802.11n系统中FFT/IFFT处理器的设计与实现

摘要

802.11n系统采用了MIMO-OFDM技术，OFDM技术是利用FFT/IFFT来实现数据的正交调制和解调，FFT处理器是OFDM系统中的核心数据处理单元，为了实现OFDM系统的广泛应用，设计基于802.11n系统的FFT/IFFT有着重要的实用价值和应用意义。
　　 本文首先设计了一种应用于802.11n的64/128点FFT/IFFT处理器。采用基于存储器的单蝶形四路并行结构可以有效地实现对连续流的处理。不仅能实现64点和128点FFT/IFFT，而且位宽可以任意配置。采用了一种改进的混合基蝶形单元，可以实现基4和基2运算，和传统的4路并行方法相比，需要更少的硬件资源。数据运算采用了块浮点算法，增大了数据的动态范围，有效的解决了FFT中运算溢出的问题，以接近定点格式的资源达到了更高的精度。在HJTC0.18um CMOS工艺下完成综合、版图设计、静态时序分析和后仿真，投片面积为：2.04×1.96mm2，内核面积为：1.35×1.27mm2，内核最高工作频率可达300MHz。由仿真波形可以看出：完成64点FFT/IFFT运算只需48个时钟周期，完成128点FFT/IFFT运算只需128个时钟周期。
　　 接着设计了一种可配置高精度FFT/IFFT处理器。设计中采用了基于存储器的基4串行结构，降低了系统的复杂性，用一个复数乘法器的分时复用实现了基4蝶形运算，大大节省了资源。采用了一种改进的块浮点算法，有效避免了溢出问题并且提高了精度。运算点数可配置为64、256、1024，实部、虚部均为16bit数据，不仅可以实现FFT运算，还可以实现IFFT运算。在SMIC0.13um CMOS工艺下综合内核面积为1.25×1.58mm2，最高频率为210MHz。仿真结果显示了本设计的高精度特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.2课题的研究现状

1.2.1无线通信技术的发展

1.2.2 FFT处理器的研究现状

1.3本论文的研究内容和结构

第二章OFDM系统和FFT原理

2.1 OFDM系统

2.2离散傅立叶变换基本原理

2.3快速傅立叶变换基本原理

2.3.1基2算法基本原理

2.3.2基4算法基本原理

2.3.3基8算法基本原理

2.3.4混合基算法基本原理

2.3.5几种蝶形算法的比较

2.4快速傅里叶变换的硬件实现结构

2.4.1基于存储器结构的FFT处理器

2.4.2流水结构FFT处理器

2.4.3并行结构和阵列结构

2.5本章小节

第三章基于802.11n的FFT/IFFT处理器设计

3.1处理器的设计规范

3.1.1处理器指标参数

3.1.2处理器的整体结构设计

3.2处理器中各模块的设计

3.2.1混合基蝶形运算单元

3.2.2双乒乓结构RAM

3.2.3无冲突并行地址产生单元

3.2.4 ROM地址产生单元

3.2.5块浮点算法实现

3.3仿真与验证

3.3.1功能仿真

3.3.2 FPGA原型验证

3.4本章小节

第四章基于802.11n的FFT/IFFT的ASIC实现

4.1 DC综合

4.2版图设计

4.3 STA与后仿真

4.4芯片测试方案

4.5本章小节

第五章高精度可配置FFT/IFFT处理器设计

5.1处理器的整体结构设计

5.2处理器中各模块的设计

5.2.1基4蝶形运算单元

5.2.2点数可配置性设计

5.2.3 RAM的地址产生单元

5.2.4 ROM的地址产生单元

5.2.5高精度块浮点算法实现

5.3仿真与验证

5.3.1功能仿真

5.3.2 FPGA综合

5.3.3版图

5.4本章小节

第六章结论与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果