OFDM系统中低存储可配置的(Ⅰ)FFT的设计与实现.pdf

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1、石油仪器PETR0LEUMINSTRUMENIS2010年12月·计算机与通讯技术·OFDM系统中低存储可配置的(I)FFT的设计与实现陈超余厚全龚光勇朱嵘涛(中石油川庆测井公司重庆)摘要：文章提出了一种OFDM系统中高速、可配置、低存储的(I)F处理器设计方法。该方法采用了按频率抽取的基4流水线结构实现高速运算，利用单个原位同址运算RAM及CORDIC算法实现低存储运算，通过改变流水线的级数实现多种点数的(I)FFT运算。整个设计通过FPGA实现。在外部时钟为100MHz时，处理器计算一次4096点、13位长数据F

2、fTr的时间约为103Hs，所消耗的存储器仅为106Kb。关键词：快速傅立叶变换；正交频分复用；坐标旋转数字计算机；基4算法；现场可编程门阵列中图法分类号：P681．83文献标识码：B文章编号：1004—9134(2010)06—0074—03种形式，其区别在于输入数据和旋转因子乘、加的顺序O引言不同。在DIT中，蝶形运算的输人数据和旋转因子是随着成像测井等测井新技术的发展，测井过程中先乘后加，而在DIF中，则是先加后乘，两者并没有实需要实时上传的数据量越来越大。受限于测井电缆恶质区别。本设计采用的是DIF的基4FF

3、Tr的算法。劣的传输环境，传统的测井电缆数据传输系统的传输1．2CORDIC算法速率一般只有100kb／s，极大的限制了整个成像测井一个基4蝶形运算单元需要8个复加和3个复系统的性能。OFDM(正交频分复用)是一种多载波调乘，也就是12个实数乘法和22个实数加法，若直接用制技术，由于其具有高效的频谱利用率、抗窄带干扰及乘法器实现需要消耗大量的硬件资源，还需要专门用对抗频率选择性衰落等能力，已被广泛应用于各种宽一块ROM存放旋转因子的实部和虚部。所以本文采带通信系统中。根据测井电缆的传输特性，将OFDM用CORDIC算

4、法来实现蝶算单元的乘法。技术应用到测井电缆数传系统中将有望大大提高测井电缆数据传输的速度。OFDM系统中最核心的部分无2(I)FFT／FFT处理器的设计和实现疑是负责调制解调的(I)FFr／FFr运算。其(~)vvr的参数化(I)FFT处理器的结构如图1所示，首先给变换点数都是多种可配置的，对FFT处理器的数据吞定位长的4肘点数据串行输入到RAM中经过第一级吐量和数据处理的实时性也有着很高的要求。为满足(共M级)基4蝶形运算处理后，得到的数据经过“溢这些需求，本文设计了一种高速、位长及点数可配置、出检测控制模块”处理

5、，再写入到双口RAM中，经过低存储的(I)FFT处理器。该处理器采用了乒乓流水第二级基4(I)FFvr运算处理。重复上述操作，直到第线结构来满足高速、大吞吐量数据处理要求，单个原位后，数据经过“4M级点(I)FFT／F盯”后直接混序输出，同址运算RAM及CORDIC算法实现低存储运算，通过之后输出整序和循环前缀插人共用一个模块，这样做改变流水线的级数来实现多种点数的(I)FFTr变换。(1柙盯选择·溢出检测控制卜_{C旋转因子产生1算法选择控制型数据输入信号—I⋯⋯南f数1．1FFT算法选择一地址l整序产生(1)FF

6、T4~IFII输出循环从FF’rI、算法的复杂性来看，基4算法比基2算法一lf1)FFr启动模块(1田盯旋转因子启动—前缀输日减少约20％的运算量。从硬件实现的难易程度来看，输出有效插入基4算法具有比分裂基和更高基较易控制的特点。FFT算法有按时间抽取DIT和按频率抽取DIF两图1图1OFDM系统中参数化(I)FFT整体实现框图第一作者简介：陈超，男，1985年生，长江大学工程技术学院信息系硕士研究生，主要研究方向为软件无线电。邮编：4340232010年第24卷第6期陈超等：OFDM系统中低存储可配置的(J)FFT

7、的设计与实现不仅节省了一级存储器，而且在下一次(I)FFvr开始2．4CORDIC模块前，不必等待上一次(I)FfTr的输出、整序及循环前缀CORDIC算法的原理在前面已有说明，其硬件实插入，从而大大提高了处理器的速度。各个功能模块现如图3所示，本设计采用的是流水线结构。该结构的设计和实现如下：能够在执行过程中同时输入数据，从而极大的提高了2．1控制信号与地址产生模块模块的运行效率。在该结构中，每一个移位都是固定控制信号与地址产生模块是整个系统的核心，也的深度，且旋转因子的各个值作为常数直接连到累加是最复杂的部分。它

8、负责控制系统运行过程中的各个器上，不需要存储空间和读取时间。整个CORDIC简启动信号的产生，及对高速数据存储交换单元RAM化为加减法的直接相连，硬件实现非常的简单方便。的操作，选择何时该写入何处的数据，同时产生各级流，(0)0)Z(O)水线中RAM的读写地址。其工作流程可以简述如下：在(I)FFT启动信号发出后，判断(I)F的选择信号(如0为