三角函数值确定装置、方法及应用其的通信装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三角函数值确定装置，包括：三角函数表存储单元，用于存储三角函数表，三角函数表中包含定点化三角函数值；归一化处理单元，用于对定点化的输入角度进行归一化处理；数位获取单元，用于获取归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特；三角函数值确定单元，用于根据所述两个相邻比特，以及归一化处理后的定点化输入角度，在三角函数表中查询定点化三角函数值。本发明专利技术还公开了一种三角函数值确定方法、正余弦值确定装置及应用该正余弦值确定装置的频率偏移估计装置。应用本发明专利技术以后，降低对计算资源和存储资源的需求，极大地降低成本，并且提高频率偏移估计的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子计算装置领域，更具体地说，涉及三角函数值确定装置、方法及应用其的通信装置。
技术介绍
现代通信系统通常是基于数字信号处理(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、特定用途集成电路(ASIC)等技术中的一种，或者是其中某几种的组合来实现的。在现代通信系统中，调制器、时频同步模块、信道均衡模块以及实际通信系统中的一些其它模块，通常需要用到大量的正弦和余弦运算。随着现代通信系统的带宽越来越宽，单位时间内需要处理的数据量越来越大，对正弦和余弦等周期运算的快速性和有效性提出了很高的要求。另外，不但在通信系统中，在很多其它电子系统、控制系统中也需要大量使用正弦和余弦运算。快速有效的正弦和余弦运算不仅能够加快这些系统的响应时间、提高系统性能，而且还能有效地节省系统资源，降低系统成本。为了提高运算速度、降低系统成本，在这些系统中很多情况下都是采用定点数进行计算。当进行浮点数运算时，首先需要将浮点数转换成定点数，然后再利用定点数运算来实现浮点数的运算。将浮点数用定点数表示，并利用定点数运算来实现浮点数的运算的过程被称为定点化。下面以16比特长度的定点数为例，说明定点化的过程。在说明定点化过程之前，需要先说明正定点数和负定点数的表示方法。在目前的应用中，定点数一般都是以二进制补码形式表示的。每个16位数用一个符号位来表示定点数的正负，0表示数值为正，1表示数值为负，其余15位表示数值的绝对值，对于正整数以及0，该15位二进制数对应的数值就是该数的绝对值；而对于负整数，该15位二进制数的反码加1所对应的数值才是该数的绝对值。如下例二进制数0010000000000011b→8195二进制数1111111111111100b→-4定点化过程的关键之处就是如何以一个整数来表示一个小数，其中最重要的就是确定小数点在这16比特中的位置，即小数点左边的比特用来表示小数的整数部分，而小数点右边的比特用来表示小数的小数部分。通过设定小数点在16位比特中不同的位置，就可以表示不同大小和不同精度的小数。上面的过程就叫做数的定标，有Q表示法和S表示法两种。Q表示法只给出了表示小数部分的位宽。而S表示法则同时给出了表示整数部分和小数部分的位宽，而且这里的整数位宽是包括了符号位的。一般将S表示法中的a，b分别称为整数位宽和小数位宽。有的表示方法与这里的表示有所不同，并不把符号位包括在整数位宽里。这只是在表示形式上有所区别，其对应的运算过程是完全一样的。同样一个16位数，若小数点设定的位置不同，即定的标不一样，它所表示的数也不一样。不同的定标值所表示的数不仅范围不同，而且能够表示的精度也不相同，在总的比特位数相同的情况下，小数位宽越大，能表示的数值范围越小，但精度越高；相反，小数位宽越下，能表示的数值范围越大，但精度越低。例如(16，0)的数值范围是-32768到+32767，精度为1；而(1，15)的数值范围是-1到0.999969482421875，精度是1/32768＝0.000030517578125。所以对定点数而言，数值范围和精度是一对矛盾，一个变量要能够表示比较的数值范围，需要以牺牲精度为代价；而想提高精度，则数值的表示范围就相应的要减小。在实际的定点算法中，为了到达最佳的性能，必须充分考虑到这一点。当对应的定点数是无符号数时，的则在整数位宽申不需要考虑符号位，而其它部分都有相似的处理。下面的讨论都以有符号整数为例进行说明，对于无符号整数有类似的过程，而且这里得到的所有结论在无符号整数情况下都有类似结论。在定点化条件下，通过输入的角度值，直接实时计算其对应的正弦值和余弦值往往是非常复杂的，而且速度慢，难以满足系统要求。所以这些系统中很少直接进行定点化的正弦值和余弦值的计算，而是通过查表的方式来减少运算复杂度，提高运算速度，以达到系统要求。查表方法的基本思想就是就是将一个周期内的全部或部分定点化正弦值或余弦值预先计算出来，并存在存储器内。当需要计算正弦值或余弦值时，根据输入的定点化角度值，通过计算，得到其对于正弦值或余弦值所对应的存储地址，接着到该地址直接读取储存的数值，即为该角度值对应的正弦值或余弦值。显然，这种查表方法这就需要一定的存储空间来存放预先计算所得的定点化正弦表或余弦表，还需要相对应的查表方式来查找正确的正弦值和余弦值。一般情况下，存储的表越大，查表的方法可以越简便，存储的表越小，则查表的方法就比较复杂。所以在设计查表方式时，需要综合考虑存储资源和计算资源，使得整体性能得到最优。正弦值和余弦值的查表所采用的表存储方法和查表算法并不是唯一的，合适的表存储结构和快速查表算法，能够有效的提高系统效率，降低系统成本。在现有技术中，由于正弦函数和余弦函数是周期函数，所以可以存储一个周期的正弦值和余弦值，然后再进行查表。目前主要有两种查表定值方法，分别称为第一种现有技术和第二种现有技术。对输入角度的一个周期的取值范围一般有两种情况φ∈[-π，π)和φ∈]>Tabcos(i)=cos(0+i·2π2N),i=0,1,...,2N-1---(2)]]>将公式(1)和(2)中得到浮点值，以合适的定标值进行定点化后，就分别得到了大小为2N的定点化正弦表{Tabsinz(i)}和余弦表{Tabcosz(i)}，这两个表可以分别表示]>所对应的定点化值φ′z；2、根据φ′z计算φ所对应的正弦值在正弦表{Tabsin2(i)}的位置index；index=φz′·2-(M2-N)---(3)]]>3、根据得到位置值查找对应的正弦值；(sin(φ))FIX=Tabsin2(index)---(4)]]>其中(sin(φ))FIX表示sin(φ)的定点化值，其定标参数不一定与φ相同。这就得到了定点化角度φz对应的定点化正弦值(sin(φ))FIX。φ的定点化余弦值的查找与正弦值的查找过程相似。从上面的建表过程可以看到，这种现有技术需要针对正弦值和余弦值分别建立一个大小为2N的表。为了使得正弦值和余弦值到达一定的精度要求，N值一般不能取得太小，这就需要存储2×2N个定点化值，需要大量存储资源，增加了系统成本。在第二种现有技术中，由于正弦函数和余弦函数在一个周期内具有对称性，所以可以只对 范围内的正弦值建表，其它范围的角度值，则需要根据相对应的公式换算到这个范围内。对输入角度的一个周期的取值范围一般有两种情况φ∈[-π，π)和φ∈]>范围内的正弦表，然后根据上表中的公式设计相应的查表方法。首先是预先计算φ∈]>范围内正弦值，建立正弦表。令N2为一个正整数，则可计算正弦表{Tab2sin(i)}Tab2sin(i)=sin(0+i·π/22N2),i=0,1,...,2N2-1---(5)]]>将公式(5)中得到浮点值，以合适的定标值进行定点化后，就得到了大小为2N2的定点化正弦表{Tab2sinz(i)}，这个表可以表示 范围内的正弦值。当N2＝N-2时，由公式(5)得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三角函数值确定装置，其特征在于，该装置包括：三角函数表存储单元，用于存储三角函数表，所述三角函数表中包含定点化三角函数值；归一化处理单元，用于对定点化的输入角度进行归一化处理，以得到归一化处理后的定点化输入角度； 数位获取单元，用于获取所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特；三角函数值确定单元，用于根据所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特，以及所述归一化处理后的定点化输入角 度，查所述三角函数表以确定所述定点化输入角度的定点化三角函数值。

【技术特征摘要】
1.一种三角函数值确定装置，其特征在于，该装置包括三角函数表存储单元，用于存储三角函数表，所述三角函数表中包含定点化三角函数值；归一化处理单元，用于对定点化的输入角度进行归一化处理，以得到归一化处理后的定点化输入角度；数位获取单元，用于获取所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特；三角函数值确定单元，用于根据所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特，以及所述归一化处理后的定点化输入角度，查所述三角函数表以确定所述定点化输入角度的定点化三角函数值。2.根据权利要求1所述的三角函数值确定装置，其特征在于，所述归一化处理的倍数为1，所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特为归一化处理后的定点化输入角度的小数部分最高位比特和小数部分次高位比特。3.根据权利要求1所述的三角函数值确定装置，其特征在于，所述归一化处理的倍数为2，所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特为归一化处理后的定点化输入角度的小数部分次高位比特和小数部分第三次高位比特。4.根据权利要求2所述的三角函数值确定装置，其特征在于，所述定点化的输入角度为φz，并且φz为φ根据定标为(M1，M2)的定点化后的值；所述归一化处理单元，用于根据所述定点化的输入角度φz，计算φ除以所述三角函数的周期所得到的值φ′所对应的定点化值φ′z，并且根据所述φ′z，对φ′以定标值(M′1，M′2)重新定标，得到新的定点化值φ″z，其中M′2＝N2+2，M′1＝(M1+M2)-M′2＝(M1+M2)-(N2+2)；所述数位获取单元，用于获取φ″z的小数部分最高位比特bM′2和小数部分次高位比特bM′2-1；所述三角函数值确定单元，用于根据所述新的定点化值φ″z、小数部分最高位比特bM′2和小数部分次高位比特bM′2-1查三角函数值表以确定所述定点化输入角度的定点化三角函数值，其中所述三角函数值表的大小为2N2。5.根据权利要求1、2、3或4所述的三角函数值确定装置，其特征在于，所述三角函数表存储单元，用于存储包括至少四分之一周期的三角函数值的三角函数表。6.一种三角函数值确定方法，其特征在于，该方法包括A、对定点化的输入角度进行归一化处理，以得到归一化处理后的定点化输入角度；B、获取所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特；C、根据所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特，以及所述归一化处理后的定点化输入角度，查所述三角函数表，以确定所述定点化输入角度的定点化三角函数值，其中所述三角函数表中包含定点化三角函数值。7.根据权利要求6所述三角函数值确定方法，其特征在于，步骤A所述归一化处理的倍数为1，步骤B所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特为归一化处理后的定点化输入角度的小数部分最高位比特和小数部分次高位比特。8.根据权利要求6所述三角函数值确定方法，其特征在于，步骤A所述归一化处理的倍数为2，步骤B所述归一化处理后的定点化输入角度的、与归一化处理的倍数相关的两个相邻比特为归一化处理后的定点化输入角度的小数部分次高位比特和小数部分第三次高位比特。9.根据权利要求7所述三角函数值确定方法，其特征在于，所述定点化的输入角度为φz，并且φz为φ根据定标为(M1，M2)的定点化后的值；所述步骤A包括根据定点化的输入角度φz，计算φ除以所述三角函数的周期所得到的值φ′所对应的定点化值φ′z，并且根据φ′z，对所述φ′以定标值(M′1，M′2)重新定标，得到新的定点化值φ″z，其中M′2＝N2+2，M′1＝(M1+M2)-M′2＝(M1+M2)-(N2+2)；所述步骤B为获取φ″z的小数部分最高位比特bM′2和小数部分次高位比特bM′2-1；所述步骤C为根据所述新的定点化值φ″z、小数部分最高位比特bM′2和小数部分次高位比特bM′2-1，查三角函数值表以确定所述定点化输入角度的定点化三角函数值，其中所述三角函数值表的大小为2N2。10.根据权利要求6、7、8、或9所述三角函数值确定方法，其特征在于，所述三角函数表包括至少四分之一周期的三角函数值。11.一种正余弦值确定装置，其特征在于，该装置包括，正弦值表存储单元，用于存储包含有 范围内的定点化正弦值的正弦值表，其中该表的大小为2N2；归一化处理单元，用于根据定点化的输入角度φz，计算φ′=&p...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕峻，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]