專利名稱：Mb-ofdm系統(tǒng)中超快速并行擾碼器與解擾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于 超寬帶無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超快速并行擾碼器與解擾 器。本發(fā)明能顯著提高多帶正交頻分復(fù)用超寬帶系統(tǒng)(Multi-Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra-Wide Band, MB-OFDM UWB)的擾碼與解擾速度，并且電路結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低，易于實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
超寬帶(Ultra-Wide Band, UWB)技術(shù)作為一種極具潛力的高速、短距離無線傳輸 技術(shù)，近些年在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都引起了極大的關(guān)注。結(jié)合多帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM)技 術(shù)，多帶正交頻分復(fù)用超寬帶系統(tǒng)(MB-OFDM UffB)能有效地抵抗多徑衰落和各種窄帶干擾 (Narrow-Band Interference, NBI),在無線手持設(shè)備、個(gè)人電腦和外圍設(shè)備及家庭消費(fèi)電 子類產(chǎn)品等領(lǐng)域有較廣的應(yīng)用前景。2005年，MB-OFDM被WiMedia聯(lián)盟確定為超寬帶系統(tǒng) 的物理層協(xié)議ECMA-368。在超寬帶通信中，若經(jīng)常出現(xiàn)長(zhǎng)的“0”或“1”序列，將會(huì)影響位同步的建立和保 持。在發(fā)射機(jī)中使用擾碼，可以避免這種數(shù)據(jù)對(duì)于接收機(jī)定時(shí)的不利影響。同時(shí)，為了限制 電路中存在的不同程度的非線性對(duì)其他電路通信造成的串?dāng)_，要求數(shù)字信號(hào)的最小周期足 夠長(zhǎng)。將數(shù)字信號(hào)變換成具有近似于白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的數(shù)字序列即可滿足要求，這通常用 加擾實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，系統(tǒng)工作的頻率越來越高，一般的串行擾碼已經(jīng) 不能滿足高速率的要求，因此，超快速并行擾碼器隨之出現(xiàn)了。目前傳統(tǒng)的擾碼與解擾方法使用了很多的組合邏輯(主要是異或門)來實(shí)現(xiàn)擾碼 與解擾功能，雖然寄存器的數(shù)量得到了減少，但是設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，延遲和功耗都比較大。另 一種常用的并行擾碼與解擾方式是求出前后兩個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍間輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系，然后直接得 到邏輯結(jié)構(gòu)。但是這一種方法的關(guān)鍵路徑不僅有一個(gè)寄存器，還有兩個(gè)兩輸入的異或門，所 以速度得到了一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新的擾碼器與解擾器，通過盡量減少電路的關(guān)鍵路徑 來顯著提升系統(tǒng)的擾碼與解擾速度。本發(fā)明提出的擾碼器與解擾器電路，只需要使用16個(gè)D觸發(fā)器和16個(gè)兩輸入的 異或門，不僅使電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低，而且關(guān)鍵路徑只有一個(gè)D觸發(fā)器和一個(gè)兩輸入的 異或門，從而獲得很快的擾碼與解擾速度。對(duì)于一般的通信系統(tǒng)，其生成多項(xiàng)式的一般形式如(1)式所示
g{x) = XA +XB+1(1)
其中^表示的是在串行擾碼器的硬件中寄存器的數(shù)量，i 表示的是比^小的一個(gè)正整 數(shù)。為了便于下面部分的討論，引入G其中— J^(2)
假如是第g+l個(gè)時(shí)鐘周期串行擾碼器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(初始時(shí)刻為勸),則ro^表示 的是寬度為#的并行擾碼器第j個(gè)周期所輸出的#位數(shù)據(jù)。= Iqjyfx J, §Mxj+l，■■·，q.Mxj+M-2，9MxJ+M_l ⑶ MB-OFDM系統(tǒng)的生成多項(xiàng)式為= X15+χ14+1 ,其串行擾碼器的框圖如圖
1所示，擾碼器與解擾器的初始值為..，g13,g14}。這些值被分別存在寄存器首先，假如對(duì)于給定的U是滿足下式(4)最小的整數(shù)。
_0] k<Ax2k⑷
貝U (5)式必成立。qk = ^k_Am2(h-i) +(5)
當(dāng)然這里A必需要比J-1大。接著可以計(jì)算如果位寬是ι的并行擾碼器，則需要多少 個(gè)寄存器。在這里用表示需要寄存器的最小值。假如參數(shù)g是使下式(6 )成立的最小整數(shù)。k = R + M — I(7)
W(J)的第.部分為{q0,aA ,...,qR-i} ’ IIIJ Yj .部分為{qR,qR+\，…,處+M-i >。因?yàn)?5)式
的原因，其右邊的第二項(xiàng)減少了寄存器的數(shù)量。首先對(duì)于gjM這一項(xiàng)，令君=A，代入(5) 式，并且取A的最大值1，則(5)式右邊第二項(xiàng)經(jīng)變化可求得其值為
將(8)式右邊的值與比較，發(fā)現(xiàn)只要令
R^ {A+ C) 2(s_1)(9)
則W(J)第一部分的寄存器數(shù)量一共就只需要C；)個(gè)?，F(xiàn)在討論第二部分。對(duì)J.. qR+M-\ ,令Α = ,因?yàn)檫@時(shí)的力肯定剛好滿足(4) 式，于是根據(jù)(5)式可以得到1 = ^R+M-l-A*2g + ^R+M-\-B*2g(10)
又因?yàn)?6)式已經(jīng)給定，是必然成立的，所以R + M-U^2S <R_i也必然成立。
因此，第二部分實(shí)際上并沒有增加額外的寄存器。根據(jù)(2)、(6)、(9)三式，可以求得該擾碼 器總共需要16個(gè)寄存器。在依據(jù)式(5)可以得到如圖2所示的擾碼器電路圖。電路由16 個(gè)D觸發(fā)器D0-D15和16個(gè)兩輸入的異或門Xor0-Xorl5組成，其中Xor0-Xorl5的輸出分 別接在DO-D15的輸入端口上，Dl和D2的Q信號(hào)輸出端接在XorO的兩個(gè)輸入端口上，D2和 D3的Q信號(hào)輸出端接在Xorl的兩個(gè)輸入端口上，D3和D4的Q信號(hào)輸出端接在Xor2的兩 個(gè)輸入端口上，D4和D5的Q信號(hào)輸出端接在Xor3的兩個(gè)輸入端口上，D5和D6的Q信號(hào)輸 出端接在Xor4的兩個(gè)輸入端口上，D6和D7的Q信號(hào)輸出端接在Xor5的兩個(gè)輸入端口上， D7和D8的Q信號(hào)輸出端接在Xor6的兩個(gè)輸入端口上，D8和D9的Q信號(hào)輸出端接在Xor7 的兩個(gè)輸入端口上，D9和DlO的Q信號(hào)輸出端接在Xor8的兩個(gè)輸入端口上，DlO和Dll的Q 信號(hào)輸出端接在Xor9的兩個(gè)輸入端口上，Dll和D12的Q信號(hào)輸出端接在XorlO的兩個(gè)輸 入端口上，D12和D13的Q信號(hào)輸出端接在Xorll的兩個(gè)輸入端口上，D13和D14的Q信號(hào) 輸出端接在Xor 12的兩個(gè)輸入端口上，D14和D15的Q信號(hào)輸出端接在Xor 13的兩個(gè)輸入端 口上，DO和D2的Q信號(hào)輸出端接在Xorl4的兩個(gè)輸入端口上，Dl和D3的Q信號(hào)輸出端接 在Xorl5的兩個(gè)輸入端口上，16個(gè)D觸發(fā)器D0-D15的CLK時(shí)鐘信號(hào)都接系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)， D0-D15的輸出Q0-Q15為擾碼器的16位偽隨機(jī)輸出序列。1 6位并行輸入信號(hào)與擾碼器的 1 6位偽隨機(jī)序列分別按位異或后，形成擾碼后的信號(hào)輸出。同樣結(jié)構(gòu)的解擾器的1 6位 偽隨機(jī)序列與16位并行擾碼信號(hào)分別按位異或后實(shí)現(xiàn)解擾后的16位并行信號(hào)輸出。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗小，關(guān)鍵路徑只有一個(gè)D觸發(fā)器和一個(gè)兩輸入的異 或門，經(jīng)過FPGA測(cè)試完全可以應(yīng)用在MB-OFDM系統(tǒng)中。


圖1 MB-OFDM系統(tǒng)中的串行擾碼器結(jié)構(gòu)框圖，X1-X15為15個(gè)D觸發(fā)器框圖，這 些觸發(fā)器構(gòu)成了 一個(gè)反饋移位寄存器。圖2 MB-OFDM系統(tǒng)中超快速并行擾碼器與解擾器電路圖。其中，(βΟ,βΙ^βΙ5)為 各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出，這些節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)與輸入的16位數(shù)據(jù)分別異或后就可以得到擾碼/解擾后輸 出的數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式MB-OFDM系統(tǒng)的生成多項(xiàng)式為g⑶=X15+χ14 + 1,其串行擾碼器的框圖如圖1所
示。初始值為{位0，免，.",紐3，訊4}。這些 值被分別存在寄存器^15sX145IX25X1)中。因?yàn)?br> % (k>14)的求得與生成多項(xiàng)式g(x)息息相關(guān)，所以可以由下面的方法求出。首先，第一個(gè)寄存器的值一定是由寄存器的第15個(gè)和第14個(gè)相異或(或模2加) 得到，這樣就可以知道第一個(gè)寄存器的下一個(gè)狀態(tài)。第二，當(dāng)χ移到第15個(gè)寄存器時(shí)，下一步則要把X15 + J14替代掉Xl，這樣不斷的進(jìn)行移位。最后一步，把一些可以合并的項(xiàng)合并起來。假如當(dāng)前的輸出為
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于多帶正交頻分復(fù)用超寬帶系統(tǒng)的擾碼器與解擾器，其特征在于電路由 16個(gè)D觸發(fā)器(D0-D15)和16個(gè)兩輸入異或門(Xor0-Xorl5)組成；其中，16個(gè)兩輸入異或門 (Xor0-Xorl5)的輸出分別接在16個(gè)D觸發(fā)器(D0-D15)的輸入端口上；第一 D觸發(fā)器(Dl) 和第二 D觸發(fā)器(D2)的Q信號(hào)輸出端接在第零兩輸入異或門(XorO)的兩個(gè)輸入端口上第 二 D觸發(fā)器(D2)和第三D觸發(fā)器(D3)的Q信號(hào)輸出端接在第一兩輸入異或門(Xorl)的兩 個(gè)輸入端口上，第三D觸發(fā)器(D3)和第四D觸發(fā)器(D4)的Q信號(hào)輸出端接在第二兩輸入異 或門(Xor2)的兩個(gè)輸入端口上，第四D觸發(fā)器(D4)和第五D觸發(fā)器(D5)的Q信號(hào)輸出端 接在第三兩輸入異或門(Xor3)的兩個(gè)輸入端口上，第五D觸發(fā)器(D5)和第六D觸發(fā)器(D6) 的Q信號(hào)輸出端接在第四兩輸入異或門(Xor4)的兩個(gè)輸入端口上，第六D觸發(fā)器(D6)和第 七D觸發(fā)器(D7)的Q信號(hào)輸出端接在第五兩輸入異或門(Xor5)的兩個(gè)輸入端口上，第七D 觸發(fā)器(D7)和第八D觸發(fā)器(D8)的Q信號(hào)輸出端接在第六兩輸入異或門(Xor6)的兩個(gè)輸 入端口上，第八D觸發(fā)器(D8)和第九D觸發(fā)器(D9)的Q信號(hào)輸出端接在第七兩輸入異或門 (Xor7)的兩個(gè)輸入端口上，第九D觸發(fā)器(D9)和第十D觸發(fā)器(DlO)的Q信號(hào)輸出端接在 第八兩輸入異或門(XorS)的兩個(gè)輸入端口上，第十D觸發(fā)器(DlO)和第十一 D觸發(fā)器(Dll) 的Q信號(hào)輸出端接在第九兩輸入異或門(Xor9)的兩個(gè)輸入端口上，第十一 D觸發(fā)器(Dll) 和第四十二觸發(fā)器(D12)的Q信號(hào)輸出端接在第十兩輸入異或門(XorlO)的兩個(gè)輸入端口 上，第十二 D觸發(fā)器(D12)和第十三D觸發(fā)器(D13)的Q信號(hào)輸出端接在第十一兩輸入異或 門(Xorll)的兩個(gè)輸入端口上，第十三D觸發(fā)器(D13)和第十四D觸發(fā)器(D14)的Q信號(hào)輸 出端接在第十二兩輸入異或門(Xorl2)的兩個(gè)輸入端口上，第十四D觸發(fā)器(D14)和第十五 D觸發(fā)器(D15)的Q信號(hào)輸出端接在第十三兩輸入異或門(Xorl3)的兩個(gè)輸入端口上，第零 D觸發(fā)器(DO)和第二 D觸發(fā)器(D2)的Q信號(hào)輸出端接在第十四兩輸入異或門(Xorl4)的兩 個(gè)輸入端口上，第一 D觸發(fā)器(Dl)和第三D觸發(fā)器(D3)的Q信號(hào)輸出端接在第十五兩輸入 異或門(Xorl5)的兩個(gè)輸入端口上；16個(gè)D觸發(fā)器(D0-D15)的時(shí)鐘信號(hào)(CLK)都接系統(tǒng)的 時(shí)鐘信號(hào)，16個(gè)D觸發(fā)器(D0-D15)的信號(hào)輸出Q0-Q15為擾碼器的16位偽隨機(jī)輸出序列； 1 6位并行輸入信號(hào)與擾碼器的1 6位偽隨機(jī)序列分別按位異或后，形成擾碼后的信號(hào)輸 出；同樣結(jié)構(gòu)的解擾器的1 6位偽隨機(jī)序列與1 6位并行擾碼信號(hào)分別按位異或后實(shí)現(xiàn)解 擾后的16位并行信號(hào)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擾碼器與解擾器，其特征在于在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)擾碼器與解 擾器并行輸出16位偽隨機(jī)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于超寬帶無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種MB-OFDM系統(tǒng)中超快速并行擾碼器與解擾器。本發(fā)明中，擾碼器的16比特偽隨機(jī)序列與16位并行輸入信號(hào)分別按位異或后，形成擾碼后的信號(hào)輸出。解擾器的16比特偽隨機(jī)序列與16位并行擾碼信號(hào)分別按位異或后實(shí)現(xiàn)解擾后的16位并行信號(hào)輸出。整個(gè)電路實(shí)現(xiàn)，使用了16個(gè)D觸發(fā)器和16個(gè)兩輸入異或門，電路的關(guān)鍵路徑只有一個(gè)D觸發(fā)器和一個(gè)兩輸入異或門，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以同時(shí)輸出16位隨機(jī)序列，從而使擾碼與解擾的速度大大提高。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102065055SQ20111000743
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者任俊彥, 葉凡, 夏杰峰, 李凱, 李寧, 李巍, 李慕媛, 聶彧, 許俊 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)