DC-OFDM无线通信系统中FIR滤波器和FFT处理器的研究与设计

发布时间：2019-05-14 00:57

【摘要】：超宽带(Ultra-Wide Band, UWB)是一种能满足未来低成本、高速无线数字家庭要求的短距离无线通信技术,基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术的超宽带系统能在2-10 m的范围内提供高达480Mb/s数据率的无线数据传输,具有很强的应用价值。2011年,中国标准化管理委员会下属的无线个域网(Chinese Wireless Personal Area Network, C-WPAN)工作组推出超宽带中国标准,选择基于双载波正交频分复用(Dual-Carrier OFDM, DC-OFDM)技术的超宽带系统作为中国超宽带标准的技术规范。本文针对DC-OFDM无线通信系统进行了FIR滤波器和FFT处理器的研究。完成了算法研究、系统仿真、架构分析、硬件设计、电路仿真、功能验证、综合等一系列流程。针对并行FIR滤波器的设计,提出了新的并行FIR滤波器结构,提出新的多项式分解方法,使所有子滤波器具有对称系数,子滤波器实现所需的乘法器减少为原来的一半,相应的代价是加法器的增加,即使用加法器换取乘法器,从而降低硬件开销。分别采用提出的结构和现存的结构设计实现了1个72抽头32比特的FIR数字滤波器,该设计由TSMC 65nm工艺实现,DC综合结果显示,与现存的采用快速FIR算法的结构相比,72抽头2路并行FIR滤波器的面积降低了23%,3路并行FIR滤波器的面积降低了12%。提出的并行FIR数字滤波器被应用于DC-OFDM超宽带无线信道模型的硬件仿真中。设计实现了一个应用于DC-OFDM系统中的8路并行128点FFT处理器。为降低传统并行架构带来的硬件实现开销,研究了结合FFT分解的流水线多路并行架构,有效减少了实现所需的乘法器和加法器数目,在提高数据吞吐率的同时,进行了面积的优化。对不同基结构下定点FFT运算所需的硬件开销进行了定量分析与对比,从而选择合适的基结构。针对128点FFT处理器,采用了8×8×2混合基算法,并为该算法提出了8路并行延迟反馈流水线结构。为了进一步进行优化,提出了改进的旋转因子乘法器,节约了硬件资源。设计的128点FFT处理器采用SMIC 0.13μm CMOS工艺实现,芯片面积为1.44mm2。最高数据吞吐率达到1GS/s,在典型工作吞吐率500MS/s下的功耗为39.5mW。与其他128点FFT处理器相比,减小了面积,节约了功耗。
[Abstract]:Ultra-Wideband (Ultra-Wide Band, UWB) is a short-distance wireless communication technology which can meet the requirements of low cost and high-speed wireless digital home in the future. It is based on orthogonal Frequency Division Multiplexing (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,). OFDM) technology can provide wireless data transmission up to 480Mb/s data rate in the range of 2 鈮，

本文编号：2476316