專利名稱：一種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信技術領域，具體涉及ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置及方法。
背景技術：
近年來，隨著高清電視、視頻以及在 線游戲等業(yè)務的發(fā)展，用戶對通信系統(tǒng)的容量以及數(shù)據(jù)速率要求不斷提高。多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Out-put, ΜΙΜΟ)與正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)技術由于能夠有效提高頻譜利用率，已經(jīng)被多種通信標準采用，比如=IEEE 802. lln, IEEE 802. 16e，3GPPLTE等。在MMO OFDM通信系統(tǒng)中，為了增強數(shù)據(jù)的傳輸速率，通常采用高帶寬及高階調(diào)制方式。高階調(diào)制方式的性能對信號的相位失真及幅度失真十分敏感，因而需要使用具有線性相位、低紋波以及高速率的插值裝置與抽取裝置來完成系統(tǒng)中的采樣速率變換。線性相位的插值裝置與抽取裝置一般采用梳狀積分(CIC)濾波器結(jié)構(gòu)或有限沖激響應(FIR)濾波器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。CIC濾波器結(jié)構(gòu)不需要任何乘法或存儲單元，但由于其在通帶內(nèi)有較大的衰減使其無法應用于上述寬帶通信系統(tǒng)中。FIR濾波器結(jié)構(gòu)能夠在寬的通帶內(nèi)實現(xiàn)小的紋波，因而被廣泛用于實現(xiàn)寬帶OFDM通信系統(tǒng)中的插值裝置與抽取裝置，但其算法中包含了大量的乘法運算，在實際應用時需要大量的硬件資源，造成多個數(shù)據(jù)流采樣速率變換所需的硬件開銷大。圖I給出了典型的2X2 MIMO OFDM收發(fā)機的模塊框圖。傳統(tǒng)的插值裝置與抽取裝置均只能處理一路數(shù)據(jù)流，所以該收發(fā)機中共需要4個插值裝置和4個抽取裝置來完成同相(I)與正交(Q)數(shù)據(jù)流的采樣速率變換。在數(shù)據(jù)發(fā)送鏈路，同相(I)與正交(Q)的基帶數(shù)據(jù)需要輸入到插值裝置進行插值以匹配數(shù)模變換裝置(DAC)的采樣速率。在數(shù)據(jù)接收鏈路，自模數(shù)變換裝置輸出的I與Q數(shù)據(jù)流需要輸入到抽取裝置進行抽取以匹配基帶處理器的采樣速率。從圖I中可以看出，MIMO收發(fā)機中需要的插值裝置與抽取裝置的總數(shù)目與數(shù)據(jù)流的數(shù)目之間為4倍的關系。當擴展至4X4 MIMO OFDM收發(fā)機時，插值裝置與抽取裝置的總數(shù)目將達到16個。因而，在實際系統(tǒng)實現(xiàn)時采樣速率變換將占用大量的硬件資源，不利于系統(tǒng)的大規(guī)模集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，以降低MMO OFDM通信系統(tǒng)中多個數(shù)據(jù)流采樣速率變換所需的硬件開銷。本發(fā)明的另ー目的是提供ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用方法。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為
ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，包括
輸入采樣部件，用于采樣插值與抽取的輸入數(shù)據(jù)流，井根據(jù)插值或抽取模式選擇采樣數(shù)據(jù)輸出給子濾波器；子濾波器，用于對采樣數(shù)據(jù)進行濾波計算，并輸出計算結(jié)果；
輸出處理部件，用于根據(jù)所述計算結(jié)果，生成且輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果；控制部件，用于根據(jù)時鐘節(jié)拍產(chǎn)生的狀態(tài)控制字，控制所述輸入采樣部件、子濾波器、輸出處理部件在狀態(tài)控制字下協(xié)調(diào)運行。上述方案中，所述輸入采樣部件包括插值采樣保持単元、抽取采樣保持単元及多路選通開關，所述插值采樣保持単元和抽取采樣保持単元分別與多路選通開關連接；所述抽取采樣保持單元個數(shù)、所述多路選通開關的個數(shù)分別與子濾波器的個數(shù)相同；所述多路選通開關向各子濾波器輸出插值采樣保持単元和抽取采樣保持単元的采樣數(shù)據(jù)。上述方案中，所述裝置還包括輸入端口和輸出端ロ，分別用于插值和抽取數(shù)據(jù)流的輸入以及插值和抽取數(shù)據(jù)流的輸出，所述輸入端ロ與所述輸入采樣部件連接，所述輸出端ロ與所述輸出處理部件連接。上述方案中，所述子濾波器的數(shù)目與插值或抽取的倍數(shù)相同。 上述方案中，所述子濾波器內(nèi)設有至少兩條數(shù)據(jù)路徑，各數(shù)據(jù)路徑共用一個多路選通開關和ー個濾波器計算單元，所述多路選通開關為濾波器計算單元輸入來自不同數(shù)據(jù)路徑的數(shù)據(jù)；各數(shù)據(jù)路徑輸入端和/或輸出端分別插入不同數(shù)目的延遲寄存器，每條數(shù)據(jù)路徑上延遲寄存器數(shù)目的總和相等。上述方案中，所述濾波器計算單元采用乘法器，或采用硬連線的移位寄存器、加法器以及減法器。ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用方法，包括如下步驟
采樣插值輸入的數(shù)據(jù)流與抽取輸入的數(shù)據(jù)流；
選擇與預設的插值或抽取模式對應的數(shù)據(jù)流采樣值；
對所述數(shù)據(jù)流采樣值進行濾波計算，根據(jù)計算結(jié)果，生成且輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果。上述方案中，所述對所述數(shù)據(jù)流采樣值進行濾波計算，根據(jù)計算結(jié)果，生成且輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果的步驟具體為對所述數(shù)據(jù)流采樣值按照預先設置的不同的時鐘周期分別進行濾波計算，根據(jù)計算結(jié)果，生成且同時并行輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用的技術方案產(chǎn)生的有益效果如下
本發(fā)明提出的多路流水處理的實現(xiàn)方法使各子濾波器計算單元的硬件利用效率達到100%,同時各計算單元可采用優(yōu)化的無乘法器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)；本發(fā)明提出的插值與抽取復用的實現(xiàn)方法可使時分復用收發(fā)機中采樣速率變換的硬件開銷減少約50%。


圖I是典型的2X2 MIMO OFDM收發(fā)機的模塊框 圖2是本發(fā)明實施例提供的多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置的結(jié)構(gòu)框 圖3是本發(fā)明實施例中子濾波器采用4路流水處理的結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明實施例中輸入采樣部件的結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明實施例中支持4路數(shù)據(jù)流時輸入采樣部件的結(jié)構(gòu)框 圖6是本發(fā)明實施例中輸出處理部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實施例中支持4路數(shù)據(jù)流時輸出處理部件的結(jié)構(gòu)框 圖8是本發(fā)明實施例在2X2 MIMO OFDM時分收發(fā)機中的應用框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案進行詳細描述。如圖2所示，本發(fā)明實施例提供ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，該裝置包括控制部件201、輸入采樣部件202、子濾波器203及輸出處理部件206?？刂撇考?01用于根據(jù)時鐘節(jié)拍產(chǎn)生狀態(tài)控制字，輸入采樣部件、子濾波器、輸出處理部件在狀態(tài)控制字的協(xié)調(diào)下工作。在實際實現(xiàn)時，該部件可通過移位寄存器或者計數(shù) 器實現(xiàn)。輸入采樣部件202用于采樣輸入的數(shù)據(jù)流。在控制部件201的控制下，當輸入采樣部件為插值功能時，將插值輸入端的采樣數(shù)據(jù)輸出給子濾波器203;當輸入采樣部件為抽取功能時，將抽取輸入端的采樣數(shù)據(jù)輸出給子濾波器203。子濾波器203分別代表濾波器多相分解實現(xiàn)時的各個相位。各子濾波器共同完成插值與抽取過程中數(shù)據(jù)流的濾波操作。由于各子濾波器采用ー種多路流水處理的結(jié)構(gòu)，從輸入輸出端ロ來看實現(xiàn)了并行處理多路數(shù)據(jù)流。在實際應用時，子濾波器的個數(shù)N與插值或抽取的倍數(shù)相同，若進行4倍插值或4倍抽取，則濾波器進行4相位分解，共需要4個子濾波器。輸出處理部件206用于產(chǎn)生插值與抽取輸出的結(jié)果。子濾波器203的計算結(jié)果均輸入到輸出處理部件206中。對于各數(shù)據(jù)流，輸出處理部件206將各子濾波器的計算結(jié)果依次在不同時刻選通輸出，即實現(xiàn)插值功能。輸出處理部件206將各子濾波器的輸出結(jié)果相加后采樣輸出，即實現(xiàn)抽取功能。圖3給出了本發(fā)明實施例提出的ー種4路流水處理的子濾波器結(jié)構(gòu)。圖中s0，sl，s2, s3與sO’，sl’，s2’，s3’分別表示4路并行輸入的數(shù)據(jù)流以及4路并行輸出的濾波結(jié)果。采用多相分解以及Nobel恒等式實現(xiàn)4倍插值或4倍抽取，若裝置的工作時鐘頻率等于插值后或抽取前的數(shù)據(jù)采樣速率，則各子濾波器每個時隙(4個時鐘周期)計算一次，毎次空閑3個時鐘周期。本發(fā)明中提出的多路流水處理的實現(xiàn)方法正是利用空閑的時鐘周期來處理不同的數(shù)據(jù)流，從而提高硬件資源的利用效率。為了使并行輸入的數(shù)據(jù)流錯開時間到達子濾波器的計算單元309，在各數(shù)據(jù)流路徑上先插入I個至3個不等數(shù)目的延遲寄存器，圖中分別標記為301，302以及303。再在各路徑輸出端再插入不等數(shù)目的延遲寄存器(圖中標記為310，311以及312)使每條路徑上的延遲寄存器總數(shù)均為3個，從而將各數(shù)據(jù)流的計算結(jié)果調(diào)整為并行輸出。延遲鏈304，305，306以及307分別用于各路輸入數(shù)據(jù)流的延遲寄存。四輸入選通開關308在不同時鐘周期為濾波器計算單元309輸入來自不同數(shù)據(jù)路徑的數(shù)據(jù)。該多路流水實現(xiàn)方法是利用空閑周期來處理多路數(shù)據(jù)流，由于4倍插值或4倍抽取一個時隙內(nèi)的空閑周期為3個，那么最多只能實現(xiàn)4路數(shù)據(jù)流的流水處理。在實際應用時也可以通過提高裝置的工作頻率來進ー步増加流水處理的數(shù)據(jù)流數(shù)目。另外，本發(fā)明提供的多路流水處理的實現(xiàn)方法中由于同一子濾波器計算的為不同數(shù)據(jù)流的同一相位值，濾波器計算單元中的濾波器系數(shù)恒定不變，因而計算単元可采用硬連線的移位寄存器，加法器或減法器來代替資源消耗多的通用乘法器。
在MMO OFDM收發(fā)機中，數(shù)據(jù)發(fā)送鏈路需要插值裝置，數(shù)據(jù)接收鏈路需要抽取裝置。而對于ー些時分復用系統(tǒng)，如IEEE 802. Iln無線局域網(wǎng)通信系統(tǒng)，收發(fā)機中插值裝置與抽取裝置始終工作在不同的時刻。對此，本發(fā)明提出ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用的方法，利用該方法可實現(xiàn)插值裝置與抽取裝置中各子濾波器完全復用，從而可減少時分收發(fā)機中采樣速率變換約50%的硬件資源開銷。圖4給出了本發(fā)明中提出的輸入采樣電路結(jié)構(gòu)。采樣保持単元401用于采樣插值的輸入數(shù)據(jù)流，插值模式時同一路數(shù)據(jù)流在一個時隙內(nèi)輸出到各相位(子濾波器)的值相同，因而4個相位共用一個采樣保持単元。采樣保持單元402，403，404以及405用于采樣抽取輸入數(shù)據(jù)流，抽取模式時同一路數(shù)據(jù)流同一個時隙內(nèi)輸出到各相位(子濾波器)的值不同，因而采用四個采樣保持単元在一個時隙的4個周期分別采樣抽取的輸入端。雙路選通開關406，407，408以及409用于根據(jù)插值或者抽取模式選擇采樣值輸出到各相位(子濾波器)。本實施例中輸入采樣部件202最終按照如圖5所示框圖實現(xiàn)，其中包含4個圖4中所示的采樣模塊用于支持4路并行數(shù)據(jù)流的插值與4路并行數(shù)據(jù)流的抽取。圖6給出了本發(fā)明中提出的輸出處理電路結(jié)構(gòu)。四輸入選通開關601與寄存器602用于產(chǎn)生一路數(shù)據(jù)流的插值輸出。一個時隙內(nèi)的4個時鐘周期，四輸入選通開關601依 次選通自相位0，自相位1，自相位2以及自相位3的計算結(jié)果作為輸出。四輸入加法器603用于將自各相位的計算結(jié)果求和。ニ輸入選通開關604與寄存器605組成ー個采樣保持單元。每四個時鐘周期該采樣保持単元采樣一次加法器603的輸出結(jié)果作為抽取的輸出，從而實現(xiàn)一路數(shù)據(jù)流的4倍抽取。本實施例中輸出處理部件206最終按照如圖7所示的框圖實現(xiàn)，其中包含4個圖6中所示的處理模塊用于支持4路并行數(shù)據(jù)流的插值與4路并行數(shù)據(jù)流的抽取。圖8給出了上述實施例在2X2 MIMO OFDM時分收發(fā)機中的應用框圖。當為發(fā)射模式時，基帶處理器801將4路I、Q數(shù)據(jù)輸入到實施例802中進行4倍插值。插值后數(shù)據(jù)的采樣速率與數(shù)模變換裝置803，804，805以及806的采樣速率一致。數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后進ー步輸入到射頻模塊811中，射頻調(diào)制信號最終通過天線輻射到空中傳播。當為接收模式時，射頻模塊先將接收到的信號下變頻為基帶模擬信號再輸入到模數(shù)變換裝置807，808,809以及810中。4路I、Q基帶模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后輸入到實施例802中進行4倍抽取。抽取后的數(shù)據(jù)最終輸入到基帶處理器801中進行基帶解調(diào)。本發(fā)明中的實施例由于能夠同時支持4路并行的數(shù)據(jù)流，并且在同一裝置中實現(xiàn)了插值功能與抽取功能，因此相對于圖I中傳統(tǒng)的插值裝置與抽取裝置能夠有效降低硬件資源開銷。在實際應用中，可以根據(jù)具體的系統(tǒng)需求利用本發(fā)明提出的參考電路結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方法設計其他任意路并行處理任意倍數(shù)的插值與抽取復用裝置。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，其特征在于，包括 輸入采樣部件，用于采樣插值與抽取的輸入數(shù)據(jù)流，井根據(jù)插值或抽取模式選擇采樣數(shù)據(jù)輸出給子濾波器； 子濾波器，用于對采樣數(shù)據(jù)進行濾波計算，并輸出計算結(jié)果； 輸出處理部件，用于根據(jù)所述計算結(jié)果，生成且輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果； 控制部件，用于根據(jù)時鐘節(jié)拍產(chǎn)生的狀態(tài)控制字，控制所述輸入采樣部件、子濾波器、輸出處理部件在狀態(tài)控制字下協(xié)調(diào)運行。
2.如權利要求I所述的多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，其特征在于所述輸入采樣部件包括插值采樣保持単元、抽取采樣保持単元及多路選通開關，所述插值采樣保持単元和抽取采樣保持単元分別與多路選通開關連接；所述抽取采樣保持單元個數(shù)、所述多路選通開關的個數(shù)分別與子濾波器的個數(shù)相同；所述多路選通開關向各子濾波器輸出插值采樣保持単元和抽取采樣保持単元的采樣數(shù)據(jù)。
3.如權利要求I所述的多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，其特征在于所述裝置還包括輸入端口和輸出端ロ，分別用于插值和抽取數(shù)據(jù)流的輸入以及插值和抽取數(shù)據(jù)流的輸出，所述輸入端ロ與所述輸入采樣部件連接，所述輸出端ロ與所述輸出處理部件連接。
4.如權利要求I所述的多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，其特征在于所述子濾波器的數(shù)目與插值或抽取的倍數(shù)相同。
5.如權利要求4所述的多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，其特征在于所述子濾波器內(nèi)設有至少兩條數(shù)據(jù)路徑，各數(shù)據(jù)路徑共用一個多路選通開關和ー個濾波器計算單元，所述多路選通開關為濾波器計算單元輸入來自不同數(shù)據(jù)路徑的數(shù)據(jù)；各數(shù)據(jù)路徑輸入端和/或輸出端分別插入不同數(shù)目的延遲寄存器，每條數(shù)據(jù)路徑上延遲寄存器數(shù)目的總和相等。
6.如權利要求5所述的多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置，其特征在于所述濾波器計算単元采用乘法器，或采用硬連線的移位寄存器、加法器以及減法器。
7.ー種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用方法，其特征在于，所述方法包括 采樣插值輸入的數(shù)據(jù)流與抽取輸入的數(shù)據(jù)流； 選擇與預設的插值或抽取模式對應的數(shù)據(jù)流采樣值； 對所述數(shù)據(jù)流采樣值進行濾波計算，根據(jù)計算結(jié)果，生成且輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果。
8.如權利要求7所述的多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用方法，其特征在于，所述對所述數(shù)據(jù)流采樣值進行濾波計算，根據(jù)計算結(jié)果，生成且輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果的步驟具體為對所述數(shù)據(jù)流采樣值按照預先設置的不同的時鐘周期分別進行濾波計算，根據(jù)計算結(jié)果，生成且同時并行輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字通信技術領域，具體涉及一種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用裝置及方法。所述裝置包括輸入采樣部件，用于采樣插值與抽取的輸入數(shù)據(jù)流，并根據(jù)插值或抽取模式選擇采樣數(shù)據(jù)輸出給子濾波器；子濾波器，用于對采樣數(shù)據(jù)進行濾波計算，并輸出計算結(jié)果；輸出處理部件，用于根據(jù)計算結(jié)果，生成且輸出數(shù)據(jù)流的插值結(jié)果或抽取結(jié)果；控制部件，用于根據(jù)時鐘節(jié)拍產(chǎn)生的狀態(tài)控制字，控制輸入采樣部件、子濾波器、輸出處理部件在狀態(tài)控制字下協(xié)調(diào)運行。本發(fā)明還提供一種多數(shù)據(jù)流插值與抽取復用方法。本發(fā)明提高了各子濾波器運算單元的硬件利用效率，各運算單元可采用優(yōu)化的無乘法器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，可使時分復用收發(fā)機中采樣速率變換的硬件開銷減少約50%。
文檔編號H04L27/26GK102685055SQ201110061449
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權日2011年3月15日
發(fā)明者吳斌, 周玉梅, 張振東 申請人:中國科學院微電子研究所