[发明专利]简化非2幂次离散傅里叶变换的升采样方法

说明书

本发明提供了一种简化非2幂次离散傅里叶变换的升采样方法。在OFDM通信系统中，信号帧通常由帧头和帧体两部分组成，它们的时域序列的样本数量分别是Q和N个，当N不是2的幂次时，该方法对帧体在频域升采样，子载波数量由N个增至M个，进行M点IFFT得到帧体时域序列，对帧头时域序列进行同样倍数的升采样，样本数量由Q个增至P个，整个信号帧的样本数量由Q+N个增至P+M个，其中，M、N、P、Q都是正整数，MN，PQ，且满足M/N＝P/Q，M不必是2的幂次，但要尽可能小，且有又少又小的非2因子，这样进行M点IFFT时运算量小。本发明产生帧体时域序列的算法和实现得到简化，采用查找表方式时帧头时域序列的实现复杂度基本保持不变。本发明能从总体上降低组帧的实现复杂度，且兼容多种帧结构。

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，特别涉及一种通信系统中非2幂次快速傅里叶变换的简化方法。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。OFDM的调制解调是分别基于IFFT和FFT来实现的。在OFDM通信系统中，信号帧通常由帧头和帧体两部分组成，假设它们的时域序列的样本数量分别是Q和N个。帧体时域序列的产生过程如下：数据先经过基带调制变成符号，然后被分配到了N个帧体频域子载波上，最后通过N点IFFT变换成帧体时域序列。帧头可用于系统同步、信道估计与均衡，主要有两种设计方案：一种是伪随机(PN)序列，它与帧体时域序列的内容毫无关系，如图1所示；另一种是从帧体复制而来的一段序列，将帧体时域序列的尾部作为循环前缀是最常见的做法，如图2所示。

帧体时域序列的样本个数N可能是2的幂次，也可能是非2幂次。如果N是2的幂次，那么2幂次IFFT的算法和实现比较成熟，例如，Xilinx和Intel公司都提供了FPGA的IP核，但通常要在帧体频域子载波中设置一些承载空数据的虚拟子载波，造成浪费；如果N是非2 幂次，那么无需设置或只需设置较少的虚拟子载波，节约资源，但非2幂次IFFT的算法较难理解，实现较为复杂。虽然实际中大多数通信系统中的N是2的幂次，但有些通信系统中的 N是非2幂次，如在DTMB系统中N＝3780，产生帧体时域序列时涉及3780点IFFT。

非2幂次IFFT通常采用WFTA、Cooley-Tukey算法和素因子算法等相结合的混合算法，算法和实现复杂度相对较高。为了降低IFFT复杂度，可用2的幂次IFFT和采样率变换相结合的方案代替直接非2幂次IFFT。例如，在DTMB发射端的调制器中，可以直接进行3780 点IFFT，也可以先在频域升采样进行4096点IFFT、再通过滤波在时域将采样率降低4096/3780倍。对于2的幂次IFFT和采样率变换相结合的方案，虽然2的幂次IFFT复杂度很低，但是降采样率时滤波器的过渡带较窄、阶数较高，需要大量的乘加运算，因此，该方案的实现复杂度整体上仍然较高，甚至有增无减。而且，其中的降采样率操作会使结果误差较大，最终导致发射机性能指标下降。

发明内容

OFDM通信系统中非2幂次离散傅里叶变换的现有实现方案存在运算速度慢的缺点，针对该技术问题，本发明根据OFDM信号帧的组成结构，提供了一种降低整体实现复杂度的方法。

在OFDM通信系统中，当N不是2的幂次时，本发明对帧体在频域升采样，子载波数量由N个增至M个，进行M点IFFT得到帧体时域序列，对帧头时域序列进行同样倍数的升采样，样本数量由Q个增至P个，整个信号帧的样本数量由Q+N个增至P+M个，其中，M、 N、P、Q都是正整数，MN，PQ，且满足M/N＝P/Q，M不必是2的幂次，但要尽可能小，且有又少又小的非2因子，这样进行M点IFFT时运算量小。

本发明产生帧体时域序列的算法和实现得到简化，采用查找表方式时帧头时域序列的实现复杂度基本保持不变。本发明能从总体上降低组帧的实现复杂度，且兼容多种帧结构。

关于本发明的优势与方法可通过下面的发明详述及附图得到进一步的了解。