高性能并行FFT处理器的设计与实现

提出一种高性能并行快速傅里叶变换(FFT)处理器的设计方案,采用4个蝶形单元进行并行处理,利用改进的无冲突操作数地址映射方式,保证每个周期同时读取和写入16个数据。给出该处理器的FPGA实现,性能评测结果表明,与其他FFT处理器相比,该并行FFT处理器的性能较优,能满足实际应用需求。     

MIMO-OFDM的FFT/IFFT处理器

面向多输入多输出(MIMO)正交频分复用(OFDM)系统,设计一种可配置的FFT/IFFT运算处理器。给出多通路流水线FFT/IFFT处理器架构,通过一个输入数据重排模块,实现来自4条信道的多通路数据同时计算,支持不同数据率的FFT/IFFT运算。性能分析表明,在SMIC 0.13 μm工艺下,该处理器的最高时钟频率可达125 MHz,面积达到1.800×1.500 μm2。     

基于FPGA的1024点高性能FFT处理器的设计

为了提高FFT(Fast Fourier Transformation)处理数据的实时性,本文研究了16位1024点FFT并提出了几种有效的优化方案。在Xilinx公司Virtex-E系列FPGA上实现了工作频率50MHz以上、流水线型、基22单路径反馈结构(R22SDF)FFT处理器。仿真和性能评估结果表明本FFT处理器的有较高的性能。     

FFT处理器的FPGA设计方法

本文阐述了FFT的原理及FFT处理器的结构，深入分析了算法实现过程中数据传输的特点，在一般的实现结构上做了改进，主要介绍利用FPGA及状态机设计方法实现FFT算法，给出了FFT处理器中每个模块的具体设计方法。     

定常结构FFT算法

本文系统地讨论了定常结构FFT算法和结构,给出了构造定常结构的方法及扩展方法.定常结构FFT的每级流图均具有相同的流图结构,因而易于编程,在FFT硬件处理器中使控制器得到简化,同时使阵列处理器和流水线处理器易于实现模块化.     

q×2m的高速FFT处理器设计

对非2次幂长度的海量数据FFT处理器设计,采用补零技术会造成巨大硬件资源的浪费,且影响算法性能．提出了一种适合于硬件实现,可处理数据长度为q×2“的FFT算法（q为非2质数）以及基于此算法的FFT处理器设计方法．提出的操作数地址映射方法充分利用了算法的同址特性,使得在最少的存储空间需求下,达到最大的数据并行性;设计的混合运算单元有效地统一了混合基和q点DFT运算,减少了运算部件的资源占用率,使得多个运算单元的并行成为可能．仿真结果表明,计算16位20480点DFT运算需要7181个时钟周期,系统频率达到了105MHz．不仅有效地扩展了FFT处理器的数据处理范围,同时满足SAR等实时系统对处理速度的要求．     

q×2m的高速FFT处理器设计

对非2次幂长度的海量数据FFT处理器设计,采用补零技术会造成巨大硬件资源的浪费,且影响算法性能.提出了一种适合于硬件实现,可处理数据长度为q×2m的FFT算法(q为非2质数)以及基于此算法的FFT处理器设计方法.提出的操作数地址映射方法充分利用了算法的同址特性,使得在最少的存储空间需求下,达到最大的数据并行性;设计的混合运算单元有效地统一了混合基和q点DFT运算,减少了运算部件的资源占用率,使得多个运算单元的并行成为可能.仿真结果表明,计算16位20480点DFT运算需要7181个时钟周期,系统频率达到了105 MHz.不仅有效地扩展了FFT处理器的数据处理范围,同时满足SAR等实时系统对处理速度的要求.     

应用于OFDM系统中的高速FFT处理器设计

针对无线城域网中工作在2GHz~11GHz频带的IEEE802.16a标准,在实现其OFDM系统时提出一种高速而且经济的FFT处理器设计方案。设计中采用了Radix-4的频率抽取算法和并行的蝶型计算单元结构,而且将旋转因子预先存储在ROM中以提高处理器运行的速度。设计方案采用了单个蝶型运算单元以达到控制FFT处理器规模的目的。数据的输入与输出都共用一个存储器,这进一步节约了硬件资源损耗。     

基于CORDIC算法的高速基-4FFT处理器设计

针对目前数字信号处理中对高速傅里叶变换(FFT)的要求,进行了FFT算法研究,采用基-4算法来实现FFT处理器;设计了对称乒乓RAM结构,提高了FFT处理器的连续运算能力和运算速度;采用CORDIC算法代替复数乘法器,用移位加法实现了复数乘法运算,减小了系统资源占用,提高了系统速度,设计了防溢出控制结构,在不增加系统延时的基础上,提高了运算精度;采用AL-TERA公司FPGA进行了验证,仿真结果表明该FFT处理器最大工作频率可达168.86 MHz,能满足高速实时处理的要求。     

基于存储技术的高速嵌入式处理器的设计与实现

SoPC(片上可编程系统,System on a Programmable Chip)在嵌入式系统中有着广泛的应用,通常用FPGA(现场可编程门阵列,Field Programmable Gate Array)实现.一类嵌入式处理器,例如小波变换处理器、压缩和解压缩处理器、FFT处理器,都可以采用基于存储技术的设计方法.FPGA的片内存储资源相对较少,如何有效地利用FPGA的片内存储资源实现高速的嵌入式处理器成为需要研究的问题.文中以FFT处理器为例说明这种方法的有效性,通过采用一种地址映射调度策略和两种无冲突操作数地址映射方式,减少了所使用的FPGA片内存储资源,提高了处理速度.该FFT处理器在实际系统中起到了关键作用.     

频域抽取多维向量基快速傅里叶变换

给出了频域抽取(DIF)多维向量基快速傅里叶变换(FFT)算法。对多维频域信号的每一维,采用向量基2频域抽取法,导出了快速算法蝶形运算的一般形式。该FFT算法适合于维数为任意整数的情况,当维数为1时,算法退化为著名的频域抽取向量基2 FFT算法。为了便于编程实现,以频域抽取3维向量基FFT算法为例,给出了快速算法实现流程,该流程易于向任意整数维推广。计算量比较结果显示,频域抽取多维向量基FFT算法比多维分离式FFT算法计算量低。     

一种改进的快速傅里叶变换算法及其在故障诊断中的应用

提出了一种固定结构的快速傅立叶变换（FFT）改进算法，通过改变蝶形结构使运算过程中的每一级结构保持相同，从而减少中间结果的存取寻址时间，达到简化运算步骤、提高运算效率的目的。用此算法对一数控磨床的机械故障信号进行分析，顺利诊断出故障原因和所在位置，为排除故障提供了依据。与经典FFT算法相比，效率提高大约7.23%，表明该算法具有一定的实用性和有效性。     

高吞吐率浮点FFT处理器的FPGA实现研究

受浮点操作的长流水线延迟及FPGA片上RAM端口数目的限制,传统H可处理器的吞吐率通常只能达到每周期输出一个复数结果。本文用FPGA设计并实现了一种高吞吐率的IEEE754标准单精度浮点FFT处理器,通过改进蝶形计算单元的结构并重新组织FPGA片上RAM的访问,该处理器每周期平均可输出约两个复数计算结果,吞吐率约为传统FFT处理器吞吐率的两倍。对于1024点FFT变换,可在（512＋10）＊10=5220周期内完成。     

Eliminating the picket fence effect of the fast Fourier transform

The canonical fast Fourier transform (FFT) is afflicted by the picket fence effect (PFE). This can be ascribed to the simplification caused by viewing non-parametrically. For a periodic signal composed of frequency well-separated tones, a complex formula for retrieving a tone's frequency can be derived in light of the parametric relationship among the FFT spectral lines around each tone's main-lobe. Compared to the modulus-based interpolated FFT, this complex spectrum-based approach is less sensitive to spectral leakage. The frequency, amplitude and phase retrieving formulas are presented for the generalized Hamming window, which is used frequently in physics but seldom mentioned in the interpolated FFT literature. Numerical simulation shows that the FPE can be eliminated efficiently by this approach.     

基于FFT的均匀信道化滤波

针对基于快速傅里叶变换(FFT)的信道化滤波质量差的问题对FFT的滤波原理公式进行了推导,详细讨论了如何应用频域抽取和补零的方法解除FFT点数与低通原型滤波器长度之间的固定关系,从而能够设计出高性能的低通原型滤波器以进一步提高FFT的滤渡质量,最后通过仿真验证了方法的有效性.     

快速解线性调频技术

系统地研究了快速解线性调频技术,采用了一种快速频率估计的综合算法取代了传统的一维频率搜索方法。如采用两个ＦＦＴ并行处理,那么只需一次ＦＦＴ运行时间就可得到精确的频率估计值,整个解线性调频过程相当两次ＦＦＴ和两次相关运算时间,便于硬件实现。同时以比较简洁的方法得到了输出信噪比和最佳延迟时间的解析表达式,使本算法理论趋于完善。     

一种基于IP Core实现FFT变换的新方法

在数字信号处理领域,传统的快速傅里叶变换(FFT)实现方法无非通过软件编程和ASIC这两种方法来实现,而FPGA的出现使人们在实现FFT又多了一个方便快捷的选择。本文提出了一种基于Altera公司的FFT IPCore实现FFT的方法,该方法简单、灵活,可以缩短工程开发周期,节约成本。     

FPGA implementation of a 10 GS/s variable-length FFT for OFDM-based optical communication systems

The transmission rate in current passive optical networks can be increased by employing Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) modulation. The computational kernel of this modulation is the fast Fourier transform (FFT) operator, which has to achieve a very high throughput in order to be used in optical networks. This paper presents the implementation in an FPGA device of a variable-length FFT that can be configured in run-time to compute different FFT lengths between 16 and 1024 points. The FFT reaches a throughput of 10 GS/s in a Virtex-7 485T-3 FPGA device and was used to implement a 20 Gb/s optical OFDM receiver.     

Efficient implementation of parallel three-dimensional FFT on clusters of PCs

In this paper, we propose a high-performance parallel three-dimensional fast Fourier transform (FFT) algorithm on clusters of PCs. The three-dimensional FFT algorithm can be altered into a block three-dimensional FFT algorithm to reduce the number of cache misses. We show that the block three-dimensional FFT algorithm improves performance by utilizing the cache memory effectively. We use the block three-dimensional FFT algorithm to implement the parallel three-dimensional FFT algorithm. We succeeded in obtaining performance of over 1.3 GFLOPS on an 8-node dual Pentium III 1 GHz PC SMP cluster.     

基于新型FPGA的FFT设计与实现

在基于FPGA的FFT设计中,为了提高速度,本文提出了用移位寄存器存储旋转因子的方法,并且在Altera公司的Stratix系列的FPGA上做了验证。实验结果表明,该方法和普遍采用ROM做旋转因子存储器的方法相比,大幅提高了FFF的处理速度,能够更好地满足了FFT实时处理的要求。