应用于ofdm发射机的ifft处理器和ifft实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对OFDM发射机的IFFT（快速傅里叶反变换）处理器的设计方法，该IFFT处理器的最大特点是不使用乘法器，且结构简单，存储器占用量也很少。该发明的核心思想是将IFFT变换当中的每一支路的旋转因子项看成一个复数字正弦信号发生器，由两个DDS（直接数字频率合成）产生。再利用这些DDS的数字角频率成倍增长的特点，让它们共享同一个存储器组，从而大大减少系统的存储器占用量。另外，利用OFDM发射机的频域数据的实部和虚部取自相同的有限元素集合的特点，通过预先存储乘法结果的办法来省去乘法器的使用。进一步研究发现，该IFFT处理器还具有延时少、处理速度快、存储器占用量少、点数不受2n制约等特点。
【专利说明】应用于OFDM发射机的IFFT处理器和IFFT实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种0FDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,正交频分复用)发射机中IFFT (快速傅里叶反变换)处理器的设计方法。
【背景技术】
[0002]早在20世纪60年代，频率复用、信号频谱相互覆盖的多载波并行传输思想就已经被提出来，这种思想是现代正交频分复用(OFDM, Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技术的前身。目前OFDM技术已经被广泛应用到大量高速通信系统中，比如数字音频广播、数字视频广播、无线局域网以及移动通信等；若干无线通信协议都以OFDM技术为标准，比如IEEE802.11将OFDM设定为无线局域网的标准。
[0003]在OFDM系统中，信道被分成N个子信道，每个子信道可以单独传输数据而不会干扰，并且相邻信道的频谱出现50%的重叠，与其他通信方式相比，OFDM的频谱利用率是最高的。OFDM系统的实现普遍采用离散傅里叶变换对(IFFT/FFT)的方案，该方案于上世纪70年代，由Weinsetin和Ebert提出；在发射端，采用IFFT模块将频域信号变换成时域序列，再经过插值、成型滤波、D/A转化、上变频等步骤将信号发射出去；在接收端，射频信号经下变频及A/D采样等步骤之后再使用FFT模块恢复出频域信号。
[0004]从上述过程可以看出，无论是发射端还是接收端，IFFT或FFT都是OFDM系统的重要部分。然而，IFFT模块本身的结构非常复杂，消耗资源也较多，尤其是当变换的点数较多时，其复杂度和消耗资源量将会成倍增长，实时性要求也提出了严峻的挑战，因此如何设计高效而又节省硬件资源的IFFT算法显得尤为重要。常用的FFT算法多为基于Cooley (库利)和Tukey (图基)的基2或基4的算法，或者在其基础上改进的算法。这些算法的共同特点是需要使用乘法器实现中间量与正弦旋转因子之间的乘法运算。如果要使IFFT处理器的运算周期缩短，提高并行性，则需要使用较多的硬件乘法器，导致占用较多的硬件资源。能否设计一种在OFDM发射机上不使用硬件乘法器的IFFT处理器呢？这正是本发明所解决的问题。事实发现，对于OFDM发射机所使用的IFFT处理器，利用其频域信号取自有限集合的特点，通过巧妙的设计及优化，可以设计出不使用硬件乘法器的IFFT处理器。本发明提出的IFFT处理器还具有结构简单、存储器占用少、变换速度快、延时短、点数不受2n制约等特点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种不使用乘法器的应用于OFDM发射机的IFFT处理器的实现方案。其基本设计思想是采用DDS(Direct Digital Synthesizer,直接数字式频率合成器)的原理，将IFFT变换表达式中的每条支路都看成一个常数与一个“复正弦信号发生器”产生的序列相乘，再将N条支路的乘积加到一起。这里的“复正弦信号发生器”指的是所产生的复数序列的实部和虚部各由一路DDS正弦信号发生器生成。复正弦信号发生器的实部和虚部分别是余弦和正弦，仅仅初始相位不同，且各支路的数字角频率是成倍增长的，所以它们可以共享同一个存储器组；同时，OFDM发射机的频域数据一般取自有限元素的集合，可以将乘积的结果预先存储起来，这样乘法运算也可以省略；两方案结合，系统结构大大简化。
[0006]本发明提供的技术方案如下:
[0007]一种应用于OFDM发射机的IFFT处理器(参见图3)，其特征在于，
[0008]所述IFFT处理器包括r个由存储器组构成的bank,用来存储sin函数一个周期内被均匀采样并被数字量化后的幅度因子，称为正弦幅度因子，每个bank存有N个正弦幅度因子数据，这些bank分别叫bankl、bank2，…，bankr，这里N代表1FFT变换的点数，r由调制方式决定；
[0009]所述IFFT处理器还包括N条支路，其中第I到N-1条支路，每条支路又包含4条子支路，每条子支路各使用一个单刀r抛开关用来从bank中选取数据，这样共有4 (N-1)个单刀r抛开关，每条支路的前两个开关用来从bank中选择恰当的正弦幅度因子以便送入第一加法器生成IFFT变换的实部，后两个开关用来选择恰当的幅度因子以生成IFFT变换的虚部，第0条支路为直流量，由2个单刀2r抛开关构成，一个用来选择实部数据送入第一加法器，另一个用来选择虚部数据以送入第二加法器；
[0010]所述IFFT处理器还包括两个多输入、单输出的加法器，每个加法器的输入数据有2N-1个，第一加法器把第I到N-1条支路的前两个开关选出的数据及第0条支路的第一个开关选出的数据相加得到IFFT变换的实部，第二加法器把第I到N-1条支路的后两个开关选出的数据及第0条支路的第二个开关选出的数据相加得到IFFT变换的虚部；
[0011]所述IFFT处理器在一个统一的elk时钟的控制下执行，在每个elk的上升沿，系统的第I到N-1条支路的每一条子支路都从恰当的bank中挑取出恰当的数据，前两条支路挑选的数据被送入第一加法器，以便得到IFFT变换的实部，后两条支路挑选的数据被送入第二加法器，以得到IFFT变换的虚部；当下一个elk的上升沿到来时，每条子支路还是从上次的bank中取数，只不过是取数的位置不同；只有当所述的IFFT处理器要对一组新的频域数据进行变换时，各子支路才可能从不同的bank中取数。
[0012]所述的IFFT处理器，其特征在于，所需的bank数量r由调制阶数决定，对于采用
xQAM调制，设x=4m，共需要
【权利要求】
1.一种应用于OFDM发射机的IFFT处理器，其特征在于， 所述IFFT处理器包括r个由存储器组构成的bank,用来存储sin函数一个周期内被均匀采样并被数字量化后的幅度因子，称为正弦幅度因子，每个bank存有N个正弦幅度因子数据，这些bank分别叫bankl、bank2, , bankr,这里N代表1FFT变换的点数，r由调制方式决定； 所述IFFT处理器还包括N条支路，其中第I到N-1条支路，每条支路又包含4条子支路，每条子支路各使用一个单刀r抛开关用来从bank中选取数据，这样共有4 (N-1)个单刀r抛开关，每条支路的前两个开关用来从bank中选择恰当的正弦幅度因子以便送入第一加法器生成IFFT变换的实部，后两个开关用来选择恰当的幅度因子以生成IFFT变换虚部，第0条支路为直流量，由2个单刀2r抛开关构成，一个用来选择实部数据送入第一加法器，另一个用来选择虚部数据以送入第二加法器； 所述IFFT处理器还包括两个多输入、单输出的加法器，每个加法器的输入数据有2N-1个，第一加法器把第I到N-1条支路的前两个开关选出的数据及第0条支路的第一个开关选出的数据相加得到IFFT变换的实部，第二加法器把第I到N-1条支路的后两个开关选出的数据及第0条支路的第二个开关选出的数据相加得到IFFT变换的虚部； 所述IFFT处理器在一个统一的elk时钟的控制下执行，在每个elk的上升沿，系统的第I到N-1条支路的每一条子支路都从恰当的bank中挑取出恰当的数据，前两条支路挑选的数据被送入第一加法器，以便得到IFFT变换的实部，后两条支路挑选的数据被送入第二加法器，以得到IFFT变换的虚部；当下一个elk的上升沿到来时，每条子支路还是从上次的bank中取数，只不过是取数的位置不同；只有当所述的IFFT处理器要对一组新的频域数据进行变换时，各子支路才可能从不同的bank中取数。
2.如权利要求1所述的IFFT处理器，其特征在于，所需的bank数量r由调制阶数决定，对于采用xQAM调制，设x=4m，共需要
3.如权利要求1所述的IFFT处理器，其特征在于，第p个bank中存有的N个正弦幅度
4.如权利要求1所述的IFFT处理器，其特征在于，第I到N-1条支路，其中每条支路又包含4条子支路，第k条支路的4条子支路分别用来计算、
5.如权利要求1所述的IFFT处理器，其特征在于，第I到N-1条支路的4个子支路确定从第几个bank中选取数据之后，在开始变换的第一个elk的上升沿还要确定从该bank的哪个起始地址选取数据，这些起始地址只可能是
6.如权利要求1所述的IFFT处理器，其特征在于，所述IFFT处理器包括2个加法器，每个加法器能在一个elk之内将2N-1个数据加到一起，分别形成此时刻变换结果的实部和虚部；每个加法器的2N-1个输入数据包含第I到N-1条支路的两条子支路选出的2 (N-1)个数据和第0条支路其中一条子支路选出的数据；第0条支路对应着直流量，它的两条子支路选取的数据分别由X(O)的实部Xk(O)和虚部X1 (0)决定。
7.一种应用于OFDM发射机的IFFT实现方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)IFFT变换的表达式写成:
8.如权利要求7所述的IFFT实现方法，其特征在于，采用数字正弦信号发生器生成式(II)中的sin和cos序列项，而各条支路中数字正弦信号发生器的数字角频率是成倍增长的，这样，只使用一个存储器保存正弦幅度序列:
9.如权利要求8所述的IFFT实现方法，其特征在于，由于OFDM发射机的频域数据X(k)的实部Xk (k)和虚部X1GO通常取自相同的有限元素的集合，这样，式(II)中的乘法器做了大量重复性的工作，通过把Ixk(k) I乘以式(III)的序列存储起来，省去了 IFFT处理器中的乘法器。
【文档编号】H04L27/26GK103685128SQ201310737549
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】刘三军, 谭建军, 杨瑞 申请人:湖北民族学院科技学院