应用于MIMO-OFDM系统的FFT处理器的研究与设计

论文摘要

随着移动通信和无线技术的迅速发展,人们对信息传输速率和传输质量的要求不断提高。MIMO-OFDM技术结合了OFDM和MIMO技术的优势,能够大大增加信道容量,提高信息传输率和可靠性,并能有效对抗信道的频率选择性衰落,这项技术已经应用在IEEE 802.16e标准的物理层,来提供无线宽带接入服务。FFT处理器是MIMO-OFDM系统中的核心模块之一,其功能是实现OFDM调制,完成系统各个子载波上的数据调制。FFT处理器所采用算法和硬件实现的优劣直接影响到MIMO-OFDM系统芯片的性能以及成本。针对基于IEEE 802.16e标准的MIMO-OFDM系统,论文提出了一种高吞吐量、支持4路并行数据路径的256点流水线型IFFT/FFT处理器。首先,本文简介了各种FFT算法和常见的FFT处理器结构,通过深入的分析和比较,选择Cooley-Tukey基-4算法作为FFT处理器的实现算法,采用了流水线结构来设计本文的FFT处理器,并引入部分并行处理,提高了处理器的吞吐率。其次,本文对FFT处理器进行了详细设计,包括蝶形运算单元、存储单元、数据重整单元、地址产生单元、主控单元等子模块的设计和优化。最后,用RTL级实现了处理器,并进行了功能仿真和综合。本文设计的处理器采用TSMC 0.13μm工艺在Synopsys Design Compiler下进行了综合,得到该处理器最大工作频率为123 MHz,面积为2.16 mm2。当处理器工作频率为64MHz时,吞吐量达到82.9 Mbps,这已满足系统所规定的吞吐率需求。该处理器完成256点复数FFT运算需要260个时钟周期。仿真和综合结果表明,本文设计的FFT处理器完全可以满足基于IEEE 802.16e标准的MIMO-OFDM系统的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外进展
• 1.3 选题意义
• 1.4 本文所做工作及论文结构
• 2 FFT/IFFT 算法介绍
• 2.1 DFT 算法
• 2.2 FFT 算法
• 2.3 本课题所采用的算法
• 2.4 本章小结
• 3 FFT/IFFT 处理器设计
• 3.1 引言
• 3.2 传统FFT 结构介绍
• 3.3 FFT/IFFT 处理器整体结构设计
• 3.4 FFT 处理器的单元模块设计
• 3.5 FFT 处理器中的数据处理
• 3.6 本章小结
• 4 仿真与综
• 4.1 功能仿真
• 4.2 综合结果
• 4.3 性能分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献