DMB-T系统中FFT处理器的研究和硬件实现.pdf

DMB-T 系统中FFT 处理器的研究和硬件实现 崔振，王永贺 北京邮电大学电信工程学院多媒体中心，北京 (100876) E-mail：buptcz@ 摘 要：作为地面数字多媒体/ 电视广播传播系统(DMB-T) 中的重要模块之一的 3780 点的 FFT 模块,由于不适合直接利用现已成熟的基-2 和基-4 的算法,本文提出了一种基于存储器的 3780 点FFT 的FPGA 设计和实现，借助WFTA 算法和PFA 算法，把3780 分解为7×9×5×4×3 共 5 级的流水线结构，同时对整个系统的功能进行仿真和分析，其性能满足了TDS-OFDM 系统的信噪比要求。 关键词：FFT ，WFTA ，PFA ，流水线 中图分类号：TN91 1．引言 地面数字电视广播无线传输是新一代广播电视系统的重要组成部分，不但必须具有支持 传统电视广播服务的基本功能，而且还要具有适应新一代广播电视服务的可扩展功能。2006 [1] 年8 月颁布的《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》标准(GB 20600-2006), 作为我国的地面数字电视广播标准，融合了清华大学的DMB-T 和上海交大的ADTB-T 。 DMB-T 采用多载波传输其核心是时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)技术,使用 3780 个子载波来传输数字电视信号,为了实现TDS-OFDM 技术3780 点的FFT 模块是其中不可或 缺的重要模块之一，所以研究3780 点FFT 对理解DMB-T 系统有重要的现实意义。 目前的FFT 算法多是基于基于基-2 和基-4 的，关于基-2 和基-4 的FFT 从软件仿真到硬 件实现已有很多种成熟的算法。但由于3780 的FFT 并非以2 为基或者以4 为基，所以在实 现时主要有以下两种方法： 一种方法是把3780 点通过内插得到4096 点再利用各种基-2 或基-4 算法做4096 点的FFT 再采样从而得到3 780 点FFT 。 另一种方法是综合利用 WFTA ，素因子算法(PFA) 以及混合基算法，将 3780 点分解成 63*60，再将63 分解成7*9，60 分解成3*5*4，最终实现3780 点FFT 的计算。 本文重点对后者进行深入研究，并在Stratix Ⅱ EP2S90F1020C5 平台上进行硬件实现。 2 ．3780 点FFT 的算法和硬件结构设计 2.1 Winograd 小数点DFT 算法 Winograd 小数点DFT 算法的核心思想是将DFT 转换为循环卷积，然后利用快速的循环 卷积算法计算。鉴于已经有人推导了3，4 ，5，7，8，9，13 等点数的Winograd 算法[2] 。小 N 点DFT 算法可以表示成： X O D I x N N N (1) I 其中 N 是M*N 输入矩阵，是平凡矩阵，仅由0，-1，1 等元素或一些小整数构成，且 D O M ≧N ；其中 N N 是M*M 的对角矩阵，其元素是实数或纯虚数； 是N*M 输出矩阵，也 是平凡整数。这些性质尤其利于硬件实现[3] 。 因此，利用Winograd 嵌套算法(WFTA)计算大点数DFT 的一般步骤是 -1- ⑴ 利用下标映射将大N 点的DFT 化为互素的小N 点的DFT ； ⑵ 把小N 点的DFT 化为循环卷积； ⑶