超高速全并行快速傅里叶变换器

BeardRen

摘 要：设计和实现超高速快速傅里叶变换器(FFT)在雷达与未来无线通信等系统中具有重要意义。该文提出首个
# G+ v1 m: ~  Y" \; V全并行架构的 FFT 处理器，其避免了复杂的路由寻址以及数据访问冲突等问题，基于较大基进行分解降低运算复
杂度。由于旋转因子已知和固定，大量的乘法转化为了定系数乘法。同时由于采用了串行的计算单元，在达到全并
行结构的高速度同时硬件复杂度相对较低；所有的硬件计算单元处于满载的条件，其硬件效率能达到 100%。根据
实际的实现结果，所提出的 512 点 FFT 处理器结构能够达到 5.97 倍速度面积比的提升，同时硬件开销仅占用了
Xilinx V7-980t FPGA 30%的查找表资源与 9%的寄存器资源。
关键词：快速傅里叶变换；全并行；比特串行计算；常系数乘法
2 Q! V1 d5 c7 V9 T& r1 引言
FFT(Fast Fourier Transform)作为技术核心之
8 ?/ }: D" L+ [/ Q+ v一广泛应用于雷达以及无线通信领域[1 ]
−8 。由于现
  b3 c" b2 Q/ W9 n. x4 G8 s! A有设计的吞吐率限制，系统中需要多个 FFT 单元协
: q; o% n, F4 o* I同处理。例如 4G LTE(Long Term Evolution)中，
5 R5 j% r- I0 t: j" E需要近 10 套 FFT 以满足信号接收、信道估计与均
  |! a, D4 a" H" e衡等处理需要；而在未来 5G 移动通信系统中，
2 P+ d# B) @# k! MMassive MIMO(Multiple Input Multiple Output)
- p0 D+ N: `4 y" z0 Q( d接收端可能需要多达 64~128 路 FFT 支持。为满足
7 y5 I! r2 S" t% ~% J: [未来 5G 中低时延高吞吐率的需求，探究新的实现
结构，以进一步提升 FFT 计算速度十分必要。



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