基于改进旋转因子的高性能FFT硬件设计

针对FFT硬件实现中旋转因子模块占用资源较多的问题,设计高性能单路延时反馈结构的基2²快速傅里叶变换. 采用CORDIC与MCM混合的方法设计旋转因子模块,实现了无需常规乘法器的FFT架构,不必占用DSP48E资源. 对于旋转角度数量较少的W₁₆旋转因子模块,采用基于三输入加法器的MCM方法设计,将加法器数量降到最低. 对于旋转角度数量较多的W₆₄、W₂₅₆和W_{1 024}模块,采用CORDIC方法设计. 依据旋转角度的数学规律,设计旋转角度实时生成模块,与传统的CORDIC方法相比,不需要占用ROM资源,避免了复杂的寻址逻辑和时序控制. 与其他构架相比,设计的16 bit 64点快速傅里叶变换在Xilinx Virtex-7上将单位slice吞吐率提高了35.20%,256点FFT在Virtex-5上提高了30.37%,1 024点FFT在Virtex-7上提高了25.38%.     

广义多载波调制解调滤波器组干扰分析

在广义多载波系统下,该文研究了存在子载波间干扰和符号间干扰的接收信号,在时域上给出了闭合表达式.同时选择3种不同原型滤波器,对比分析了其时域结果.结果表明,在浮点运算下,随D逐步增加,Nyq2作为原型滤波器的滤波器组的性能最终会优于Remez和rcosine.     

广义多载波调制解调滤波器组干扰频域分析

在广义多载波系统下,该文研究了存在子载波间干扰和符号间干扰的接收信号,在频域上給出了闭合表达式.同时选择3种不同原型滤波器,对比分析了其频域结果.结果表明,GMC调制解调滤波器组压制干扰的性能会受到滤波器延时和原型滤波器类型的限制.     

一种高性能快速傅里叶变换的硬件设计

针对现有架构中复数乘法器普遍存在关键路径较长且硬件效率低下的问题,设计了一种高性能单路延时反馈结构的基2²快速傅里叶变换．利用旋转因子乘法中一个乘数为常数的特点,提出用常数乘法器替代传统复数乘法器的方法来实现旋转因子乘法．另外,还提出了一种新型常数乘法器设计方法即系数放大法,通过将旋转因子常系数放大的方法使相应常数乘法器所需的加法器数量减少到最低,减小了硬件资源消耗的同时也进一步缩短了关键路径,提高了硬件效率．文中设计的16点快速傅里叶变换在0.18μm工艺下的最大时钟频率可达710MHz,面积约为0.12mm²; 对比其他构架,在Xilinx Virtex-4上所需slice数量减少8％,单位面积吞吐率约提高了1倍; 在Xilinx Virtex-5上所需LUT数量减少44％,单位面积吞吐率约提高了1倍．     

子载波间隔对广义多载波水声扩频性能的影响

针对广义多载波扩频(MC-DS)系统的子载波间隔变化对系统性能的影响,通过将多载波技术和扩频技术相结合的方法,来提高扩频的通信速率和多载波通信的稳健性.广义MC-DS系统可以通过调整子载波间隔,改变扩频增益和频谱交叠程度来应对复杂的水声信道.讨论了在水声多途信道和高斯白噪声信道下该系统随子载波间隔变化的误码性能,根据误码率曲线可以选出使误码率达到最小的最优子载波间隔,从而为系统的最优设计提供了依据.     

一类特殊DFT的快速算法

一般的DFT算法都假定输入和输出序列长度相等,实际的情况并非总是如此。鉴于此,文中讨论了输入和输出序列长度不相等的这类DFT的快速计算方法,其结果比Skinner的剪枝法和Sorensen,Burus的变换分解法更简洁高效。     

一种IEEE802.11n流水线FFT/IFFT的实现

为了解决无线通信系统结构复杂、硬件占用大的问题,设计了一种优化的流水线型FFT/IFFT处理器。该FFT处理器专为IEEE802.11n协议中SISO-OFDM系统设计,根据SISO-OFDM需完成64点、128点快速傅里叶变换(FFT)的特点,FFT处理器选择基2、基4混合算法,单路延迟反馈结构。硬件实现中,采用优化的蝶形运算单元,精简了旋转因子的存储,并设计了动态存取的输出寄存器等,输入输出位宽为10 bit时,在UMC 0.11μm CMOS工艺下将硬件描述优化成逻辑门阵列,面积约为0.3 mm2。与传统的存储器结构FFT相比,大大减少了硬件开销和芯片面积及电路功耗。     

一种提高DSSS信号载波频率估计精度的算法

针对快速傅里叶变换（fast Fourier transform,FFT）算法频率估计误差较大的问题,采用离散时间傅里叶变换（discrete time Fourier transform,DTFT）辅助FFT估计频率谱峰值,以提高直接序列扩频（direct sequence spreadspectrum,DSSS）信号多普勒测量精度的算法。该算法利用FFT估计频谱最高峰值及次高峰,在对应频点之间平均取10个频率点做DTFT,求幅值的极大值点,以确定频率谱峰值精确位置。仿真实验结果表明,该算法可有效提高捕获过程中DSSS信号频率的测量精度。     

提高FFT运算速度的几项措施

根据ＤＦＴ运算的线性特性、数字计算机的结构、汇编语言的特点,提出了几项能进一步提高ＦＦＴ运算速度的措施,可以以定点运算的速度达到了浮点运算的精度。该几项措施已经运用在ＺＺ－１旋转机械故障分析仪的功率谱运算之中。实践证明,提高ＦＦＴ运算速度的效果是十分明显的。     

可变长FFT并行旋转因子高效产生算法及实现

为了解决FFT处理并行旋转因子产生复杂、所需存储资源多的问题,该文在分体存储器结构的基础上,提出了一种新的旋转因子存储、访问策略．该策略保证混合基4/2 FFT算法每个蝶式运算所需的3个旋转因子均可无冲突并行访问,且在同一个旋转因子查找表的基础上,使计算任意小于最大可处理长度的FFT时,各级访问旋转因子地址的产生仅与最大可处理长度有关,而与当前处理长度无关．该算法仅用一个可移位累加数寄存器,实现计算过程中旋转因子地址产生的级间切换,且使一个存储体容量及访问次数减少了一半以上．     

DRM系统中OFDM模块的高效实现

结合世界性数字广播(Digital Radio Mondiale,DRM)系统具有多种鲁棒性模式和带宽占用模式的特点,设计了适用于DRM系统的快速傅里叶变换算法。与其他快速傅里叶变换算法相比较,这种通用长度N的同址、顺序素因子算法点数选取灵活,运算精度高,可以实现同址、顺序运算,因此其存储量和数据传递次数少,运算量小,运算速度快,且程序结构规整,利于软、硬件实现。该算法也可用于其他采用正交频分复用调制技术的系统。