(yùn)算操作，同時(shí)控制旋轉(zhuǎn)因子進(jìn)入蝶形運(yùn)算，并根據(jù)時(shí)頻域DFT長(zhǎng)度選擇基4或基3或基2中一種基模式；(3)根據(jù)流水線結(jié)構(gòu)的要求進(jìn)行六級(jí)蝶形運(yùn)算后輸出數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)比特反轉(zhuǎn)，順序輸出時(shí)頻域變換結(jié)果。本發(fā)明有效地提高了高時(shí)鐘頻率下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的通信系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06F17/14GK102023963SQ20101058528
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者宮豐奎, 張南, 李靖, 王勇, 葛建華, 袁華兵, 高明 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)