本文關(guān)鍵詞：TDS-OFDM系統(tǒng)中快速傅里葉變換（FFT）處理器的研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中,為了充分利用日益稀缺的頻譜資源,OFDM技術(shù)成為了寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中的主流技術(shù),被多種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)所采用。中國(guó)的數(shù)字多媒體／電視廣播標(biāo)準(zhǔn)(DMBT),采用了與傳統(tǒng)OFDM技術(shù)不同的時(shí)域同步正交頻分復(fù)用系統(tǒng)(TDS-OFDM)。TDS-OFDM系統(tǒng)中用PN序列填充OFDM符號(hào)間的保護(hù)間隔,無(wú)需在頻域插入導(dǎo)頻信號(hào),進(jìn)一步提高了頻譜的利用率。其信號(hào)幀的子載波數(shù)目為3780個(gè),系統(tǒng)中多載波的調(diào)制與解調(diào)使用3780點(diǎn)FFT/IFFT處理器實(shí)現(xiàn)。作為TDS-OFDM系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵模塊之一,針對(duì)3780點(diǎn)FFT處理器的算法、結(jié)構(gòu)以及硬件實(shí)現(xiàn)方法的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。論文對(duì)目前主要的FFT算法及其硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的研究,分析和推導(dǎo)了各種算法的分解過(guò)程,比較了其算法復(fù)雜度和適用范圍；在FFT處理器的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)方面,論文對(duì)目前主要的兩種硬件實(shí)現(xiàn)方式——存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和流水線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了討論和對(duì)比。論文分析和總結(jié)了已有的3780點(diǎn)FFT處理器的實(shí)現(xiàn)方法,在此基礎(chǔ)上,對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究與優(yōu)化：1.算法上,綜合運(yùn)用了庫(kù)利-圖基與古德-托馬斯兩種混合基算法,采用質(zhì)數(shù)因子優(yōu)先的逐級(jí)分解方式,降低了FFT處理器中需要存儲(chǔ)的旋轉(zhuǎn)因子數(shù)量；結(jié)構(gòu)上,基于一般混合基的存儲(chǔ)器分塊策略,得到了一種適用于3780點(diǎn)FFT的存儲(chǔ)器分配和地址生成機(jī)制,避免了FFT運(yùn)算過(guò)程中同時(shí)讀寫(xiě)多個(gè)存儲(chǔ)器塊的沖突問(wèn)題。2.針對(duì)實(shí)時(shí)計(jì)算中連續(xù)數(shù)據(jù)幀的處理要求,論文提出了一種新的輸入輸出地址映射方式,通過(guò)改變最后三級(jí)FFT的計(jì)算組合順序,高效地實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出過(guò)程中的原位運(yùn)算以及連續(xù)流的數(shù)據(jù)處理。3.針對(duì)FFT處理器中的運(yùn)算單元,論文提出了一種復(fù)用兩路3點(diǎn)、4點(diǎn)、5點(diǎn)和7點(diǎn)WFTA算法的運(yùn)算單元結(jié)構(gòu),在降低處理器的硬件消耗的同時(shí)提高了數(shù)據(jù)并行度,降低了FFT的計(jì)算周期。4.論文對(duì)旋轉(zhuǎn)因子乘法單元進(jìn)行了優(yōu)化研究,提出了一種改進(jìn)的高基CORDIC算法,在減少傳統(tǒng)CORDIC算法的迭代次數(shù)的同時(shí)保持模校正因子為一個(gè)常數(shù),基于該算法設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)因子乘法單元相比通用的復(fù)數(shù)乘法器方案具有更小的硬件面積和更低的存儲(chǔ)器消耗。在以上的研究和優(yōu)化工作的基礎(chǔ)上,論文提出了一種3780點(diǎn)FFT處理器基于存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的高效實(shí)現(xiàn)方案,詳細(xì)討論了該處理器的整體架構(gòu)以及其中關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)方法。與已有的實(shí)現(xiàn)方法相比,該結(jié)構(gòu)在硬件規(guī)模、存儲(chǔ)器消耗和計(jì)算周期數(shù)上具有優(yōu)勢(shì)。論文基于Matlab建立了3780點(diǎn)FFT處理器的浮點(diǎn)和定點(diǎn)參考模型,采用Verilog硬件描述語(yǔ)言對(duì)所設(shè)計(jì)的FFT處理器進(jìn)行了RTL級(jí)硬件實(shí)現(xiàn),并且搭建了FPGA硬件仿真與驗(yàn)證平臺(tái),對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了功能驗(yàn)證和性能評(píng)估。仿真結(jié)果表明,論文所設(shè)計(jì)的3780點(diǎn)FFT處理器很好地滿足了TDS-OFDM系統(tǒng)的要求。最后,論文基于TSMC 65nm工藝對(duì)所設(shè)計(jì)的FFT處理器核心進(jìn)行了綜合以及后端版圖設(shè)計(jì),得到了最終的版圖實(shí)現(xiàn)結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：TDS-OFDM DMBT 混合基算法 FFT WFTA CORDIC
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.53;TP332
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 引言9-16
• 1.1 課題研究的背景和意義9-13
• 1.1.1 無(wú)線通信中的OFDM技術(shù)9-10
• 1.1.2 基于TDS-OFDM的DMBT標(biāo)準(zhǔn)10-11
• 1.1.3 FFT處理器的實(shí)現(xiàn)方式11-13
• 1.2 論文的研究成果和貢獻(xiàn)13-14
• 1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)14-16
• 第二章 FFT算法與硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)16-34
• 2.1 FFT算法概述16-28
• 2.1.1 按時(shí)間抽取(DIT)的基-2FFT算法16-19
• 2.1.2 按頻率抽取(DIF)的基2-FFT算法19-21
• 2.1.3 基-4算法21-22
• 2.1.4 基-2~2、基-2~3算法22-23
• 2.1.5 庫(kù)利-圖基混合基算法23-25
• 2.1.6 古德-托馬斯混合基算法25-26
• 2.1.7 小點(diǎn)數(shù)WFTA算法26-28
• 2.2 FFT處理器的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)28-32
• 2.2.1 基于存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)28-30
• 2.2.2 基于流水線的結(jié)構(gòu)30-32
• 2.3 3780點(diǎn)FFT處理器的研究現(xiàn)狀32-33
• 2.4 小結(jié)33-34
• 第三章 TDS-OFDM系統(tǒng)中FFT處理器的研究與優(yōu)化34-59
• 3.1 逐級(jí)分解的混合基算法34-37
• 3.2 無(wú)沖突的存儲(chǔ)器分配規(guī)則37-38
• 3.3 連續(xù)數(shù)據(jù)流的I/O地址映射方式38-43
• 3.4 蝶形運(yùn)算單元的優(yōu)化43-50
• 3.4.1 3點(diǎn)WFTA算法44
• 3.4.2 5點(diǎn)WFTA算法44-45
• 3.4.3 7點(diǎn)WFTA算法45-47
• 3.4.4 復(fù)用的WFTA蝶形運(yùn)算單元47-50
• 3.5 旋轉(zhuǎn)因子乘法的優(yōu)化50-58
• 3.5.1 基-2CORDIC算法51-52
• 3.5.2 改進(jìn)的高基CORDIC算法52-54
• 3.5.3 旋轉(zhuǎn)因子乘法器結(jié)構(gòu)54-58
• 3.6 小結(jié)58-59
• 第四章 3780點(diǎn)FFT處理器的VLSI實(shí)現(xiàn)59-73
• 4.1 處理器整體架構(gòu)設(shè)計(jì)59-60
• 4.2 蝶形運(yùn)算腳標(biāo)組合生成器設(shè)計(jì)(SFG_Ni_Gen)60-62
• 4.3 蝶形運(yùn)算地址控制器設(shè)計(jì)(Bf_Addr_Gen)62-66
• 4.4 輸入輸出地址控制器設(shè)計(jì)(IO_Addr-Gen)66-68
• 4.5 數(shù)據(jù)互聯(lián)模塊設(shè)計(jì)(Bf_Mem_Switch)68-69
• 4.6 內(nèi)部字長(zhǎng)和定點(diǎn)化設(shè)計(jì)69-70
• 4.7 結(jié)果對(duì)比70-72
• 4.8 小結(jié)72-73
• 第五章 FPGA驗(yàn)證與ASIC實(shí)現(xiàn)73-80
• 5.1 RTL實(shí)現(xiàn)和仿真驗(yàn)證73-76
• 5.2 FPGA硬件實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證76-78
• 5.3 ASIC實(shí)現(xiàn)結(jié)果78-79
• 5.4 小結(jié)79-80
• 第六章 總結(jié)與展望80-82
• 6.1 總結(jié)80-81
• 6.2 展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 碩士期間發(fā)表的論文和專利86-87
• 致謝87-88

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張豐;基于TDS-OFDM的信道估計(jì)算法研究與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：1021347