基于FPGA的激光测距系统中基4算法的FFT研究

文章提出了利用可编程逻辑器件FPGA通过硬件来实现快速傅立叶变换(FFT)的基4算法,提出了采用两个蝶形运算器同时并行计算,每次蝶形运算按顺序进行的结构,将并行处理与顺序处理相结合,提高并行度和数据吞吐量,每次蝶形运算时间不超过1μs,完成整个256点复数FFT运算大约需要120μs左右,同时又节省资源。该方法在激光矿井提升机位置跟踪系统中应用取得了良好效果。

一种新的基-4SOVA译码算法

SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)类算法因其译码时延远低于MAP类算法已成为Turbo码的实用译码算法,为了进一步减小译码延迟,提高译码速度,该文在简单分析基-4Max-Log-MAP算法的基础上,提出了一种新的基-4SOVA算法,并进行了完整的数学推导。该算法的关键是提出了一种新的可信度更新方法,可实现编码网格图中两步状态转移合并后的可信度的更新。仿真结果表明,新算法的误码率性能非常接近基-4Max-Log-MAP算法,当自适应引入外信息系数后,逼近基-4MAP。而且新算法具有译码延迟小、存储资源占用少等优点,达到了与计算复杂度的良好折中。

FPGA实现的基4FFT处理器高效排序算法研究

在FFT处理器的设计中,蝶形处理部件是关系整个处理器运行速度与资源的核心部分。对于1 0 2 4点的FFT复数浮点运算,本文旨在提出一种高效的基4排序算法,该算法基于按时间抽取的基4FFT,结合了流水线和并行方式的特点,利用4个循环序列进行时序控制,用3个实数乘法器实现基4蝶形的3次复数乘法,相对于传统的基4FFT算法可以节省75 %的乘法器逻辑资源。实验结果表明,用该算法设计的1 0 2 4点复数基4FFT处理器在1 0 0 MHz的主时钟频率下运算速度为5 1 .2 9μs,满足了FFT运算的高速实时性要求。由于该排序思想可以较方便地扩展到基8或基1 6,但不增加进行一次基本蝶算的时钟周期数,依然是4个,故对于高基数将具有更高的效率。

一种基于改进基4 Booth算法和Wallace树结构的乘法器设计

以实现25×18位带符号快速数字乘法器为目标,采用改进的基4Booth算法以3位编码产生部分积,优化最低位产生电路,使用统一的操作扩展各部分积符号位,相比于传统方法提高了阵列规则性、节省了芯片面积;用传输门构成基本压缩器,并在此基础上优化实现高阶压缩器,进而组成一个Wallace树结构,同时将9组部分积压缩为2组,使电路仅需3级压缩、关键路径延迟时间为8个异或门延迟,有效地提高了压缩效率和降低了关键路径延迟时间。采用GF28nmCMOS工艺,以全定制流程设计,版图面积为0.0112mm^2,仿真环境标准电压1.0V、温度25℃、最高工作时钟频率1.0GHz,系统的功耗频率比为3.52mW/GHz,关键路径延时为636ps,组合逻辑路径旁路寄存器的绝对延时为1.67ns。

高性能基4快速傅里叶变换处理器的设计

研究并设计高性能基4快速傅里叶变换(FFT)处理器。采用基4算法、流水线结构的蝶形运算单元,提高了处理速度,使芯片能在更高的时钟频率上工作。运用溢出检测状态机对每个蝶形运算单元输出的数据进行块浮点检查,确保对溢出情况进行正确判断。验证与性能评估结果表明,该FFT处理器具有较高性能。

一种改进型基-8 FFT算法及其ASIC实现

本文在介绍传统 FFT 原理和流程的基础上,根据具体应用要求,结合基-4算法的长处,对传统基-8 FFT 的结构做了改进,并用 ASIC 实现了一个12位64点复数 FFT 的计算。布线后门级模型的仿真验证了改进后的结构不但计算正确,而且效率有显著的提高。论文最后简单总结了改进后12位64点复数FFT 专用电路目前已经达到的性能指标。

FFT算法运算次数的差分方程求解研究

为了准确推导FFT(快速傅里叶变换)算法的运算次数,直接从FFT递归分解式出发,建立了求解FFT算法运算次数的差分方程,求解了长度为N=2m一类递归FFT算法较为准确的运算次数,并以基2按时间抽取FFT算法为例进行了说明。还给出了求解N=2m(m为偶数)的基4按时间抽取FFT算法和按频域抽取分裂基FFT算法运算次数的差分方程及其相应的运算次数。

基于FPGA的FFT处理器的设计与实现

对FFT处理器的实现算法-频域抽取基4算法做了介绍。介绍一种以FPGA作为设计载体,设计和实现一套集成于FPGA内部的FFT处理器的方法和设计过程。FFT处理器的硬件试验结果表明该处理器的运算结果正确,并且具有较高运算速度。该方法具有设计简单灵活,体积小等优点,可用于雷达处理、高速图像处理和数字通信等应用场合。

现代雷达中的高速FFT设计

针对FFT专用处理器无法满足现代雷达高速实时信号处理的要求,提出了四种高速FFT的设计方案。方案在分析比较各种FFT算法的基础上,兼顾速度、资源和复杂度三个方面,选用基4算法,利用CORD IC算法产生旋转因子,点数和字长均可灵活配置,工程可实现性强。设计方案的性能分析和硬件实现验证了设计方案的有效性,适应现代雷达的不同处理要求。

高性能FFT设计与实现

快速傅里叶变换(FFT)在数字信号处理领域得到广泛应用,采用ASIC实现FFT变换可以实现系统高性能、低功耗、小型化。提出了FFT处理器芯片电路设计与实现方法。该芯片采用基4算法、流水线结构及16路并行运算等方法提高了处理速度,在系统时钟为80MHz的情况下,完成4096点复数FFT运算只需25μs。

OFDM系统中IFFT/FFT处理器的设计与实现

提出了Radix-4 FFT的优化算法,采用该优化算法设计了64点流水线IFFT/FFT处理器,该处理器可以在64个时钟周期内仅采用3个复数乘法器获得64点处理结果,提高了运算速度,节约了硬件资源。通过Xilinx XC2S300E Spartan2E系列的xc2s300e器件进行下载验证,仿真结果与MATLAB计算结果误差小于0.5%,该处理器已经成功应用于某OFDM通信系统中。

具有蝶型单元的FFT在FPGA上的实现

描述了一种使用FPGA实现FFT处理器的方法,基于按时间抽取(DIT)基-4算法,采用4组RAM并行为蝶型单元提供数据,使用交换器对数据进行重行排序。实验结果表明,该方案保证了运算正确性、运算精度和实现复杂度。提出了两种改进的设计思路及方法,使处理器可以获得更高的处理速度。

可编程逻辑器件FPGA与CPLD的发展与应用一例

简介目前应用广泛的可编程逻辑器件FPGA、CPLD的发展,并通过应用实例采用FPGA来实现FFT算法。

不同运算机制下FFT计算精度分析

主要研究定点、块浮点和浮点运算机制下,频域抽取基4算法的精度问题。首先分析了定点、块浮点、浮点等运算机制下,基4算法基本运算单元中数据不同表现形式及输出截位规则。然后利用MATLAB平台建立了定点与块浮点FFT仿真模型,以噪信比作为FFT输出精度指标,研究输出精度与输入信号范围、算法参数之间的关系。仿真表明,输入为随机序列时,定点与块浮点FFT输出噪信比与输入信号幅值范围、输入序列长度及算法输入位宽有关。此结论可用以解决实际工程中小信号频谱失真问题,在工程分析与设计中具有重要参考价值。

OFDM系统中低存储可配置的(Ⅰ)FFT的设计与实现

文章提出了一种OFDM系统中高速、可配置、低存储的(Ⅰ)FFT处理器设计方法。该方法采用了按频率抽取的基4流水线结构实现高速运算,利用单个原位同址运算RAM及CORDIC算法实现低存储运算,通过改变流水线的级数实现多种点数的(Ⅰ)FFT运算。整个设计通过FPGA实现。在外部时钟为100 MHz时,处理器计算一次4096点、13位长数据FFT的时间约为103μs,所消耗的存储器仅为106 Kb。

32位低功耗高速乘法器设计

采用Verilog HDL硬件描述语言,设计了一个高性能、低功耗的32位定点乘法器。该乘法器通过对基4布斯算法、4∶2压缩器算法及最终加法器的优化设计,进一步提高了乘法的运算速度。另外,在设计中加入了操作数隔离、门控时钟等低功耗设计技术,从而大幅度减少了电路功耗。采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,使用Synopsys的Design Compiler工具对电路进行逻辑综合。结果显示,最坏情况下的时间延迟为3.9ns,系统时钟频率可达256MHz,功耗小于37m W。