适用于G.hn标准中电力线信道的实序列FFT处理器的设计与实现

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:meganleejin
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G.hn是国际电信联盟(ITU)为正在高速发展的有线互联的家庭网络制定的标准,该标准同时支持电话线、同轴电缆和电力线三种传输介质,而电力线是其中最为复杂的介质。其物理层的传输速率理论上可达1Gbit/s,预期将成为新时期家庭网络有线互联技术的基础。G.hn标准采用OFDM调制技术,而快速傅里叶变换(FFT)是该技术的核心。因此在本论文中,我们创新设计了一个具有高处理速度、高吞吐率、高集成度、高灵活性、高精度和接口简单标准化等优点的,适用于G.hn标准中电力线信道的实序列FFT处理器。具体地说,本论文主要完成了以下三个方面的创新工作:第一,本论文研究了电力线信道的特性,并搭建了一个具有频率选择性、显著衰减并且随时间变化的电力线信道模型,用于FFT算法仿真与误差分析。第二,本论文研究了FFT的Radix-2/4/8算法,比较了各种算法的优缺点,选择了Radix-4作为FFT处理器的基本算法。利用实序列FFT算法的周期性和对称性,提出了一种创新算法,可以使运算量减少近一半,大大提高运算效率和处理速度。接着,为提高处理器的运算精度和减少硬件面积,采用Stage-based块浮点(BFP)算法用于IFFT/FFT数据的存储和运算。最后,使用Matlab对Radix-4BFP FFT算法进行仿真,对不同的定点方案做误差分析,最终找到了输入输出数据和旋转因子的最佳精度要求。第三,本论文研究了FFT处理器现有的架构,透彻分析了流水线式和存储器式两种架构的优缺点,设计了适用于G.hn标准OFDM系统的,基于乒乓RAM、流水线的实序列块浮点FFT处理器架构,结合了流水线式和存储器式两种架构的优点,使得本论文设计的FFT处理器具有高处理速度和高吞吐率的优点。接着,基于以上算法原理及架构.使用硬件描述语言Verilog,完成了FFT处理器的电路设计,并使用可重用的VMM架构进行了功能验证,提高了验证效率。最后采用TSMC0.18um1P6M工艺进行实现,面积约为6.3mm2,该处理器最高工作频率可达383MHz,即本论文设计的FFT处理器完全满足G.hn系统的要求。
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