一种逆序输入顺序输出的fft结构设计方法
【专利摘要】本发明提出一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法，解决了脉冲压缩系统中传统FFT结构带来的额外存储需求和流水迟滞问题。步骤一、设计FFT结构中的蝶形运算单元,该蝶形运算单元包括两个输入、两个输出、加法器、减法器和实虚部交换单元，两个输出为两个输入数据通过蝶形运算单元中的加法器和减法器运算得到的和结果和差结果，当需要做结果数据乘以虚单位-j的操作时，通过实虚部交换单元交换结果数据的实虚部实现；步骤二、对输入数据和输出数据的地址重新进行二维分解，推导DIT结构的FFT计算模型，利用二维分解得到的系数组设计信号流图；步骤三、将步骤二中的信号流图进行硬件实现，完成FFT结构设计。
【专利说明】一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数字信号处理【技术领域】，涉及一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法。
【背景技术】
[0002]随着大规模集成电路和数字信号处理技术的发展，FFT算法具有不可替代的作用，广泛应用于雷达、声纳、通信等领域。无论是现在大部分雷达体制中所采用的脉冲压缩体制，还是通信领域中的匹配滤波最大信噪比准则，都涉及到时域信号通过FFT得到频谱，频域进行处理，再通过IFFT (逆快速傅里叶变换)回到时域。这一信号处理过程对FFT的实时性、存储资源消耗、流水迟滞都有较高要求，需要专门设计相应优化的FFT结构。
[0003]在脉冲压缩处理过程中，典型的处理过程是时域信号经过FFT处理得到频域信号，在频域与相应的因子相乘，得到的数据再经过IFFT处理得到时域信号，这个过程在雷达系统接收信号脉冲压缩、SAR成像处理算法、通信系统接收信号匹配滤波中都被频繁使用，其中重要的问题是典型的DIF (频域抽取)FFT处理过程数据顺序输入，结果逆序输出，用这种结构进行IFFT时，输入数据之前要对数据进行缓存，调整顺序的处理，这不仅占用大量存储空间(比大部分流水结构FFT处理过程需要的全部的存储还要多)，而且加大了流水处理延时，既提高了系统对存储资源的需求，又降低了系统实时性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，解决了脉冲压缩系统中传统FFT结构带来的额外存储需求和流水迟滞问题，提出一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法，同时该结构在实现时对旋转因子数据的存储做了优化，进一步节省了存储资源。
[0005]为了解决上述技术问题，其基本实施过程如下:
[0006]一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法，包括如下步骤:
[0007]步骤一、设计FFT结构中的蝶形运算单元，该蝶形运算单元包括两个输入、两个输出、加法器、减法器和实虚部交换单元，两个输出为两个输入数据通过蝶形运算单元中的加法器和减法器运算得到的和结果和差结果，当需要做结果数据乘以虚单位_j的操作时，通过实虚部交换单元交换结果数据的实虚部实现；
[0008]步骤二、对输入数据和输出数据的地址重新进行二维分解，推导DIT结构的FFT计算模型，利用二维分解得到的系数组设计信号流图；
[0009]步骤三、将步骤二中的信号流图进行硬件实现，完成FFT结构设计。
[0010]在步骤三之后，利用旋转因子的对称性，仅存储*点数的旋转因子到ROM中，然后通过地址控制产生剩余I点数的旋转因子，对前I的正弦波数据进行关于自身对称轴的翻转、关于横轴的正负翻转得到完整的正弦波波形数据，存储*点数的旋转因子到ROM中来进行存储的优化。
[0011]步骤三中采用单路延时反馈结构实现信号流图。
[0012]本发明的有益效果:
[0013]本发明提出的一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法本身结合了基2蝶形和基4蝶形的优点，采用单路延迟反馈的流水处理结构能够提高处理的实时性，并且逆序输入顺序输出可以省去调整输出顺序的缓存存储以及调整输出顺序所需的流水延迟，从而进一步降低流水迟滞、减少存储需求。在一个脉冲压缩处理过程中，现有的频率抽取FFT结构进行FFT处理，结合本发明的时间抽取FFT结构进行IFFT处理，可以有效降低存储，提高实时性。本发明对比已有技术，无论采取定点实现还是浮点实现，都能够在保持精度下，在实现中降低资源消耗和流水迟滞，从而减少存储资源的占用(本发明中还利用旋转因子对称性进一步降低了对存储资源的需求)，提高处理流程的实时性，在资源和性能两方面同时获得提升。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为R22SDF DIT FFT的蝶形单元；
[0015]图2为计算某一输出数据的信号流图；
[0016]图3为图2的电路结构框图。
[0017]图4为旋转因 子对称性。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明方法的实施方式做详细说明。
[0019]一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计的方法，其具体步骤包括:
[0020]步骤一、设计基本运算单元:图1所示为一个R22SDF DIT结构的四点FFT蝶形单元，它主要由两级2点蝶形单元组成，所谓的蝶形单元包含两个输入、两个输出、加法器、减法器、实虚部交换单元(乘虚单位-j )。两个输入经过加法器运算得到的结果作为一个输出，经过减法器得到的结果作为另一个输出，当结果乘以虚单位-j时，利用简单的数据实虚部交换即可完成。按照图1的结构设计蝶形单元，作为FFT结构中最基本的运算单元。
[0021]步骤二、设计信号流图:根据R22SDF算法的原理，对输入信号的地址η进行二维分
解:
【权利要求】
1.一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、设计FFT结构中的蝶形运算单元，该蝶形运算单元包括两个输入、两个输出、加法器、减法器和实虚部交换单元，两个输出为两个输入数据通过蝶形运算单元中的加法器和减法器运算得到的和结果和差结果，当需要做结果数据乘以虚单位_j的操作时，通过实虚部交换单元交换结果数据的实虚部实现； 步骤二、对输入数据和输出数据的地址重新进行二维分解，推导DIT结构的FFT计算模型，利用二维分解得到的系数组设计信号流图； 步骤三、将步骤二中的信号流图进行硬件实现，完成FFT结构设计。
2.如权利要求1所述的一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法，其特征在于，在步骤三之后，利用旋转因子的对称性，仅存储*点数的旋转因子到ROM中，然后通过地址控制产生剩余I点数的旋转因子，对前j的正弦波数据进行关于自身对称轴的翻转、关于横轴的正负翻转得到完整的正弦波波形数据，存储I点数的旋转因子到ROM中来进行存储的优化。
3.如权利要求1或2所述的一种逆序输入顺序输出的FFT结构设计方法，其特征在于，步骤三中采用单路延时反馈结构实现信号流图。
【文档编号】G06F17/14GK103810146SQ201410038950
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】陈禾, 杨晨, 谢宜壮, 于文月, 陈亮, 龙腾 申请人:北京理工大学