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    • 专利摘要:
    本發明涉及一種正交分頻多工接收器，更詳細地涉及一種，包括FFT/IFFT運算核及調度器，並為了能同時共享該FFT/IFFT運算核，而由該調度器來管理FFT/IFFT運算的輸入/輸出時間安排及控制信號，並且該FFT/IFFT運算核同時支援DIT、DIF方式的FFT/IFFT運算的正交分頻多工接收器。
    公开号:TW201318355A
    申请号:TW101134195
    申请日:2012-09-18
    公开日:2013-05-01
    发明作者:Young-Il Chun；Chang-Ik Hwang；Jae-Jun Ban
    申请人:Fci Inc；
    IPC主号:H04L27-00
    专利说明:
    正交分頻多工接收器
    本發明有關於一種共享單一的FFT/IFFT核心的正交分頻多工接收器，特別有關於一種通過調度(scheduling)來共享一個FFT/IFFT核心，從而能夠執行運算的正交分頻多工接收器。
    快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform；FFT)為將時間區域的資料變換為頻率區域的資料的離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform；DFT)的快速運算演算法，廣泛應用於數位信號處理及高速有線、無線數位通訊系統的設計。用於執行FFT與逆FFT運算的FFT/IFFT核心可以適用於OFDM系統。OFDM的全稱為Orthogonal Frequency Division Multiplexing，是正交分頻多工演算法，用於高速資料傳送。OFDM是，使用多個載波來對具有高傳送率的輸入資料並行處理成具有較低傳送率且其數量與載波數量相同的資料，並將其載於載波而進行傳送的方式。如上所述的OFDM調製解調由於使用多個副載波，因此隨著副載波數量的增加會導致硬體設計上的困難。而且，副載波之間的正交性(orthogonal)很難維持，因此設計上也存在困難。OFDM利用DFT(Discrete Fourier Transform)而體現，硬體設計則利用FFT演算法。FFT過程是OFDM系統中最為複雜的部分，已有了維持較小硬體尺寸的單一記憶體結構及使用蝶形運算部等的提案。
    但是，由於如上所提出來的結構需要較多的運算週期，因此很難得到較高的處理速度。而且，還存在需要較高工作頻率的缺點。在要求快速工作的領域，為了解決這樣的缺點並得到較高的處理速度而主要使用管線(pipe line)結構。具有管線結構的FFT/IFFT核心有，MDC(Multi-path Delay Commutator)、SDC(Single-path Delay Commutator)、SDF(Single-path Delay Feedback)、MDF(Multi-path Delay Feedback)方式。根據上述各FFT/IFFT核心的結構來決定整個結構的硬體複雜度和資料處理率。
    最近還提出了採用管線結構的同時還採用並行處理方法的結構，從而提高資料處理率。在這種情況下，並行的路徑數量越大，在各路徑下的資料採樣頻率會減少，不過與此同時，執行運算所需的運算器與記憶體也會增加，因此會導致硬體成本的明顯增加。
    因此，根據所需的資料處理率及硬體複雜度而決定出適當的結構及並行結構是存在困難的。並且，由於這樣的硬體上的限制因素，導致利用FFT/IFFT運算來提高正交分頻多工接收器性能的各種演算法的應用也會受到限制。
    為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種正交分頻多工接收器，在正交分頻多工接收器的多個區塊需要進行FFT/IFFT運算時，可以通過調度來實現共享一個FFT/IFFT核心。
    為了達到上述目的，本發明提供一種正交分頻多工接收器，其包括FFT/IFFT運算核及調度器，該調度器管理各FFT/IFFT運算的輸入/輸出時間安排(Timing)及控制信號以同時共享該FFT/IFFT運算核，該FFT/IFFT運算核同時支援DIT、DIF方式的FFT/IFFT運算。
    本發明的特徵在於，該FFT/IFFT運算核與該調度器的接合所使用的介面(interface)規範是通過RI、SI、SO及EO埠來收發信號的。
    而且，本發明的特徵在於，該調度器所接收到的FFT/IFFT運算分為捕獲狀態及跟蹤狀態，並在該捕獲狀態時向調度器請求FFT_MAIN運算、FFT_PRE_CID運算及IFFT_IFO運算，而在該跟蹤狀態時向調度器請求FFT_MAIN運算、IFFT_CE運算、FFT_CE運算、IFFT_FTSYNC運算、FFT_POST_CID運算及FFT_MFD運算。
    本發明的特徵在於，其中在該捕獲狀態中的FFT_PRE_CID運算用於同通道干擾估計，而IFFT_IFO運算用於整數倍偏移估計，該FFT_PRE_CID運算及IFFT_IFO運算則通過共享一個FFT/IFFT運算核來進行處理。
    本發明的正交分頻多工接收器，其特徵在於，為了通道估計而需要同時處理3個FFT/IFFT運算時，在一個OFDM符號中共享一個FFT/IFFT運算核而按順序處理DIT-FFT、DIF-IFFT、DIT-FFT運算，並使用FFT輸入資料率的4倍以上的工作時脈。
    本發明的特徵在於，其中為了求出精細符號(symbol)位置調節值而處理IFFT運算時，在一個OFDM符號中共享一個FFT/IFFT運算核而按順序處理DIT-FFT、DIF-IFFT、DIT-FFT運算，並使用FFT輸入資料率的6倍以上的工作時脈。
    另外，本發明的特徵在於，當該FFT/IFFT運算核正在進行運算時，該調度器使得在處於工作中的區間的FFT尺寸* 3/4大小所相應的未工作區間可以進行追加的FFT運算，其特徵還在於，可以利用通過該調度器來進行的追加的FFT運算來進行N-點FFT運算。
    根據本發明的如上特徵，本發明的正交分頻多工接收器具有如下效果。當需要FFT/IFFT運算核的區塊較多時，可以利用調度器來實現共享一個FFT/IFFT運算核的使用。
    另外，由於共享一個FFT/IFFT運算核，因此不需要形成較大的正交分頻多工接收器的邏輯尺寸，因此在費用方面有效率。
    以下，參照附圖對本發明優選的實施例進行詳細的說明。
    第1圖為示意了根據本發明的正交分頻多工接收器的結構的示意圖。
    如第1圖所示，根據本發明的正交分頻多工接收器包括，FFT/IFFT運算核102及調度器101。FFT/IFFT運算核102是同時支持時間抽取(Decimation In Time,DIT)、頻率抽取(Decimation In Frequency,DIF)方式的FFT/IFFT運算的核心，該核心為將熟知的管線FFT/IFFT核心結構進行變形的形態。一般來說，DIT-FFT運算的輸入為倒位序，輸出為自然順序，而DIF-FFT運算的輸入為自然順序，輸出為倒位元序。當同時支援DIT與DIF時，不需要追加緩衝就能將一次FFT輸出作為下一次FFT輸入而傳送，從而可以實現連續地執行FFT運算。採用了如上所述方法的利用了FFT/IFFT運算核102的本發明的正交分頻多工接收器，使用達FFT輸入資料率(data rate)的四倍的工作時脈(clock)，並在一個OFDM符號期間可以將三次的FFT/IFFT運算執行於4 * FFT尺寸+FFT核心延遲時間(latency)(數個時脈以內)週期內。而且，根據接收器的工作結構而需要追加更多FFT/IFFT運算時，可以通過使用FFT輸入資料率的6倍、8倍以上的高速工作時脈來實現。並且，該FFT/IFFT運算核102在進行運算時，可以在相當於工作區間的FFT尺寸* 3/4大小的未工作區間進行追加的FFT運算。
    如第1圖所示，在根據本發明的正交分頻多工接收器的結構下，OFDM符號100及各種FFT/IFFT運算(103至110)輸入於調度器101，而該調度器101接收輸入後進行處理，並與FFT/IFFT運算核102進行接合(interface)。以下，參照第1圖對調度器(101)與FFT/IFFT運算核102的接合及FFT/IFFT運算進行說明。
    首先，根據本發明的正交分頻多工接收器的調度器(101)與FFT/IFFT運算核102的接合所使用的介面(interface)規範是利用RI、SI、SO、EO埠來收發信號的。其中，該RI(Rx Main OFDM Symbol Input)作為用於存儲與FFT大小相同，且以工作時脈頻率的1/6來緩慢地輸入的時域樣本資料的專用輸入而使用，每個被分配的區間所共享的FFT/IFFT輸入將通過SI(Sharing Input)埠輸入。SI、SO、EO的介面(interface)的時間安排規範如第4圖所示。
    接下來，繼續參照第1圖進行說明，根據本發明的正交分頻多工接收器的總體狀態可分為捕獲(Acquisition)狀態及跟蹤(Tracking)狀態。這時，接收於正交分頻多工接收器的調度器101的FFT/IFFT運算有：FFT_MAIN 103、FFT_PRE_CID 104、IFFT_IFO 105、IFFT_CE 106、FFT_CE 107、IFFT_FTSYNC 108、FFT_POST_CID 109及FFT_MFD 110，並在捕獲狀態下向調度器101請求該FFT_MAIN 103、FFT_PRE_CID 104及IFFT_IFO 105，在跟蹤狀態下則向調度器101請求該FFT_MAIN 103、IFFT_CE 106、FFT_CE 107、IFFT_FTSYNC 108、FFT_POST_CID 109及FFT_MFD 110，並共享FFT/IFFT運算核102而使用。
    在捕獲狀態下，FFT_PRE_CID 104首先向同通道干擾估計器304請求FFT運算，用於快速估計出同通道干擾(Cochannel Interference)的資訊。由於是在正交分頻多工接收器的符號時間安排同步(sync)開始前進行工作，因此在任意位置將N-點大小的OFDM符號100儲於輸入緩衝器後再執行FFT運算。當同通道干擾估計工作結束，進而OFDM符號時間安排同步結束時，整數倍頻率偏移估計器305開始工作。該整數倍頻率偏移估計器305在執行主要FFT運算(FFT_MAIN)後，求出與已知信號之間的相互關係，並通過該些資訊的IFFT運算(IFFT_IFO)來估計出整數倍頻率偏移。這時，該FFT_PRE_CID運算及IFFT_IFO運算是共享一個FFT/IFFT運算核102而進行處理。
    以下，參照第2圖及第3圖來對該FFT/IFFT運算進行說明。第2圖為示意了在一個OFDM符號100內，利用一個FFT/IFFT運算核102來對多個FFT/IFFT運算進行調度的方法的示意圖。第3圖為記述了各FFT/IFFT運算的情報的圖表，記述了根據本發明的正交分頻多工接收器的各區塊所使用的FFT/IFFT運算的大小、DIT-DIF方法及輸入/輸出埠資訊，並且FFT/IFFT運算核(102)會根據與調度器101所約定的模式資訊(M0~M7)而進行工作。如第2圖及第3圖所示，定義出用於FFT/IFFT運算的調度器101與FFT/IFFT運算核102之間的模式(mode)。首先，將FFT_PRE_CID 104定義為模式1。(以下，模式1以MODE1的簡稱M1來進行記述，將M1的輸入記述為M1_I，而M1的輸出記述為M1_O。)在M1_I區間，從輸入緩衝器讀取的OFDM符號101輸入於FFT/IFFT運算核102，並將運算出來的結果輸出於M1_O區間。M1_I與M1_O可以位於OFDM符號100內的任意位置，並獨立地佔有FFT/IFFT運算核102，當同通道干擾估計工作結束時，不再佔有FFT/IFFT運算核102。
    主要的FFT運算(FFT_MAIN)的執行，在OFDM符號的開始部分將與FFT大小所相應的大小存儲到輸入緩衝器後，從M0_I區間讀取後輸入於FFT/IFFT運算核102，並在M0_O區間得出輸出結果。在整數倍頻率偏移估計器305中，則在FFT_MAIN103的輸出區間M0_O加工輸出資料後，直接傳送至IFFT_IFO的輸入。對於IFFO_IFO而言，將調度器與FFT/IFFT運算核102之間的模式定義為M2。IFFT_IFO的輸入區間為M2_I，輸出區間為M2_O，並且IFFT_IFO的運算結果再被傳送至整數倍頻率偏移估計器305，並用於估計整數倍頻率偏移。
    當正交分頻多工接收器的捕獲狀態的工作結束而處於跟蹤狀態時，不再執行FFT_PRE_CID、IFFT_IFO的FFT/IFFT運算。從而，在M1_I、M1_O、M2_I、M2_O的區間內不再佔有FFT/IFFT運算核102。
    在通道估計器306中利用FFT_MAIN的輸出而生成通道頻率響應(Channel Frequency Response,CFR)資訊後，通過CFR資訊的IFFT運算(IFFT_CE)而求出通道時脈響應(channel Impulse Response,CIR)。之後，除去正常的CIR資訊之外的雜訊後，重新通過FFT運算(FFT_CE)來估計最終通道。通道估計所需要的FFT_MAIN103、IFFT_CE106、FFT_CE107運算則按照DIT FFT→DIF IFFT→DIT FFT的順序進行處理，並使用FFT輸入資料率(data rate)的6倍的時脈，可以在OFDM符號100中共享一個FFT/IFFT運算核102來估計通道。在這種情況下，中間階段無需附加緩衝即可以連續地進行處理。請參照附第3圖，例如，M3_I區間變成IFFT_CE的輸入區間，M3_O區間變成IFFT_CE的輸出區間，M4_I區間變成FFT_CE的輸入區間，M4_O區間成為FFT_CE的輸出區間。
    精細符號位置估計器308為了持續觀察CIR資訊的移動來實現精細地跟蹤主要FFT的開始位置而執行IFFT運算(IFFT_FTSYNC)，當FFT_CE的輸出區間(M4_O)開始時，根據調度器的請求而將由精細符號位置估計器308獨立計算出來的資料暫存到儲存器後，在M5_I的區間將對於IFFT_FTSYNC108的輸入傳送至FFT/IFFT運算核102。對於IFFT_FTSYNC的運算結果輸出於M5_O的區間，並傳送至精細符號位置估計器308。
    都卜勒頻率估計器310以都卜勒頻率估計作為目的而執行FFT_MFD 110。將通道估計出來的資訊聚合到時間軸而執行FFT運算(FFT_MFD)，並利用該結果來估計都卜勒頻率。用於都卜勒頻率估計的FFT的尺寸小於主要FFT的尺寸。FFT_MFD運算利用IFFT_FTSYNC的輸出區間(M5_O)所開始的時間點未進行工作的FFT/IFFT運算核102內部的階段(stage)，進行追加FFT運算。M7_I為FFT_MFD的輸入區間，M7_O為FFT_MFD的輸出區間。這種情況下，為了解決IFFT_FTSYNC的輸出區間(M5_O)與輸出埠的佔有時間相衝突的問題，由額外輸出埠Extra Output(EO埠)來輸出結果。
    為了在跟蹤狀態下的同通道干擾估計，同通道干擾估計器309同樣需要FFT運算(FFT_POST_CID)。使IFFT_FTSYNC的運算區間(M5_I,M5_O)不能佔有每個符號，FFT_POST_CID的處理區間會使用未佔有的符號區間。M6_I為FFT_POST_CID的輸入區間，M6_O為FFT_POST_CID的輸出區間。
    第4圖為在根據本發明的正交分頻多工接收器，對調度器與FFT/IFFT運算核之間的介面規範進行了定義的示意圖。如第4圖所示，根據本發明的正交分頻多工接收器中，調度器101與各區塊304、305、306、308、309、310之間、調度器101與FFT/IFFT運算核102之間的FFT運算相關信號，是由MODE、START_SYNC、END_SYNC、DATA_VALID的控制信號與DATA_I、DATA_Q構成，將START_SYNC、END_SYNC信號作為1時脈高(high)信號，由此可以得知各區塊的輸入與輸出的開始與結束。其中，MODE表示第3圖的模式資訊。
    本說明書與附圖中記述了採用了本發明的正交分頻多工接收器的實施例，記述了使用FFT輸入資料率6倍的時脈來共享FFT/IFFT運算核102的方法。本發明的應用範圍會根據正交分頻多工接收器的捕獲、跟蹤狀態下使用FFT/FIFT運算的區塊的種類而變得多樣化，而且還根據怎麼決定工作時脈的倍數關係而其應用也變得多樣化，並沒有對此進行了限制。
    如上所述，本發明的詳細的說明中對本發明優選的實施例進行了說明，但只要是本發明所屬的技術領域的技術人員，可以在不超出本發明的保護範圍內有各種變換。從而，本發明的權利要求範圍並不局限於該的實施例，而是根據後序的權利要求範圍及與其均等的範圍而決定。
    100‧‧‧OFDM符號
    101‧‧‧調度器
    102‧‧‧FFT/IFFT運算核
    103~110‧‧‧FFT/IFFT運算
    304‧‧‧同通道干擾估計器
    305‧‧‧整數倍頻率偏移估計器
    306‧‧‧通道估計器
    308‧‧‧精細符號位置估計器
    309‧‧‧同通道干擾估計器
    310‧‧‧都卜勒頻率估計器
    第1圖為示意了根據本發明的正交分頻多工接收器的結構的示意圖。
    第2圖為示意了在一個OFDM符號內，利用一個FFT/IFFT運算核來對多個FFT/IFFT運算進行調度的方法的示意圖。
    第3圖為記述了各FFT/IFFT運算的情報的圖表。
    第4圖為在根據本發明的正交分頻多工接收器，對調度器與FFT/IFFT運算核之間的介面規範進行了定義的示意圖。
    100‧‧‧OFDM符號
    101‧‧‧調度器
    102‧‧‧FFT/IFFT運算核
    103~110‧‧‧FFT/IFFT運算
    304‧‧‧同通道干擾估計器
    305‧‧‧整數倍頻率偏移估計器
    306‧‧‧通道估計器
    308‧‧‧精細符號位置估計器
    309‧‧‧同通道干擾估計器
    310‧‧‧都卜勒頻率估計器
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] 一種正交分頻多工接收器，包括：一快速傅立葉變換/逆快速傅立葉變換(FFT/IFFT)運算核；及一調度器，該調度器管理各FFT/IFFT運算的輸入/輸出時間安排(Timing)及控制信號以同時共享該FFT/IFFT運算核，其中該FFT/IFFT運算核同時支援時間抽取(DIT)、頻率抽取(DIF)方式的FFT/IFFT運算。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之正交分頻多工接收器，其中該FFT/IFFT運算核與該調度器的接合所使用的介面規範是通過RI、SI、SO及EO埠來收發信號的。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之正交分頻多工接收器，其中該調度器所接收到的FFT/IFFT運算分為捕獲狀態及跟蹤狀態，並在該捕獲狀態時向調度器請求FFT_MAIN運算、FFT_PRE_CID運算及IFFT_IFO運算，而在該跟蹤狀態時向調度器請求FFT_MAIN運算、IFFT_CE運算、FFT_CE運算、IFFT_FTSYNC運算、FFT_POST_CID運算及FFT_MFD運算。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述之正交分頻多工接收器，其中在該捕獲狀態中的FFT_PRE_CID運算用於同通道干擾估計，而IFFT_IFO運算用於整數倍偏移估計，該FFT_PRE_CID運算及IFFT_IFO運算則通過共享一個FFT/IFFT運算核來進行處理。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之正交分頻多工接收器，其中為了通道估計而需要同時處理3個FFT/IFFT運算時，在一個OFDM符號中共享一個FFT/IFFT運算核而按順序處理DIT-FFT、DIF-IFFT、DIT-FFT運算，並使用FFT輸入資料率的4倍以上的工作時脈。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之正交分頻多工接收器，其中為了求出精細符號位置調節值而處理IFFT運算時，在一個OFDM符號中共享一個FFT/IFFT運算核而按順序處理DIT-FFT、DIF-IFFT、DIT-FFT運算，並使用FFT輸入資料率的6倍以上的工作時脈。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之正交分頻多工接收器，其中當該FFT/IFFT運算核正在進行運算時，該調度器使得在處於工作中的區間的FFT尺寸* 3/4大小所相應的未工作區間可以進行追加的FFT運算。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之正交分頻多工接收器，其中可以利用通過該調度器來進行的追加的FFT運算來進行N-點FFT運算。
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    法律状态:
    2021-07-01| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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