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TWI418187B - 快速傅裏葉變換、逆變換裝置及降低其功耗的方法 - Google Patents

快速傅裏葉變換、逆變換裝置及降低其功耗的方法 Download PDF

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TWI418187B
TWI418187B TW098122257A TW98122257A TWI418187B TW I418187 B TWI418187 B TW I418187B TW 098122257 A TW098122257 A TW 098122257A TW 98122257 A TW98122257 A TW 98122257A TW I418187 B TWI418187 B TW I418187B
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David Garrett
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Description

快速傅裏葉變換、逆變換裝置及降低其功耗的方法
本發明涉及具有動態信噪比(SNR)要求的通信接收機，更具體地說，涉及一種用於優化具有動態信噪比要求的通信接收機內資料通路模組的精度的方法和系統。
在多載波通信系統內，多個子載波同時在一個傳輸路徑上傳送。正交頻分複用技術(OFDM)是一種常用的多載波方案，該技術中，多個子載波在頻率上正交。OFDM載波信號內的子載波通常在頻率上重疊，但並不彼此干涉。每個子載波可使用多種調製方案中的任何一種來進行調製，包括正交調幅(QAM)(例如，16-QAM和64-QAM)和正交相移鍵控(QPSK)。
OFDM收發機通常應用快速傅裏葉變換(FFT)來分離接收到的OFDM載波信號中的子載波。以類似的方式，OFDM收發機通常應用快速傅裏葉逆變換(IFFT)將多個子載波合併來生成OFDM載波信號以進行傳輸。一般，FFT定義了用於減低計算離散傅裏葉變換(DFT)所需的時間的一組處理，並具有幾種不同的實現。然而，FFT的每種實現在N個採樣點的有限持續序列X(n)上執行DFT，該x(n)表示接收到的OFDM載波信號的採樣樣本。該DFT可定義為：
k=0,1,...N-1
DFT本質上是在一組N個採樣樣本上計算的塊進程(block process)，N一般定義為在接收到的OFDM載波信號上傳送的子載波的數量。N個樣本x(n)相繼與子載波頻率範圍上的複指數相乘，然而將每個乘積相加。上述等式的輸出x(k)表示第k頻率的頻譜值，即第k頻率上的子載波的值。通過這種方法，便可使用DFT計算來分離接收到的信號的子載波。
OFDM接收機一般有專用的FFT單元，其使用以定點格式表示的資料執行上述的計算。接收的信號的採樣樣本x(n)與FFT單元的結果一起表示為定點格式。定點數位的精度由其表達形式中使用的位數來確定。因此，在任意有限長度定點資料形式中，一些量化雜訊會被引入系統內。在OFDM接收機內，FFT單元內引入的量化雜訊不會支配接收機的總信噪比要求，是很重要的。通常OFDM接收機的FFT單元具有足夠的精度來應付最差情況的信噪比要求。
儘管FFT單元必須被設計成能夠應付OFDM接收機的最差情況信噪比要求，多數情況下，暫態信噪比要求實際上是較低的。例如，OFDM接收機可被要求來處理30dB的最差情況信噪比要求，並因此，FFT單元內的定點資料大小必須足夠的大，以便量化雜訊不會妨礙接收機達到這一最差情況信噪比要求。然而，由於OFDM接收機的信噪比要求可以是動態的，在操作中的任何特定點，OFDM接收機可具有低於30dB的暫態信噪比要求。因而在多數情況下，FFT單元以過高的精度工作。FFT單元內的資料通路模組消耗了過度的功率來對定點資料執行不必要的計算和操作。由於功耗在依賴於電池的OFDM接收機內經常是至關重要的，任何過度的功率消耗都會降低這些設備的實用性。
因此，需要有一種動態調節FFT單元內資料通路模組的精度而不會反過來影響OFDM載波信號的接收和調製的方法和系統。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種快速傅裏葉變換(FFT)裝置，用於具有動態信噪比要求的OFDM接收機內，所述OFDM接收機用於接收包括多個子載波的OFDM信號，所述FFT裝置包括：資料通路，用於對從接收的OFDM信號中獲得的一組資料採樣樣本計算FFT，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述OFDM接收機的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度。
作為優選，所述OFDM接收機的動態信噪比要求是基於接收的OFDM信號內的子載波的調製類型確定的。
作為優選，所述調製類型是每個群集(constellation)可具有任意數量的符號的正交幅度調製(QAM)類型。
作為優選，所述調製類型是每個群集可具有任意數量的符號的相移鍵控調製(PSK)類型。
作為優選，所述OFDM接收機的動態信噪比要求是基於編碼所述OFDM信號所使用的碼率確定的。
作為優選，所述控制單元通過引導資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節資料通路的精度。
作為優選，所述資料通路包括：運算單元；及存儲單元。
作為優選，所述控制單元通過引導存儲單元或運算單元忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節所述資料通路的精度。
作為優選，所述控制單元通過不將最低有效位元存入存儲單元內或不從存儲單元內讀取最低有效位元來控制存儲單元忽略其所操作的資料的最低有效位元。
作為優選，所述運算單元包括將資料值相乘的乘法器。
作為優選，所述控制單元控制所述乘法器忽略所述資料值的最低有效位元。
作為優選，所述控制單元通過致使資料值的最低有效位元為零 來控制乘法器忽略資料值的最低有效位元。
作為優選，所述存儲單元是隨機訪問記憶體(RAM)。
根據本發明的一個方面，本發明提供一種降低快速傅裏葉變換(FFT)裝置內的功耗的方法，所述FFT裝置用於具有動態信噪比要求的OFDM接收機內，所述方法包括：接收OFDM信號；採樣接收的OFDM信號以獲得採樣樣本；對所述採樣樣本計算FFT；基於所述OFDM接收機的動態信噪比要求動態地調節所述FFT裝置的精度。
作為優選，所述FFT裝置對表示為定點格式的資料執行操作。
作為優選，所述FFT裝置的精度通過忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節。
作為優選，所述OFDM接收機的動態信噪比要求是基於接收的資料採樣樣本的調製類型確定的。
作為優選，所述調製類型是每個群集(constellation)可具有任意數量的符號的正交幅度調製(QAM)類型。
作為優選，所述調製類型是每個群集可具有任意數量的符號的正交相移鍵控調製(QPSK)類型。
作為優選，所述OFDM接收機的動態信噪比要求是基於編碼所述OFDM信號所使用的碼率確定的。
根據本發明的一個方面，本發明提供一種具有動態信噪比要求的OFDM接收機，所述OFDM接收機用於接收包括多個子載波的OFDM信號，所述OFDM接收機包括：快速傅裏葉變換(FFT)裝置；與所述FFT裝置連接的解映射器；與所述解映射器連接的解碼器；其中，所述FFT裝置包括：資料通路，用於對從接收的OFDM信號中獲得的一組資料採樣樣本計算FFT，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述OFDM接收機的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度。
作為優選，所述OFDM接收機的動態信噪比要求是基於接收 的OFDM信號內的子載波的調製類型確定的。
作為優選，所述調製類型是每個群集(constellation)可具有任意數量的符號的正交幅度調製(QAM)類型。
作為優選，所述調製類型是每個群集可具有任意數量的符號的相移鍵控調製(PSK)類型。
作為優選，所述OFDM接收機的動態信噪比要求是基於編碼所述OFDM信號所使用的碼率確定的。
作為優選，所述控制單元通過引導資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節資料通路的精度。
根據本發明的一個方面，本發明提供一種快速傅裏葉逆變換(IFFT)裝置，用於具有動態信噪比要求的OFDM發射機內，所述OFDM發射機用於發射包括多個子載波的OFDM信號，所述IFFT裝置包括：資料通路，用於對多個符號流計算IFFT以生成OFDM信號，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述OFDM發射機的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度。
作為優選，所述OFDM發射機的動態信噪比要求是基於生成的OFDM信號內的子載波的調製類型確定的。
作為優選，所述調製類型是每個群集(constellation)可具有任意數量的符號的正交幅度調製(QAM)類型。
作為優選，所述調製類型是每個群集可具有任意數量的符號的相移鍵控調製(PSK)類型。
作為優選，所述OFDM發射機的動態信噪比要求是基於編碼所述OFDM信號所使用的碼率確定的。
作為優選，所述控制單元通過引導資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節資料通路的精度。
根據本發明的一個方面，本發明提供一種用於具有動態信噪比要求的系統內的快速傅裏葉變換(FFT)裝置，所述FFT裝置包括： 資料通路，用於對一組資料採樣樣本計算FFT，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述系統的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度。
作為優選，所述控制單元通過引導資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節資料通路的精度。
作為優選，所述資料通路包括：運算單元；及存儲單元。
作為優選，所述控制單元通過引導存儲單元或運算單元忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節所述資料通路的精度。
根據本發明的一個方面，本發明提供一種用於具有動態信噪比要求的系統內的快速傅裏葉逆變換(IFFT)裝置，所述IFFT裝置包括：資料通路，用於對一組資料採樣樣本計算IFFT，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述系統的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度。
作為優選，所述控制單元通過引導資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節資料通路的精度。
作為優選，所述資料通路包括：運算單元；存儲單元。
作為優選，所述控制單元通過引導存儲單元或運算單元忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節所述資料通路的精度。
本發明的各種優點、各個方面和創新特徵，以及其中所示例的實施例的細節，將在以下的描述和附圖中進行詳細介紹。
100‧‧‧無線發射機
101‧‧‧編碼器
103‧‧‧交錯器
105‧‧‧映射器
107‧‧‧快速傅裏葉逆變換(IFFT)單元
109、111‧‧‧數模轉換器(DAC)
113‧‧‧無線電裝置
115‧‧‧射頻(RF)天線
200‧‧‧無線接收機
201‧‧‧天線
203‧‧‧無線電裝置
205、207‧‧‧模數轉換器(ADC)
209‧‧‧快速傅裏葉變換(FFT)單元
211‧‧‧解映射器
213‧‧‧解交錯器
215‧‧‧解碼器
301‧‧‧N個採樣樣本
303‧‧‧樣本
403‧‧‧實部
405‧‧‧虛部
601‧‧‧資料通路
603‧‧‧控制單元
605‧‧‧運算單元
607‧‧‧FFT係數單元
609‧‧‧記憶體
611‧‧‧蝶式運算
613‧‧‧乘法器
615‧‧‧加法器
801‧‧‧資料登錄(data in)
803‧‧‧地址(address)
805‧‧‧時鐘(clk)
807‧‧‧寫比特使能(write bit enable)
809‧‧‧讀比特使能(read bit enable)
811‧‧‧資料輸出(data out)
901、903‧‧‧資料值
905、907‧‧‧位元遮罩(bit mask)單元
909‧‧‧精度控制信號
911、913‧‧‧輸出資料值
1001、1003‧‧‧資料值
1005、1007‧‧‧位元遮罩單元
1009‧‧‧精度控制信號
1011、1013‧‧‧輸出資料值
圖1是根據本發明實施例的OFDM發射機的框圖；圖2是根據本發明實施例的OFDM接收機的框圖；圖3是根據本發明實施例的一組OFDM信號採樣樣本的示意框圖；圖4是根據本發明實施例的單個OFDM信號採樣樣本的詳細示意圖；圖5是根據本發明實施例的單個OFDM信號採樣樣本的進一步 具體示意圖；圖6是根據本發明實施例的FFT單元的示意框圖；圖7是根據本發明實施例的蝶式運算(butterfly operation)的示意圖；圖8是根據本發明實施例的具有動態調節其精度的能力的記憶體的示意框圖；圖9是根據本發明實施例的具有動態調節其精度的能力的乘法器的示意框圖；圖10是根據本發明實施例的具有動態調節其精度的能力的加法器的示意框圖；圖11是根據本發明實施例的基於動態信噪比要求調節FFT單元(例如圖6中的FFT單元)內資料通路模組的精度的方法流程圖；圖12是圖11的流程圖的進一步細化，示出了調節FFT單元例如圖6中的FFT單元內的資料通路模組的精度的流程。
以下描述中，為了提供對本發明的完整理解，給出了大量的具體細節。然而，對於本領域的技術人員來說顯而易見的是，本發明，包括其結構、系統和方法，在沒有這些細節的情況下也可以實現。本申請中的描述和示例是本領域技術人員在向其他本領域的技術人員傳達其發明創造的實質時所使用的通用手段。各種其他情況中，並未詳細描述已知的方法、程式、部件和電路，以避免不必要地模糊本發明的各個方面。
說明書中針對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例實施例”等的引用，指的是描述的該實施例可包括特定的特徵、結構或特性，但是不是每個實施例必須包含這些特定特徵、結構或特性。此外，這樣的表述並非指的是同一個實施例。進一步，在結合實施例描述特定的特定、結構或特性時，不管有沒有明確的描述， 已經表明將這樣的特徵、結構或特性結合到其他實施例中是屬於本領域技術人員的知識範圍內的。
圖1提供了根據本發明實施例的無線發射機100的框圖。無線發射機，例如無線發射機100，接收輸入資料流程並將該資料流程以合適地格式化輸出資料流程以便傳送。無線發射機100執行正交頻分複用技術(OFDM)以在通道上發送一組間隔很近的子載波。本領域的技術人員將瞭解到，還可以使用其他多載波調製方案而不脫離本發明的範圍。所述輸入資料流程可由語音、視頻或任何其他應用或程式特定資料組成。無線發射機，例如無線發射機100，一般位於無線設備內，例如電腦、通信設備、PDA或電腦插卡如PCI和PCMCIA卡。
無線發射機100包括編碼器101、交錯器103、映射器105、快速傅裏葉逆變換(IFFT)單元107、數模轉換器(DAC)109和111、無線電裝置113、以及射頻(RF)天線115。編碼器101接收待傳送的輸入資料流程，並向該資料流程中增加冗餘數據。該冗餘數據通常是一部分或一組原始資料比特的復函數，並且允許在接收端系統中執行前向糾錯(FEC)。一般來說，FEC使得接收端系統能夠檢測並校正通道和接收機的破壞導致的錯誤。發送的有用資訊總量，即非冗餘數據，通常由碼率k/n來定義；對於每k比特的有用資訊，生成n比特的資料。結果，增加碼率總是會增加資料率。然而，為了能夠可靠地解調接收的信號，較高的碼率帶來接收機側較高的信噪比要求。
交錯器103可從編碼器101接收編碼資料串列流，並多路分離該串列資料流程為多個並行資料流程。交錯技術經常用於發射機例如發射機100中，以通過將錯誤散佈在位元流上來減輕傳送和接收過程中可能會出現的突發性錯誤的影響。
交錯器103生成的並行資料流程被輸入映射器105。映射器105使用多種數位調製技術中的任意一種來將每個資料流程映射 成一系列複數符號，該多種數位調製技術包括QAM和QPSK。資料流程的一個或多個比特被映射成具有由預定的群集所控制的代表性的幅度和相位的複數符號。每個符號所編碼的比特的數量指示出群集中符號的數量。例如，64-QAM具有64個符號，並因此，使用64-QAM調製的每個符號可被映射成6比特。儘管增加群集的階數(order)(即增加每個群集的符號數量)相應地導致更高的資料率，群集中的符號必須彼此更靠近在一起並因此對雜訊和其他破壞更易受影響(假設群集的平均能量保持恒定)。具有高階群集的調製方案因此會對接收機具有更高的信噪比要求，以便能夠可靠地解調被更緊的壓縮在複數域內的符號。需要重視的是，映射器105接收的每個並行資料流程可用不同階群集以及不同的調製方案來映射。
映射器105生成符號流X0到XN，並傳送給IFFT單元107。IFFT單元107將每個符號流X0到XN處理成一系列正弦曲線形的振幅。該正弦曲線通常又稱為子載波，並且在OFDM系統內，子載波在頻率上是正交的。IFFT單元107對符號流X0到XN執行算術運算以生成具有實部和虛部的時域OFDM信號(如圖1所示)。
IFFT單元107生成的時域OFDM信號的實部和虛部被分別傳送給DAC 109和111，並且由DAC 109和111產生的它們的類比等效形式被傳遞給無線電裝置113。需要注意的是，在非直接轉換方案中，可以使用單個DAC來代替DAC 109和111。然而，出於示例的目的，無線發射機100示出了使用兩個DAC 109和111的情況。無線電裝置113將接收的複類比基帶信號升頻轉換，將其轉換成RF信號以便傳送。RF信號代表OFDM載波信號，其最終通過RF天線115發射。在典型的OFDM系統內，還在OFDM信號內添加迴圈字首以防止符號間干擾(ISI)。
圖2示出了執行無線發射機100的逆操作以復原出發射的資 料的無線接收機200。無線接收機200是OFDM接收機，其接收和解調OFDM載波信號。本領域的技術人員應該瞭解，接收機200可執行其他多載波調製方案而不脫離本發明的範圍。接收到的OFDM載波信號可攜帶有語音、視頻或任何其他應用或程式特定資料。無線接收機，例如無線接收機200，通常位於無線設備內，例如電腦、通信設備、PDA、電腦插卡如PCI和PCMCLA卡。
無線接收機200包括天線201、無線電裝置203、模數轉換器(ADC)205和207、快速傅裏葉變換(FFT)單元209、解映射器211、解交錯器213和解碼器215。無線接收機200的操作通常開始於天線201接收到OFDM載波信號。無線電裝置203執行接收到的OFDM載波信號的降頻轉換，並輸出具有實部和虛部的基帶OFDM信號。該實部和虛部通過ADC 205和207由類比域轉換。發射機加入接收的OFDM信號內的任何迴圈字首在發送給FFT單元209之前被移除。
FFT單元209連接至ADC 205和207，接收ADC 205和207生成的對該接收的OFDM信號的數位採樣樣本。需要注意的是，在非直接轉換的方案中，可以使用單個ADC來代替ADC 205和207。然而，出於示例的目的，無線接收機200示出了使用兩個DAC 205和207的情況。通常，採樣樣本表示為定點格式，具有由接收的OFDM信號的屬性指出的最小位元寬(bit-width)。FFT單元209在從ADC 205和207接收的一組N個採樣樣本上執行FFT，以從OFDM信號中分離出子載波。最終由FFT單元209生成符號流Y0到YN。每個符號流Y0到YN對應於該OFDM信號內的一個子載波。符號Y0到YN連接至解映射器211，將複數符號轉換成位元流的原始比特，然後解交錯器213(理想地)將並行位元流轉換回原始的編碼資料串列流。解碼器215應用FEC方案於編碼資料流程以產生原始的發射資料。
圖3示出了從ADC 205和207提供給FFT單元209的採樣樣 本流。一組N個採樣樣本301被傳遞給FFT單元209，由FFT單元209在整組樣本上執行FFT。如圖3所示，每個樣本303由FFT單元209依據時間順序接收，從樣本1開始，結束於樣本N。
圖4示出了包括每個採樣樣本303的資料部。如圖4所示，每個採樣樣本包含實部403和虛部405兩者。樣本303的實部403一般被稱為同相分量(I)，而虛部405被稱為正交分量(Q)。
圖5示出了示例採樣樣本303和其實部和虛部403和405的進一步細節。典型的FFT單元內，例如FFT單元209內，設計並運行有專門的硬體單元來在一組N個採樣樣本上執行FFT。FFT單元對通常表示為定點格式的二進位資料進行運算。圖5示出的採樣樣本303的實部和虛部均表示為定點格式。一般，定點數位在小數點之後具有固定的數位，並且如之前所提到的一樣，定點表達形式的精度與其所使用的位數直接相關。圖5中所示的採樣樣本303的實部和虛部403和405具有11位的精度。採樣樣本303的每個部分在小數點之後具有7位的精度，在小數點之前具有4為的精度。一般，使用較高位數(即具有較高精度)的採樣樣本的數位表達形式，將得到信號的更好近似性。需要注意的是，可以在實部403和虛部405內使用一個附加位元來作為定點數表達形式中的符號位元(sign bit)，該符號位元的值可以是正的或負的。該附加的符號位元可用來表示符號量值(sign-magnitude)形式或2的補數形式的數位。
數位信號內的逼近過程被稱為量化(quantization)。量化定義了兩個連續的二進位值之間的差值。這一差值的大小被稱為量化步長(quantization step)，並且因此，量化步長決定了使用特定的量化級(quantization level)處理資料的系統或單元的有效雜訊基底(noise floor)。例如，用8位元精度表示的資料值具有1/(2^8)或1/256的量化步長。
多數系統中，例如FFT單元209內，以一定的精度處理資料 是很重要的，因為系統的雜訊基底決定了可達到的最大信噪比。一般，FFT單元209的信噪比要求由幾個因素來表示。一個這樣的因素是接收的OFDM信號中的每個子載波所使用的數位調製方案。如前所述，子載波的數位調製中所使用的群集階數越高，所需的施加給接收機的信噪比越高，以便可靠地解調載波信號。由於每個子載波可使用不同的調製方案來調製其相應的資料，因此FFT單元209需要處理任何子載波的最差情況(即最大)信噪比要求。
另一個對FFT單元209的信噪比要求有影響的因素是碼率。如前所述，較高的碼率具有較少的冗餘，並因此更易受通道和接收機破壞的影響。冗餘使得能夠在接收機側執行FEC方案，其能夠檢測並在某些情況下校正接收的位元流內的錯誤。然而，一般，接收機能夠檢測並校正的錯誤量是與增加到發射的位元流內的冗余量成正比的。因此，FFT單元209的信噪比要求取決於碼率和發射的資料內提供的冗餘量。
圖6示出了典型的FFT單元209。FFT單元209包括資料通路601和控制單元603。控制單元603負責控制資料通路601的操作以對一組接收的採樣樣本例如一組採樣樣本301執行FFT。一個實施例中，資料通路601包括運算單元605(又稱為邏輯單元605)、FFT係數單元607、和記憶體609。應該瞭解的是，記憶體609可以實現在資料通路601的外部，並且一般位於FFT單元209的外部。實施例中，記憶體609是隨機訪問記憶體(RAM)。
FFT單元209接收一組採樣樣本，例如採樣組301，並對該採樣樣本執行FFT以生成針對每個相應子載波的輸出符號流。接收的採樣樣本可存儲在記憶體609內或直接輸入給運算單元605進行處理。FFT單元，例如FFT單元209，可以流水線操作或時分複用運算單元605以在專用硬體實現中節省空間和成本。由於運算單元605可以以流水線操作或時分複用，運算單元605產生的 中間結果也可存儲在記憶體609中，或者，存儲在圖6中所示的專用寄存器中。或者可選擇的另一方案中，運算單元605可實現FFT計算所必需的蝶式單元的全陣列，而無需時分複用或流水線操作。在此實施例中，可去除對記憶體的需求。對於本領域的技術人員來說，顯而易見可以實現FFT單元209的各種方案而不脫離本發明的保護範圍。
運算單元605一般執行一系列蝶式運算611，需要乘法器613和加法器615。蝶式運算，例如蝶式運算611，示出了多數FFT處理過程所執行的基本運算。圖6中所示的蝶式運算611為基2(radix-2)蝶式運算。本領域的技術人員將瞭解的是，還可以使用蝶式運算611的其他實現方式而不脫離本發明的範圍。實施例中，乘法器613和加法器615分別可執行複數乘法和複數加法。
運算單元605對接收的OFDM信號的採樣樣本或中間結果進行運算，這些採樣樣本或中間結果均可存儲在記憶體609內或圖6中未示出的中間寄存器內。此外，運算單元609進一步對FFT係數單元607提供的一系列係數進行運算，FFT係數單元607提供的係數一般提供給乘法器613，並且每個係數可以是複數。
如前所述，FFT單元209對以一定精度的定點格式表示的一組接收到的採樣樣本執行FFT。中間結果和FFT係數，例如FFT係數單元607提供的那些係數，可同樣表示為一定精度的定點格式。根據接收的子載波的調製方案，更具體地說，根據接收的OFDM信號內的子載波的最高階群集，FFT單元209的資料通路601可以超額的精度工作。此外，根據接收的子載波的碼率，FFT單元609的資料通路601可同樣以超額的精度工作。
一般來說，FFT單元209必須設計成以足夠高的精度工作，以便進入FFT單元209內的量化雜訊不會支配系統的總體最大信噪比要求。然而，多數OFDM接收機的信噪比要求是動態的，結果，OFDM接收機經常具有遠低於所需最大值的暫態信噪比要 求。這些情況下，降低FFT單元209內的資料通路模組例如運算單元605和記憶體609的精度是很有優勢的，這樣可以節省電量，而電池電量對於無線設備來說通常是有限的。
幾個因素對OFDM接收機例如接收機200的暫態信噪比要求有影響，包括接收的資料發射所使用的碼率，以及OFDM信號內每個子載波所使用的調製方案。碼率和調製方案可以基於任意數量的因素來改變，包括通道條件。通常，較高的碼率帶來OFDM接收機的較高信噪比要求。同樣，子載波調製中使用較高階群集，將導致OFDM接收機的較高信噪比要求。
實施例中，FFT單元209內的資料通路601的精度可基於OFDM信號內子載波的調製方案來改變。其他實施例中，FFT單元209內的資料通路601的精度可基於編碼接收的OFDM信號所使用的碼率來改變。另一實施例中，可使用OFDM信號的調製方案和碼率兩者來改變FFT單元209內的資料通路601的精度。
圖7示出了圖6中所示的蝶式運算611的另一示例示意圖。圖6中所示的蝶式運算611使用信號流來表示。圖7中的蝶式運算611示出了另一視圖，其中清楚地示出了乘法器613和加法器615。蝶式運算611再次在圖7中示出為基2蝶式運算。然而，本領域的技術人員將理解的是，蝶式運算611的其他實現也可以用於本發明而不脫離本發明的範圍，包括例如基4蝶式運算。
再次參見圖6，FFT單元209內的控制單元603可進一步基於動態信噪比要求改變資料通路601內的通路模組的精度。例如，記憶體609可被配置成以可變的精度讀和寫接收到的OFDM信號採樣樣本。採樣樣本的最低有效位元可通過末寫入或者未從記憶體609中讀出而簡單地丟棄。一個實施例中，記憶體609的位線訪問(bit line access)因此而減少，這可以降低記憶體609的整體功耗。位元線一般在某些RAM類型中需要預充電，例如靜態RAM(SRAM)類型。此外，位線一般具有高的關聯電容，因此位線 的不必要的充電/放電明顯增加了記憶體內的功耗。控制單元603可確定何時OFDM接收機200的動態信噪比要求發生變化並據此更新寫入和/或讀出記憶體609的位數。
以類似的方式，運算單元605產生的FFT計算的中間結果，可以寫入和讀出記憶體609。控制單元603可從最低有效位開始，減少寫入和讀出記憶體609的中間結果的位數，以便進一步降低額外的功耗。
圖8示出了記憶體609的典型示例，其可改變讀出和寫入記憶體609的資料的精度。記憶體609包括以下輸入：資料登錄(data in)801、位址(address)803、時鐘(clk)805、寫比特使能(write bit enable)807、和讀比特使能(read bit enable)809。記憶體609進一步包括信號輸出(signal output)、資料輸出(data out)811。地址輸入803允許可訪問記憶體609內的一個特定的字，既可以是寫入也可以是讀出。輸入信號時鐘805提供時鐘信號，用於同步記憶體，例如圖8中的示例記憶體609。待寫入記憶體609的資料放在輸入線即資料登錄801上，使得資料可以被存入記憶體609內。或者，將從記憶體609讀出的資料通過輸出線即資料輸出811來訪問。
為了對經由資料輸出811和資料登錄801讀出和寫入記憶體609的資料提供可變的精度，提供了讀和寫比特使能輸入807和809。寫比特使能807可允許記憶體609內的字的可變部分(即可變位元數)被寫入，從而降低功耗。以類似的方式，讀比特使能809可允許記憶體609內的字的可變部分(即可變的位元數)被讀出，從而降低功耗。本領域的技術人員將瞭解的是，記憶體609的其他實現形式也可用于本發明而不脫離本發明的範圍。
另一實施例中，可像記憶體609一樣降低運算單元605內的功耗。控制單元603確定OFDM接收機200的動態信噪比要求，並更新表達運算單元605運算的資料值所需的位元數。具體來說，乘法器613和加法器615的額外功耗可通過將提供有不必要的精 度的運算元的最低有效位調零來降低。一般，運算單元605可執行幾個乘法器和加法器。結果，降低每個乘法器或加法器所消耗的功率，便可明顯地降低運算單元605的總功耗。
一個實施例中，運算單元605實現在使用CMOS(互補金屬氧化物半導體)邏輯的硬體內。在CMOS邏輯實現方式中，靜態功耗接近零。CMOS設計中的大部分功率是在邏輯內的節點改變(即被充電和放電)時動態消耗的。因此，通過將乘法器613將執行乘法的資料值的輸入位元(input bit)調零，乘法器邏輯內的多數節點保持靜態(即未發生改變)，因而動態功耗被降低。同樣地，通過將加法器615將執行加法的資料值的輸入位元調零，加法器邏輯內的多數節點保持靜態(即未發生改變)，因而動態功耗被降低。可以理解的是，除了CMOS以外的其他實現方案也可用于本發明而不脫離本發明的範圍。
圖9示出了用於將由乘法器613執行乘法的資料值的各位調零的實施例的框圖。圖9中示出了兩個典型的10位元資料值901和903，將由乘法器613對它們執行乘法。具體實施例中，資料值901是採樣資料值，資料值903是FFT係數資料值。資料值901和903的數位分別被輸入到位遮罩(bit mask)單元905和907。位元遮罩單元905和907可以是由精度控制信號909控制的專用硬體單元。具體實施例中，精度控制信號909來自FFT單元209的控制單元603，並具有與資料值901和903相等的匯流排寬度(即10位元)。精度控制信號909的每個位元線可對應於並控制資料值901和903的一個位值。依據FFT單元209所需的量化精度，精度控制信號909控制位元遮罩單元905和907將用於表示每個資料值的任意位元數調零。資料值901和903的數位被從最低有效位開始調零。位元遮罩單元905和907的輸出資料值911和913可以像輸入資料值901和903一樣具有相同的數位。但是，輸出資料值911和913可分別表示輸入資料值901和903的降低精度 的值。輸出資料值911和913隨後由乘法器613執行乘法。
圖10示出了用於將由加法器615執行加法的資料值的數位調零的實施例的框圖。圖10中示出了兩個示例的10位元資料值1001和1003，將由加法器615執行加法。具體實施例中，資料值1001是採樣資料值，資料值1003是FFT係數資料值。資料值1001和1003的數位分別被輸入到位遮罩單元1005和1007。位元遮罩單元1005和1007可以是由精度控制信號1009控制的專用硬體單元。具體實施例中，精度控制信號1009來自FFT單元209的控制單元603，並具有與資料值1001和1003相等的匯流排寬度(即10位元)。精度控制信號1009的每個位元線可對應於並控制資料值1001和1003的一個位值。依據FFT單元209所需的量化精度，精度控制信號1009控制位元遮罩單元1005和1007將用於表示每個資料值的任意位元數調零。資料值1001和1003的數位被從最低有效位開始調零。位元遮罩單元1005和1007的輸出資料值1011和1013可以像輸入資料值1001和1003一樣具有相同的數位。但是，輸出資料值1011和1013可分別表示輸入資料值1001和1003的降低精度的值。輸出資料值1011和1013隨後由加法器615執行加法。
現在參見圖11。圖11是基於OFDM接收機200的動態信噪比要求改變FFT單元209內的資料通路模組的精度的流程圖。流程圖1100開始於步驟1101，接收到OFDM載波信號。在步驟1101中接收到OFDM信號後，流程圖1100處理至步驟1103。步驟1103中，接收的OFDM信號被採樣。步驟1105中，為了可靠地解調接收的OFDM信號的採樣樣本內的資料，確定出動態信噪比要求。基於確定的OFDM接收機的動態信噪比要求，步驟1107中，FFT單元209內的資料通路601的精度據此改變，從而降低功耗。本領域的技術人員理解的是，步驟1103和步驟1105可以不斷地執行，動態信噪比的確定可以基於過去接收到的OFDM符號，也可 以基於當前接收到的OFDM符號。應該進一步注意的是，流程圖1100所示出的順序並非限制性的。例如，通常，步驟1103和步驟1105可與步驟1101和1107並行執行。
現在參見圖12。圖12示出了對圖11所示的方法1100的步驟1107的進一步詳細流程1200。具體來說，流程圖1200詳細示出了改變FFT單元209的資料通路601的精度的方法。流程圖1200開始於步驟1201。步驟1201中，做出關於可正確地解調接收的OFDM信號所需的資料通路601的精度的決定。該決定是基於OFDM接收機的動態信噪比要求的。一旦確定出可靠地解調特定接收的OFDM信號所需的精度，便在步驟1203中發送調節信號給資料通路601。步驟1025中，基於該調節信號，資料通路601的運算單元605和/或記憶體609的精度被調節。
以上結合OFDM接收機和通常包含在OFDM接收機內的FFT單元描述了本發明。根據本申請中給出的教導，本領域的技術人員能夠意識到如何將本發明擴展到其他類型的系統。例如，本發明可應用於OFDM發射機內的IFFT單元。IFFT單元內的精度可以類似的方法被調節以滿足要求，從而降低功耗。這樣的改變落入本發明的範圍和精神實質內。
圖11為流程圖，無元件符號說明

Claims (10)

  1. 一種快速傅裏葉變換FFT裝置，用於具有動態信噪比要求的OFDM接收機內，所述OFDM接收機用於接收包括多個子載波的OFDM信號，其特徵在於，所述FFT裝置包括：資料通路，用於對從接收的OFDM信號中獲得的一組資料採樣樣本計算FFT，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述OFDM接收機的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度，其中所述控制單元通過引導所述資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節所述資料通路的精度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的FFT裝置，其中，所述OFDM接收機的動態信噪比要求是基於接收的OFDM信號內的子載波的調製類型確定的。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的FFT裝置，其中，所述調製類型是每個群集可具有任意數量的符號的QAM類型。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的FFT裝置，其中，所述調製類型是每個群集可具有任意數量的符號的PSK類型。
  5. 一種降低快速傅裏葉變換FFT裝置內的功耗的方法，所述FFT裝置用於具有動態信噪比要求的OFDM接收機內，其特徵在於，所述方法包括：接收OFDM信號；採樣接收的OFDM信號以獲得採樣樣本；對所述採樣樣本計算FFT；基於所述OFDM接收機的動態信噪比要求動態地調節所述FFT裝置的精度，其中所述FFT裝置的精度通過忽略其所操作的資料的 最低有效位元來調節。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中，所述FFT裝置對表示為定點格式的資料執行操作。
  7. 一種具有動態信噪比要求的OFDM接收機，所述OFDM接收機用於接收包括多個子載波的OFDM信號，其特徵在於，所述OFDM接收機包括：快速傅裏葉變換FFT裝置；與所述FFT裝置連接的解映射器；與所述解映射器連接的解碼器；其中，所述FFT裝置包括：資料通路，用於對從接收的OFDM信號中獲得的一組資料採樣樣本計算FFT，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述OFDM接收機的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度，其中所述控制單元通過引導所述資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節所述資料通路的精度。
  8. 一種快速傅裏葉逆變換IFFT裝置，用於具有動態信噪比要求的OFDM發射機內，所述OFDM發射機用於發射包括多個子載波的OFDM信號，其特徵在於，所述IFFT裝置包括：資料通路，用於對多個符號流計算IFFT以生成OFDM信號，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述OFDM發射機的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度，其中所述控制單元通過引導所述資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節所述資料通路的精度。
  9. 一種用於具有動態信噪比要求的系統內的快速傅裏葉變換FFT裝置，其特徵在於，所述FFT裝置包括：資料通路，用於對一組資料採樣樣本計算FFT，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述系統的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度，其中所述控制單元通過引導所述資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節所述資料通路的精度。
  10. 一種用於具有動態信噪比要求的系統內的快速傅裏葉逆變換IFFT裝置，其特徵在於，所述IFFT裝置包括：資料通路，用於對一組資料採樣樣本計算IFFT，其中所述資料通路對表示為定點格式的資料執行操作；控制單元，基於所述系統的動態信噪比要求調節所述資料通路的精度，其中所述控制單元通過引導所述資料通路忽略其所操作的資料的最低有效位元來調節所述資料通路的精度。
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