一種fft實(shí)現(xiàn)裝置和方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種FFT實(shí)現(xiàn)裝置和方法，所述裝置包括支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)模塊和支路間FFT計(jì)算模塊，分別用于對(duì)以P條支路并行輸入的N點(diǎn)序列x進(jìn)行支路內(nèi)FFT計(jì)算、數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)、支路間FFT計(jì)算，以得到通過(guò)P條支路并行輸出的序列x的FFT運(yùn)算結(jié)果。其中，支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊包括P/2個(gè)基于流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元和P個(gè)數(shù)據(jù)排序單元，計(jì)算單元與數(shù)據(jù)排序單元以一對(duì)二的映射關(guān)系相連，且由計(jì)算單元及兩個(gè)數(shù)據(jù)排序單元組成的模塊結(jié)構(gòu)同時(shí)處理兩條輸入支路的數(shù)據(jù)流：采用DIF FFT處理一條正向輸入的數(shù)據(jù)流、采用DIT FFT處理一條逆向輸入的數(shù)據(jù)流?？梢?jiàn)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)基于流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元的復(fù)用，節(jié)約了硬件資源的開(kāi)銷(xiāo)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種FFT實(shí)現(xiàn)裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于信號(hào)與信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種FFT (Fast Fourier Transform,快速傅里葉變換）實(shí)現(xiàn)裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] FFT作為DFT (Discrete Fourier Transform，離散傅里葉變換）的高效計(jì)算方法， 在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，用于實(shí)現(xiàn)OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用）信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。
[0003] 目前，F(xiàn)FT的硬件實(shí)現(xiàn)主要采用并行流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足實(shí)際系統(tǒng)對(duì)吞吐量和處理 能力的需求。典型的并行流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)包括MDC (Multipath Delay Commutator,多路延遲換 向）前饋方案和MDF (Multipath Delay Feedback,多路延遲反饋）反饋方案。針對(duì)需進(jìn)行 FFT運(yùn)算的N點(diǎn)序列x，MDC前饋結(jié)構(gòu)和MDF反饋結(jié)構(gòu)均需要采用P個(gè)基于流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的計(jì) 算單元對(duì)X的P條并行輸入支路進(jìn)行支路內(nèi)FFT并行計(jì)算，硬件資源開(kāi)銷(xiāo)較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種FFT實(shí)現(xiàn)裝置和方法，以克服現(xiàn)有FFT并行 流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案的硬件資源開(kāi)銷(xiāo)較大的問(wèn)題，進(jìn)而為高質(zhì)量的通信服務(wù)提供支持。
[0005] 為此，本發(fā)明公開(kāi)如下技術(shù)方案：
[0006] -種快速傅里葉變換FFT實(shí)現(xiàn)裝置，包括支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)模塊和支 路間FFT計(jì)算模塊，其中 ：
[0007] 所述支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊，用于對(duì)N點(diǎn)序列X的P條輸入支路并行執(zhí)行S點(diǎn)FFT 變換，以得到τ sx，其中，s = N/P，Ts為S點(diǎn)DFT變換矩陣，X表示SXP維的輸入數(shù)據(jù)矩陣， 所包含的P列與序列X的P條輸入支路--對(duì)應(yīng)，N彡P(guān)且N，P為不小于1的自然數(shù)；
[0008] 其中，所述支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊包括

【權(quán)利要求】
1. 一種快速傅里葉變換FFT實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，包括支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)旋 轉(zhuǎn)模塊和支路間FFT計(jì)算模塊，其中： 所述支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊，用于對(duì)N點(diǎn)序列X的P條輸入支路并行執(zhí)行S點(diǎn)FFT變換， 以得到TSX，其中，S=N/P，Ts為S點(diǎn)DFT變換矩陣，X表示SXP維的輸入數(shù)據(jù)矩陣，所包 含的P列與序列X的P條輸入支路一一對(duì)應(yīng)，N彡P(guān)且N、P為不小于1的自然數(shù)； 其中，所述支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊包括
個(gè)基于流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元以及P個(gè)數(shù) 據(jù)排序單元，所述計(jì)算單元與所述數(shù)據(jù)排序單元之間以一對(duì)二的映射關(guān)系相連，每個(gè)由所 述計(jì)算單元與相應(yīng)的兩個(gè)數(shù)據(jù)排序單元組成的模塊結(jié)構(gòu)用于采用以下方式同時(shí)處理兩條 輸入支路的數(shù)據(jù)流： 對(duì)于正向輸入的數(shù)據(jù)流，先對(duì)其進(jìn)行S點(diǎn)的按頻率抽取DIFFFT運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn) 換為倒位序形式；對(duì)于逆向輸入的數(shù)據(jù)流，先將其轉(zhuǎn)換為倒位序形式，再對(duì)倒位序形式的數(shù) 據(jù)流進(jìn)行S點(diǎn)的按時(shí)間抽取DITFFT運(yùn)算； 所述數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)模塊，用于采用預(yù)先設(shè)定的N個(gè)旋轉(zhuǎn)因子對(duì)所述支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊的各輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行支路間并行的加權(quán)操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)，以得到
其中Df和Df分別表示S維和P維的對(duì)角矩陣，D為由所述N 個(gè)旋轉(zhuǎn)因子構(gòu)成的SXP維矩陣，O表示兩個(gè)矩陣的Hadamard積； 所述支路間FFT計(jì)算模塊，用于對(duì)
的各行進(jìn)行P點(diǎn)FFT變換，以得到通過(guò) P條支路并行輸出的序列X的FFT變換結(jié)果'
，其中Tp為P點(diǎn)DFT變換 矩陣，Y表示SXP維的FFT輸出矩陣，該矩陣的P列與所述的P條輸出支路一一對(duì)應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)因子為e^uv/N，其中， u G {〇, 1，…，P-1}，V G {〇, 1，…，S-1}。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述基于流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元包括
級(jí)依次相連接的計(jì)算子單元，計(jì)算子單元內(nèi)部包括復(fù)數(shù)加法器、復(fù)數(shù)乘法 器、復(fù)移位寄存器組以及數(shù)據(jù)選擇器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，每條支路數(shù)據(jù)流對(duì)所述計(jì)算子單元中乘 法器的利用率高于50%時(shí)，所述計(jì)算子單元采用TypeI結(jié)構(gòu)對(duì)其包括的復(fù)數(shù)加法器進(jìn)行 復(fù)用，所述TypeI結(jié)構(gòu)包括一個(gè)Radix-2蝶形運(yùn)算單元、兩組復(fù)移位寄存器以及六個(gè)數(shù) 據(jù)選擇器，其中第k(ke{1，…，Iog2 (N/P)})級(jí)計(jì)算子單元所對(duì)應(yīng)的復(fù)移位寄存器長(zhǎng)度 為，所述Radix_2蝶形運(yùn)算單元包括一個(gè)復(fù)數(shù)加法器和一個(gè)復(fù)數(shù)減法器；在 TypeI結(jié)構(gòu)內(nèi)部，每組移位寄存器的輸入端口各與一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器相連，用于切換不同的 數(shù)據(jù)流送入移位寄存器進(jìn)行緩存；兩組移位寄存器的輸出端口以及計(jì)算子單元的兩個(gè)數(shù)據(jù) 輸入端口各利用一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器連接至Radix-2蝶形運(yùn)算單元，以此實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)據(jù)流對(duì)蝶 形運(yùn)算單元的復(fù)用；蝶形運(yùn)算單元的一條輸出支路直接反饋回相應(yīng)的復(fù)移位寄存器，另一 條輸出支路則通過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)選擇器連接到計(jì)算子單元的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出端口上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，每條支路數(shù)據(jù)流對(duì)所述計(jì)算子單元中乘 法器的利用率低于50%時(shí)，所述計(jì)算子單元采用TypeII結(jié)構(gòu)對(duì)其包括的復(fù)數(shù)加法器和復(fù) 數(shù)乘法器進(jìn)行復(fù)用，所述TypeII結(jié)構(gòu)包括一個(gè)Radix-2蝶形運(yùn)算單元、一個(gè)復(fù)數(shù)乘法器、兩 組復(fù)移位寄存器以及八個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，其中第k(ke{1，…，Iog2 (N/P)})級(jí)計(jì)算子單元所 對(duì)應(yīng)的復(fù)移位寄存器長(zhǎng)度為;在TypeII結(jié)構(gòu)內(nèi)部，復(fù)數(shù)乘法器的輸入端及輸出 端分別連接一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，以實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)據(jù)流對(duì)乘法器的復(fù)用；每組移位寄存器的輸入 端口各與一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器相連，用于切換不同的數(shù)據(jù)流送入移位寄存器進(jìn)行緩存；兩組移 位寄存器的輸出端利用一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器連接至Radix-2蝶形運(yùn)算單元的一個(gè)輸入端口，而 執(zhí)行DIF運(yùn)算的數(shù)據(jù)輸入端口與復(fù)數(shù)乘法器的一條輸出支路利用一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器連接至 蝶形運(yùn)算單元的另一個(gè)輸入端口，以此實(shí)現(xiàn)兩路數(shù)據(jù)流對(duì)蝶形運(yùn)算單元的復(fù)用；蝶形運(yùn)算 單元的一條輸出支路參與復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算后反饋回相應(yīng)的移位寄存器，另一條輸出支路則通 過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)選擇器連接到計(jì)算子單元的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出端口上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)排序單元包括
級(jí)依次相連接的排序子單元，其中，第i級(jí)由一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)i的移位寄存 器和兩個(gè)數(shù)據(jù)選擇器：前端數(shù)據(jù)選擇器和后端數(shù)據(jù)選擇器組成，Li =S/2i-2H，ie{1，2,… ，％}，每一級(jí)的數(shù)據(jù)選擇器通過(guò)同一控制信號(hào)進(jìn)行控制；在排序子單元內(nèi)部，初始數(shù)據(jù)輸入 端口以及移位寄存器輸出端口均連接到兩個(gè)數(shù)據(jù)選擇器上，前端數(shù)據(jù)選擇器的輸出數(shù)據(jù)直 接送至移位寄存器單元進(jìn)行緩存，而后端數(shù)據(jù)選擇器的輸出數(shù)據(jù)則直接作為整個(gè)排序子單 兀的輸出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)模塊包括P-I個(gè)復(fù)數(shù)乘法 器，所述P-I個(gè)復(fù)數(shù)乘法器用于采用旋轉(zhuǎn)因子e"_2nuv/N對(duì)所述支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊的第2至 P條輸出支路進(jìn)行并行的加權(quán)操作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支路間FFT計(jì)算模塊包括
級(jí)依次相連接的支路間FFT計(jì)算單元，每級(jí)支路間FFT計(jì)算單元包括
個(gè)所述Radix-2 蝶形運(yùn)算單元以及必要數(shù)目的復(fù)數(shù)乘法器。
9. 一種FFT實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括： 對(duì)N點(diǎn)序列X的P條輸入支路并行執(zhí)行如下的S點(diǎn)FFT變換，以得到TsX:對(duì)于正向 輸入的數(shù)據(jù)流，先對(duì)其進(jìn)行S點(diǎn)的按頻率抽取DIFFFT運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為倒位序形 式；對(duì)于逆向輸入的數(shù)據(jù)流，先將其轉(zhuǎn)換為倒位序形式，再對(duì)倒位序形式的數(shù)據(jù)流進(jìn)行S點(diǎn) 的按時(shí)間抽取DITFFT運(yùn)算； 其中，S=N/P，Ts為S點(diǎn)DFT變換矩陣，X表示SXP維的輸入數(shù)據(jù)矩陣，所包含的P列 與序列X的P條輸入支路一一對(duì)應(yīng)，N彡P(guān)且N，P為不小于1的自然數(shù)； 采用預(yù)先設(shè)定的N個(gè)旋轉(zhuǎn)因子對(duì)所述支路內(nèi)FFT計(jì)算模塊的各輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行支路間并 行的加權(quán)操作，以得到
，其中
和
分別表示S維和P維的 對(duì)角矩陣，D為由所述N個(gè)旋轉(zhuǎn)因子構(gòu)成的SXP維矩陣，O表示兩個(gè)矩陣的Hadamard積； 對(duì)
的各行進(jìn)行P點(diǎn)FFT變換，以得到通過(guò)P條支路并行輸出的序列X所 對(duì)應(yīng)的FFT變換結(jié)擇
> 其中Tp為P點(diǎn)DFT變換矩陣，Y表示SXP維的 FFT輸出矩陣，該矩陣的P列與所述的P條輸出支路一一對(duì)應(yīng)。
【文檔編號(hào)】G06F17/14GK104268124SQ201410502055
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】熊春林, 王建, 王杉, 魏急波, 陳彬, 張康俐 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)