DC-OFDM无线通信系统中FIR滤波器和FFT处理器的研究与设计
超宽带(Ultra-Wide Band，UWB)是一种能满足未来低成本、高速无线数字家庭要求的短距离无线通信技术，基于正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术的超宽带系统能在2～10 m的范围内提供高达480Mb/s数据率的无线数据传输，具有很强的应用价值。2011年，中国标准化管理委员会下属的无线个域网(Chinese Wireless Personal Area Network，C-WPAN)工作组推出超宽带中国标准，选择基于双载波正交频分复用(Dual-Carrier OFDM，DC-OFDM)技术的超宽带系统作为中国超宽带标准的技术规范。 本文针对DC-OFDM无线通信系统进行了FIR滤波器和FFT处理器的研究。完成了算法研究、系统仿真、架构分析、硬件设计、电路仿真、功能验证、综合等一系列流程。 针对并行FIR滤波器的设计，提出了新的并行FIR滤波器结构，提出新的多项式分解方法，使所有子滤波器具有对称系数，子滤波器实现所需的乘法器减少为原来的一半，相应的代价是加法器的增加，即使用加法器换取乘法器，从而降低硬件开销。分别采用提出的结构和现存的结构设计实现了1个72抽头32比特的FIR数字滤波器，该设计由TSMC65nm工艺实现，DC综合结果显示，与现存的采用快速FIR算法的结构相比，72抽头2路并行FIR滤波器的面积降低了23％，3路并行FIR滤波器的面积降低了12％。提出的并行FIR数字滤波器被应用于DC-OFDM超宽带无线信道模型的硬件仿真中。 设计实现了一个应用于DC-OFDM系统中的8路并行128点FFT处理器。为降低传统并行架构带来的硬件实现开销，研究了结合FFT分解的流水线多路并行架构，有效减少了实现所需的乘法器和加法器数目，在提高数据吞吐率的同时，进行了面积的优化。对不同基结构下定点FFT运算所需的硬件开销进行了定量分析与对比，从而选择合适的基结构。针对128点FFT处理器，采用了8×8×2混合基算法，并为该算法提出了8路并行延迟反馈流水线结构。为了进一步进行优化，提出了改进的旋转因子乘法器，节约了硬件资源。设计的128点FFT处理器采用SMIC0.13μm CMOS工艺实现，芯片面积为1.44mm2。最高数据吞吐率达到1GS/s，在典型工作吞吐率500MS/s下的功耗为39.5mW。与其他128点FFT处理器相比，减小了面积，节约了功耗。
无线通信;正交频分复用;超宽带系统;数字滤波器;并行处理器;系统仿真
复旦大学
硕士
微电子学与固体电子学
李宁
2014
中文
TN929.531;TN713.7
72
2016-03-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）