동적 스케일링에 기반한 낮은 복잡도의 2048 포인트 파이프라인 FFT 프로세서

김지훈(Ji-Hoon Kim) 한국전기전자학회 2021 전기전자학회논문지 Vol.25 No.4

고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)은 다양한 응용처에서 널리 사용되는 주요 신호처리 블록이다. 일반적으로 1024 포인트 이상의 긴 FFT 처리의 경우 높은 SQNR(Signal-to-Quantization Ratio)를 유지하면서도 낮은 하드웨어 복잡도의 구현이 매우 중요하다. 본 논문에서는 낮은 복잡도의 FFT 알고리즘과 간단한 동적스케일링 기법을 제시한다. 이를 통해 2048 포인트 FFT연산에 대해서 널리 알려진 radix-2 알고리즘에 비해 곱셉기의 수를 절반으로 줄일 수 있으며, 또한 twiddle factor를 저장하기 위해 필요한 테이블의 크기를 radix-2 및 radix-2² 알고리즘에 비해 각각 35% 및 53%로 축소할 수 있다. 그리고 내부 데이터의 폭을 점진적으로 늘리지 않고서도 55dB 이상의 높은 SQNR을 달성하는 것을 확인하였다. Fast Fourier Transform (FFT) is a major signal processing block being widely used. For long-point FFT processing, usually more than 1024 points, its low-complexity implementation becomes very important while retaining high SQNR (Signal-to-Quantization Noise Ratio). In this paper, we present a low-complexity FFT algorithm with a simple dynamic scaling scheme. For the 2048-point pipelined FFT processing, we can reduce the number of general multipliers by half compared to the well-known radix-2 algorithm. Also, the table size for twiddle factors is reduced to 35% and 53% compared to the radix-2 and radix-2² algorithms respectively, while achieving SQNR of more than 55dB without increasing the internal wordlength progressively.

저전력 OFDM 모뎀 구현을 위한 IVC설계

김성권,Kim, Seong-Kweon 한국전자통신학회 2008 한국전자통신학회 논문지 Vol.3 No.2

고속 데이터 전송이 가능한 장점 때문에 OFDM 통신 방식은 4세대 통신 방식으로 주목 받고 있다. OFDM은 이러한 고속 무선 데이터 통신을 구현하기 위해서는 고성능의 FFT(Fast-Fourier-Transform) / IFFT(Inversion FFT) 프로세서를 필요로 한다. 현재 OFDM은 DSP(Digital Signal Processor)로 구현되고 있지만 많은 전력 소모의 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 Current-mode FFT LSI가 제안되었다. 본 논문에서는 저전력 OFDM용 IVC(Current to Voltage Converter)를 설계한다. 시뮬레이션 결과 설계된 IVC는 FFT Block의 출력이 $7.35{\mu}A$ 이상일 때 3V 이상의 전압을 출력하고, FFT Block의 출력이 $0.97{\mu}A$ 이하일 때 0.5V 이하의 전압을 출력하였다. 설계된 IVC로 저전력 Current-mode FFT LSI의 동작이 가능하게 되며, 전류모드신호처리는 차세대 무선 통신 시스템의 발전에 기여할 것이다. Othogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) has been taken notice of 4th generation communication method because it has a merit of high data rate(HDR). To realize HDR communication, The OFDM a s high efficient Fast-Fourier-Transform (FFT)/Inversion FFT (IFFT) processor. Currently OFDM is realized by Digital Signal Processor(DSP) but it consumes a lot of Power. Therefore, current-mode FFT LSI has been proposed for compensation of this demerit. In this paper, we propose IVC for current-mode FFT LSI. From the simulation result, the output value of IVC is more than 3V when the value of FFT Block output is more than $7.35{\mu}A$. The output value of IVC is lower than 0.5V when the value of FFT Block output is lower than $0.97{\mu}A$. Designed IVC Low-power Current mode FFT LSI will contribute to the operation of current-mode FFT LSI and the development of next generation wireless communication systems.

EMD를 이용한 EEG 기반 움직임 상상 분류

이다빛(David Lee),김재호(Jae-Ho Kim),정우혁(Woo-Hyuk Jung),이희재(Hee-Jae Lee),이상국(Sang-Goog Lee) 한국HCI학회 2014 한국HCI학회 학술대회 Vol.2014 No.2

Brain-Computer interfaces(BCIs)에서 Electroencephalogram(EEG)의 특징을 추출하는 것은 중요하다. 일반적으로 EEG의 특징 추출 방법으로는 Fast Fourier transform(FFT)과 Wavelet transform(WT)이 많이 사용되었다. 하지만 이러한 방법들은 신호가 linear하고 stationary 하다는 가정 하에 적용되었기 때문에 신호 분해시 신호의 왜곡이 생길 수 있다. 이에 본 논문은 움직임 상상 EEG 분류를 위해 Empirical Mode Decomposition(EMD)과 FFT를 이용하는 특징을 제안했다. 먼저 움직임 상상 EEG에 EMD를 적용하여 Implicit Mode Functions(IMF)를 추출 뒤, 추출된 IMFs에 FFT를 적용하여 해당 IMF의 주파수 성분을 확인하였다. 주파수 성분이 μ 대역을 포함하고 있는 IMF의 표준편차를 특징으로 사용하였다. 추출된 특징을 Support Vector Machine(SVM)의 입력으로 사용하였고 샘플의 검증을 위해 10-fold cross validation을 이용하였다. 제안하는 방법은 움직임 상상 EEG에 대해 84.50%의 분류 정확도를 보여주었다. Feature extraction of Electroencephalogram (EEG) is an important issue in brain-computer interfaces(BCIs). The most commonly used methods for feature extraction from EEGs is Fast Fourier transform(FFT) and Wavelet transform(WT). However, when signal decomposition is carried out , these methods can happens distortion of the signal because it assumes that the signal is linear and stationary. In this paper, we proposed to use Empirical Mode Decomposition(EMD) and FFT to feature for classification of movement imagery EEGs. The EMD was applied to generate Implicit Mode Functions(IMFs) from the movement imagery EEGs. The FFT was then used to identify frequency component of each IMF at generated IMFs. The standard deviation of IMF included mu rhythm was used as feature. In the classification process, we used the extracted feature as input of Support Vector Machine(SVM) and 10-fold cross-validation to verification of sample. Under the proposed method, the classification accuracy of movement imagery EEGs was found to be 84.50%.

A High-Speed Two-Parallel Radix-2⁴ FFT/IFFT Processor for MB-OFDM UWB Systems

LEE, Jeesung,LEE, Hanho The Institute of Electronics, Information and Comm 2008 IEICE transactions on fundamentals of electronics, Vol.91 No.4

<P>This paper presents a novel high-speed, low-complexity two-parallel 128-point radix-2<SUP>4</SUP> FFT/IFFT processor for MB-OFDM ultra-wideband (UWB) systems. The proposed high-speed, low-complexity FFT architecture can provide a higher throughput rate and low hardware complexity by using a two-parallel data-path scheme and a single-path delay-feedback (SDF) structure. The radix-2<SUP>4</SUP> FFT algorithm is also realized in our processor to reduce the number of complex multiplications. The proposed FFT/IFFT processor has been designed and implemented with 0.18μm CMOS technology in a supply voltage of 1.8V. The proposed two-parallel FFT/IFFT processor has a throughput rate of up to 900Msample/s at 450MHz while requiring much smaller hardware complexity and low power consumption.</P>

Large-scale 3D fast Fourier transform computation on a GPU

이재홍,김덕수 한국전자통신연구원 2023 ETRI Journal Vol.45 No.6

We propose a novel graphics processing unit (GPU) algorithm that can handle a large-scale 3D fast Fourier transform (i.e., 3D-FFT) problem whose data size is larger than the GPU's memory. A 1D FFT-based 3D-FFT computational approach is used to solve the limited device memory issue. Moreover, to reduce the communication overhead between the CPU and GPU, we propose a 3D data-transposition method that converts the target 1D vector into a contiguous memory layout and improves data transfer efficiency. The transposed data are communicated between the host and device memories efficiently through the pinned buffer and multiple streams. We apply our method to various large-scale benchmarks and compare its performance with the state-ofthe- art multicore CPU FFT library (i.e., fastest Fourier transform in the West [FFTW]) and a prior GPU-based 3D-FFT algorithm. Our method achieves a higher performance (up to 2.89 times) than FFTW; it yields more performance gaps as the data size increases. The performance of the prior GPU algorithm decreases considerably in massive-scale problems, whereas our method's performance is stable.

전류모드 FFT LSI용 Voltage to Current Converter 설계

김성권,홍순양,전선용,배성호,조승일,이광희,조하나 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.17 No.1

저전력 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 시스템용 FFT(Fast-Fourier-Transform) LSI를 저전력 동작을 시키기 위해서 FFT LSI는 current-mode 회로로 구현되었다. Current-mode FFT LSI에서, VIC(Voltage-to-current converter)는 입력 전압 신호를 전류로 바꾸는 first main device이다. 저전력 OFDM을 위해 FFT LSI와 VIC가 한 개의 칩과 결합되는 것을 고려하면, VIC는 전력 손실은 낮고, VIC와 FFT LSI 사이에서의 DC offset 전류는 최소인 작은 크기의 chip으로 설계되어야 한다. 본 논문에서는 새로운 VIC를 제안한다. 선형동작구간을 넓히고 DC offset 전류를 대폭 감소하는 방법을 제시하였다. VIC는 0.35[um] CMOS process로 구현되었으며, 시뮬레이션 결과에 따르면 제안된 VIC는 current-mode FFT LSI와 0.1[uA] 미만의 매우 작은 DC offset 전류, 1.4[V]의 넓은 선형구간을 갖으며, 저전력으로 동작한다.

APPLICATION OF FFT-BASED ANALYSIS TO CONTACT CONDITION PREDICTION FOR TRIBOLOGICAL SURFACE DESIGN

I. H. SUNG,H. S. LEE,D. E. KIM 한국트라이볼로지학회 2002 한국트라이볼로지학회 학술대회 Vol.2002 No.10

In this paper, the frictional behavior according to the contact geometry was investigated using a micro-tribotester built inside a Scanning Electron Microscope (SEM) and an Atomic Force Microscope (AFM). FFT (Fast Fourier Transform) analysis for friction was conducted as a method to interpret the contact condition. From the experimental results, it could be concluded that the relative dimensions and distribution of contact asperities on the surface could be predicted by the power spectrum and main frequency in the FFT analysis of the friction signal.

최소 샘플링의 고속푸리에 변환을 이용한 비정상 계통의 향상된 위상추종 및 고조파 검출 기법

김현수(Hyun-Sou Kim),김경화(Kyeong-Hwa Kim) 전력전자학회 2015 전력전자학회 논문지 Vol.20 No.1

In distributed generation systems, a grid-connected inverter should operate with synchronization to grid voltage. Considering that synchronization requires the phase angle of grid voltage, a phase locked loop (PLL) scheme is often used. The synchronous reference frame phase locked loop (SRF-PLL) is generally known to provide reasonable performance under ideal grid voltage. However, this scheme indicates performance degradation under the harmonic distorted or unbalanced grid voltage condition. To overcome this limitation, this paper proposes a phase and harmonic detection method of grid voltage using fast Fourier transform (FFT). To reduce the calculation time of FFT algorithm, minimum sampling data is taken from the voltage measurement to determine the phase angle and the magnitude of harmonic components. An experimental test setup for a grid-connected inverter system has been constructed. By comparative simulations and experiments under various abnormal grid voltage conditions, the proposed scheme has been proven to effectively track the phase angle of the grid voltage.

홀센서 집게형 맥진기 요골동맥파에 FFT를 적용한 호흡수 추출 연구

조현성(Hyun-Sung Cho),이상석(Sang-Suk Lee) 한국자기학회 2012 韓國磁氣學會誌 Vol.22 No.5

This research suggested that the extraction of respiratory rate could be made possible by using frequency analysis in the data process for clip-type pulsimeter equipped with permanent magnet and Hall sensor. The pulse analysis included of cardiac motion information depending on variation of pulse waveforms is investigated by means of Fast Fourier Transformation (FFT). The peaks of FFT spectrums measured at 15, 20, 30, 40, and 50 tempos are coincided to each respiratory rate having 0.125 Hz, 0.16 Hz, 0.25 Hz, 0.33 Hz, and 0.41 Hz, respectively. The FFT spectrum using algorithm for the extraction of respiratory rate showed the best pulse waves measured during 300 s. Based upon these results, the clip-type pulsimeter could extract the effective respiratory rate reflecting physical effects.

콘크리트포장의 럼블스트립 형태에 따른 진동 데시벨 측정

김도완,김하연,문성호,안덕순 한국도로학회 2013 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2013 No.09

럼블스트립에 의해 발생하는 진동의 크기는 럼블의 형태에 따라 변화하게 되는데, 럼블스트립의 깊이나 폭의 설계가 적절하지 못할 경우 차량의 타이어에 마모를 일으킬 뿐만 아니라 운전자에 과도한 진동이 전해져 불필요한 긴장감을 주어 사고로 이어질 가능성이 있다. 또한 실제 럼블스트립에 관련된 주변 주거지역과 운전자의 소음 및 진동에 관한 민원이 접수되고 있다. 이와 관련하여 본 연구에서는 고속도로 톨게이트 진입로에 설치되어져 있는 럼블스트립의 형태 및 설계재원이 변화하는 경우에 따라 차량 내부의 운전자가 핸들을 통해 감지할 수 있는 진동 데시벨의 크기를 측정하고 진동데시벨-럼블 형태의 관계를 찾고자 한다. 럼블스트립의 형태에 따라 운전자가 감지할 수 있는 진동 데시벨을 측정하기 위하여 다음 그림. 1~4와 같은 4가지 럼블을 측정대상으로 선택하였다. 진동을 측정하기 위한 차종은 기아 자동차의 K-5, 현대 자동차의 Starex로 선택하 였다. 또한 도로노면상태는 젖은 상태의 노면과 마른 상태의 노면 두 가지 상황으로 분류하였다. 서로 다른 럼블스트 립은 3.4m의 일정한 간격을 유지하며 분리되어 있다. 차량의 진동 측정 주행속도는 40km/hr, 60km/hr, 80km/hr, 100km/hr의 4가지 속도로 분류하였으며, 제동거리의 문제 때문에 100km/hr를 측정하지 못한 경우도 존재한다. 한 럼블당 측정횟수는 측정의 정확성을 위하여 3~4회 실시하였다. 위와 같은 조건하에 측정되어진 진동은 펄스장비에 의해 디지털 신호화되며, 최종적으로 주파수분석을 통해 주파수 별 진동의 크기를 구할 수 있다. 주파수 분석에는 주파수 별 진동 크기를 이산적으로 도출 가능한 DFT(Discrete Fourier Transform) Analysis와 DFT분석의 주파수 별 반복되는 계산과정을 개선하고 주파수 별 진동 크기를 연속적으로 도출 가능한 FFT(Fast Fourier Transform) Analysis, 이러한 FFT분석 과정 중 일정한 밴드폭에 가중치를 부과하여 옥타브 중심 주파수에 대해 이산적으로 진동의 크기를 도출할 수 있는 CPB(Constant Percentage Bandwidth) Analysis 등의 여러 방법이 존재한다. 하지만 본 연구에서 최종적으로 도출하고자 하는 것은 주파수 별 진동의 크기가 아닌 운전자가 직감 가능한 진동 데시벨을 구하고자 하는 것이기 때문에 주파수 분석 중 1/24 OCT Band Analysis를 사용하고자 한다. 진동 데시벨은 다음 표 1과 같이 ANSI(American National Standards Institute) S1.8-1989에 의해 도출되어진다.