Design and Implementierung einer generaischen FFT- und IFFT-Einheit zur Powerline-Kommunikation nach dem HomePlug 1.0.1 Standard

Am Fachgebiet „Architekturen und Systeme“ des Instituts für Mikroelektronische Systeme werden
VLSI-Architekturen für Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung mit besonderen Anforderungen
an Echtzeitfähigkeit und Verlustleistung konzipiert und implementiert. Ein Forschungsschwerpunkt
ist dabei die digitale Signalverarbeitung in der Kommunikationstechnik.

Heutige Anwendungen elektronischer Systeme setzen vermehrt auf die drahtlose Kommunikation
und den Austausch von immer größer werdenden Datenmengen untereinander. Am Institut für
Mikroelektronische Systeme werden unter anderem OFDM-basierte Kommunikationssysteme für
diese Anforderungen konzeptioniert und evaluiert. Ein besonders interessantes Verfahren ist hier die
Powerline Kommunikation. Diese ist ein Paket-basiertes Verfahren, welches nach dem Prinzip des
Ethernet-Stacks einen MAC- und einen PHY-Layer definiert.

Der PHY-Layer besteht im Wesentlichen aus einer Vorwärtsfehlerkorrektur für Daten und Header-
Informationen und einem OFDM-Modulationssystem. Letzteres moduliert die Frequenzinformationen
auf Subträger und ermöglicht so, im Falle von HomePlug 1.0.1, die Übertragung von Informationsbits
also Phaseninformation. Anschließend werden diese Informationen mit Hilfe einer Inversen Fast
Fourier Transformation (kurz: IFFT) in ein reelles Zeitsignal überführt. Diese IFFT-Einheit lässt sich
generisch in Hardware beschreiben und somit variabel in Flächenbedarf und Latenz ausführen.

In dieser Arbeit soll eine generische IFFT- und FFT-Einheit in der
Hardwarebeschreibungssprache VHDL beschrieben und für ein Kintex-7 FPGA der Firma Xilinx
synthetisiert werden. Das Hauptaugenmerk bei dieser Aufgabe soll die Skalierbarkeit und der generische
Aufbau der einzelnen Butterfly-Stufen der Architektur sein. Diese sollen so effizient wie möglich
gestaltet werden, da sie den Hauptbestandteil der FFT- und IFFT-Einheit bilden. Am Ende der Arbeit
sollen vollständig evaluierte FFT- und IFFT-Einheiten in je einer seriellen und einer voll parallelen
Variante existieren. Optional soll die Reduzierung der Hardwaregröße durch Verwendung der
HomePlug 1.0.1 Frequenzmaske untersucht und verglichen werden.