DTMB系统中3780点FFT处理器的算法设计及FPGA实现

论文摘要

近年来,数字电视地面广播一直是无线领域关注的热点之一,它孕育着创造一个新的移动电视市场的机遇,其应用前景深远。中国自主数字电视地面标准——GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》（英文简称DTMB）于2007年8月1日起正式实施。该标准的颁布和实施为我国地面数字电视业务的开展奠定了基础,并全面启动了我国数字电视市场。DTMB系统创新性地采用时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）技术作为其传输的关键技术。为了实现TDS-OFDM技术,3780点快速傅里叶变换（FFT）处理器是其中不可缺少的重要模块之一。本文在分析当前数字电视发展现状及正交频分复用（OFDM）技术的基础上,对以下几个方面进入了深入地分析和研究。1、本文深入地研究了目前FFT的主要算法,包括基-2算法,混合基FFT算法,素因子分解算法,Winograd傅里叶变换算法（WFTA）等,并对其中关键的算法进行了推导。FFT的各类算法都有其优点和不足,如何进行选择需要根据实际的系统而定。2、本文详细地讨论了3780点FFT的多种实现方案,就如何对3780点FFT的分解进行算法复杂度分析。并根据DTMB系统的特点,通过多次摸索和分析,提出了一种能够很好地适合DTMB系统的3780点FFF的算法设计方案,并搭建C仿真平台进行定点化仿真与验证。该算法综合利用素因子分解算法、混合基FFF算法和WFFA,将3780点进行层层分解,从而大大减少了算法复杂度。3、本文在分析FPGA设计及开发流程的基础上,采用流水线结构来进行3780点FFT处理器的硬件设计,大大提高了系统吞吐量,并最终完成了电路一致性验证过程和综合过程。软硬件仿真表明该设计满足了TDS-OFDM系统的信噪比要求,并大大降低了3780点FFT处理器所需的逻辑资源,适用于符合国家标准要求的调制与解调系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数字电视发展概述
• 1.2 数字通信系统概述
• 1.2.1 数字通信系统的基本结构
• 1.2.2 单载波与多载波系统
• 1.2.3 OFDM系统
• 1.3 课题的研究工作及内容安排
• 第2章 DTMB发射机与接收机系统
• 2.1 DTMB发射机系统
• 2.2 DTMB接收机系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 FFT算法的研究
• 3.1 傅里叶变换
• 3.1.1 DFT概述
• 3.1.2 FFT算法的发展
• 3.2 FFT的实现方法
• 3.2.1 基于Cooley-Tukey算法的FFT算法
• 3.2.2 其他FFT算法
• 3.3 本章小结
• 第4章 3780点FFT处理器的算法设计
• 4.1 3780点FFT的算法研究
• 4.1.1 基-2或基-4算法设计方案
• 4.1.2 混合基算法设计方案
• 4.1.3 素因子算法设计方案
• 4.1.4 WFTA算法设计方案
• 4.2 3780点FFT算法的改进及仿真
• 4.2.1 算法设计
• 4.2.2 FFT运算中数据表示
• 4.2.3 仿真验证
• 4.3 本章小结
• 第5章 3780点FFT处理器的FPGA实现
• 5.1 FPGA设计方法及开发流程
• 5.1.1 FPGA设计方法
• 5.1.2 FPGA开发流程
• 5.2 硬件电路的设计
• 5.3 一致性验证及综合
• 5.3.1 一致性验证过程
• 5.3.2 综合过程
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文