專利名稱：一種用于sc-fdma的快速傅立葉處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于 3GPP LTE (Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò))及4G無線通信上行鏈路中 SC-FDMA (Single-Carrier FDMA,單載波頻分多址接入)所使用的FFT (快速傅立葉變換) 處理方法。
背景技術(shù)：
LTE (Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò))是近兩年來 3GPP (3rdGenerat ion Partnership ftx)ject，第三代合作伙伴計(jì)劃)啟動(dòng)的最大的新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，這種以 0FDM/FDMA(正交頻分復(fù)用/正交頻分多址接入)為核心的技術(shù)可以被看作是“準(zhǔn)4G”技術(shù)。LTE系統(tǒng)中下行(基站到用戶的通信)采用OFDM(正交頻分多址)的方式，上行 (用戶到基站的通信)采用SC-FDMA(單載波頻分多址接入)的方式。其中，SC-FDMA是一種基于離散傅立葉變換擴(kuò)展的正交頻分多址接入(DFT-spread OFDM)方案，適合于寬帶的數(shù)據(jù)傳輸，也具有應(yīng)用MIMO (Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)技術(shù)和頻域調(diào)度的能力，和OFDM有相似的性能。但是SC-FDMA有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，它能夠有效地降低信號(hào)的PAPR(峰均功率比)，從而提高了功放的效率，節(jié)約了終端的生產(chǎn)成本。圖1為上行SC-FDMA信號(hào)產(chǎn)生的基本框圖。SC-FDMA信號(hào)的產(chǎn)生過程主要由以下幾步完成首先產(chǎn)生由M個(gè)已調(diào)符號(hào)組成的符號(hào)塊，此時(shí)的調(diào)制方式可以采用QPSK，16QAM 等調(diào)制方式。該符號(hào)塊經(jīng)過一個(gè)大小為M的離散傅里葉變換(DFT)后成為頻域信號(hào)，映射到相應(yīng)的子載波上，并添加N-M個(gè)零，成為N點(diǎn)的頻域信號(hào)，再做N點(diǎn)的快速傅里葉逆變換 (IFFT)變成時(shí)域信號(hào)，為消除信道多徑引起的ISianter Symbol Interference，符號(hào)間干擾)，需要在IFFT之后添加循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)。若直接計(jì)算DFT則此時(shí)隨著傅立葉變換點(diǎn)數(shù)M的增加，算法復(fù)雜度呈M2趨勢(shì)增加， 而快速傅里葉變換(FFT)充分利用了 DFT運(yùn)算中的對(duì)稱性和周期性，從而將DFT運(yùn)算量從 M2減少到MX log2M。當(dāng)M比較小時(shí)，F(xiàn)FT優(yōu)勢(shì)并不明顯，但當(dāng)M大于32開始，點(diǎn)數(shù)越大，F(xiàn)FT 對(duì)運(yùn)算量的改善越明顯。比如當(dāng)M為10M時(shí)，F(xiàn)FT的運(yùn)算效率比DFT提高了 100倍。因此， 如何尋找低計(jì)算量和低復(fù)雜度的有效FFT算法，成為影響芯片性能和成本的關(guān)鍵因素。根據(jù)LTE協(xié)議，對(duì)于符號(hào)塊經(jīng)過M點(diǎn)的DFT變換成為頻域信號(hào)的操作，長(zhǎng)度M可以表示為..M = ·3"3巧 ，α 2、α 3、a 5分別為基-2，基_3，基_5的次數(shù)。為了快速計(jì)算 DFT,常見的算法有基_2，基-4算法，分裂基算法，混合基算法等。發(fā)明專利CN200910045186. 1公開了一種用于3GPP LTE的DFT/IDFT變換系統(tǒng)，其 DFT方法包括如下步驟前處理單元接收一塊N點(diǎn)數(shù)據(jù)[χ (0)，χ (1)，χ (2)，. . .，χ (N-I)]，對(duì)其進(jìn)行上采樣率轉(zhuǎn)換，得到一 M = 2 的點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸出，然后配置FFT處理單元接收前處理單元輸出WM = 2 點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)度為M的FFT變換，最后將變換后的輸出至后處理單元進(jìn)行頻域補(bǔ)償、數(shù)據(jù)抽取及預(yù)映射處理。該方案的優(yōu)點(diǎn)是能計(jì)算任意長(zhǎng)度的DFT，算法的通用性很強(qiáng)，但是其缺點(diǎn)是需要做任意大小的上采樣、低通濾波、頻域補(bǔ)償和基-2的DFT,計(jì)算復(fù)雜度和計(jì)算量都很大，芯片成本高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述方法的缺陷，本發(fā)明提出一種用于SC-FDMA信號(hào)生成的快速傅立葉變換處理方法，其用于對(duì)一個(gè)M點(diǎn)序列進(jìn)行DFT，所述M滿足Μ = 2 ·3"3 ·5"5，即M = &.隊(duì).隊(duì)，其中乂=2 ,N2^T' ,N3=5ai , α2, α3, CI5均為大于或者等于0的整數(shù)， 包括如下步驟(1)對(duì)M點(diǎn)時(shí)域信號(hào)χ (η)進(jìn)行分解，對(duì)時(shí)域坐標(biāo)η進(jìn)行Good’ s映射，對(duì)M的頻域坐標(biāo)k進(jìn)行CRT映射，把M = N1 · N2 · N3分解為N1個(gè)長(zhǎng)度為N2 · N3點(diǎn)的χ (η ‘)和N2 · N3 個(gè)長(zhǎng)度為N1點(diǎn)的基-2的X(Ii2)；(2)對(duì)所述N1個(gè)長(zhǎng)度*Ν2·Ν3點(diǎn)的x(n')繼續(xù)進(jìn)行分解，得到N1 · N2個(gè)長(zhǎng)度為 N3點(diǎn)的基-5的χ ( )和N1 · N3個(gè)長(zhǎng)度為N2點(diǎn)的基-3的χ (η3)；(3)對(duì)所述N1 · N2個(gè)長(zhǎng)度為N3點(diǎn)的基-5的χ(η5)采用Cooley-Tukey方法進(jìn)行蝶形運(yùn)算，到最后一級(jí)計(jì)算5點(diǎn)的X(Ii5)采用Winograd傅里葉變換算法的方法；對(duì)于所述 N1 · N3個(gè)長(zhǎng)度為隊(duì)點(diǎn)的基-3的χ ( )，使用基于坐標(biāo)映射變換的類Cooley-Tukey方法；(4)坐標(biāo)映射反變換，將所述步驟(3)的兩個(gè)運(yùn)算結(jié)果序列合并得到N1個(gè)長(zhǎng)度為
)；(5)對(duì)所述隊(duì)· N3個(gè)長(zhǎng)度為N1點(diǎn)的基-2的χ (n2)采用Cooley-Tukey的方法進(jìn)行蝶形運(yùn)算；(6)坐標(biāo)映射反變換，將所述步驟⑷和所述步驟(5)分別得到的運(yùn)算結(jié)果序列合并得到長(zhǎng)度為N1 · N2 · N3點(diǎn)的DFT。本發(fā)明通過上述將一維DFT處理轉(zhuǎn)換為三維DFT后分別進(jìn)行快速傅里葉變換處理操作，可以高效地計(jì)算LTE上行鏈路所使用的DFT預(yù)編碼數(shù)據(jù)，以適應(yīng)未來的4G無線通信標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的對(duì)FFT的高效計(jì)算處理，同時(shí)對(duì)于序列長(zhǎng)度為M 二 2"2 -3"3 ·5"5 的子集合的下行以及其他類似系統(tǒng)也適合。


圖1是SC-FDMA信號(hào)產(chǎn)生的框圖。圖2是本發(fā)明快速傅里葉變換處理方法整體框圖。圖3是基-3DFT基本蝶形運(yùn)算框圖。圖4是基-5DFT計(jì)算的框圖。
圖5是基-2DFT計(jì)算的框圖。
具體實(shí)施例方式
對(duì)于長(zhǎng)度為M = 2而.3約.的M點(diǎn)序列，M = N1 · N2 · N3，其中TV1 = 2"2， N2=T' ,N3=5as , α2, α 3, %均為大于0或者等于0的整數(shù)，令χ(η) = [χ(0), χ(1)，···，x(M-l)]表示 M = N1 ·Ν2·Ν3 的輸入時(shí)域信號(hào)，X(k) = [X(0),X(1),. . .，X(M-I)]，k = 0，1，. . .，M-1表示M經(jīng)過DFT變換后的頻域信號(hào)，則長(zhǎng)度為M的序列χ (η)的DFT可以寫成
權(quán)利要求
1.用于SC-FDMA信號(hào)生成的快速傅立葉處理方法，完成對(duì)一個(gè)M點(diǎn)時(shí)域信號(hào)輸入數(shù)據(jù)到M點(diǎn)頻域信號(hào)輸出數(shù)據(jù)的快速傅里葉轉(zhuǎn)換，其特征在于，該方法依次含有以下步驟A、對(duì)M點(diǎn)時(shí)域信號(hào)χ(η)進(jìn)行分解，對(duì)時(shí)域坐標(biāo)η進(jìn)行Good’ s映射 η = (N2 · N3 · rii+Ni · n2)mod M(1. 1)其中，Μ = N1 · N2 · ^,N1 = 2"2 ,N2 = 3"3 ,N2 = 5α5，α 2，α 3, α5 均為大于 0 或者等于0的整數(shù)，mod表示取余數(shù)，對(duì)M的頻域坐標(biāo)k進(jìn)行CRT映射k = (N2 · N3 · Ii1 · S^N1 · k2 · S2) mod M(1. 2)其中，S1 · N2 · N3 = 1 mod N1, S2N1 = 1 mod N2 · N3, k = 0，1，...，M-I得到N1個(gè)長(zhǎng)度為N2 · N3點(diǎn)的χ (η ‘)和N2 · N3個(gè)長(zhǎng)度為N1點(diǎn)的基-2的χ (η2)；B、對(duì)步驟A得到的χ(n')繼續(xù)進(jìn)行分解，對(duì)時(shí)域坐標(biāo)η'進(jìn)行Good’ s映射=(N23+N3η' 2)mod(N2 ‘ N,)(1.3)對(duì)頻域坐標(biāo)k'進(jìn)行CRT映射k' = (N2 · k'3 · S^N3 · k'S2) mod (N2 ‘ NJ (1.4)其中，S1 · N3 = 1 mod N2, S2 · N2 = 1 mod N3,得到N1 · N2個(gè)長(zhǎng)度為N3點(diǎn)的基-5的χ ( )和N1 · N3個(gè)長(zhǎng)度為N2點(diǎn)的基-3的χ (η3)；C、對(duì)步驟B得到的χ ( )采用Cooley-Tukey方法進(jìn)行蝶形運(yùn)算，到最后一級(jí)計(jì)算5點(diǎn)的x(n5)采用Winograd傅里葉變換算法的方法，得到第一個(gè)中間量X(k5)，k5 = 0，1，…， N3-I ；對(duì)步驟B得到的χ ( )，對(duì)于其中任一符號(hào)χ (j)，如果χ (j)可以表示成為χ (j) = a+jb, 對(duì)χ (j)進(jìn)行變換:a + bj — [a-blS - μ，得到另外一個(gè)序列χ ‘ (η3)，然后對(duì)χ' (η3)做蝶形運(yùn)算，其蝶形運(yùn)算的公式為O-^k2 3 2XX^k2 3I-^k2 3111 _「妒0 rr N2^o,k21μμK1'Ylk21-I-μμ _K2 ^2,k2 _yt2 =0,1,1 3(1.5)X得到Χ' (n3)的頻域序列X' (k3)，其中的任一符號(hào)X' (j)，如果X' (j)可以表示成 (j) =c+dy，對(duì) X'(」)做變換< + ^/# — (^-辦2)-7^^//2._/，得到第二個(gè)中間量X(k3) = [X(O), X(I), ... , X(N2-I)], k3 = 0,1, . . . , N2-I ；D、將步驟C所述的中間量X(k3)和X(k5)合并，經(jīng)過坐標(biāo)映射反變換得到N1個(gè)長(zhǎng)度為 )；E、步驟A所述的N2-N3個(gè)長(zhǎng)度為N1點(diǎn)的基-2的χ (n2)采用Cooley-Tukey的方法進(jìn)行蝶形運(yùn)算，得到第三個(gè)中間量X (k2)，1 = 0，1，...，N1-I ；F、將步驟D所述得到的N1個(gè)長(zhǎng)度為N2-N3點(diǎn)的X(k')和步驟E所述的第三個(gè)中間量序列X(k2)合并后再通過坐標(biāo)映射反變換，得到長(zhǎng)度為N1 · N2 · N3點(diǎn)的DFT。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低計(jì)算量的用于SC-FDMA信號(hào)生成的快速傅立葉變換處理方法首先使用素因子分解的方法，把長(zhǎng)度為M的一維DFT分解為計(jì)算N2·N3個(gè)長(zhǎng)度為N1點(diǎn)的基-2的x(n2)，N1·N3個(gè)長(zhǎng)度為N2點(diǎn)的基-3的x(n3)和N1·N2個(gè)長(zhǎng)度為N3點(diǎn)的基-5的x(n5)。然后對(duì)于N2·N3個(gè)長(zhǎng)度為N1點(diǎn)的基-2的x(n2)采用Cooley-Tukey方法，對(duì)于N1·N2個(gè)長(zhǎng)度為N3點(diǎn)的基-5的x(n5)采用Cooley-Tukey的方法進(jìn)行蝶形運(yùn)算，到最后一級(jí)計(jì)算5點(diǎn)的x(n5)采用WFTA的方法計(jì)算，對(duì)于N1·N3個(gè)長(zhǎng)度為N2點(diǎn)的基-3的x(n3)使用基于坐標(biāo)變換的類Cooley-Tukey的方法，最后將三維的DFT各自計(jì)算結(jié)果合并。本發(fā)明快速傅里葉處理方法計(jì)算量低，滿足LTE系統(tǒng)的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)LTE系統(tǒng)中準(zhǔn)確點(diǎn)數(shù)序列的DFT。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102255838SQ201010177698
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者孫飛雪 申請(qǐng)人:晨星半導(dǎo)體股份有限公司, 杰脈通信技術(shù)(上海)有限公司