基于FPGA的LTE系统中转换预编码的设计

基于FPGA的LTE系统中转换预编码的设计

1 算法选择

　　Cooley-Tukey算法和Good-Thomas算法是当前流行的FFT算法，文献[2]中已对其原理进行过深入讨论，这里不再赘述。

　　(1)Cooley-Tukey算法具有良好的模块性，并且可以实现原位计算，对输入数据以及旋转因子的抽取具有规律性。文献[3]提出的一种基3 FFT算法是Cooley-Tukey算法应用在基3 FFT中的另一种表述。这一算法区别于其他FFT算法的一个重要事实就是因子可以任意选取，通用性强，且所有的运算单元均相同，易于实现。

　　(2)Good-Thomas算法只适合因子互质的情况，由于避免了中间级乘旋转因子的运算，因此比Cooley-Tukey算法的运算次数少得多。FFT点数越大，越能体现其在节省资源方面的优点。

　　文献[4]提出一种基于Cooley-Tukey算法的传输预编码解决方案。此方案的优点是操作简单、模块规则、利于编程实现；缺点是需要做的级间旋转因子乘法较多(最多达几百)，乘法器和存储器等硬件资源开销较大，同时将大大增加系数初始化的工作量。对几种不同长度FFT运算量进行比较见表2。

　　表2中的混合算法指Good-Thomas算法与Cooley-Tukey算法相结合。可以看出，Good-Thomas算法与Cooley-Tukey算法相结合与文献[4]相比，减少了级间旋转因子乘法数，可以有效降低运算量，这些运算量的降低对整个系统的实现起着至关重要的作用，而其付出的代价只是复杂度的略微提升。

　　综上所述，在实现混合FFT时，选择Good-Thomas算法与Cooley-Tukey算法相结合，且优先选择Good-Thomas算法，其次为Cooley-Tukey算法，系统设计将从Good-Thomas算法出发。

　　2 总体结构设计

　　从表1中看出，LTE上行转换预编码要进行的FFT变换种类多，但每一种变换的架构是相似的，都是由基2及非基2点FFT的公共模块组成。基2有点数为4，8，16，32，64，128，256的模块，非基2的有点数为3，9，15，27，45，75，81，135，225和243的模块，只要抽出这些公共模块并精心设计，再合理地调用，就会顺利完成这个看似繁琐的工作。

　　图2所示总体结构框图中，模块A和C分别为数据输入和输出模块；模块B为数据处理模块，其主要思想是动态配置和公共模块的复用，内部FFT模块事先单独生成，MUX1，MUX2是选择器，在不同输入点数的情况下动态配置不同的内部FFT模块来组合成外层FFT，这样内部FFT模块就可以达到复用的目的，可以大大减少总体资源耗用，而处理速度也与单独执行各FFT相当。