本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的OFDM系統(tǒng)的FFT設(shè)計與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 正交頻分復用 多路徑延遲交叉結(jié)構(gòu) 基2~2 快速傅里葉變換 旋轉(zhuǎn)因子

【摘要】：隨著通信標準的不斷演進,LTE/LTE-A已經(jīng)被采納為新一代無線基帶通信的標準。而OFDM技術(shù)作為LTE/LTE-A系統(tǒng)的核心技術(shù)之一,因其高頻譜利用率的優(yōu)點成為高速數(shù)據(jù)在無線信道中傳輸?shù)氖走x方案。FFT/IFFT運算作為OFDM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的核心單元,是OFDM系統(tǒng)正確調(diào)制和解調(diào)的關(guān)鍵,其運算結(jié)果直接決定著OFDM系統(tǒng)的性能。因此,對FFT算子的研究對LTE/LTE-A系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化具有重要意義。本文通過對FFT算法的分析以及現(xiàn)有硬件實現(xiàn)架構(gòu)的研究,以實現(xiàn)可擴展、吞吐率高、機制控制簡單為目的,基于算法原理及其訪存特征分析設(shè)計了本文的流水線型FFT架構(gòu)。其中,設(shè)計采用基2和基2z按頻率抽取(DIF) FFT算法,架構(gòu)采用多路徑延遲交叉結(jié)構(gòu)(MDC),輸入采用乒乓操作模式,完成數(shù)據(jù)的無縫緩沖與處理。由于此種架構(gòu)存在旋轉(zhuǎn)因子存儲量過多以及順序讀取旋轉(zhuǎn)因子與計算不匹配的問題,本文通過優(yōu)化旋轉(zhuǎn)因子存儲大大降低了運算復雜度,提升了架構(gòu)的整體運算性能。并且通過分析其訪存特性,設(shè)計了基于旋轉(zhuǎn)因子ROM的線性步長可變的數(shù)據(jù)訪存機制,使之正確提取到旋轉(zhuǎn)因子。此外,本文的流水線無縫連接實現(xiàn)要求使得每級運算結(jié)束后能夠正確調(diào)整數(shù)據(jù)使之適應下級蝶形運算,為此設(shè)計了面向下級運算的數(shù)據(jù)整合方案來控制保證實現(xiàn)過程中的時序正確。最終,數(shù)據(jù)通過位反序輸出模塊調(diào)整數(shù)據(jù)順序輸出。實驗以XILINX公司的Spartan-3E系列的XC3S1200E-4FG320芯片為硬件平臺,以Modelsim、ISE、 Synplify Pro、Matlab為軟件平臺,對設(shè)計進行了綜合測試,結(jié)果顯示本文所設(shè)計的MDC-FFT架構(gòu)最高工作頻率為150MHz,可實現(xiàn)點數(shù)可變(128/256/512/1024/2048/4096點)的FFT運算,硬件開銷適中,最高點數(shù)運算符號時長為40.635μs,在充分滿足LTE-A指標要求的同時,與其他同類架構(gòu)相比,性能提高了5%-46.8%,并具有運算點數(shù)可擴展的顯著優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：正交頻分復用 多路徑延遲交叉結(jié)構(gòu) 基2~2 快速傅里葉變換 旋轉(zhuǎn)因子
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 研究背景與意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 研究內(nèi)容與設(shè)計指標13-14
• 1.4 論文組織14-17
• 第二章 OFDM系統(tǒng)及其核心算子分析17-27
• 2.1 OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理17-20
• 2.1.1 OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型17-18
• 2.1.2 OFDM系統(tǒng)的FFT實現(xiàn)18-20
• 2.2 FFT算法分析與評估20-26
• 2.2.1 FFT運算形式選擇20-21
• 2.2.2 基r-FFT算法分析及運算復雜度對比21-23
• 2.2.3 基2~2-FFT算法分析23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 FFT算法硬件實現(xiàn)架構(gòu)評估與優(yōu)化27-39
• 3.1 FFT實現(xiàn)架構(gòu)分析與比較27-29
• 3.2 流水線型FFT實現(xiàn)方案與評估29-31
• 3.2.1 流水線型FFT實現(xiàn)方案29-30
• 3.2.2 實現(xiàn)方案評估30-31
• 3.3 可擴展流水線FFT架構(gòu)優(yōu)化31-37
• 3.3.1 可擴展MDC-FFT架構(gòu)優(yōu)化31-33
• 3.3.2 基于旋轉(zhuǎn)因子ROM的線性步長可變數(shù)據(jù)訪存機制33-37
• 3.4 本章小結(jié)37-39
• 第四章 MDC-FFT架構(gòu)的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)39-49
• 4.1 系統(tǒng)架構(gòu)實現(xiàn)方案39-42
• 4.1.1 數(shù)據(jù)運算形式方案選擇39-40
• 4.1.2 硬件架構(gòu)實現(xiàn)流程40-42
• 4.2 輸入緩存模塊設(shè)計與實現(xiàn)42-43
• 4.3 蝶形運算模塊設(shè)計與實現(xiàn)43-46
• 4.4 面向下級運算的數(shù)據(jù)整合方案設(shè)計與實現(xiàn)46-47
• 4.5 本章小結(jié)47-49
• 第五章 測試結(jié)果與分析49-59
• 5.1 功能仿真49-52
• 5.1.1 整體架構(gòu)功能仿真49-50
• 5.1.2 子模塊功能仿真50-52
• 5.2 FPGA測試52-55
• 5.2.1 測試方法及步驟52-53
• 5.2.2 測試結(jié)果分析53-55
• 5.3 性能對比分析55-57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 第六章 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59
• 6.2 展望59-61
• 致謝61-63
• 參考文獻63-67
• 作者簡介67

【參考文獻】

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊玉慶;3GPP LTE下行接收系統(tǒng)的數(shù)字信號處理與VLSI實現(xiàn)研究[D];復旦大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 常靜;可配置FFT及LDPC編碼器的FPGA實現(xiàn)[D];西安電子科技大學;2014年

2 張麗;應用于MIMO-OFDM系統(tǒng)的FFT處理器的研究與設(shè)計[D];華中科技大學;2011年

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本文編號：922451