無(wú)線通信中剪枝FFT算法研究及其可配置VLSI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們已經(jīng)不再滿足于簡(jiǎn)單的語(yǔ)音通信和低速率的數(shù)據(jù)傳輸，來(lái)自高速數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)的市場(chǎng)需求推動(dòng)了各領(lǐng)域中無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的快速演進(jìn)。但同時(shí)快速增長(zhǎng)的高速數(shù)據(jù)傳輸需求也給無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其硬件實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了一系列的挑戰(zhàn)，其中一個(gè)重要方面便是高速數(shù)據(jù)傳輸與復(fù)雜通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中巨大運(yùn)算量所需的能量消耗和移動(dòng)通信終端有限的電池容量之間的矛盾。雖然半導(dǎo)體工藝技術(shù)仍然遵循著摩爾定律在發(fā)展，但單純依賴工藝的進(jìn)步已經(jīng)不能完全抵消無(wú)線通

2、信系統(tǒng)中運(yùn)算量快速增長(zhǎng)所帶來(lái)的功耗增加，通過(guò)設(shè)計(jì)方法和硬件架構(gòu)上的改進(jìn)以提高硬件實(shí)現(xiàn)的功耗效率成為目前研究者關(guān)注的重點(diǎn)。
　　 從提高硬件實(shí)現(xiàn)功耗效率的角度出發(fā)，本文針對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)中，尤其是OFDM/OFDMA系統(tǒng)和認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用的剪枝FFT算法及其硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，從算法、結(jié)構(gòu)和硬件實(shí)現(xiàn)的不同層面對(duì)剪枝FFT進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。
　　 本文首先分析了無(wú)線通信中剪枝FFT的應(yīng)用，其中重點(diǎn)研究了OFD

3、M/OFDMA系統(tǒng)中信道估計(jì)和調(diào)制解調(diào)以及認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中的頻譜感知和動(dòng)態(tài)頻譜接入算法中剪枝FFT使用的特點(diǎn)，確定了無(wú)線通信中剪枝FFT的應(yīng)用需求；在分析和總結(jié)已有剪枝FFT算法和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，確定了本文的研究?jī)?nèi)容和研究目標(biāo)。
　　 然后本文研究了通用的剪枝FFT算法。針對(duì)現(xiàn)有剪枝FFT算法中剪枝靈活性和適用范圍不足的問(wèn)題，文中提出了一種通用的混合基剪枝FFT算法，并給出了一般混合基SFG的剪枝計(jì)算方法；另外本文提出了一種分層剪

4、枝策略，和高基(High－Radix)FFT的組合分解算法相結(jié)合，進(jìn)一步降低了剪枝FFT的算法復(fù)雜度。
　　 在通用剪枝FFT算法研究的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)通用剪枝FFT實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題--剪枝SFG信息的組織方法進(jìn)行了研究，其中重點(diǎn)針對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)中剪枝信息的表示、存儲(chǔ)和使用等問(wèn)題進(jìn)行了分析。文中提出了一種優(yōu)化的SFG剪枝信息壓縮方法，利用FFT SFG的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和合理的軟硬件劃分，有效降低了剪枝信息的存儲(chǔ)需求。
　　 接下來(lái)

5、本文研究了剪枝FFT的硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)并設(shè)計(jì)了通用的剪枝FFT可配置IP核。不同于已有文獻(xiàn)中基于可編程計(jì)算平臺(tái)或基于ASIC專(zhuān)用硬件的實(shí)現(xiàn)方法，本文從靈活性和功耗效率出發(fā)，根據(jù)通用剪枝FFT的算法特點(diǎn)，重新劃分了剪枝FFT實(shí)現(xiàn)的軟硬件界線，設(shè)計(jì)了以剪枝蝶形運(yùn)算指令為核心的通用剪枝FFT可配置IP核，一方面為剪枝FFT的實(shí)現(xiàn)提供了高效靈活的運(yùn)算引擎，另一方面為系統(tǒng)級(jí)剪枝FFT實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化提供了足夠的靈活性。
　　 最后本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了通