带有用于快速傅立叶变换的任务列表的重用引擎及其使用方法

专利名称：带有用于快速傅立叶变换的任务列表的重用引擎及其使用方法
技术领域：
本公开一般涉及无线通信系统。本公开尤其涉及可在无线通信系统中使用的用 于执行傅立叶变换的处理引擎。背景无线通信系统被广泛部署用以提供诸如语音、数据等各种类型的通信内容。这 些系统可以是能够通过共享可用系统资源(例如，带宽和发射功率)来支持多用户通信的 多址系统。这些多址系统的示例包括码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、 频分多址(FDMA)系统、3GPPLTE系统、以及正交频分多址(OFDMA)系统。一般，无线多址通信系统可同时支持多个无线终端的通信。每个终端经由前向 和反向链路上的传输与一个或多个基站通信。前向链路(或下行链路)是指从基站至终 端的通信链路，而反向链路(或上行链路)是指从终端至基站的通信链路。这种通信链 路可经由单输入单输出、多输入单输出或多输入多输出(MIMO)系统来建立。MIMO系统采用多个(NTf)发射天线和多个(NrA)接收天线进行数据传输。 由这Nt个发射及Nr个接收天线构成的MIMO信道可被分解为Ns个也被称为空间信道的 独立信道，其中N<min{NT，NR}。这Ns个独立信道中的每一个对应于一维度。在利用 了这多个发射和接收天线所创建的附加维度的情况下，MIMO系统可提供经改善的性能 (例如，更高的吞吐量和/或更高的可靠性)。MIMO系统支持时分双工(TDD)和频分双工(FDD)系统。在TDD系统中，前 向和反向链路传输在同一频率区域上，从而使得互易原理允许从反向链路信道对前向链 路信道进行估计。这使得接入点在该接入点处有多个天线可用时能够提取前向链路上的 发射波束成形增益。附图简述

图1图解根据一个实施例的多址无线通信系统；图2图解通信系统的框图；图3图解根据一个实施例的被传送数据的采样窗口 ；图4图解根据一个实施例的接收机的框图；图5图解根据一个实施例的数据处理器的框图；图6图解根据一个实施例的FFT引擎的方面；
图7图解根据一个实施例的FFT引擎的更进一步方面；图8图解根据一个实施例被划分成阵列的收到数字信号；图9图解根据一个实施例的包含信标的收到数字信号；图10图解根据本公开的用于处理收到信号的方法；以及图IOA图解与图10的方法相对应的装置加功能块。详细描述公开了一种用于执行傅立叶变换的经改善的处理引擎。该处理引擎包括配置成 处理顺序指令软件命令的指令处理器。处理引擎还包括耦合至指令处理器的傅立叶变换 引擎。傅立叶变换引擎被配置成对串行数据流执行傅立叶变换。傅立叶变换引擎被配置 成经由软件任务集从指令处理器接收配置信息和操作数据。配置信息可包括FFT长度、FFT蝶形级的数目以及每一 FFT蝶形级上的定标因 子中的至少一者。操作数据可包括从包括以下各项的组中选出的至少一个变量在实现 之前或之间要跳过的数据码元的数目、FFT长度、要执行的FFT级的数目、要对每一FFT 级执行的定标、要执行的每一 FFT操作的起始时间、即时开始的比特等。操作数据包括以下指令中的至少一者用于读取或提供采样起始地址的指令、 用于在实现之前或之间跳过数个数据码元的指令、用于执行多个FFT级的指令、用于执 行每一 FFT级上的定标的指令、用于开始FFT操作的指令、以及用于执行即时开始的指 令。处理引擎还可包括标识信标及其子信道的信标分选器。处理引擎还可包括补偿 滤波器的振幅和相位失真的滤波器校正块。处理引擎还可包括执行时间偏移量校正的相 位斜坡。操作数据可包括在傅立叶变换引擎已经完成执行傅立叶变换的操作时指示该傅 立叶变换引擎是否应中断指令处理器的配置信息。还公开了一种可在无线通信系统中操作的装置。该装置包括用于执行顺序指令 软件命令的装置。该装置还包括用于对串行数据流执行傅立叶变换的装置。用于执行傅 立叶变换的装置被配置成经由软件任务集从用于处理顺序指令软件命令的装置接收配置 信息和操作数据。还公开了一种在无线通信系统中使用的方法。该方法包括经由软件任务集接收 配置信息和操作数据。该方法还包括处理顺序指令软件命令。该方法还包括对串行数据 流执行傅立叶变换。还公开了一种包括在由机器执行时使该机器执行特定操作的指令的机器可读介 质。机器执行的操作包括经由软件任务集接收配置信息和操作数据。机器执行的操作还 包括处理顺序指令软件命令。机器执行的操作还包括对串行数据流执行傅立叶变换。还公开了一种可在无线通信系统中操作的装置。该装置包括配置成经由软件任 务集接收配置信息和操作数据的处理器。该处理器还被配置成处理顺序指令软件命令。 该处理器还被配置成对串行数据流执行傅立叶变换。该装置还包括耦合至处理器的用于 存储数据的存储器。本文中描述的技术可用于各种无线通信网络，诸如码分多址(CDMA)网络、时 分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交FDMA(OFDMA)网络、单载波FDMA(SC-FDMA)网络等。术语“网络”禾Π “系统”常被可互换地使用。CDMA网 络可实现诸如通用地面无线电接入(UTRA)、cdma2000等无线电技术。UTRA包括宽 带-CDMA (W-CDMA)和低码片率(LCR)。cdma2000 涵盖 IS-2000、IS-95 和 IS-856 标准。TDMA网络可实现诸如全球移动通信系统(GSM)等的无线电技术。OFDMA网 络可实现无线电技术，诸如演进 UTRA (E-UTRA)、IEEE 802.11、IEEE 802.16、IEEE 802.20、Flash(闪速)-OFDM 等。UTRA、E-UTRA和GSM是通用移动电信系统 (UMTS)的部分。长期演进(LTE)是即将发布的使用E-UTRA的UMTS。UTRA、 E-UTRA、GSM、UMTS和LTE在来自名为“第三代伙伴项目(3GPP) ”的组织的文档 中描述。cdma2000在来自名为“第三代伙伴项目2(3GPP2)”的组织的文档中描述。这 些不同的无线电技术和标准在本领域中是公知的。为了简明起见，以下针对LTE对这些 技术的特定方面进行描述，并且在以下大多描述中使用了 LTE术语。利用单载波调制和频域均衡的单载波频分多址(SC-FDMA)是一种多址技术。 SC-FDMA具有与OFDMA系统相近似的性能以及基本相同的总体复杂度。SOFDMA信 号因其固有单载波结构而具有更低的峰均功率比(PAPR)。SC-FDMA已吸引了极大的注 意力，在其中低PAPR在发射功率效率方面使移动终端受益极大的上行链路通信中尤其如 此。3GPP长期演进(LTE)或演进UTRA中的上行链路多址方案是当前的工作设想。参照图1，示出了根据一个实施例的多址无线通信系统。接入点IOO(AP)包括 多个天线群，一个包括天线104和天线106，另一个包括天线108和天线110，以及另外 一个包括天线112和天线114。在图1中，每个天线群仅示出了两个天线，然而，每个 天线群可利用更多或更少的天线。接入终端116(AT)与天线112和114处于通信状态， 其中天线112和114在前向链路120上向接入终端116传送信息，并在反向链路118上从 接入终端116接收信息。接入终端122与天线106和108处于通信状态，其中天线106 和108在前向链路126上向接入终端122传送信息，并在反向链路124上从接入终端122 接收信息。在FDD系统中，通信链路118、120、124和126可使用不同频率进行通信。 例如，前向链路120可使用与反向链路118所使用的不同频率。每一群天线和/或它们被设计在其中通信的区域常被称作接入点的扇区。天线 群各自可被设计成与落在接入点100所覆盖的区域的一扇区中的诸接入终端通信。在前向链路120和126上的通信中，接入点100的发射天线利用波束成形来提高 不同接入终端116和124的前向链路的信噪比。同时，接入点使用波束成形向随机遍布 其覆盖中的各接入终端进行传送比接入点通过单个天线向其所有接入终端传送对毗邻蜂 窝小区中的接入终端造成的干扰要小。接入点可以是用于与诸终端通信的固定站，并且也可以基站、B节点、或某个 其他术语来述及。接入终端也可用移动站、移动终端、用户装备(UE)、无线通信设备、 终端、或某个其他术语来称呼。图2是MIMO系统200中发射机系统210 (也称为接入点)和接收机系统250 (也 称为接入终端)的实施例的框图。在发射机系统210处，数个数据流的话务数据从数据 源212被提供给发射(TX)数据处理器214。在一实施例中，每一数据流在相应的发射天线上被发射。TX数据处理器214基 于为每个数据流选择的特定编码方案来格式化、编码、和交织该数据流的话务数据以提供经编码的数据。每个数据流的经编码数据可使用OFDM技术来与导频数据多路复用。导频数 据通常是以已知方式处理的已知数据图案，并且可在接收机系统上被用来估计信道响 应。然后基于为每个数据流选择的特定调制方案(例如，BPSK、QSPK, M-PSK、或 M-QAM)来调制(即，码元映射)每个数据流的多路复用在一起的导频和经编码数据以 提供调制码元。每个数据流的数据率、编码、和调制可由处理器230执行的指令来确 定。所有数据流的调制码元随后被提供给TX MIMO处理器220，后者可进一步处理 这些调制码元(例如，用于OFDM)。TX ΜΙΜΟ处理器220然后将Nt个调制码元流提 供给个Nt个发射机(TMTR) 222a到222t。在特定实施例中，TX MIMO处理器220向各 数据流的码元以及该码元从其处被发射的天线应用波束成形权重。每个发射机222接收并处理相应的码元流以提供一个或多个模拟信号，并进一 步调理(例如，放大、滤波、和上变频)该模拟信号以提供适于在MIMO信道上传输的 经调制的信号。来自发射机222a到222t的Nt个已调制信号随后各自从Nt个天线224a 到224t被发射。在接收机系统250处，所发射的已调制信号被Nr个天线252a到252r所接收， 并且从每个天线252接收到的信号被提供给相应的接收机(RCVR) 254a到25知。每个接 收机254调理(例如，滤波、放大、及下变频)相应的收到信号，数字化该经调理的信号 以提供样本，并且进一步处理这些样本以提供相对应的“收到”码元流。RX数据处理器260随后从Nr个接收机254接收这Nr个收到码元流并基于特定 接收机处理技术对其进行处理以提供Nt个“检出”码元流。RX数据处理器260然后解 调、解交织、和解码每个检出码元流以恢复该数据流的话务数据。RX数据处理器260的 处理与发射机系统210处TX MIMO处理器220和TX数据处理器214执行的处理互补。处理器270定期地确定使用哪一预编码矩阵。处理器270编制包括矩阵索引部 分和秩值部分的反向链路消息。反向链路消息可包括关于该通信链路和/或该收到数据流的各种类型的信息。 反向链路消息随后由TX数据处理器238——其还从数据源236接收数个数据流的话务数 据——处理，由调制器280调制，由发射机254a到25知调理，并被传送回发射机系统 210。在发射机系统210处，来自接收机系统250的已调制信号被天线224所接收，由 接收机222调理，由解调器240解调，并由RX数据处理器242处理以提取接收机系统250 所发射的反向链路消息。处理器230确定使用哪个预编码矩阵来确定波束成形权重，并 随后处理所提取的消息。图3示出根据本公开的被传送数据的采样窗口 300。在时刻t = 0，开始窗口 300 的采样。注意，窗口 300包括三个不同部分，其中包括前导斜坡310、实际数据320、以 及拖尾斜坡330。传输在时刻t = tss完成。这仅是根据本公开的数据传输的示例，且 也可使用其他传输方法。尽管当前公开的有效载荷数据是具有多个副载波的OFDM块， 但这对于传输并非是形式上所必需的，且根据本公开也可使用其他方法。继续到图4，示出了图2的接收机254的细节。如图2中所示，接收机254a从天线252a接收信号，同时接收机25知从天线252r接收信号。以下描述可适用于接收机 254a和接收机254r两者。尽管接收机254架构的某些细节未被示出，但应该认识到，如本领域的普通技 术人员所公知的，可使用任何已知或今后开发的架构。例如，在各种实施例中，各种组 件410-440可采取经由一系列单独总线耦合在一起的分开的电子组件的形式。此外，在 其他实施例中，各种组件410-440中的一个或多个可采取处理器或者甚至是经由一个或 多个网络耦合在一起的不同服务器的形式。另外，应该认识到，组件410-440中的每一 个都可有利地使用以协作方式采用的多个计算设备来实现。还应认识到，以上所列组件 410-440的部分可采取驻留在存储器中以便由控制器执行或操作的软件/固件结构和例 程、或者甚至驻留在单独的服务器/计算机中的单独的存储器中由不同控制器操作的软 件/固件例程或结构的形式。在操作中，随着信号被天线0和/或天线1 (和/或任何其他天线)所接收，模 拟前端410可接受收到信号，诸如通过使用模拟前端410中的滤波器412调理信号，并将 已调理信号提供给混频器420。除了一些其他操作，混频器420尤其会将已调理信号从其收到频谱下变频至更 低的基带频谱。基带信号随后可被提供给可将模拟基带信号转换成数字数据的采样器 430。在采样之前或之后，滤波器432可被用来进一步滤波基带信号。滤波器432可以 是数字或模拟的。理想滤波器将不会引入相位延迟，将具有跨所有收到频率的平坦分布，且将在 任何最大或最小频率处呈现完美截止。然而，已知的滤波器被认为在多个方面偏离理想 滤波器。因此，在各种实施例中，滤波器412和432可能向收到信号中引入失真。例 如，滤波器412和432中的一者或两者可能向收到信号引入依存于频率的振幅和相位失 真，这对于OFDM信号或其他具有大频率带宽的信号会是有害的。在一些实施例中，滤 波器412和432可以通带波纹的形式引入振幅或相位失真。这些失真的本质以及对它们 的校正将在以下参照图5来描述。独立地，或者与模拟前端410、混频器420、和采样器430中的任何相协作，时 基恢复设备440可对收到数据应用已知算法以产生时基信息。时基恢复设备440可从模 拟前端410或混频器接收模拟数据，或者可从采样器430接收数字数据，或者两者兼而有 之，以便在其算法中使用。然而，由于并未指望时基恢复总是完美，所以可能存在无心 的时间偏移量(表示为Td)，如也将在以下参照图5所描述的，时基恢复设备440可最终 识别和报告此时间偏移量。继续到图5，示出了图2的数据处理器260的细节。如图2所示，数据处理器 260可从接收机254a和25知接收时基信息和采样数据两者。尽管数据处理器260架构的某些细节未被示出，但应该认识到，如本领域的普 通技术人员所公知的，可使用任何已知或今后开发的架构。例如，在各种实施例中，各 种组件510-574可采取经由一系列单独总线耦合在一起的单独电子组件的形式。此外， 在其他实施例中，各种组件510-574中的一个或多个可采取处理器或者甚至是经由一个 或多个网络耦合在一起的不同服务器的形式。另外，应该认识到，组件510-574中的每 一个都可有利地使用以协作方式采用的多个计算设备来实现。还应认识到，以上所列组
10件510-574的部分可采取驻留在存储器中以便由控制器执行或操作的软件/固件结构和例 程、或者甚至驻留在单独的服务器/计算机中的单独的存储器中由不同控制器操作的软 件/固件例程或结构的形式。如图5中所示，示例性数据处理器260包括时基调整块510(通常是软件或固 件，但也可是硬件)。示例性数据处理器260还包括指令处理器块520，即顺序指令机。 指令处理器块520被配置成处理顺序指令软件(和/或固件)命令。指令处理器块520 可以是数字信号处理器(DSP)。示例性数据处理器260还包括输入数据采样缓冲器530、快速傅立叶变换(FFT) 控制设备540和相应FFT引擎550 (通常是硬件)、滤波器校正块560、相位斜坡562、信 标分选器564、以及输出缓冲器570。指令处理器块520还包括实时计数器(RTC)522、 FFT地址生成器524、以及FFT引擎任务列表526。在操作中，时基调整确定块510可接收时基信息，再将代表未经校正的时基调 整的输出时间偏移量Td提供给指令处理器块520。如将在以下描述的，该时间偏移量 Td可被传到相位斜坡562。同时，数据采样缓冲器530可经由相应接收机254a和25知内的一个或多个天线 532、534接收采样数据。数据采样缓冲器530又可将缓冲的数据采样提供给FFT引擎 550。继续，处理器块520的FFT地址生成器524可生成可供FFT引擎550使用的地 址。FFT引擎550的控制块540可使用FFT地址生成器524生成的地址和存储在FFT引 擎任务列表526中的命令和变量来控制FFT引擎550转换可从其解析OFDM通信信道的 缓冲的数据采样。根据以上架构，任意数目的指令、变量、和/或操作数据可被保存在FFT引擎任 务列表526中以供FFT控制块540使用。作为非限制性示例，FFT引擎任务列表526可 包括表示采样起始地址的变量；用于读取或提供采样起始地址的指令；表示在实现之 前或实现之间要跳过的数据码元的数目的变量；用于在实现之前或实现之间跳过某一数 目的数据码元的指令；表示FFT长度的变量；表示要执行的FFT级的数目的变量；用于 执行多个FFT级的指令；表示要对每个FFT级执行的定标的变量；用于在每个FFT级执 行定标的指令；表示要执行的每个FFT操作的起始时间的变量；用于开始FFT操作的指 令；指示即时开始的比特的变量；或用于执行即时开始的指令。另外，FFT引擎任务列 表526还可包括指示在FFT引擎550已经完成执行傅立叶变换的操作时该FFT引擎550是 否应中断指令处理器520的(变量和/或指令形式的)配置信息。这些仅是示例，FFT 引擎任务列表526中也可保存其他指令、变量、和/或数据。FFT引擎任务列表526的内容可被保存在固件或存储器中，且可根据需要用新的 或不同指令、变量、和/或数据来更新和修改。注意，保存在FFT引擎任务列表526中的指令、变量、和/或操作数据可以由 FFT控制块540所请求并被存储在其中的寄存器中，或者可在不做请求的情况下由指令处 理器520呈递给FFT控制块540。在FFT引擎520已将缓冲的数据采样(其为时域格式)转换成频域数据块后，总 共k行的OFDM数据可被提供给滤波器校正块560。每个正交的频率分量将具有对应其频率fk和时间t的解值，如式(1)中所表示I+jQ = A exp (_j 2 π fk t)式(1)其中A为振幅。注意，在实际操作中，FFT数据可能需要振幅和/或相位校正，如以下将讨论 的。现在将参照图6和图7描述一种用于使FFT引擎550适应收到信号的大频域动态 范围的机制。参照图6，FFT引擎550可具有任意数目的被标识为“蝶形”的内部FFT级。每 个蝶形可继之以缓冲器。如图所示，FFT引擎550具有两个蝶形，蝶形610和蝶形630， 且各继之以缓冲器620、640。这仅是示例，FFT引擎550也可包含更多或更少的蝶形和 缓冲器，诸如(非限制性示例)4个、8个、或16个蝶形和缓冲器。连续的蝶形被用在FFT过程的连续级中。因此，缓冲器610被用在FFT的第一 级中，而其输出被存储在缓冲器620中。缓冲器620的内容随后被FFT的第二级中的蝶 形630所取用，且其输出被存储在缓冲器640中。由于诸如频域信道变化、如以下讨论的信标(在一些实施例中可能比其他子信 道强30dB)等特定子信道的功率提升、以及如FL控制信道频调(在一些实施例中可能介 于比其他子信道强0到15dB的范围内)等特定子信道的功率提升等因素，跨FFT子信道 的收到码元可能具有大动态范围。若FFT引擎550不将该大动态范围归一化，则FFT输 出可能饱和，从而导致与饱和子信道相邻的码元的失真以及这些子信道上的较差解调性 能。此外，若FFT引擎550不将该大动态范围归一化，缓冲器620和缓冲器640的存储 大小将是庞大的。现在将参照图7描述一种数据归一化的方法。在图7中，如图6所示，在FFT 的第一级中使用蝶形610。然而在图7中，蝶形610的输出首先被送入数据归一化设备 710,后者的归一化输出被存储在缓冲器620中。缓冲器620的内容随后被FFT的第二级 中的蝶形630所取用。同样地，缓冲器630的输出被送入数据归一化设备720，后者的归 一化输出被存储在缓冲器640中。因此，总体数据动态范围可通过归一化而得到改善， 从而在各子信道之间的振幅比得以保持的同时要求更少的存储空间并降低FFT引擎中数 据缓冲的硬件和存储成本。继续，可根据以下四步来实现归一化。首先，例如在蝶形610中执行蝶形级。 随后，输出数据在例如数据归一化设备710中在信号的最大和最小振幅之间归一化。接 着，归一化数据被存储在例如缓冲器620的缓冲器中。最终，缓冲的归一化数据被送入 下一 FFT级的例如蝶形630的下一蝶形。作为非限制性示例，归一化可在FFT引擎550内借助FFT引擎的每一级处、或 者FFT引擎的输入和输出处、或者其任意组合处的数字增益控制来实现，其中结果增益 被存储。如此的归一化降低了 FFT带宽，这最终可以导致FFT时间线改善和FFT面积缩 减。如此的归一化还可导致码元缓冲器位宽减小并因此导致总体调制解调器面积缩减。 归一化可得到面积和时间线改善，从而可以通过添加数据归一化设备710和720来抵消增 加FFT引擎550的设计复杂度所需的成本。以上归一化仅是解决收到信号的潜在大动态范围的一种方法。可以与以上归一化联用或作为其替代的另一技术是相对于采样服务器增加FFT引擎和码元缓冲器输出的 位宽以适应FFT输出码元的大动态范围。一种实施例使用11位的采样服务器和14位 的FFT和码元缓冲器。可由采样服务器与以上技术联用或者作为其替代的又一技术是增 大在低载波-干扰信道条件下的采样服务器信号功率退避(backoff)以权衡量化噪声和后 FFT码元功率增益的附加头上空间。所有这些技术可导致失真减小，并由此得到性能改 善。此外，后者技术可适应低载波-干扰情形下的较大子信道功率提升而无需FFT或码 元缓冲器位宽的增加。回顾图4，如上所讨论的，模拟前端410中的滤波器412和采样器430中的滤波 器432可引入一定量的相位和振幅失真，这可导致OFDM系统性能的显著降级。滤波器412和432对应给定信号频率的合成振幅失真可由值Afk表示，并且对于 不同频率分量可能是不同的。导致滤波器412和432的合成相位失真的等价时间延迟可 由码元Tdk表示，并且可因变于频率分量。因此，一旦由快速傅立叶变换转换到频域， 滤波器的合成振幅和相位失真随后可由下式来表示Ac = Afk exp ("j 2Jifk( Tcfk))式⑵其中fk可以是OFDM信号中的任何频率副载波。注意，导致相位失真的时间延 迟被写成Tdk以表示τ。可关于不同的正交OFDM频率fk而改变。类似地，振幅失真被 写成Afk以表示Afk可关于不同的正交OFDM频率fk而改变。符号j按照通常惯例表示-1 的平方根。以上架构通过后FFT频域补偿解决了这些失真。参照图5，滤波器412和432的频率响应被存储在存储器中，该存储器可内置或 外置于滤波器校正块560。在各种实施例中，该频率响应可在设备制造期间被计算出并存 储在滤波器校正块560中，或者可作为固件上载到滤波器校正块560，或者可在处理内部 生成的信号之际由滤波器校正块560计算出。随着FFT引擎550提供频域中的采样数据，滤波器校正块560可将每个频带的后 FFT信号乘以作为所存储的滤波器响应的倒数的参数A。—1，以获得干净的经校正信号，就 像是经理想滤波器处理一样。现在将参照图8对其进行描述。图8图解一阵列的示例，其中收到数字信号可根据FFT大小和采样率，即根据 OFDM副载波数目和一周期中的采样数目被划分成若干单元。阵列的每个单元可由滤波 器校正块560处理，并且可被有效乘以式(2)的倒数以补偿滤波器412和432的已知振幅 和相位失真。可假定值Tdk对于每一轮信号数据是不变的，但在最优实施例中可针对每 一 ODM码元来重新计算。回顾图5，在滤波器校正块560产生滤波器经校正数据之后，该经校正数据被提 供给相位斜坡562以解决时基偏移量，这在频域中表现为FFT输出值的旋转。因此，相位斜坡562可被配置成经由指令处理器520接收对应给定OFDM数据 块的诸如时间偏移量的时基信息。此时基偏移量信息(表示为Td)可以针对输入信号所 确定，且相应的相位校正系数可根据式(3)针对OFDM块中的每个频率计算出Dk = exp ("j 2 Jifk(Td))式(3)其中fk可以是OFDM信号中的任何频率副载波。以上架构通过相位斜坡562处的补偿在频域解决了时间偏移量校正。当采样数据从数据采样缓冲器530到达时，FFT引擎550将采样数据变换到频域。随后，相位斜 坡562将每个频段的后FFT信号乘以作为以上相位校正系数的倒数的D1T1以使信号实际 上在时域中往回移至原本在其没有发生延迟时所应处的位置。以上过程将进一步参照图 8进行描述。在一些实施例中，还可能通过例如组合式(2)和(3)来组合滤波器校正块 560和相位斜坡562。如上所述，图8图解一阵列的示例，其中收到数字信号可根据FFT大小和采样 率，即根据OFDM副载波数目和一周期中的采样数目被划分成若干单元。在一些实施例 中，阵列的每个单元可由相位斜坡562处理以校正时基偏移量。每个单位的值被乘以式 (3)的倒数以补偿已知时间延迟τ d。一旦接收到OFDM数据的下一个块，随后就可重新 计算出对应每个频率fk的值Dk。回顾图5，经时间偏移量校正和经滤波器校正的采样输出随后可被提供给信标分 选器564。在一些实施例中，OFDM信号中频率副载波fk的一个或多个可作为信标信号 被发射。也被称为“导频信号”的信标信号是对于整个或部分传输而言以恒定高振幅提 供的信号。信标信号可被用来校准一个或多个其他副载波的增益、增加或平衡复用信号 的增益、或标识子信道的正确间距和分辨率。作为非限制性示例，若使用了 512个子信 道传输(即，如果O < k < 511)，则信标信号在OFDM数据块的持续期内可均勻分布在 k = 0、63、127、191、255、319、383、和447的八个子信道fk上。这仅是示例，可使 用任意数目的信标信号。同样，在一些实施例中，相同的子信道可在整个传输内用作信 标，而在一些实施例中，给定子信道可能仅在OFDM数据的部分块内用作信标。信标分选器564可从传输的k个子信道当中标识出信标及其子信道。在一些实 施例中，信标分选器操作如下。每个频率fk的子信道在时刻t具有复振幅，可表示为式(4)Icfk+jQcfk = (I/AJ exp ("j 2 π fk (t- ( τ τ d)))式⑷其中下标“cfk”被用来指示该振幅已经过校正(例如，通过滤波器校正块 560)。频率fk的子信道对应时刻t的总能量可根据式(5)来计算Ecfk= (U)2+(Qcfk)2 式(5)值Edk随后可在给定频率fk上，例如在图8的“行”上累加以确定子信道的总 能量。因此，信标分选器564可针对每个子信道k确定每个子信道的能量，并随后将信 道的子集标识为信标。在一些实施例中，预定数目的信标被标识为最高能量子信道。例 如，在一些实施例中，具有最高能量的四个信道可被假定是信标。在一些实施例中，具 有最高能量的前八个信道可被假定是信标。或者，最高能量子信道的子集可由信标分选器基于所存储的规则集标识为信 标。作为示例，信标分选器可标识相邻信道之间的能量差，且将与其近邻具有最大能量 差的那些信道标识为信标。可使用其他存储的规则。在其中使用两个或更多天线的情形中，可针对每个子信道跨天线累加值E。ft。参照图9，再次注意一个或多个频率fk(各自被示为行)可整个被保留用于信标 910，或者可在有限时间内被用作信标920。或者，信标可在多个频率上发送但仅持续固 定时间t，如信标930所显示的。此外作为替换，单个频率和时间可被用作信标940。这 些信标中的任何一者都可被信标分选器564所解析出。
14
回顾图5，信标分选器564可报告子信道索引、子信道强度、信标时间窗口、或 其任意组合。因此，输出缓冲器570从信标分选器564接收伴随经时间偏移量校正和经 滤波器校正的采样输出的信标频率和/或时间的一个或多个标识。因此，当前FFT架构提供迄今为止未能实现的数个优点。以下是非限制性示 例。(1)后FFT频域补偿允许对滤波器412和432较松的容限要求，尤其是在通带失 真/波纹容限要求方面。通过使用后FFT补偿，由此可使用较廉价的模拟和/或数字滤 波器。(2)此外，使用后FFT补偿，类似有限冲激响应滤波器的数字滤波器将使用较少 数目的抽头，从而允许要求更少数目的乘法器的更为容易的实现，并最终导致功率/面 积节省。(3)使用后FFT时基校正允许更为干净和准确的信号输出。(4)通过对硬件(HW) FFT块的高效固件(FW)控制——诸如FFT控制块540使 用FFT引擎任务列表526控制FFT引擎550——使得能在OFDM调制解调器中实现对多 个循环前缀和/或多个FFT带宽的处理。(5)诸如天线532和534的MIMO-OFDMA调制解调器中的多个天线可附连到处 在高效率FW控制下的单个HW FFT块。在当前架构中，类似FFT引擎550的单个HW FFT块被以更快的速度进行时钟控制以执行多个天线的FFT。FW可诸如通过使用FFT引 擎任务列表526中的指令和变量来控制对来自两个天线之一还是这两者的信号执行FFT。(6)时基调整(源自FW时间跟踪环)可通过对HW FFT采样服务器块的高效 率FW控制来校正。在当前架构中，对FFT采样服务器起始地址的FW调整是经由类似 FFT引擎任务列表526的任务列表来实现的。在一些情形下，可能需要推迟时基调整的 应用，因为可能仅在某些点(例如，帧的末尾)允许改变系统时基。通过本文所公开的 方法，时基调整的应用可被推迟，因为存在补偿已知时基误差的机制。(7)FFT块可被高效率地重用以处理不同的操作模式，作为非限制性示例，诸如 连接态解调模式和初始捕获模式。连接态解调使用忽略与循环前缀相对应的采样的FFT 块，而初始捕获块代之以使用关注这些循环前缀采样的FFT块。FFT块可通过类似FFT 引擎任务列表526的任务列表中指令和变量的使用被重用。这些指令可包括FFT块的采 样服务器起始地址。时基偏移量可被用来执行对多个基站的FFT而无需在执行FFT之前让各基站进 行时基同步。例如，若设备正与多个基站通信，则使用本文公开的方法就没有必要反复 地与不同基站同步时基(例如，与第一基站同步，随后与第二基站同步，随后与第一基 站再同步，等等)。相比之下，使用本文公开的方法，可仅使时基与这些基站中的一个同 步。然后，无需改变时基，就能够经由相位斜坡校正关于另一基站的已知时基延迟。(8)可基于类似计数器522的实时计数器来实现对FFT引擎的精确时基的FW控 制。如此的HW实时计数器可根据类似FFT引擎任务列表526的任务列表中的指令和变 量跟踪后ADC采样的采样计数。(9)可实现对应FFT的每一级的定标因子和增益的FW控制。同样，不同的级 可基于类似FFT引擎任务列表526的任务列表中指令和变量的使用来通过不同定标因子和增益来处理。(10) HW面积和功耗可通过当前架构的使用而降低，其中单个FFT引擎550在多 种条件下向来自多个天线的信号应用多种变换。(11)可将FFT采样大小重编程为任意大小，包括(但并不限于)256、512、 1024、2048、以及 4096。(12)对具有低位宽的FFT的多个蝶形级的FW控制。图10图解根据本公开的用于处理收到信号的方法1000。方法1000可由图6的 数据处理器260来实现。可经由软件任务集(例如，FFT引擎任务列表526中的任务)接收配置信息和操 作数据(1002)。配置信息可包括FFT长度、FFT蝶形级的数目以及每一 FFT蝶形级上的 定标因子等。操作数据可包括在实现之前或之间要跳过的数据码元的数目、FFT长度、 要执行的FFT级的数目、要对每一 FFT级执行的定标、要执行的每一 FFT操作的起始时 间、即时开始的比特等。可处理顺序指令软件命令1004。例如，存储在FFT引擎任务列表526中的 配置信息和操作数据可被用来控制FFT引擎550执行对串行数据流的快速傅立叶变换 (1006)。在FFT引擎550已将数据转换成频域数据之后，可由滤波器校正块560执行对滤 波器412、432的振幅和相位失真的补偿(1008)。例如，随着FFT引擎550提供频域中 的采样数据，滤波器校正块560可将每个频带的后FFT信号乘以作为所存储的滤波器响应 的倒数的参数A。—1，以获得干净的经校正信号，就像是经理想滤波器处理一样。另外，还可执行时间偏移量校正(1010)。例如，相位斜坡562可被配置成经由 指令处理器520接收对应给定OFDM数据块的诸如时间偏移量的时基信息。此时基偏移 量信息可以针对输入信号所确定，且相应的相位校正系数可针对OFDM块中的每个频率 计算出(例如，根据上式(3))。同时，可标识信标及其子信道(1012)。例如，信标分选器564可从传输的k个 子信道当中标识出信标及其子信道。上述图10的方法1000可以由与图IOA中所图解的装置加功能框1000A相对应 的各种硬件和/或软件组件和/或模块来执行。换言之，图10中图解的框1002到1012 对应于图IOA中图解的装置加工能框1002A到1012A。应该理解，所公开的过程中各步骤的具体次序和层次是示例性方法的示例。基 于设计偏好，应理解过程中各步骤的具体次序和层次可被重新安排而仍在本公开的范围 内。所附方法要求保护范例次序的各种步骤中所呈现的要素，而无意限于所给出的具体 次序或层次。本领域技术人员将可理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一 种来表示。例如，贯穿上面说明始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、比 特、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何 组合来表示。本领域技术人员将进一步领会，结合本文中公开的实施例描述的各个说明性逻 辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地说明硬件与软件的这一可互换性，各种说明性组件、框、模块、电路、和步骤在 上面是以其功能集的形式作一般化描述的。此类功能集是被实现为硬件还是软件取决于 具体应用和强加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实 现所描述的功能集，但此类设计决策不应被解释为致使脱离本公开的范围。结合本文中公开的实施例描述的各个说明性逻辑框、模块、以及电路可用通用 处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或 其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文 中描述的功能的任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案 中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实 现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的 一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。本文所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软 件中实现，则各功能可以作为一条或更多条指令存储在计算机可读介质上。术语“计算 机可读介质”指代任何可被计算机访问的可用介质。作为示例而非限定，计算机可读介 质可以包括RAM、ROM、EEPROM> CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存 储设备、或者能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合需程序代码且能被计算机访 问的任何其它介质。如本文所用的碟或盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘 (DVD)、软盘和蓝光盘，其中碟常常磁学地再现数据而盘用激光光学地再现数据。软件或指令也可以在传输介质上传送。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤 电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从 web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、 或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在传输介质的定义之中。提供前面对本公开的实施例的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使 用本公开。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中 定义的普适原理可被应用于其他实施例而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开 并非旨在被限定于本文中示出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特 征一致的最广义的范围。
权利要求
1.一种用于执行傅立叶变换的经改善的处理引擎，包括指令处理器，配置成处理顺序指令软件命令；以及耦合至所述指令处理器的傅立叶变换引擎，所述傅立叶变换引擎被配置成对串行数 据流执行傅立叶变换；其中所述傅立叶变换引擎被配置成经由软件任务集从所述指令处理器接收配置信息 和操作数据。
2.如权利要求1所述的处理引擎，其特征在于，所述配置信息包括FFT长度、FFT蝶 形级的数目以及每一 FFT蝶形级上的定标信息中的至少一者。
3.如权利要求1所述的处理引擎，其特征在于，所述操作数据包括起自OFDM采样 存储器的OFDM采样起始地址、要跳过的码元的数目、FFT操作的起始时间或即时开始 命令中的至少一者。
4.如权利要求1所述的处理引擎，其特征在于，所述操作数据包括从包括以下各项 的组中选出的至少一个变量在实现之前或之间要跳过的数据码元的数目、FFT长度、 要执行的FFT级的数目、要对每一 FFT级执行的定标、要执行的每一 FFT操作的起始时 间、和即时开始的比特。
5.如权利要求1所述的处理引擎，其特征在于，所述操作数据包括以下各项中的至少 一者用于读取或提供采样起始地址的指令、用于在实现之前或之间跳过数个数据码元 的指令、用于执行多个FFT级的指令、用于执行每一 FFT级上的定标的指令、用于开始 FFT操作的指令、以及用于执行即时开始的指令。
6.如权利要求1所述的处理引擎，其特征在于，还包括标识信标及其子信道的信标分 选器。
7.如权利要求1所述的处理引擎，其特征在于，还包括补偿滤波器的振幅和相位失真 的滤波器校正块。
8.如权利要求1所述的处理引擎，其特征在于，还包括执行时间偏移量校正的相位斜坡。
9.如权利要求1所述的处理引擎，其特征在于，所述操作数据包括在所述傅立叶变换 引擎已经完成所述执行傅立叶变换的操作时指示所述傅立叶变换引擎是否应中断所述指 令处理器的配置信息。
10.一种可在无线通信系统中操作的装置，所述装置包括用于处理顺序指令软件命令的装置；以及用于对串行数据流执行傅立叶变换的装置；其中所述用于执行傅立叶变换的装置被配置成经由软件任务集从所述用于处理顺序 指令软件命令的装置接收配置信息和操作数据。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述配置信息包括FFT长度、FFT蝶 形级的数目以及每一 FFT蝶形级上的定标信息中的至少一者。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述操作数据包括起自OFDM采样存 储器的OFDM采样起始地址、要跳过的码元的数目、FFT操作的起始时间或即时开始命 令中的至少一者。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述操作数据包括从包括以下各项的组中选出的至少一个变量在实现之前或之间要跳过的数据码元的数目、FFT长度、要执 行的FFT级的数目、要对每一 FFT级执行的定标、要执行的每一 FFT操作的起始时间、 和即时开始的比特。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述操作数据包括以下各项中的至少 一者用于读取或提供采样起始地址的指令、用于在实现之前或之间跳过数个数据码元 的指令、用于执行多个FFT级的指令、用于执行每一 FFT级上的定标的指令、用于开始 FFT操作的指令、以及用于执行即时开始的指令。
15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括用于标识信标及其子信道的装置。
16.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括用于补偿滤波器的振幅和相位失真的装置。
17.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括用于执行时间偏移量校正的装置。
18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述操作数据包括在所述用于执行傅立 叶变换的装置已经完成所述执行傅立叶变换的操作时指示所述用于执行傅立叶变换的装 置是否应中断所述用于处理的装置的配置信息。
19.一种在无线通信系统中使用的方法，所述方法包括 经由软件任务集接收配置信息和操作数据；处理顺序指令软件命令；以及 对串行数据流执行傅立叶变换。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述配置信息包括FFT长度、FFT蝶 形级的数目以及每一 FFT蝶形级上的定标信息中的至少一者。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述操作数据包括起自OFDM采样存 储器的OFDM采样起始地址、要跳过的码元的数目、FFT操作的起始时间或即时开始命 令中的至少一者。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述操作数据包括从包括以下各项的组 中选出的至少一个变量在实现之前或之间要跳过的数据码元的数目、FFT长度、要执 行的FFT级的数目、要对每一 FFT级执行的定标、要执行的每一 FFT操作的起始时间、 和即时开始的比特。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述操作数据包括以下各项中的至少 一者用于读取或提供采样起始地址的指令、用于在实现之前或之间跳过数个数据码元 的指令、用于执行多个FFT级的指令、用于执行每一 FFT级上的定标的指令、用于开始 FFT操作的指令、以及用于执行即时开始的指令。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括标识信标及其子信道。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括补偿滤波器的振幅和相位失真。
26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括执行时间偏移量校正。
27.如权利要求19所述的方法，其特征在于，指令处理器执行所述处理顺序指令软件 命令的操作，其中傅立叶变换引擎执行所述执行傅立叶变换的操作，以及其中所述操作 数据包括在所述傅立叶变换引擎已经完成所述执行傅立叶变换的操作时指示所述傅立叶变换引擎是否应中断所述指令处理器的配置信息。
28.一种配置成执行如权利要求19所述的方法的电子设备。
29.—种计算机程序产品，包括计算机可读介质，包括用于使计算机经由软件任务集接收配置信息和操作数据的代码；用于使计算机处理顺序指令软件命令的代码；以及用于使计算机对串行数据流执行傅立叶变换的代码。
30.如权利要求29所述的计算机程序产品，其特征在于，所述配置信息包括FFT长 度、FFT蝶形级的数目以及每一 FFT蝶形级上的定标信息中的至少一者。
31.如权利要求29所述的计算机程序产品，其特征在于，所述操作数据包括起自 OFDM采样存储器的OFDM采样起始地址、要跳过的码元的数目、FFT操作的起始时间 或即时开始命令中的至少一者。
32.如权利要求29所述的计算机程序产品，其特征在于，所述操作数据包括从包括以 下各项的组中选出的至少一个变量在实现之前或之间要跳过的数据码元的数目、FFT 长度、要执行的FFT级的数目、要对每一 FFT级执行的定标、要执行的每一 FFT操作的 起始时间、和即时开始的比特。
33.如权利要求29所述的计算机程序产品，其特征在于，所述操作数据包括以下各项 中的至少一者用于读取或提供采样起始地址的指令、用于在实现之前或之间跳过数个 数据码元的指令、用于执行多个FFT级的指令、用于执行每一 FFT级上的定标的指令、 用于开始FFT操作的指令、以及用于执行即时开始的指令。
34.如权利要求29所述的计算机程序产品，其特征在于，机器所执行的操作还包括标 识信标及其子信道。
35.如权利要求29所述的计算机程序产品，其特征在于，机器所执行的操作还包括补 偿滤波器的振幅和相位失真。
36.如权利要求29所述的计算机程序产品，其特征在于，机器所执行的操作还包括执 行时间偏移量校正。
37.如权利要求29所述的计算机程序产品，其特征在于，指令处理器执行所述处理顺 序指令软件命令的操作，其中傅立叶变换引擎执行所述执行傅立叶变换的操作，以及其 中所述操作数据包括在所述傅立叶变换引擎已经完成所述执行傅立叶变换的操作时指示 所述傅立叶变换引擎是否应中断所述指令处理器的配置信息。
38.一种可在无线通信系统中操作的装置，所述装置包括处理器，配置成经由软件任务集接收配置信息和操作数据、处理顺序指令软件命 令、以及对串行数据流执行傅立叶变换；以及耦合至所述处理器的用于存储数据的存储器。
39.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述配置信息包括FFT长度、FFT蝶 形级的数目以及每一 FFT蝶形级上的定标信息中的至少一者。
40.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述操作数据包括起自OFDM采样存 储器的OFDM采样起始地址、要跳过的码元的数目、FFT操作的起始时间或即时开始命 令中的至少一者。
41.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述操作数据包括从包括以下各项的组 中选出的至少一个变量在实现之前或之间要跳过的数据码元的数目、FFT长度、要执 行的FFT级的数目、要对每一 FFT级执行的定标、要执行的每一 FFT操作的起始时间、 和即时开始的比特。
42.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述操作数据包括以下各项中的至少 一者用于读取或提供采样起始地址的指令、用于在实现之前或之间跳过数个数据码元 的指令、用于执行多个FFT级的指令、用于执行每一 FFT级上的定标的指令、用于开始 FFT操作的指令、以及用于执行即时开始的指令。
43.如权利要求38所述的装置，所述处理器还被配置成标识信标及其子信道。
44.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述处理器还被配置成补偿滤波器的振 幅和相位失真。
45.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述处理器还被配置成执行时间偏移量 校正。
全文摘要
一种用于执行傅立叶变换的经改善的处理引擎包括配置成处理顺序指令软件命令的指令处理器和耦合至该指令处理器的傅立叶变换引擎。傅立叶变换引擎被配置成对串行数据流执行傅立叶变换。傅立叶变换引擎被配置成经由软件任务集从指令处理器接收配置信息和操作数据。
文档编号G06F17/14GK102016830SQ200980106964
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月27日 优先权日2008年3月28日
发明者A·乔德里, H·萨姆帕斯, I·姚, J·H·林, M·吴, R·N·查拉 申请人:高通股份有限公司