專利名稱：利用減小的數(shù)字控制振蕩器查找表的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明針對(duì)用于信號(hào)調(diào)制的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，具體地是針對(duì)用于通過使用數(shù)字控制振蕩器，更具體地是連同卷積算法一起精細(xì)調(diào)諧信號(hào)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
和目的自從Guglielmo Marconi在1897年演示了使用無(wú)線電能夠提供與航行在英吉利海峽的船只的連續(xù)通信的實(shí)驗(yàn)以來(lái)，在過去一個(gè)世紀(jì)里，無(wú)線通信已取得顯著的進(jìn)展。自從Marconi的發(fā)現(xiàn)以來(lái)，新的有線和無(wú)線通信方法、業(yè)務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)已被全世界人們采用。這種演進(jìn)一直在加速，特別是最近這十年，在這段時(shí)間中，移動(dòng)無(wú)線通信工業(yè)成百上千倍地增長(zhǎng)，這種增長(zhǎng)由無(wú)數(shù)技術(shù)進(jìn)步支持，它們使得便攜式無(wú)線電設(shè)備越來(lái)越小、越來(lái)越便宜、和越來(lái)越可靠。隨著這個(gè)無(wú)線網(wǎng)與現(xiàn)有的有線網(wǎng)交互作用以及最終超過現(xiàn)有的有線網(wǎng)，移動(dòng)電話的指數(shù)式增長(zhǎng)在未來(lái)的幾十年還將繼續(xù)上升。
與上述的電話革新一起到來(lái)的革新還有已在現(xiàn)代電話設(shè)備中使用的信號(hào)處理上取得的進(jìn)展。例如，通過卷積或擴(kuò)頻發(fā)出的信號(hào)，卷積編碼被利用來(lái)更好地保持?jǐn)?shù)字傳輸?shù)恼w性，使得能夠進(jìn)行糾錯(cuò)以便重新構(gòu)建有噪聲的信號(hào)。另外，卷積算法(諸如快速卷積算法)是實(shí)施數(shù)字濾波器的非常有效的方法，而當(dāng)濾波器被修正來(lái)利用分樣和頻率移位時(shí)，它可被使用于蜂窩基站和其它無(wú)線電系統(tǒng)中。
然而，正如本領(lǐng)域已知的，在快速卷積算法中可能的頻率移位被限制于離散傅里葉變換或DFT(以及反DFT或IDFT)中能量貯存區(qū)之間的間隔的整數(shù)倍。由于DFT/IDFT中貯存區(qū)間隔由濾波需求來(lái)決定，所以頻率移位可以是10kHz的量級(jí)，而頻率分辨率被要求為允許將接收頻道調(diào)諧到從0Hz起的100Hz內(nèi)(選擇100Hz多少有點(diǎn)任意，但盡管如此還是應(yīng)與多卜勒頻移和無(wú)線電中的其它效應(yīng)有相同的量級(jí))。因此，數(shù)字控制振蕩器(NCO)典型地是精細(xì)調(diào)諧來(lái)自快速卷積算法的信號(hào)所必須的。
NCO執(zhí)行信號(hào)與復(fù)數(shù)正弦之間的乘法，以便完成把第一頻率的進(jìn)入的信號(hào)變換成第二頻率的任務(wù)。正弦數(shù)值的采樣樣本被存儲(chǔ)在查找表內(nèi)，查找表被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，例如存儲(chǔ)在傳統(tǒng)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或只讀存儲(chǔ)器(ROM)中。

圖1上顯示NCO的一般性實(shí)施方案，其中包括實(shí)數(shù)(Re)和虛數(shù)(Im)分量的輸入數(shù)據(jù)流被饋送到NCO 100,NCO 100會(huì)查閱被連接到相位寄存器120和相位增量器130的查找表110，這在后面更詳細(xì)地描述。
正如本領(lǐng)域已知的，復(fù)數(shù)正弦數(shù)值的精度需要由數(shù)據(jù)表示控制。因?yàn)檎?例如正弦波)只是近似的，所存儲(chǔ)的不同正弦相位的數(shù)目和每個(gè)相位的表示中所利用的比特?cái)?shù)目都是近似值，具有與其相聯(lián)系的誤差分量。另外，由于在每次處理時(shí)產(chǎn)生的誤差(相位和比特?cái)?shù))是獨(dú)立的，所以誤差獨(dú)立地傳播以產(chǎn)生對(duì)于每個(gè)近似的總誤差。在每次乘法期間也會(huì)引入誤差。對(duì)于每個(gè)正弦表示所利用的特定的比特?cái)?shù)目典型地由正弦的量化噪聲來(lái)確定，對(duì)于按照正弦相位的每個(gè)實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量存儲(chǔ)的每個(gè)額外比特，量化噪聲可降低6dB。例如，如果需要90dB的無(wú)雜散的動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)，則要求每個(gè)實(shí)數(shù)(同相，I)和虛數(shù)(正交相位，Q)值有15比特，且沒有其它誤差。
對(duì)于以上情形，現(xiàn)在有兩種用于確定最佳NCO查找表110的大小的技術(shù)。第一種技術(shù)是存儲(chǔ)足夠多數(shù)目的離散正弦值，這樣，選取所存儲(chǔ)的其中一個(gè)數(shù)值總會(huì)是對(duì)想要的正弦值的“足夠好”的近似，即，所有的頻率都可以在噪聲功率或總的誤差低于給定的門限時(shí)得到。圖2顯示了根據(jù)這種第一技術(shù)作出的選擇的表示，顯示了周長(zhǎng)為2πM的整個(gè)圓200，其中M是向量徑。圖2上顯示八個(gè)離散的、相等間隔隔開的相位值。因此，從查找表110提取的任何正弦值只會(huì)落在這些數(shù)值之一上，例如矢量210被作為對(duì)位于存儲(chǔ)的數(shù)值之間的想要的矢量220的近似。這個(gè)近似中的誤差在圖2上表示為矢量230，它至多是π/N，其中N是存儲(chǔ)的相位值的數(shù)目(對(duì)于8個(gè)相位是π/8)。正如本領(lǐng)域已知的，這種技術(shù)的頻率分辨率只是由圖1的相位寄存器120中的比特?cái)?shù)目(p)確定，它們?cè)趯ぶ凡檎冶?10時(shí)被截?cái)酁閠。所以，必須被存儲(chǔ)來(lái)得到給定誤差水平的相位數(shù)目N是N=2(SNR+5.17)/6.02。
用于確定NCO查找表110的大小的第二種技術(shù)是只使用某些頻率，所述頻率可以由被存儲(chǔ)在查找表110中的有限數(shù)目的相位精確地代表。因此，輸出信號(hào)中僅有的誤差將是來(lái)自于正弦值的量化，即，在存儲(chǔ)數(shù)值時(shí)造成的誤差。正如本領(lǐng)域已知的，頻率分辨率現(xiàn)在是Fs/N，其中Fs是采樣頻率，而N是相位數(shù)目。在這種技術(shù)中，不同頻率的數(shù)目與可得到的相位數(shù)目N相一致。
由于對(duì)于給定的頻率分辨率，在第二種技術(shù)中所存儲(chǔ)的數(shù)值的數(shù)目隨采樣頻率降低而減小，以及在第一種技術(shù)中所存儲(chǔ)的數(shù)值的數(shù)目隨增加的無(wú)雜散的動(dòng)態(tài)范圍而增加，所以應(yīng)當(dāng)看到，對(duì)于每個(gè)動(dòng)態(tài)范圍需求，頻率分辨率中都有不同的斷點(diǎn)用于在不同方法之間進(jìn)行選擇。
然而，應(yīng)當(dāng)看到，通過利用單位圓的對(duì)稱性，可以減小查找表110的大小。例如，在任一種技術(shù)中，如果相位的數(shù)目N可被4除盡的話，查找表110的大小可被減小8倍。然后，即使可得到的相位數(shù)目仍舊是N，所存儲(chǔ)的復(fù)數(shù)正弦值的數(shù)目也會(huì)減小到N/8。因?yàn)榭蓱?yīng)用于這兩種技術(shù)的這種減小機(jī)制使得有很大的貯存空間的節(jié)省，所以通常選擇的相位數(shù)目是可被4除盡的。作為例子，如果動(dòng)態(tài)范圍需求是72dB，則按照技術(shù)一要存儲(chǔ)約213個(gè)“未處理的”數(shù)值，，如果利用對(duì)稱減小的話，可減小到210或1,024個(gè)復(fù)數(shù)字。對(duì)于技術(shù)二，100Hz分辨率以1MHz采樣頻率采樣會(huì)導(dǎo)致N=10,000個(gè)復(fù)數(shù)字，它可以由于對(duì)稱性而減小到1,250。為了說明增加的動(dòng)態(tài)范圍需求的影響，如果需要90dB的SFDR，則對(duì)于技術(shù)一，查找表110的大小在減小后是216或213(8,192)，但在技術(shù)二時(shí)仍舊是1,250(減小后)。
應(yīng)當(dāng)看到，雖然快速卷積算法中的頻率移位實(shí)際上是自由的，但這種移位操作的頻率分辨率相當(dāng)粗。因此，對(duì)于給定的頻率分辨率，或者DFT/IDFT分辨率必須增加到想要的水平或者利用NCO來(lái)完成信道精細(xì)調(diào)諧。然而，將DFT/IDFT分辨率增加到想要的水平，是指使用不必要的大DFT/IDFT?；蛘咝枰狽CO中有大的查找表，當(dāng)被實(shí)施為芯片上的存儲(chǔ)器時(shí)，這會(huì)轉(zhuǎn)換成增加的芯片面積和功率消耗。而且，對(duì)于從大存儲(chǔ)器尋址和讀出的功率的要求也是很高的。另外，即使當(dāng)使用上述的第二種技術(shù)時(shí)，存儲(chǔ)的復(fù)數(shù)值的數(shù)目會(huì)相當(dāng)大，這進(jìn)一步增加了面積和功率需求，例如萬(wàn)分之一采樣頻率的分辨率和90dB的動(dòng)態(tài)范圍需要貯存1,250個(gè)復(fù)數(shù)值，每個(gè)復(fù)數(shù)值具有15比特的表示，可轉(zhuǎn)換成37,500比特的存儲(chǔ)器。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)和方法，可以顯著減小被存儲(chǔ)在查找表中用于NCO的復(fù)數(shù)正弦值數(shù)目，特別是當(dāng)NCO結(jié)合快速卷積算法使用時(shí)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過減小查找表大小，系統(tǒng)和方法中所利用的設(shè)備可以采用減小的芯片面積，減小用于讀出查找表數(shù)值的功率消耗，以及借助于使用較小的表格和較小的總線，進(jìn)一步通過消除大的總線而減少功率消耗。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是減小NCO的計(jì)算復(fù)雜性，特別是在需要較少地增加該快速卷積系統(tǒng)的基本分辨率時(shí)。
發(fā)明概要本發(fā)明針對(duì)用于減小由數(shù)字控制振蕩器(NCO)執(zhí)行的計(jì)算的計(jì)算復(fù)雜性的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。通過利用數(shù)學(xué)對(duì)稱性和其它技術(shù)，由NCO利用來(lái)近似正弦的正弦值的查找表大小可以通過組合不同的頻率移位而被減小。
對(duì)本發(fā)明和本發(fā)明的范圍的更全面的了解可以從下面概述的附圖、以下的對(duì)于本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明、以及附屬權(quán)利要求中得到。
附圖簡(jiǎn)述結(jié)合附圖參考以下的詳細(xì)說明，可以更全面地了解本發(fā)明的方法和設(shè)備，其中圖1是例如在實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)和方法時(shí)利用的數(shù)字控制振蕩器(NCO)的一般操作；圖2是在近似一個(gè)正弦值時(shí)出現(xiàn)的誤差的矢量表示；圖3顯示利用本發(fā)明的系統(tǒng)配置；圖4是復(fù)數(shù)值表示和對(duì)稱性的矢量說明；以及圖5是顯示組合兩個(gè)頻率移位值來(lái)確定按照本發(fā)明的給定的期望頻率的圖。
當(dāng)前優(yōu)選示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明現(xiàn)在參照其中顯示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖在后面更全面地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以多種形式實(shí)施，以及不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制于這里闡述的實(shí)施例；而是這些實(shí)施例被提供來(lái)使得揭示內(nèi)容是透徹的和全面的，以及把本發(fā)明的范圍充分表達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
考慮到使用上述每種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)了一種改進(jìn)的技術(shù)，它協(xié)同性地組合了第一和第二種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與快速卷積算法的優(yōu)點(diǎn)，并且克服了許多缺點(diǎn)。通過描述必須具有的數(shù)學(xué)分析可以明白這種組合中產(chǎn)生的最佳協(xié)作性。簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法組合了兩種不同的、粗略的、頻率移位的近似，以便獲得精細(xì)調(diào)諧的頻率分辨率。通過用第二種技術(shù)中想要的頻率數(shù)目除以在更小的DFT/IDFT中的點(diǎn)數(shù)(即NDPT)，便可以由這個(gè)比值得出新的數(shù)目。頻率的這個(gè)或稍微大一些的數(shù)目(在這里都被稱為NNCO)然后被選擇用于圖1的NCO 100。如果NNCO與DFT/IDFT信號(hào)長(zhǎng)度沒有任何公因子，即整數(shù)約數(shù)，則協(xié)同組合是可能的，即使進(jìn)入IDFT的(或從DFT出來(lái))分量的循環(huán)移位與按NCO 100內(nèi)現(xiàn)有已減小的頻率組中的一個(gè)頻率進(jìn)行的頻率移位相組合。通過頻率(離散傅里葉)域中粗的頻率移位與NCO中不同的、粗的頻率移位的這種組合，可以得出精細(xì)的頻率移位。
圖3上顯示利用這種協(xié)同組合的、本發(fā)明的改進(jìn)系統(tǒng)和方法的實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)看到，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)易于被引入到現(xiàn)有的電路中。例如，在圖3上，參考數(shù)字300總地表示上述標(biāo)準(zhǔn)或修改的快速卷積算法的一部分。正如本領(lǐng)域已知的，快速卷積算法利用了塊發(fā)生器305，它根據(jù)輸入數(shù)據(jù)x(n)產(chǎn)生重疊的信號(hào)數(shù)據(jù)塊d(n)。各個(gè)塊d(n)然后由傳統(tǒng)的離散傅里葉變換器(DFT)310進(jìn)行傅里葉變換，形成數(shù)據(jù)塊D(k)，數(shù)據(jù)塊D(K)與另一個(gè)接收脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)h(l)的DFT 315相乘。循環(huán)移位器320把相乘的結(jié)果循環(huán)地移位一個(gè)移位量n1。已移位的值然后在逆DFT 325中進(jìn)行反變換，以及在塊組合器330中進(jìn)行塊組裝。應(yīng)當(dāng)看到，塊產(chǎn)生和組合的方法通常被稱為“重疊相加”和“重疊保存”。也應(yīng)當(dāng)看到，上述的單元(除了循環(huán)移位器320以外)是標(biāo)準(zhǔn)的或修改的快速卷積算法的一部分，用參考數(shù)字300表示。
循環(huán)移位器320使IDFT 325的輸入循環(huán)移位n1，從而給被處理的信號(hào)提供了粗的頻率移位。還參照?qǐng)D3，圖上顯示分離器335，它把特定的頻率NFREQ“分離”成移位量n1和相應(yīng)于該特定頻率NFREQ的相位增量n2。數(shù)字控制振蕩器(NCO)340在加法器345和相位寄存器350處會(huì)接收相位增量n2。如圖所示，相位寄存器350的輸出在加法器345處在每個(gè)時(shí)鐘周期被加到相位增量n2上，也如圖1所示。然后，相位寄存器350尋址具有長(zhǎng)度NNCO的查找表355，它輸出要在組合器或加法器360處與來(lái)自快速卷積算法300的信號(hào)相乘的正弦相位，也提供粗的頻率移位給信號(hào)。
現(xiàn)在將描述在實(shí)施本發(fā)明的改進(jìn)系統(tǒng)和方法時(shí)利用的數(shù)學(xué)。在系統(tǒng)中可得的總頻率數(shù)目是N，它是DFT/IDFT中的點(diǎn)數(shù)與選擇用于NCO 100和340的頻率數(shù)目的乘積，即N=NDFT·NNCO(1)施加于本發(fā)明的NDFT(它也表示IDFT的長(zhǎng)度)和NNCO上的限制條件是，它們是互質(zhì)數(shù)，即它們不能共用它們之間的任何公因子。例如，數(shù)8和15是互質(zhì)數(shù)，因?yàn)樗鼈儧]有公因子。如果NDFT和NNCO有公因子例如K，則Ndefective=(NDFT·NNCO)/K(2)在這種情況下，原先的NNCO顯然可以被減小到NNCO/K而在分辨率上沒有損失。相反，如果需要分辨率增加因子R(DFT/IDFT中的一個(gè)因子)的x次冪，則NNCO必須增加這個(gè)因子的下一個(gè)高次冪，即Rx+1。但是，應(yīng)當(dāng)看到，這不是個(gè)好主意，因?yàn)閷?duì)于許多通常的快速傅里葉變換(FFT)的尺寸而言這將失去減小的效果。
由于特定的頻率值(例如NFREQ)是移位和NCO頻率的組合，所以用于得出特定的頻率數(shù)目的公式為NFREQ=n1NNCO+n2NDFT(mod N)(3)通過在(3)式中對(duì)總和取模N，這種方法注意復(fù)數(shù)頻域中的情形，即其中大于Fs的頻率會(huì)繞回。所以，相應(yīng)于NFREQ的頻率f是f=(Fs·NFREQ)/N(4)還參照?qǐng)D3，頻率分離器335解決對(duì)于從n1和n2找出NFREQ所必須的反方程，即找出導(dǎo)致期望的頻率數(shù)目NFREQ的n1和n2的特定的數(shù)值。用于這個(gè)運(yùn)算的公式也可被寫作為簡(jiǎn)單的且直接的模的乘法n1=NFREQ·k1(mod NDFT)(5a)n2=NFREQ·k2(mod NNCO)(5b)其中k1和k2是分別與每組NDFT和NNCO有關(guān)的常數(shù)。應(yīng)當(dāng)看到，k1和k2只需要在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)計(jì)算一次，然后便可以分別連同DFT/IDFT310/325和NCO 340一起被使用。雖然有無(wú)窮多的、適合的k1和k2值(在公式5a和5b中)，但所有的值都可以通過下式分別從k10和k20被形成k1=k10+x1NDFT(6a)k2=k20+x2NNCO(6b)其中x1和x2是任意整數(shù)。應(yīng)當(dāng)看到，由于k1和k2總是分別小于NDFT和NNCO，所以在以上的等式中分別找到k1和k2的最低的數(shù)值，即k10和k20，通常便足夠了。
鑒于以上的討論，k1和k2可以通過求解該方程而被找到k1NNCO+k2NDFT=1(mod N)(7)通過引入數(shù)字NNCO,DFT=NNCO(mod NDFT) (8a)NNCO,DFT=NDFT(mod NNCO) (8b)式(7)可被變換成一組的兩個(gè)方程k1NCO,DFT=1(mod NDFT) (9a)k2NDFT,NCO=1(mod NNCO)(9b)它們可以通過歐幾里得算法，或僅僅通過搜索在零到NDFT減1的范圍內(nèi)的不同的k1和在零到NNCO減1的范圍內(nèi)的不同的k2，而被求解。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)看到，可以利用短的程序來(lái)通過全部搜索找出適當(dāng)?shù)挠糜趉1和k2的值即，對(duì)于多達(dá)N的不同的數(shù)值來(lái)測(cè)試前向算法。
同樣地，用于找出n1和n2的原先的方程(3)也可被分成兩個(gè)方程n1NNCO,DFT=NFREQ(mod NDFT)(10a)n2NDFT,NCO=NFREQ(mod NNCO)(10b)它們也可以通過歐幾里得算法來(lái)求解?？梢詫?duì)于每個(gè)新的NFREQ執(zhí)行這個(gè)運(yùn)算。然而，應(yīng)當(dāng)看到，更容易只使用算法一次而找出k1和k2，以及連同較簡(jiǎn)單的方程一起使用這些數(shù)。然后，k1和k2被圖3所示頻率分離器使用來(lái)分別計(jì)算n1和n2的數(shù)值，這些數(shù)值被路由到如圖所示的不同的方向。
通過利用上述的數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以做到減小被存儲(chǔ)在查找表110/355中的正弦值的數(shù)目。例如，如果式(1)中的新數(shù)目NNCO可被4除盡，則如上所述，通過利用單位圓上相等間隔點(diǎn)的對(duì)稱性，特別是如果這些點(diǎn)中的一個(gè)點(diǎn)是(1,0)(一個(gè)平凡值)，那么有可能減小大約8倍。如果NNCO可被2除盡，則有可能減小4倍。另外，如果新數(shù)目NNCO是奇數(shù)(這多半是可能的，因?yàn)楫?dāng)由FFT算法計(jì)算時(shí)，DFT長(zhǎng)度常常是2的冪)，則減小兩倍以上仍舊是可能的，因?yàn)橥ㄟ^設(shè)置正弦值之一為復(fù)數(shù)(1,0)(這個(gè)平凡數(shù)值不需要存儲(chǔ))，該復(fù)數(shù)矢量組對(duì)于不同的相位可被做成關(guān)于實(shí)軸對(duì)稱。圖4上顯示了對(duì)于具有三個(gè)相位的NCO 100/340的減小。由于沿著圓周400上的數(shù)值410A和410B是對(duì)稱的，即，分別是(-0.5,sqr(3)/2)和(-0.5,-sqr(3)/2)，以及數(shù)值410C是平凡的，所以只需要存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)值，即數(shù)值410A。
作為另一個(gè)例子，在具有長(zhǎng)度為32的IDFT、1MHz的采樣頻率Fs和要求的最小分辨率是100Hz的系統(tǒng)中，所需要的離散頻率總數(shù)目因此是10,000(1MHz/100Hz)。通過使用傳統(tǒng)的減小，存儲(chǔ)的相位數(shù)目可被減小8倍到1,250，正如在本專利申請(qǐng)的背景一節(jié)中討論的。然而，通過使用本發(fā)明的改進(jìn)系統(tǒng)和方法，數(shù)目NNCO被選擇為大于或等于10,000/32(N/NDFT)，即312.5，并且它是奇數(shù)，例如313。這是必須被存儲(chǔ)在查找表110內(nèi)的正弦的相等間隔的相位數(shù)目，這樣，10,000個(gè)頻率(N)可以通過把頻域中的循環(huán)移位與NCO中的頻率變換相組合而被合成。對(duì)于本系統(tǒng)，k1和k2的特定的值是9和225。由于在復(fù)數(shù)域中數(shù)值關(guān)于實(shí)軸的對(duì)稱性，正如結(jié)合圖4所描述和顯示的，通過省略平凡數(shù)值(1,0)，所存儲(chǔ)的復(fù)數(shù)正弦值的數(shù)目可被減小為一半，即156。
因此，按照本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，存儲(chǔ)的正弦值的數(shù)目比起傳統(tǒng)的方法可被再減小一個(gè)8倍，即N的1/64。現(xiàn)在參照?qǐng)D5，圖上顯示了具有4點(diǎn)IDFT(即在頻域上四個(gè)相等間隔的平凡移位，這里總的表示為參考數(shù)字500)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，以及NCO(這里總的表示為參考數(shù)字510)中增加3倍的分辨率進(jìn)一步證明了本發(fā)明的減小特征。如圖所示，有12個(gè)想要的頻率，即N=12，這里總的表示為參考數(shù)字520，同時(shí)NDFT500是4以及NNCO510是3(只存儲(chǔ)一個(gè)復(fù)數(shù)值)。所有的12個(gè)頻率值520僅僅是粗的頻域500和NCO 510數(shù)值的線性組合，包括結(jié)果的頻率530。
另一個(gè)例子為，在其中DFT/IDFT貯存區(qū)間隔被選擇為載波間隔的倍數(shù)(或載波間隔的整分?jǐn)?shù)的倍數(shù))的系統(tǒng)中，查找表110中存儲(chǔ)的相位數(shù)目可以很小。例如，當(dāng)在具有64的IDFT長(zhǎng)度的系統(tǒng)中增加分辨率5倍時(shí)，傳統(tǒng)的技術(shù)需要64×5=320個(gè)相位，這個(gè)值可被減小到其八分之一，這樣只需要存儲(chǔ)40個(gè)復(fù)數(shù)正弦值。然而，本發(fā)明的改進(jìn)系統(tǒng)和方法僅僅需要貯存5個(gè)相位，而5個(gè)相位又減小為只存儲(chǔ)兩個(gè)復(fù)數(shù)值，這比起最好的傳統(tǒng)技術(shù)有20倍的改進(jìn)。然而，應(yīng)當(dāng)看到，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法需要在NCO與頻域中的平凡移位之間區(qū)分頻率移位。
作為本發(fā)明的改進(jìn)技術(shù)的另一個(gè)好處，系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜性也被減小，特別是如果只需要小小增加分辨率的話。正如本領(lǐng)域已知的，NCO通常利用三個(gè)乘數(shù)中的最小值來(lái)執(zhí)行對(duì)于所接收的每個(gè)輸入樣本的復(fù)數(shù)乘法。然而，在本發(fā)明的配置中，分辨率增加三倍需要與三個(gè)相等間隔的正弦相位相乘，即(1,0)、(-0.5,sqr(3)/2)和(-0.5,-sqr(3)/2)，正如先前討論的，這會(huì)變換成實(shí)際上只與三個(gè)數(shù)值中的一個(gè)數(shù)值相乘。因此，每三個(gè)輸出樣本最多執(zhí)行四次乘法，這與傳統(tǒng)技術(shù)所需要的9次形成對(duì)照。
然而，應(yīng)當(dāng)看到，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的一個(gè)限制在于，查找表的尺寸不應(yīng)當(dāng)是IDFT尺寸的任何因子的倍數(shù)。而在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中常常采用2的因子，以便利用八倍的表尺寸減小，在本發(fā)明中，2的因子通常不是最好的選擇，因?yàn)镕FT/逆FFT長(zhǎng)度經(jīng)常是2的冪。然而，這個(gè)限制并不嚴(yán)重，因?yàn)閷?duì)于每個(gè)偶數(shù)都有一個(gè)與其相鄰的奇數(shù)。也應(yīng)當(dāng)指出，傳統(tǒng)的技術(shù)同樣也被限制(雖然程度較小)，因?yàn)椋绻繙p小甚至是可能的話，則只有是四的整數(shù)倍的查找表長(zhǎng)度才可被使用。
也應(yīng)當(dāng)看到，雖然本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實(shí)施例是結(jié)合快速卷積算法和NCO被使用的，但本發(fā)明并不因此而受限制，它可被應(yīng)用于利用DFT/IDFT的其它系統(tǒng)。一個(gè)基本要求是，在原先的系統(tǒng)中有可能有規(guī)則間隔的頻率移位組，以及本發(fā)明的改進(jìn)給予這種現(xiàn)有的頻率移位組更大的分辨率。
還應(yīng)當(dāng)看到，本發(fā)明也可應(yīng)用于完全沒有DFT/IDFT的系統(tǒng)。例如，通過與序列jkp的平凡“相乘”，不用乘法也有可能得到Fs/4的分辨率，其中k=0、1、2或3選擇頻率以及p是要與jkp相乘的樣本的下標(biāo)。這個(gè)基元的四個(gè)頻率(Np=4)可以與另一個(gè)NCO中的奇數(shù)NNCO個(gè)頻率相組合，以便得到N=Np*NNCO個(gè)不同的頻率。由于只需要存儲(chǔ)一半的正弦值NNCO/2，所以這種技術(shù)使得尺寸減小八倍，這是與傳統(tǒng)系統(tǒng)中相同的數(shù)目。然而，使用本發(fā)明的這個(gè)替換實(shí)施例時(shí)的缺點(diǎn)在于，在組成NNCO時(shí)不能使用2的因子。
也應(yīng)當(dāng)看到，雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例利用在兩個(gè)不同的頻率移位之間的分離，但本發(fā)明的系統(tǒng)和方法也可應(yīng)用于三個(gè)或更多的頻率移位的組合，只要在不同的級(jí)中可得的相等間隔的頻率的數(shù)目是互質(zhì)的。所以，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以作為用于減小查找表尺寸的通用工具被提供。
雖然本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實(shí)施例已在附圖中顯示和在上述的詳細(xì)說明中被描述，但將會(huì)看到，本發(fā)明并不限于所揭示的實(shí)施例，而是在不背離由以下的權(quán)利要求闡述的和規(guī)定的本發(fā)明的精神的前提下，能夠有多種重新安排、修改和替換。
權(quán)利要求
1．用于根據(jù)輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)組合頻率的數(shù)字控制振蕩器，所述數(shù)字控制振蕩器包括用于為所述輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)組合第一組和第二組頻率的組合器，所述第一組頻率是以第一移位量間隔開的，以及所述第二組頻率是以第二移位量間隔開的，在所述第一組和第二組內(nèi)頻率的數(shù)目互相是互質(zhì)的；以及數(shù)字控制振蕩器還包括輸出裝置，用于根據(jù)所述第一組和第二組內(nèi)頻率的組合來(lái)輸出一個(gè)輸出的振蕩頻率。
2．按照權(quán)利要求1的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，其中所述第一組頻率被卷積算法使用。
3．按照權(quán)利要求2的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，其中所述卷積算法是快速卷積算法。
4．按照權(quán)利要求2的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，其中所述卷積算法是修正的卷積算法。
5．按照權(quán)利要求1的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，其中所述第二組頻率被所述數(shù)字控制振蕩器使用。
6．按照權(quán)利要求1的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，其中所述第一組頻率由被附加到所述數(shù)字控制振蕩器的離散傅里葉變換裝置產(chǎn)生以及被轉(zhuǎn)發(fā)到其上。
7．按照權(quán)利要求1的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，還包括有至少另一組頻率用于所述輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，每組所述至少另一組頻率是以各自的移位量間隔開的，所述第一組、第二組、和所述至少另一組的所述間隔互相是互質(zhì)的，由此，每個(gè)輸出振蕩頻率是所述第一組、第二組、和所述至少另一組內(nèi)頻率的組合。
8．按照權(quán)利要求1的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，還包括用于在其中存儲(chǔ)所述第二組頻率的查找表，所述第一組和第二組頻率在加法裝置中被組合以便產(chǎn)生所述輸出的振蕩頻率。
9．按照權(quán)利要求8的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，還包括用于在所述查找表內(nèi)尋址給定頻率的相位寄存器。
10．按照權(quán)利要求1的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，其中所述輸出振蕩頻率是所述第一組和第二組頻率的線性組合。
11．按照權(quán)利要求10的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，其中所述線性組合由以下方程表示NFREQ=n1NNCO+n2NDFT(mod N)其中NFREQ是所述輸出振蕩頻率，NNCO是在所述第一組中頻率的數(shù)目，NDFT是在所述第二組中頻率的數(shù)目，N是總的頻率數(shù)目，以及n1和n2是整數(shù)。
12．按照權(quán)利要求11的數(shù)字控制振蕩器，其特征在于，其中n1和n2由以下方程表示n1=NFREQ·k1(mod NDFT)和n2=NFREQ·k2(mod NNCO)其中k1和k2是整數(shù)。
13．一種數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其輸出振蕩頻率根據(jù)輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被控制，所述數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)包括第一頻率移位裝置，用于移位在第一組頻率內(nèi)的輸入頻率，所述第一組頻率是以第一移位量間隔開的；第二頻率移位裝置，用于移位在第二組頻率內(nèi)的所述輸入頻率，所述第二組頻率是以第二移位量間隔開的，在所述第一組和第二組內(nèi)頻率的數(shù)目互相是互質(zhì)的，由此每個(gè)輸出的振蕩頻率是在所述第一組和第二組內(nèi)頻率的組合。
14．按照權(quán)利要求13的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，其中所述第一頻率移位裝置是其中利用卷積算法的卷積算法裝置。
15．按照權(quán)利要求14的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，其中所述卷積算法是快速卷積算法。
16．按照權(quán)利要求14的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，其中所述卷積算法是修正的卷積算法。
17．按照權(quán)利要求13的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，其中所述第二頻率移位裝置是數(shù)字控制振蕩器。
18．按照權(quán)利要求17的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，其中所述數(shù)字控制振蕩器包括用于在其中存儲(chǔ)所述第二組頻率的查找表，所述第一組和第二組頻率在加法裝置中被組合以便產(chǎn)生所述輸出的振蕩頻率。
19．按照權(quán)利要求18的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，其中所述數(shù)字控制振蕩器還包括相位寄存器，用于在所述查找表內(nèi)尋址給定的頻率。
20．按照權(quán)利要求13的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少另一個(gè)頻率移位裝置，用于移位在至少另一組頻率內(nèi)的所述輸入頻率，每組所述至少另一組頻率是以各自的移位量間隔開的，在所述第一組、第二組、和所述至少另一組頻率內(nèi)頻率的數(shù)目互相是互質(zhì)的，由此，每個(gè)輸出振蕩頻率是所述第一組、第二組、和所述至少另一組頻率內(nèi)頻率的組合。
21．按照權(quán)利要求13的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，其中所述輸出振蕩頻率是所述第一組和第二組頻率的線性組合。
22．按照權(quán)利要求13的數(shù)字控制振蕩器系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述第一和第二頻率移位裝置通信的分離器，所述分離器接收所述輸入頻率，和把所述第一移位量轉(zhuǎn)發(fā)到所述第一頻率移位裝置，以及把所述第二移位量轉(zhuǎn)發(fā)到所述第二頻率移位裝置。
23．用于通過數(shù)字控制振蕩器調(diào)制輸入頻率的方法，所述方法包括以下步驟移位在第一組頻率內(nèi)的輸入頻率，所述第一組頻率是以第一移位量間隔開的；移位在第二組頻率內(nèi)的所述輸入頻率，所述第二組頻率是以第二移位量間隔開的，在所述第一組和第二組內(nèi)頻率的數(shù)目互相是互質(zhì)的；以及通過所述數(shù)字控制振蕩器形成輸出的振蕩頻率，所述輸出的振蕩頻率是所述第一組和第二組內(nèi)頻率的組合。
24．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，其中所述移位第一組頻率內(nèi)的輸入頻率的步驟包括應(yīng)用卷積算法。
25．按照權(quán)利要求24的方法，其特征在于，其中所述卷積算法是快速卷積算法。
26．按照權(quán)利要求24的方法，其特征在于，其中所述卷積算法是修正的卷積算法。
27．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，還包括用于在其中存儲(chǔ)所述第二組頻率的查找表，所述第一組和第二組頻率在加法裝置中被組合以便產(chǎn)生所述輸出的振蕩頻率。
28．按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于，還包括以下步驟移位在至少另一組頻率內(nèi)的所述輸入頻率，所述至少另一組頻率是以各自的移位量間隔開的，其中所述輸出振蕩頻率是所述第一組、第二組、和所述至少另一組頻率內(nèi)的頻率的組合。
全文摘要
用于減小由數(shù)字控制振蕩器(NCO)(340)執(zhí)行的計(jì)算的計(jì)算復(fù)雜性的系統(tǒng)和方法。通過利用數(shù)學(xué)對(duì)稱性和其它技術(shù),由NCO(340)利用來(lái)近似正弦的正弦值的查找表(355)大小可以通過組合不同的頻率移位(510,520)而被減小。
文檔編號(hào)G06F17/14GK1316150SQ9980929
公開日2001年10月3日 申請(qǐng)日期1999年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月3日
發(fā)明者R·赫爾貝里 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司