一種mb-ofdm uwb系統的fft實現結構的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種0FDM系統接收端FFT實現結構，具體來說，涉及一種針對MB-0FDMUWB系統的128點FFT的實現結構。
【背景技術】
[0002]超寬帶(UWB)技術是一種具有大帶寬容量、低發射功率的無線通信技術，特別適合高速率，低功耗及短距離之間的數據傳輸，具有廣闊的應用前景。UWB的最早采用無載波脈沖的方式實現數據傳輸，目前主要由兩種實現方案:基于直接序列(Direct Sequence)擴頻技術及碼分多址(CDMA)技術的DS-UWB方案和基于0FDM技術的MB-0FDM方案。相對于DS-UWB方案，MB-0FDM方案具有更好的抗多徑性能及高速率傳輸時接收機結構更簡單等優點，更適用于高速率數據傳輸的應用場景。
[0003]MB-OFDM UWB系統采用快速傅里葉變換(FFT )對接收數據進行解調。由于FFT運算的復雜性，FFT模塊是MB-OFDM UWB接收機的主要功耗源之一，其復雜度對接收機的最終功耗大小具有重要的影響。同時，FFT模塊的數據處理速率直接決定系統的最大傳輸速率。
[0004]由于絕大部分MB-OFDM UWB系統應用于高數據速率，低功耗的短距離通信，導致多數MB-OFDM UWB系統對FFT模塊的復雜度和數據處理速率具有嚴苛的要求。為了體現MB-OFDM UWB技術在功耗方面比W1-Fi等傳統無線通信技術具有明顯優勢，其FFT模塊的功耗最好能控制在60mW以內。同時，MB-OFDM UWB技術支持的最高數據傳輸速率可達到Gbit/s的級別，這要求FFT模塊具有極高的數據處理速率以匹配系統的高傳輸速率。
[0005]目前針對MB-OFDM UWB系統的FFT設計普遍采用將128點的FFT運算分解成兩個64點的FFT運算，然后分別以基_4或基-8算法實現這兩個64點FFT運算。利用基_4及基-8算法運算復雜度低的特點，降低整個FFT運算的計算復雜度。但這些結構在將兩個64點FFT運算整合成128點FFT運算時存在數據處理速率瓶頸。在應用于低數據速率傳輸時，這些結構具有低復雜度、低功耗的優勢。但在應用于高數據速率傳輸時，需依靠提高系統時鐘頻率的方法來提高處理速率，從而會極大地增加整個系統的實現復雜度及功耗。
【發明內容】
[0006]針對以上不足，本發明提出一種具有低復雜度且數據處理速率高的MB-OFDM UWB系統的FFT實現結構。
[0007]一種MB-OFDM UWB系統的FFT實現結構，包括串行連接的基_8陣列模塊和二維基_4陣列模塊；基_8陣列模塊的輸出作為二維基_4陣列模塊的輸入；基_8陣列模塊實現流水線中的前三級FFT運算，每級運算都采用8條并行流水線，以8路并行的方式實現；二維基-4陣列模塊實現流水線的后四級FFT運算，每級運算同樣以8路并行的方式實現。
[0008]該結構采用8路并行流水線結構，由8 X 4 X 4三層混合基結構實現；整體結構由兩個獨立的陣列模塊組成，其中一個用于實現三層混合基結構的第一層，另一個實現三層混合基結構中的第二和第三層。
[0009]所述8路并行流水線結構采用8條并行的流水線。每條流水線總共有7級，每一級都是兩輸入兩輸出。每條流水線的每級處理16個輸入數據并產生16個輸出數據。流水線的前三級采用數據交換器在流水線之間交換數據以保證每條流水線獲得正確的輸入，后四級不需流水線間數據交換。
[0010]優選地，所述基-8陣列模塊由基-8 FFT部分、第一級數據交換器、第二級數據交換器及第三級數據交換器組成，
基_8陣列模塊完成整個流水線的前3級FFT運算，其中，基-8 FFT部分包括3級，用于完成這3級的FFT運算；其采用基于基_23運算結構的單路延遲反饋結構實現，并以8路并行的方式實現并行處理；每一級都采用了 8個并行的蝶形運算單元，并行處理16路的輸入數據，并產生16路輸出；同時，第一級采用64個存儲單元，第二級采用32個存儲單元，第三級采用16個存儲單元；基_8 FFT部分的蝶形運算單元中反饋回本級的那一路輸出需通過數據交換器進行反饋；
第一級數據交換器、第二級數據交換器及第三級數據交換器用于在每級FFT運算前進行數據交換，第一級數據交換器將整個FFT結構的輸入數據直接分配給第一級FFT運算的8條并行流水線，第一級數據交換器是將每條流水線所需的16個數據的前8個按順序緩存進流水線第一級單路延遲反饋結構的存儲單元中，而將后8個數據按順序分配給該單路反饋結構中的蝶形運算單元；整個數據交換過程不需增加額外的存儲單元；
第二級數據交換器及第三級數據交換器具有相同的實現結構，其需將上一級FFT運算的一部分輸出分配給本級的并行流水線，還需將上一級FFT運算的另一部分輸出反饋回上一級的存儲單元。
[0011]優選地，所述第二級數據交換器的實現是直接利用單路延遲反饋結構的存儲單元及蝶形運算單元存儲交換后的結果，不需額外增加存儲單元；第二級數據交換器的輸入為第一級FFT運算的輸出；其數據輸出分為兩部分:一部分反饋回第一級FFT運算的存儲單元，一部分輸出給第二級的FFT運算；
對于8條并行流水線，第二級數據交換器的數據交換將兩條流水線結成一對進行交換；第1條流水線與第5條進行數據交換，其余分別為，第2條流水線跟第6條流水線，第3條流水線跟第7條流水線，及第4條流水線跟第8條流水線進行數據交換；
第1條水線與第5條流水線之間具體的數據交換實現方式為:
每條流水線的蝶形運算單元共16個輸出數據；第1條流水線的運算單元的第0-3輸出交換到第1條流水線的第二級FFT運算的存儲單元，第4-7輸出交換到第1條流水線的第二級FFT運算的蝶形運算單元并作為其一路輸入，第8-11輸出交換到第5條流水線的第一級FFT運算的存儲單元，第12-15輸出交換到第5條流水線的運算單元并作為其一路輸入；第5條流水線的第0-3輸出交換到第1條流水線的第一級FFT運算的存儲單元，第4-7輸出交換到第1條流水線的第二級FFT運算的運算單元并作為其一路輸入，第8-11輸出交換到第5條流水線的第二級FFT運算的存儲單元，第12-15輸出都交換到第5條流水線的第二級FFT運算的運算單元并分別作為其一路輸入；
其余6條3對流水線之間的數據交換以相同的方式實現。
[0012]優選地，所述二維基-4陣列模塊由兩個基_4 FFT部分組成:前級并行基_4 FFT部分及后級并行基_4 FFT部分； 基-4 FFT部分分部完成兩級FFT運算，其中，前級基-4 FFT部分的輸入來自基_8陣列模塊的輸出，后級基-4 FFT部分的輸入來自前級基-4 FFT結構的輸出；
兩個基-4 FFT部分均直接采用基于基_22運算的單路延遲反饋結構實現；每級FFT運算均采用8條并行流水線的并行結構，能并行處理16路輸入；每條流水線的每級FFT運算處理16路數據，
其中，前級基-4 FFT部分的第一級FFT運算共采用64個存儲單元，第二級FFT運算共采用32個存儲單元；后級基-4 FFT部分的第一級FFT運算采用16個存儲單元，第二級FFT運算采用8個存儲單元
本結構采用8路并行流水線結構，由8X4X4三層混合基結構實現；首層主要由單路延遲反饋結構及數據交換器構成；第二層及第三層完全采用單路延遲反饋結構實現。用于實現第一層混合基結構的陣列模塊采用并行單路延遲交換結構外加數據交換器的實現結構，另一陣列模塊完全由并行單路延遲交換結構實現。
[0013]所述8X4X4三層混合基結構采用了基_8和基_4兩種FFT算法。流水線結構的前三級基于基-8算法實現，流水線的后四級基于基_4算法實現。其中，基_8算法由基_23算法結構實現，基-4算法由基_22算法結構實現。
[0014]所述單路延遲交換反饋結構由存儲單元、運算單元及乘法單元組成。其兩路輸出中的一路反饋回存儲單元以提高存儲單元利用率。
[0015]所述數據交換器為本級所有單路延遲反饋結構提供正確的輸入數據序列。第一級的數據交換器為并行流水結構的第一級分配輸入數據序列。第二級的數據交換器對并行流水線結構第一級的數據輸出進行交換處理，為第二級提供正確的輸入。第三級數據交換器對并行流水線結構第二級的數據輸出進行交換處理，為第三級提供正確的輸入。數據交換器以上一級延遲反饋結構中的輸出為輸入，以上一級的存儲單元及本級延遲反饋結構中的輸入為輸出。其在實現過程中復用原有的存儲單元，不需要增加存儲單元，具有存儲單元利用率高的優點。
[0016]所述基-4及基-8陣列模塊由輸入、輸出接口及FFT處理陣列組成；其中FFT處理陣列可由幾乎相同的陣列結構實現以降低陣列結構的面積及實現復雜度。兩個陣列模塊中一個用于實現基_23 FFT算法，另一個實現二維基-22 FFT算法。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的整體框圖。
[0018]圖2是本發明的基-8陣列模塊的結構圖。
[0019]圖3是本發明的二維基_4陣列模塊的結構圖。
[0020]圖4是本發明的第二級數據交換器的數據交換方式圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明做進一步的描述，但本發明的實施方式并不限于此。
[0022]本發明所述一種MB-OFDM UWB系統的FFT實現結構的整體框圖如圖1所示，其結構由基_8陣列模塊10及二維基-4陣列模塊20兩個模塊組成。基-8陣列模塊10與二維基_4陣列模塊在整個FFT結構中屬串行關系，基_8陣列模塊10的輸出作為二維基_4陣列模塊20的輸入；整個FFT結構的輸入作為基_8陣列模塊10的輸入，二維基-4陣列模塊20的輸出作為整個FFT結構的輸出。基-8陣列模塊10實現流水線中的前三級FFT運算。每級運算都采用8條并行流水線，以8路并行的方式實現。二維基_4陣列模塊20實現流水線的后四級FFT運算。每級運算同樣以8路并行的方式實現。
[0023