FFT算法的一种FPGA实现 田丰，邓建国，贾治华，李 斌 (西安交通大学 信息与通信工程系陕西 西安710049)
摘 要：FFT运算在OFDM系统中起调制和解调的作用。针对OFDM系统中FF T运算的要求，研究了一种易于FPGA实现的FFT处理器的硬件结构。接收单元采用乒乓RAM结构，扩大了数据吞吐量。中间数据缓存单元采用双口RAM，减少了访问RAM的时钟消耗。计算单元采用基2算法，流水线结构，可在4个时钟后连续输出运算结果。各个单元协调一致的并行工作，提高了系统时钟频率，达到了高速处理。采用块浮点机制，动态扩大数据范围，在速度和精度之间得到折衷。模块化设计，易于实现更多点数的FFT运算。
关键词：FFT；FPGA；蝶型运算；乒乓RAM结构 An Implementation of FFT Algorithm Based on FPGATIAN Feng，DENG Jianguo，JIA Zhihua，LI Bin(Department of Information & Communication Engineering,Xi′a n Jiaotong University,Xi′an,710049,China)
Abstract：In OFDM system, the modulation and demodulation are realized by FFT to meet the demand of FFT in an OFDM system, a method of reali zing FFT based on FPGA is introduced in this paper.The receiver block applies the structure of pingpang RAM which doubles the system throughput The butterflyunit of radix2 is accelerated by pipeline architecture and the results can be achieved sequentially after three clocks delay All of the components are synchronously and the high speed is gained By using blockfloat, the dynamic range of data is adaptively increased and the advantage of speed and precision is compromised Each component is designed separately Hence the design is flexible to be extended to realize FFT of more points
Keywords：FFT; FPGA; butterflyunit;structure of ping pang RAM1引言
OFDM（正交频分复用）是一种多载波数字调制技术，被公认为是一种实现高速双向无线数据通信的良好方法。在OFDM系统中，各子载波上数据的调制和解调是采用FFT（快速傅里叶变换）算法来实现的。因此在OFDM系统中，FFT的实现方案是一个关键因素。其运算精度和速度必须能够达到系统指标。对于一个有512个子载波，子载波带宽20 kHz的OFDM系统中，要求在50 μs内完成512点的FFT运算。
硬件实现FFT算法的主要方案有：DSP（通用数字信号处理器）；FFT专用芯片；FPGA（现场可编程门阵列）。DSP具有纯软件实现的灵活性，适合用于流程复杂的算法，例如在通信系统中的信道编、解码，QAM映射等算法。如果在DSP中完成FFT运算，不仅要占用大量D SP的运算时间，使整个系统的数据吞吐率降低，也无法发挥DSP软件实现的灵活性。因此，前端的FFT运算应由ASIC或FPGA完成。采用专用的FFT处理芯片，虽然速度能达到要求，但其可扩展性差。FPGA具有硬件结构可重构的特点。适合于算法结构固定、运算量大的前端数字信号处理。新近推出的FPGA产品都采用多层布线结构，更低的核心电压，更丰富的IO管脚，容量可达到100 k个逻辑单元（LES），内置嵌入式RAM资源，内部集成多个数字锁相环，多个嵌入的硬件乘法器，所有这一切都使得FPGA在数字信号处理领域显示出自己特有的优势。
本设计根据OFDM系统的实际需要，提出一种用FPGA实现FFT运算的方案，并以64点FFT为例，在Quartus II软件上通过了综合和仿真。 本篇文章共3页，此页为首页 下一页
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