專利名稱：使用查找表的塊內插濾波器結構的制作方法
技術領域：
本申請要求在2001年9月7日向韓國工業產權局提出的指定序列號為2001-54978的名稱為“使用查找表的塊內插濾波器結構”的申請的優先權，該申請的內容在此并入作為參考。
本發明涉及內插濾波器。具體上，本發明涉及一個用于無線通信系統的發送終端的內插濾波器。
背景技術：
對于像CDMA-2000(碼分多址2000)，W-CDMA(寬帶碼分多址)，或SDR(軟件定義無線電)無線通訊系統來說，低復雜性和低功率是非常重要的因素。現在有如此多的對于這些方面的研究正在積極進行是不足為奇的。在其它方面，用于這樣的系統的發送終端的脈沖整形內插濾波器降低了碼元之間的干擾，并且為頻域提供了合適的整形。事實上，在用于像IS-95(工業標準-95)，CDMA-2000，W-CDMA等移動通信系統的標準集中，尤其要求采用一個FIR(遠紅外)濾波器作為脈沖整形內插濾波器。最近，在對于開發有低速度、低計算量和低功率的內插進行了進一步的研究之后，一種基于查找表(LUT)的結構已經被提出。
由Hogenauer提出的一種通常使用的遠紅外(FIR)橫向濾波器需要過量的倍增和高速濾波。這就是為什么要引入一個基于ROM(只讀存儲器)的查找表(LUT)濾波器，或者一個利用濾波系數的對稱性而具有1/2大小的LUT和存儲需求的新濾波器。這種濾波器有多相分解的結構。尤其是，這種遠紅外(FIR)濾波器包括對應于內插率的多個多相子濾波器，其中每個子濾波器執行一個與并行處理和內插率成比率的低速率并行濾波。然而不幸的是，當這種基于只讀存儲器(ROM)的查找表(LUT)濾波器被實際采用的時侯，它將占用整個濾波器容量的90％，因此存儲需求是非常高的。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種使用查找表(LUT)的塊內插濾波器結構，也就是說，為了解決在傳統的FIR橫向濾波器中的高速率濾波時鐘和在基于多相濾波器結構的查找表(LUT)的高存儲要求的問題，提供一種使用塊結構的新的基于查找表(LUT)的濾波器，它能夠進行低速率濾波和降低存儲需求。
基于LUT的本發明使得能夠進行低速濾波，對此過去通常需要執行高速率處理。除了這種LUT結構，塊結構也使通過一個并行處理進行低速濾波和降低存儲器的使用成為可能。尤其，按照本發明的濾波器結構的優點在于它不僅能提供等效的性能，而且進行對內插處理的低速率和低功率濾波，這在以往是以一個非常高的速率并且消耗大量功率而執行的。因此，本發明主要的一個目標是建立一種新的濾波器結構，這種結構能夠實現在無線通信系統發送終端的作為高速處理器的低復雜性和低功率內插濾波器。
為了達到上述目的，本發明提供了一種具有M內插率的N-分接頭塊內插濾波器，包括一個N/M大小的輸入緩沖器；N/M個查找表(LUT)子濾波器，該濾波器具有與內插率M相同的濾波系數，并且通過對輸入數據流進行索引而輸出一個預先存儲的濾波結果；M個加法器，用于對每個濾波結果進行矢量相加；M個并行到串行緩沖器，用于緩沖從M個加法器輸出的結果。
通過以下結合附圖的說明及附加的權利要求，本發明的上述和其它目的以及特征將變得更加明顯。應該理解這些附圖僅僅描述了本發明的典型實施例，因此不應當認為是對本發明范圍的限制，本發明將結合附圖通過附加的特征和細節加以描述，其中圖1a表示普通塊內插濾波器結構；圖1b表示與圖1a中除去上抽樣器相等的結構；圖2表示根據本發明第一實施例的基于查找表(LUT)的塊內插濾波器；圖3表示根據本發明第二實施例的使用普通的查找表(LUT)的塊內插濾波器；圖4表示根據本發明的內插濾波器結構的其中子濾波器的輸入m為1的塊內插濾波器；圖5表示根據本發明的內插濾波器結構的其中子濾波器的輸入m為2的塊內插濾波器；圖6表示根據本發明的內插濾波器結構的其中子濾波器的輸入m為3的塊內插濾波器；圖7表示根據本發明的內插濾波器結構的其中子濾波器的輸入m為6的塊內插濾波器。
具體實施例方式
現在參照附圖描述本發明的一個優選實施例。下面的描述中，即使在不同的附圖中，同一附圖標記指代相同的部分。在說明書中描述的內容重點放在有助于全面理解本發明的內容。因此，眾所周知的功能和結構將不做詳細的描述，因為它們會以不必要的細節混淆本發明。
圖1a描述了一種普通的塊內插濾波器結構，圖1b描述了一種與圖1a中除去上抽樣器后相等的結構。
尤其，在內插率1∶M(有限脈沖響應)的內插濾波器中，輸入x(k)和輸出y(k)之間的關系可以用下面的公式來表達。
y(k)=Σi=0∞h(k-i)u(i)=h(k)*u(k)]]> 在這里，假如濾波器的輸出，y＝[y0，y1，...]T是矩陣的形式，那么公式2被導出。
矩陣H能被進一步分成子矩陣，例如，M×M子矩陣。還有，矢量x和矢量y能被分成M×1個子矢量。因此，關于把輸入/輸出分成多個塊的塊內插濾波可以通過公式3，一個子矩陣塊和一個矢量表示。
y0y1y2...=H000H1H00H2H10......X0X1X2...]]>這里，H1，x1和y1各自代表[數學公式4] xl＝[xlM 0 … 0]Tyl＝[ylMylM+1… y(l+1)M-1]Tl＝0，1，…，L-1圖1a中描述了基于Hl和x1的塊內插濾波器結構。對于圖1a，↑M表示一個M次上抽樣并且輸出[xlM0…0]，其中對于輸入xlM，M-1個0被填補。單箭頭表示單獨抽樣值的輸入與輸出，雙箭頭表示單位矢量的輸入和輸出。S-to-P表示串行到并行以及單獨抽樣值的矢量變換，P-to-S表示并行到串行。Z-1表示一個抽樣延遲，一系列Z-1被輸入到一個緩沖存儲器，例如移位寄存器。L代表子濾波器的數量，并且它通過比率N/M得到。
在塊xl中，由于除了第一個元素外的所有元素都取值為零，因此矩陣Hl和矢量xl能被在公式5中所定義的矢量hl和標量值xlm替換。
x~l=xlxl···xlT]]>在這里，塊輸入被轉換為一個樣值xlM，所以它能被表示成不使用上抽樣器的圖1b所示的那樣。這就是為什么內插濾波器的濾波不加速而保持像現在這樣的輸入率的原因。當一個N-分接頭濾波器用于1∶M內插時，其濾波率為輸入率的M倍。但是，使用一個塊結構，就以N/M的低濾波率執行每個子濾波，因此它有低功耗。
(1)根據本發明第一實施例的濾波器的直接形式結構本發明提供了一種使用查找表(LUT)的塊濾波器結構。具體上，圖2提供了根據本發明的第一實施例的一個基于查找表(LUT)的塊內插濾波器，這種濾波器的內插比為1∶4(即，內插率為4)，并且具有48個分接頭。下面，M表示內插率，N表示濾波器分接頭數。
在圖2中描述的塊濾波器包括一個N/M大小的輸入緩沖器10，該緩沖器具有1∶M內插比并且被輸入并行數據；用于濾波的查找表(LUT)20；加法器30，用于將每個濾波結果相加；和一個與一個輸出有相同的塊大小M的緩沖器40。輸入過程通常以并行方式執行，但是在濾波過程之后的所有計算以矢量形式進行。因為輸入信號是一個二進制比特流，所以每個子濾波器(即每個LUT 20)的輸出值不是零(0)就是非零(除了零之外的任何值)。因此每個子濾波器的查找表(LUT)的大小是2。并且，對于一個樣值輸入，每個子濾波器輸出M×1矢量，并通過將每個子濾波器的結果相加得到一個矢量和，并通過一個并行到串行轉換緩沖器40輸出這個總和。換句話說，所提出的濾波器的直接形式結構，假設其濾波系數是N，執行N/M大小輸入緩沖器、N/M子濾波器LUT和NW的存儲量的矢量相加。這里，LUT的大小表示輸入端口的數量，W表示輸出數據的寬度。
(2)根據本發明第二實施例的利用系數對稱性的改進的濾波器結構線性相位FIR濾波器的系數對稱性通過共享LUT，能夠減少幾乎一半LUT的大小和存儲需求。下面，表1表示塊濾波器的濾波系數的對稱性。
在N個分接頭的濾波器中，子濾波器的系數 與 是一對，具有相等的值。子濾波器 和 也是相等的。圖3表示根據本發明第二實施例有共享查找表(LUT)的塊內插濾波器。在圖3中表示的該濾波器結構包括一個N/M大小的輸入緩沖器110，一個2×1的多路復用器120，一個N/2M大小的LUT 130，一個加法器140和一個輸出緩沖器150。因為該輸入處理被分成兩組并且以一個確定的時間間隔利用同樣的LUT被濾波，因此使用系數對稱性的濾波器的存儲空間利用被降低到NW/2，這是第一實施例中直接形式濾波器的存儲空間利用的一半。另一方面，由于輸入處理被分成兩組，濾波時鐘也因此是直接形式的兩倍。
(3)根據濾波器結構的一般化的最佳濾波器本發明的濾波器結構可以通過在二進制輸入數據流的基礎上進行濾波而重新構建成如圖4到圖7表示的那樣。同時，子濾波器的輸入帶寬m，以及被查找表(LUT)子濾波之后的加法操作的頻率是由子濾波器的組數決定的。
圖4表示一個本發明的內插濾波器結構，其中，子濾波器的輸入m是1；圖5也表示一個本發明的內插濾波器結構，其中，子濾波器的輸入m是2；圖6表示一個本發明的內插濾波器結構，其中，子濾波器的輸入m是3；圖7表示一個本發明的內插濾波器結構，其中子濾波器的輸入m是6；其中G表示重新構建的組。圖4-7表示的本發明可以用于N≠1和/或M≠4的情況下。圖4中的LUT是通過修改歸納上述塊結構后得出的，并且由基于二進制輸入數據流的濾波的結果的濾波系數組成。相反，在圖5中描寫的輸入緩沖器被分組或配對，也就是說，在圖4中的子濾波器在圖5中被分成對，并且每個子濾波器的總和由于重新構成的組輸入的增加而提高了子濾波器的LUT大小和存儲需求。同樣，如圖6和圖7所示，通過在兩種情況中刪除加法操作，可以重新構建濾波器的結構。如表2所示，對于一個基于直接形式的全LUT以及一個由于共享LUT而產生的半LUT，根據所提出的濾波器結構的LUT的大小，存儲容量和加法器被分別表示為上述濾波器分接頭的數量N，內插率M，子濾波器的寬度m。因此，LUT的大小或輸入端口的數量成比例地增加到2m，子濾波器的數量也是如此。另一方面，存儲容量需求與LUT的大小，輸出字的長度和塊的大小成比例地增加。并且加法器是子濾波器的數量與塊大小的相乘。這樣的一般化結果使得能夠根據LUT的大小，存儲器利用和計算量來選擇最佳濾波器。
一個基本的內插濾波器首先利用上抽樣器內插一個的輸入樣值0，并濾除該值，輸出等于內插率的樣值。另外，LUT濾波器對輸入數據流進行索引以輸出預存儲的濾波結果。就調制解調器發送終端的內插濾波器來說，該濾波操作在二進制輸入上執行。這就是由本發明第一實施例所提出的直接形式怎樣包括N/M個子濾波器，其中假設整體濾波系數是N，內插率是M。而且，輸入濾波器由一個過渡緩沖器構成，用于緩存N/M個樣值。每當輸入一個樣值，緩沖器的最先的樣值就被丟棄，并且該樣值在緩沖器中的功能是作為輸出每個LUT值的開關。擁有塊結構的LUT的子濾波器的濾波輸出與濾波系數有相等的值。另外，內插使得能夠對于一個樣值輸入輸出M個樣值。以這種方式，每個濾波輸出的M個樣值被相加并且其和被輸出。這樣的并行處理的值隨后被轉換為一個濾波輸出，或者一個串行格式，并包括所述濾波輸出。在具有直接形式的一半存儲需求的共享LUT結構中，由于每對N/M濾波器與那些直接形式的濾波器有相等的值，因此輸入緩沖器被分成兩組，并且輪流對通過多路復用器輸入到N/2M個子濾波器中的樣值上進行濾波處理。也就是說，通過兩次訪問LUT，即對于一個樣值輸入的一個子濾波器而獲得結果。然而，該結構還包括通過分組子濾波器在LUT中的加法操作。因此根據組數決定子濾波器的輸入m的值，該組數對應于子濾波器數量的約數。更進一步，LUT的容量、存儲利用率和加法器也由此被決定。換句話說，通過將分成兩組的輸入緩沖器中的位串增加到子濾波器的輸入m，濾波器輸出值通過在LUT里的索引而被輸出。
下面，如表3所示，過去最普通的結構之一的公知的橫向結構的功能，多相結構的功能，多相II結構的功能以及表示在圖4-6中的本發明的三個實施例被互相比較。(可以注意到多相結構(多相I)在“Proc.Intl.Symp.CircuitSys.，Vol.2，1998，pp.316-319”中有描述，改進的多相結構(多相II)在“Electronic Letters，Vol.35，Issue 18，pp.1504-05，Sept.’99”中有描述)。為了比較，在CDMA2000(擴展率1)中使用的48個分接頭的1∶4內插濾波被執行。
從實驗中可以看出，當子濾波器的輸入m被假設為1時(如圖4所示)，橫向濾波器結構顯示在LUT大小上減小87.5％，在存儲器容量需求上減少75.0％；多相I顯示在LUT大小上減少95.3％并且在存儲器容量需求上減少81.3％；多相II顯示各自減少90.6％和81.3％。然而，加法器將被增加到20，與多相II相比，這幾乎是最初加法器數量的3.3倍。
另一方面，當子濾波器輸入m被假定為2時(如圖5所示)，在其它傳統的結構中最有效的結構之一的多相II顯示在LUT大小上減少85.9％，在存儲器容量需求上減少25％。
因此，當m被假定為3時(如圖6所示)，多相II將變得非常有效，在相同存儲容量需求下LUT的大小和加法器都被減少。而且，當m值被假定為2時，與加法器增加到2相比，相對以LUT大小的減少和存儲容量需求的減少為主，所以它被證明是一個非常有效的結構。
雖然結合各種實施例對本發明進行了描述，但它們僅僅是用于說明。因此，按照前述的詳細說明，各種替換方式，修改和變化對本領域的普通技術人員是明顯的。前面的說明意欲覆蓋具有所附的權利要求的精神和范圍的所有這樣的替換方式和變化。
權利要求
1.一種N個分接頭的塊內插濾波器，其內插率為M，包括一個N/M大小的輸入緩沖器具有等于內插率M的濾波系數的N/M個查找表子濾波器，用于通過對輸入數據流上進行索引而輸出一個預存的濾波結果；M個加法器，用于對子濾波器輸出的每個濾波結果進行矢量相加；以及M個并行到串行緩沖器，用于緩存來自M個加法器的每個結果。
2.根據權利要求1的N個分接頭的塊內插濾波器，其特征在于輸入緩沖器是一個用于緩存N/M個樣值的過渡緩沖器。
3.一種內插率為M的N個分接頭的塊內插濾波器，包括一個N/M大小的輸入緩沖器；一個2×1多路復用器，用于對輸入緩沖器的輸出進行多路復用；N/2M個查找表子濾波器，該濾波器的濾波系數等于內插率M，用于通過對輸入數據流進行索引而輸出一個預存的濾波結果；M個加法器，用于對子濾波器輸出的每個濾波結果進行矢量相加；以及M個并行到串行緩沖器，用于緩存來自M個加法器的每個結果。
4.根據權利要求4的N個分接頭的塊內插濾波器，其特征在于，對于通過多路復用器從輸入緩沖器輸入的每個樣值，所述濾波結果是通過對N/2M個查找表子濾波器訪問兩次而輸出的。
5.一種內插率為M的N個分接頭的塊內插濾波器，包括一個N/M大小的輸入緩沖器；一個2×1多路復用器，用于對輸入緩沖器的輸出進行多路復用；至少一對查找表LUT子濾波器，用于接收來自多路復用器的m個輸入，對輸入數據流進行索引和輸出一個包含預存的加法操作的濾波結果；M個加法器，用于對子濾波器輸出的每個濾波結果進行矢量相加；以及M個并行到串行緩沖器，用于緩存來自M個加法器的每個結果。
全文摘要
基于查找表(LUT)的本發明使得能夠在一個需要高速處理的地方進行低速濾波。尤其是，這種具有塊結構的查找表結構有利于低速濾波和降低存儲器使用率。由本發明提出的這種濾波器結構與那些傳統的結構具有相同的性能，并且以低速率和低能量作為取代而對以前需要以高速率處理的一個內插過程進行濾波。而且，與傳統的基于查找表(LUT)的濾波器相比，本發明提供一種降低了存儲需求的新的濾波器結構。總之，本發明提供了一種新的濾波器結構，這種結構能夠提供一種實現在一個無線通信系統中發送終端內的作為高速處理器的低復雜性和低功耗內插濾波器的新的濾波器結構。
文檔編號H03H17/06GK1422089SQ02154748
公開日2003年6月4日 申請日期2002年9月7日 優先權日2001年9月7日
發明者李圭夏, 李忠容 申請人:三星Thales株式會社