基于FPGA的可变点FFT处理器的设计与实现

发布时间：2020-05-23 01:09

【摘要】： 快速傅立叶变换(FFT)是离散傅立叶变换(DFT)的一种快速算法,是数字信号处理的核心技术之一,现已广泛应用于语音、音频、图像处理、信息系统、控制和仪表、地质勘探、航空航天、生物医学设计等领域。不同的应用场合,需要不同性能的FFT处理器,特别是具有下一代移动通信(4G)背景的基于可变点FFT的OFDM和OFDMA技术的出现,使可变点FFT处理器的研究具有重要的现实意义。本文基于FPGA采用基-16和基-2/4/8按频率混合抽选的混合基算法,设计实现了可变点的FFT处理器。本设计具有如下特点:其一采用两级基-4蝶形运算单元优化实现了基-16蝶形运算单元,解决了直接将基-16蝶形运算公式转化到硬件中结构复杂和占用硬件过多的问题;其二采用一级基-4蝶形运算单元和一级基-2蝶形运算单元,实现了可变基-r蝶形运算单元(r=2,4,8);其三根据不同点数的FFT计算特点,通过不同初始值、步长、按规律排列的计数器设计实现了可变点FFT处理器中的地址发生及控制单元;其四在FFT处理器中利用级联处理结构和模块化的思想,采用高效复数乘法器和乒乓结构RAM,提高了处理速度并实现了FFT处理器运算的点数可变。本设计以FPGA芯片CycloneⅡEP2C50U484C8为硬件平台,以QuartusⅡ为软件平台,利用VHDL硬件描述语言,实现了能够满足IEEE802.16e OFDMA系统中FFT变换点数分别为128、512、1024和2048的四种要求的可变点的FFT处理器。对所设计的FFT处理器用QuartusⅡ软件综合后时钟频率达到了100MHz以上,满足了实时信号处理的要求;用ModelSim仿真软件及Matlab软件进行了仿真测试结果验证了该设计的正确性。由于采用级联结构和模块化的思想,所设计的FFT处理器可以很方便地拓展到多种点数为2的整数次幂的应用场合。
【图文】：

内部结构

言简介言概述[37-391国国防部在20世纪70年代末80年代初提出的vHslct)计划的产物，是1981年提出的一种新的硬件描述语ptionLan即age也就是我们熟知的VHDL。使用这种语言用这种语言描述他们试图描述的复杂电路;其次是他们希HSIC计划中的各成员能按标准的格式向其他成员提供设主要合同商洽谈时，都要用这种单一标准格式。目前它己应用。用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有的语言形式和描述风格与句法十分类似于一般的计算机高言程序通常含有5个部分:实体(Entity)、结构体(夕程序包伊ackage)和库(Libl刊汉)。

波形,乒乓结构,模块,仿真图

图5.5第一级模块中乒乓结构RAM的地址发生控制单元状态转换图第一级模块中乒乓结构RAM的地址发生及控制单元实体符号图如图5.6所示。图5.7和图5.8是在模式信号mode=00即实现2048点FFT运算时第一级地址产生控制单元的仿真波形图(输出地址用十进制显示)。{乞品~花币不~~”’~”’1~，，~」】1】一~·~~:川“， oCkWren:尸.，mouell二 ujFarntoeo差adrrl(1，二01adril【11.0』ad淞[11二0」adrtZfll二01图5.6第一级模块中乒乓结构RAM的地址发生及控制单元实体符号图
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP332

【引证文献】