Design of fft algorithms and architectures for wireless ofdm communication systems

Résumé

OFDM es una técnica de modulación empleada por muchos sistemas de comunicaciones como por ejemplo sistemas DAB, DVB, WLAN y WMAN. Las principales ventajas de la técnica OFDM son tiene una gran eficiencia espectral y además, e robusta en ambientes multitrayecto. En un sistema OFDM, la transformada rápida de Fourier (FFT) y su inversa (IFFT) son empleadas para la demodulación modulación respectivamente. Estos dos algoritmos son una.de las partes con más carga computacional dentro de un sistema OFDM. Así, la optimización del diseño de la fft/ifft es muy importante para sistemas OFDM. El principal objetivo de este trabajo de investigación es el diseño de algoritmos y arquitecturas de la fft para sistemas de comunicaciones OFDM de una forma eficiente. Este trabajo muestra lo complicado que es tomar una decisión a priori de qué algoritmo, arquitectura e implementación de la FFT/IFFT es el óptimo para un sistema OFDM específico. Se propone realizar una búsqueda del algoritmo, arquitectura e implementación para optimizar el diseño del procesador de la fft/ifft para cada sistema OFDM. Una notación matricial es revisada y propuesta en este trabajo como una representación unificada y más compacta que puede ayudar al diseñador en esta búsqueda. La revisión de la representación matricial proporciona expresiones generales para representar algoritmos disponibles en la bibliografía. Se muestra cómo esta notación matricial compacta da al diseñador una rápida visión de la implementación de los algoritmos. Además, nuevos algoritmos y arquitecturas son propuestas en este trabajo.Esta búsqueda del algoritmo y de la arquitectura de la fft/ifft es realizada para dos aplicaciones OFDM: WLAN IEEE 802.11a y MB-OFDM UWB. Los diseños resultantes propuestos de la fft/ifft son eficientes en términos de área y potencia consumida. SUMMARY Orthogonal Frequency División Multiplexing (OFDM) isa modulation technique employed by many communication systems such as DAB, DVB, WLAN and WMAN systems. The main advantages of the OFDM technique are that it has a high spectral efficiency and that it is robust against multi-path environments. In an OFDM system, the Fast Fourier Transform (fft) and its inverse (ifft) are employed for the demodulation and modulation respectively. These two algorithms are one of the most computationally intensive parts of an OFDM system. Thus, the optimization of the fft/ifft design is very important for OFDM systems. The main objective of this research work is the design of fft algorithms and architectures for wireless OFDM communication systems in an efficient way. This work shows that it is hard to make an a priori decision on which fft/ifft algorithm, architecture and implementation is optimal for an specific OFDM system. It is proposed to perform a search across the algorithm, architecture and implementation dimensions to optimize the design of the fft/ifft processor for each OFDM system. A matricial notation is revised and proposed in this work as a unified and compact representation that can help the designer in this search. The revision of the matricial notation provides general expressions to represent algorithms available in the literature. It is shown how the compact matricial notation gives the designer a quick insight into the implementation. Furthermore, new algorithms and architectures are proposed in this work. This search across the algorithm and architecture dimensions is carried out for two OFDM applications: WLAN IEEE 802.11a and MB-OFDM UWB. The resulting proposed fft/ifft cores are efficient in terms of area and power consumption