無線網絡通信正在不斷發生著變化。所有新的4G空中接口（WiMAX、LTE、UMB、802.20、WiBRO、下一代PHS等等）都共享著某些公共的技術：所有接口都基于正交頻分多址接入（OFDMA）；所有接口使用MIMO（多入多出）；所有接口都采用“扁平化架構”并且都基于IP（互聯網協議）。

本文將討論其中的前兩項：具體地說，首先是介紹如何實現OFDMA的核心DSP算法，然后是被LTE用來實現上行鏈路的新技術，最后簡要介紹用于WiMAX和LTE的MIMO（所有IP方面的內容不在本文討論范圍內）。本文討論的前提條件是采用軟件定義的架構。

OFDM使用大量緊鄰的正交子載波。每個子載波采用傳統的調制方案（如正交幅度調制）進行低符號率調制，其數據速率保持與相同帶寬下的傳統單載波調制方案相同。增強性能的OFDMA技術允許通過給多個用戶分配特殊頻率并共享信道。

采用單載波方案的OFDM的主要優點是無需復雜的均衡濾波器就能夠應付多種信道條件。例如，很長的銅線中產生的高頻衰減，窄帶干擾以及由于多徑導致的頻率選擇性衰落。由于OFDM可以看作使用許多慢速調制的窄帶信號，而不是使用一個快速調制的寬帶信號，因此信道均衡可以得到簡化。低符號率可以充分利用符號間可提供的保護間隔，從而使得處理時域擴展（time-spreading）成為可能，并能消除碼間干擾（ISI）。

在目前為止的大多數系統中，如WiFi、16d和16e WiMAX和LTE下行鏈路，核心算法一直是FFT。然而，LTE上行鏈路進行了革新，要求使用更復雜的離散傅里葉變換（DFT）。

所有這些系統不僅需要高速FFT處理，而且要求靈活性。頻增的市場壓力要求供應商發布的產品兼容較早的標準，但也必須具備足夠的靈活性，以便能通過簡單的軟件升級而升級到最終版本，或者是讓同一個系統支持不同的模式或不同的標準（如用于LTE和WiMAX的公共平臺）。

然而，也可以采用可編程平臺，這種可編程平臺可以在靈活的軟件引擎上高效地實現面向硬件的算法。picoChip公司的高性能PC102就是一個很好的例子，它結合了軟件開發環境的面市時間和提取優勢以及在算法中采用并行機制帶來的性能優勢。

FFT其實就是離散傅里葉變換（DFT）的一種高效實現。對于一個N點DFT來說，直接實現要求N2次復雜的乘法與加法運算，但作為一個提供難以置信的效率增益的完美例子，經典的FFT只要求N2N次運算。

有兩種方法可以將DFT減少為一系列更簡單的運算。一種方法是執行頻域抽取，另一種方法是執行時域抽取。這兩種方法需要相同數量的復雜乘法和加法運算。兩者的主要區別是，時域抽取接受數字翻轉的輸入，產生正常順序的輸出，而頻域抽取則接受正常順序的輸入，產生數字翻轉的輸出。輸入和輸出運算由所謂的蝶形運算完成。每個蝶形運算都要將輸入乘上復雜的旋轉因子e-j2πn/N。

流水線FFT可以采用對串行輸入流的實時連續處理進行表征。面向硬件的方法通過盡量減少復雜乘法器的數量和所需的存儲空間來減少硅片的成本或面積。這樣可以在一定的面積上并行計算更多的單元。

FFT算法涉及到數據的暫時分離，這是由蝶形運算執行的一項任務。由于樣值要從輸入流中的不同點處獲取，因此流水線FFT需要對數據進行緩存和重新排序。目前有許多不同的架構可以解決這個問題。本文的FFT用例采用了標準的radix-4頻域抽取算法。

1 FFT的picoArray實現方案

picoChip PC102是一款高性能的多核DSP，專門針對無線做過優化。它在單個裸片上集成了300多個種類略有不同的處理器（或“陣列單元”）：每個處理器均是自帶存儲器的傳統16位哈佛結構DSP，如表1所示。

表1：PC102處理器變化和存儲器分布（*FFT的最大數量受限于可用MEM類AE的數量）

picoArray編程模型使得組裝流水線結構變得非常容易，這也是實現FFT所用的方法。舉例來說，每個radix-4蝶形運算包括4個復雜的乘法（注意，第4個蝶形運算只包含復雜的加法），并被映射到一個獨立的處理器。每個陣列單元都是從內部總線獲取輸入數據，經過處理后再向流水線中的下一個DSP提供輸出。由于總的吞吐量受限于最慢的陣列單元，因此理想情況下陣列單元上的每個環回都應花相同數量的周期才能實現最佳的性能。例如，如果每個陣列單元在8個周期內處理每個樣值，那么最大吞吐量在160MHz時可達每秒20M個采樣。