I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   4 A u g u s t   20 25 ,   p p .   3 8 1 3 ~ 3 8 2 3   I SS N:  2088 - 8708 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ec e. v 15 i 4 . pp 3 8 1 3 - 3 8 2 3           3813       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   H ig h - spee fi eld - pro g ra m m a ble ga te  a rray   i m ple m e ntatio n f o mm Wa v o r thog o na l f requen cy - di v isio m ul tiplexin g   trans m i tt e rs d esi g n and  eva lua tion       K ids a na po ng   P un t s ri 1 B us s a k o rn  B un s ri 1 ,   P uripo ng   Su t his o pa pa n 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   T e l e c o mm u n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g R a j a ma n g a l a   U n i v e r si t y   o f   T e c h n o l o g y   I san ,     K h o n   K a e n   C a m p u s   ( R M U TI   K K C ) K h o n   K a e n T h a i l a n d   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   K h o n   K a e n   U n i v e r si t y   ( KKU ) K h o n   K a e n T h a i l a n d       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   6 ,   2 0 2 4   R ev i s ed   Ma r   3 1 ,   2 0 2 5   A cc ep ted   Ma y   2 4 ,   2 0 2 5       T h is  p a p e p re se n ts  a   f ield - p ro g ra m m a b le  g a te  a rr a y   ( F P G A ) - b a se d   im p le m e n tatio n   o f   a n   o rth o g o n a l   f re q u e n c y - d iv isio n   m u lt ip lex in g   ( OFDM )   tran sm it ter  sig n a p ro c e ss in g   c h a in   o p ti m ize d   f o h ig h - s p e e d   m il li m e ter   w a v e   ( m m Wa v e )   c o m m u n ica ti o n   sy st e m s .   T h e   d e sig n   p rio rit ize re a l - ti m e   p ro c e ss in g   e ff icie n c y   a n d   f le x ib il it y A   h ig h - th ro u g h p u 2 0 4 8 - p o i n in v e rse   f a st  F o u rier  tran sf o rm   ( IF F T )   m o d u le,  re a li z e d   u si n g   a   Ra d ix - 2   a lg o rit h m ,   f o r m th e   c o re   o f   th e   d e sig n ,   sh o w c a sin g   e ff icie n h a rd w a re   re so u rc e   u ti li z a ti o n .   T h e   im p lem e n tatio n   f u rth e r   in c l u d e c y c li c   p re f ix   ( CP in se rti o n   a n d   c o n f ig u ra b le  su p p o rt  f o v a rio u q u a d ra t u re   a m p li tu d e   m o d u latio n   ( QA M )   o rd e rs  a n d   p il o t   a rra n g e m e n ts T h e   d e sig n   is   im p lem e n ted   in   V HSIC   h a rd w a re   d e sc rip ti o n   lan g u a g e   ( V HD L )   u sin g   V iv a d o   2 0 2 0   a n d   e v a lu a ted   o n   t h e   Zy n q   UltraSca le RF S o ZCU1 1 1   e v a lu a ti o n   k it T h e   p ro c e ss in g   p ip e li n e   e m p lo y e i g h p a ra ll e lan e f o c o n c u rre n d a ta  c o m p u tatio n Ex p e rime n tal  re su lt d e m o n stra te  a   m e a n   sq u a re d   e rr o ( MSE o f   o n ly   0 . 0 0 0 1 3   b e tw e e n   t h e   F P G A - g e n e r a te d   w a v e f o rm   a n d   i ts   M A T LA B - sim u la te d   c o u n t e r p a r t A d d i t io n a l ly ,   p o s t - i m p lem e n t a t i o n   re s o u rc e   u ti li z a ti o n   a n a ly sis   sh o w e ff icie n u sa g e   o f   F P GA   re so u rc e s T h e se   f in d in g v a li d a te  th e   e ff ic a c y   a n d   re a l - ti m e   c a p a b il it y   o f   th e   p ro p o se d   F P G A - b a se d   OFDM   tran sm it ter  lev e r a g e p a ra ll e li sm   a n d   h ig h - s p e e d   a rc h it e c tu re   to   e ff ici e n tl y   p ro c e ss   m a ss i v e   d a ta  str e a m s,  m a k in g   it   su it a b le   f o a   w id e   ra n g e   o f   m m Wav e   OFDM   a p p li c a ti o n s I n   c o n tras t o   re c e n w o rk th a f o c u o n   lo w e r - o rd e IF F T   m o d u les ,   t h is   p a p e e m p lo y a   h ig h - th ro u g h p u IF F T   c o m p u tatio n ,   s h o w c a sin g   e ff icie n h a r d w a re   re so u rc e   u ti li z a ti o n   f o h ig h - sp e e d   m m W a v e   a p p li c a ti o n s .   K ey w o r d s :   Field - p r o g r a m m ab le  g ate  ar r ay   I n v er s f ast  Fo u r ier   tr an s f o r m   Milli m eter   w a v   Or th o g o n a l f r eq u e n c y - d i v is io n   m u ltip lex in g   R ad ix - 2   alg o r it h m   W ir eless   co m m u n icatio n s   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kid s an ap o n g   P u n t s r i     Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   T elec o m m u n icatio n   E n g in ee r in g R aj a m an g ala   U n i v er s it y   o f   T ec h n o lo g y   I s an ,   Kh o n   Kae n   C a m p u s   ( R MU T I   KKC )   150  Sri  C h an   R d ,   Mu ea n g   Kh o n Kae n   Di s tr ict,   K h o n   Kae n   4 0 0 0 0 ,   T h ailan d     E m ail k id s a n ap o n g . p u @ r m u t i . ac . th       1.   I NT RO D UCT I O N   Milli m eter   w a v ( m m W av e f r eq u en c y   b a n d s   ar p r o m is i n g   ca n d id ate  f o r   f u tu r w ir eles s   co m m u n icatio n   s y s te m s   d u to   th eir   v a s b an d w id t h ,   an d   ca p ab le  o f   s u p p o r tin g   u l tr a - h ig h   d ata  r ates  [ 1 ] Ho w e v er ,   m m W a v p r o p ag atio n   ch ar ac ter is tic s   p r esen ch allen g es  s u ch   as  h i g h   p ath   lo s s   an d   m u l tip ath   f ad in g   [ 2 ] .   Or th o g o n al  f r eq u e n c y - d i v is io n   m u ltip le x in g   ( OFDM )   m o d u latio n   f o r m at   is   a   k e y   tech n o lo g y   f o r   m iti g ati n g   th e s c h alle n g e s .   B y   d i v id in g   t h w id eb an d   c h an n el   i n to   n ar r o w   s u b ca r r ier s ,   OFDM  o f f er s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   4 A u g u s t   20 25 :   3 8 1 3 - 3823   3814   r o b u s tn es s   ag ai n s f r eq u e n c y - s elec ti v f ad i n g   i n   m m W a v ch an n el s Fu r t h er m o r e,   OFDM  r e m ain s   r esear c h   f o cu s   f o r   5 an d   b ey o n d   d u e   to   its   n u m er o u s   ad v a n ta g es  [ 3 ] ,   [ 4 ] ,   an d   it   is   alr ea d y   s ta n d ar d   m o d u la tio n   f o r m at  f o r   d ig ital  v id eo   b r o a d ca s tin g   ( DVB [ 5 ]   an d   w ir eless   lo ca ar ea   n et w o r k s   ( W L A N [ 6 ] T h m ai n   ad v an ta g es  o f   O FDM  ar its   s i m p le  i m p le m en ta tio n   an d   its   ab ilit y   to   s i g n i f ica n tl y   r ed u ce   in ter s y m b o l   in ter f er e n ce   ( I SI) ,   esp ec iall y   w h e n   t h c y c lic  p r ef i x   ( C P )   is   lo n g er   th a n   th c h a n n el  i m p u ls r esp o n s ( C I R ) Ho w e v er ,   r ea lizin g   h i g h - s p e ed   OFDM  n ec ess itate s   ef f ici en h ar d w ar ar ch itect u r es  f o r   r ea l - ti m s ig n al   p r o ce s s in g .   Field - p r o g r a m m a b le  g ate  ar r a y s   ( FP G A s p r o v id f lex ib le  p lat f o r m   f o r   s u ch   i m p le m e n tatio n s   d u to   th eir   r ec o n f i g u r ab ilit y   an d   p o ten tial  f o r   h ig h   th r o u g h p u t .   T h e   i n v e r s e   f as t   F o u r ie r   t r a n s f o r m   ( I FF T o p e r a t i o n ,   w h i ch   c o n v e r t s   th e   d i g it a l   b a s e b an d   s ig n al   f r e q u en cy   d o m a in   t o   th e   t im e   d o m a in   f o r   t r an s m is s i o n ,   i s   a   k ey   e lem en t   in   th e   O F DM   tr a n s m i t te r   c h a in E f f i c ie n t   I FF T   a l g o r i th m s   o n   F PGA s   a r e   c r u c i al   f o r   a ch i ev in g   r e a l - t im e   p r o c es s i n g   w ith   c o n s t r a in e d   r e s o u r c es   [ 7 ] [ 9 ] .   T h u s ,   t h e   r e al - t im e   im p l em en t at i o n   o f   OF D M   f o r   h ig h - s p e e d   m m W av e   c o m m u n i c at io n   s y s t em s   p o s e s   a   s ig n if i ca n t   ch a l le n g e .   I n   a d d i t i o n   t o   i ts   r o l e   in   h ig h - s p e e d   w ir e l es s   c o m m u n i c a ti o n ,   m m W a v e   O FD M   h as   g ain e d   t r ac t i o n   in   b i g   d a t a p p l i c at i o n s   i n v o lv in g   r ea l - tim e   a n a ly ti cs   [ 1 0 ] .   T h in cr ea s in g   v o lu m o f   d ata  g en er ated   b y   m o d er n   ap p licatio n s   d e m a n d s   h i g h - t h r o u g h p u p r o ce s s in g   ca p ab ilit ie s ,   esp ec iall y   i n   ar ea s   s u c h   as  r ea l - ti m an a l y t ics  w it h i n   b ig   d ata   en v ir o n m e n t s T h p r o p o s ed   FP GA - b ased   OFD tr an s m itter ,   w it h   its   i n h er e n p ar allelis m   a n d   h ig h - s p ee d   ar ch itect u r e,   is   w ell - s u ited   to   ad d r ess   th is   n ee d   b y   en ab li n g   ef f icie n p r o ce s s i n g   o f   m a s s i v d ata  s tr ea m s An o th er   i m p o r tan t   ap p licatio n   o f   OFDM  lies   in   en s u r in g   s ec u r an d   h ig h - s p e ed   co m m u n icatio n   in   clo u d - b ased   en v ir o n m e n ts ,   p ar ticu lar l y   f o r   in ter n e t o f   t h in g s   ( I o T d ep lo y m e n t s   th at  h a n d le  s en s i tiv d ata  [ 1 1 ] T h in t eg r atio n   o f   FP GA - b ased   OFDM  tr an s m it ter s   in t o   clo u d   s ec u r it y   f r a m e w o r k s   o f f er s   p r o m i s in g   s o l u tio n   to   ad d r ess   laten c y   a n d   s ec u r it y   ch al len g es b y   e n ab li n g   r o b u s t a n d   h ig h - s p ee d   en cr y p ted   co m m u n icatio n s   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ]   V ar io u s   s t u d ies  h a v ex p lo r ed   FP GA - b ased   I FF T   i m p le m e n t atio n s   f o r   OFDM  tr a n s m it ter s ,   as s h o w n   in   r ec en w o r k   [ 1 4 ] .   C o m m o n   ap p r o ac h es  i n cl u d p ip elin ed   an d   d is tr ib u ted   ar ch itec t u r e .   P ip elin ed   ar ch itect u r es  ac h ie v h ig h   t h r o u g h p u b y   p r o ce s s i n g   d ata  in   s ta g es  b u m a y   r eq u ir ad d itio n al  m e m o r y   a n d   lo g ic  r eso u r ce s   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] C o n v er s el y ,   d is tr ib u ted   ar ch i tect u r es  u tili ze   m u l tip le  p r o ce s s i n g   u n i ts   to   p ar alle lize  th I FF T   o p er atio n ,   p o ten tiall y   o f f er i n g   lo w er   la ten c y   b u at  th co s o f   in cr ea s ed   r eso u r ce   u tili za tio n   [ 16 ] .   T h ch o ice  b et w ee n   t h ese  ap p r o ac h es d ep en d s   o n   s p ec if ic  ap p licatio n   r eq u ir e m e n ts   P r ev io u s   r esear ch er s   h a v s o u g h to   o p ti m ize  I FF T   i m p le m en tatio n s In   s tu d y   [ 1 7 ] ,   lo w - late n c y   R ad ix - 2   b ased   s in g le - p ath   d el a y   f ee d b ac k   ( SD F I FF T   ar ch itectu r f o r   OFDM  s y s te m s   i s   p r o p o s ed ,   f o cu s i n g   o n   r ed u cin g   m e m o r y   s ize  in   th r eo r d er in g   m et h o d   f o r   th f ir s s tag o f   SD I FF T   ar ch itect u r es T h is   ap p r o ac h   ac h iev es   4 1 m e m o r y   r ed u ct io n   co m p ar ed   w it h   co n v e n tio n al   ar ch itect u r es I n   [ 1 8 ] ,   m et h o d   to   en h a n ce   I F FT  ef f icien c y ,   w h ich   w a s   d o n b y   r ep lacin g   t w id d le  m u ltip lier s   w it h   s i m p ler   " p ass - lo g ic f o r   co m m o n   OF DM   i n p u v al u es  is   i n tr o d u ce d ,   alth o u g h   it  is   li m ited   to   p h a s e - s h if t   k e y i n g   ( P SK m o d u la tio n In   s tu d y   [ 1 9 ] ,   an   FP GA - b ased   s o f t w ar e - d ef i n ed   r ad io   ( SDR s y s te m   f o r   OFDM  is   d escr ib ed ,   em p h asi zi n g   p o w er   r ed u ctio n   tech n iq u es  f o r   m o b ile  ap p licatio n s I n   [ 2 0 ] ,   an   FP GA   i m p le m e n tat io n   o f   an   OFD M   tr an s ce i v er   f o r   W i - Fi  is   p r ese n ted ,   b u it  r elies  o n   MA T L A B / Si m u li n k   an d   is   li m ited   t o   lo w er   s p ee d s I n   r e s p o n s e   t o   h a r d w a r r e s o u r ce   c o n s t r a in ts   w ith in   in t e r l e av e d   f r e q u en cy   d iv is i o n   m u l t i p le   a c c e s s   ( I FD MA )   t r a n s c e iv e r s ,   a   m u lt i - p r i o r ity   s ch e d u l in g   ( M PS )   alg o r i th m ,   d e t a i l e d   i n   [ 2 1 ] ,   w a s   d e v e l o p e d   t o   o p t im i z th e   e x e cu ti o n   o f   b u tt e r f ly   c o m p u t a t i o n s .   T h e   r e s u lt in g   FF T   i m p l em en t ,   d e s i g n at e d   M PS - FF T ,   d em o n s t r at e s   a   s ig n if i c an t   r e d u c ti o n   in   c o m p u ta t i o n a l   l a te n cy   c o m p a r e d   t o   c o n v en t i o n a l   F F T   m e th o d s   w h en   a p p l i e d   t o   I F D MA   s ig n a l   p r o c es s in g .      I n   t h is   p ap er ,   an   FP G A - b ase d   i m p le m en ta tio n   o f   a n   O F DM   tr an s m itter   s ig n al  p r o ce s s i n g   ch ai n   o p tim ized   f o r   h ig h - s p ee d   m m W a v co m m u n icat io n   s y s te m s   is   p r esen ted T h d esig n   p r io r itizes  r ea l - ti m e   p r o ce s s in g   e f f icien c y   an d   f le x ib ilit y A   h ig h - t h r o u g h p u 2 0 4 8 - p o in I FF T   m o d u le,   r ea lized   u s in g   R ad ix - alg o r ith m ,   f o r m s   th co r o f   t h d esi g n ,   s h o w ca s in g   e f f icie n h ar d w ar r eso u r ce   u tili za ti o n T h p r o ce s s in g   p ip elin e m p lo y s   8   p ar allel  la n es  f o r   co n cu r r en d ata  co m p u tatio n T h i m p le m en tatio n   f u r th er   in c lu d es  C P   in s er tio n   a n d   co n f i g u r ab le  s u p p o r f o r   v ar io u s   q u ad r a tu r a m p lit u d m o d u latio n   ( Q A M )   o r d er s   an d   p ilo ar r an g e m en t s T h d esig n   is   im p le m e n ted   in   VHD L   u s i n g   Vi v ad o   2 0 2 0   an d   ev alu ated   o n   th Z y n q   Ultr aSca le R FS O C   Z C U1 1 1   ev al u atio n   k it E x p er i m e n tal  r esu lt s   d e m o n s tr ate  m ea n   s q u ar ed   er r o r   ( MSE o f   o n l y   0 . 0001 3   b etw ee n   t h FP GA - g e n er ated   w av e f o r m   a n d   its   M A T L A B   s i m u latio n .   Fro m   th p r ev io u s   w o r k s   [ 1 7 ] [ 2 1 ] ,   w i n tr o d u ce   n o v el  FP GA - b ased   m m W a v OFDM  tr an s m itter   ar ch itec tu r th at  p u s h e s   th e   b o u n d ar ies  o f   s p ee d   an d   th r o u g h p u t A   k e y   i n n o v atio n   i s   th u t ilizatio n   o f   s ig n i f ica n tl y   lar g er   FF T   s ize   co m p ar ed   to   e x is t in g   FP GA  i m p le m en ta tio n s T h is   ad v a n ce m en u n lo c k s   th e   p o ten tial   f o r   h ig h   s p ec t r u m   ef f icien c y   a n d   lar g er   b an d w id th   in   m m W a v co m m u n icatio n   s y s te m s .       2.   O F DM   f o mm Wa v co mm un ica t io n sy s t e m s   O F D M   f o r   m m W av e   w o r k s   l ik e   n o r m al   o r   c o n v e n t i o n a l   OFD M T h e   d i f f e r en c e   is   th a t   th e   b a n d w i d th ,   w h e r e   th e   m m W av e   o p e r a t es   f r o m   4 0 0   M H z   u p   t o   8 0 0   M H z   [ 1 ] - [ 3 ] ,   a t   t h e   c a r r i e r   o f   2 4 . 25 - 29 . 5   G H z .   T h i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8708         Hig h - s p ee d   field - p r o g r a mma b le  g a te  a r r a imp leme n ta tio n     ( K id s a n a p o n g   P u n ts r i )   3815   f r e q u en cy   i s   w i d ely   u s e d   f o r   5 G T h e   t r a n s m it t e r   u s e s   I FF T   f o r   u p c o n v e r t in g   t h e   QA M   s y m b o l s   t o   a   s p e cif i f r e q u en cy ,   c a ll e d   f r e q u en cy   s p a c i n g .   T h e   I F F T   o u t p u t ,   d en o ted   b y   ( ) c a n   b e   w r it t en   as   ( 1 )   [ 2 2 ] :     ( ) = 1 ( ) 1 = 0 2  / ,   ( 1 )     w h er = 0 , 1 , . . . , 1 ,   an d   N   is   th n u m b er   o f   FF T   p o in ts   ( n u m b er   o f   s a m p les  o r   p er io d s ) .   ( )   is   ar b itra r y   b in ar y   p h a s s h i f k e y in g   ( B P SK) q u ad r atu r p h ase  s h if k e y i n g   ( QP SK )   o r   q u ad r atu r a m p li tu d e   m o d u latio n   ( Q A M)   m ap p in g T h h ig h e r   b it  m ap p in g   is   t h h ig h er   o r d er   an d   th h i g h er   s p ec tr u m   e f f icie n c y T h C P   is   n e x ap p en d ed ,   d en o ted   b y    ( ) ,   th i n d ex   o f   OFD s y m b o l,  in c lu d i n g   C P   s a m p le  ca n   b e   ex p r ess ed   b y   ( 2 ) .      ( ) = [ (  ) (  + 1 ) (  + 2 ) . . . (  +  1 )                                                                          ( 0 ) ( 1 ) . . . ( 1 )                               ] ,       ( 2 )     A t h r ec eiv er   e n d ,   th r ec ei v ed   s ig n al  w i th   q u an t izatio n   n o is d u to   t h e   f i x ed - p o i n f o r m at  a n d   w it h o u t RF   i m p le m e n ts   i s   co m p u ted   b y   ( 3 ) .       ( ) =  ( ) ( ) + ( ) + ( ) ,     ( 3 )     h en ce ( )   r ep r esen ts   th r ec eiv ed   d is to r ted   r ep lica  o f   th tr an s m itted   s ig n al T h p ar am eter s   ( ) ( ) an d   ( )   ar ch an n el  im p u ls r esp o n s e,   A W GN  co m p o n en t,  an d   q u an tizatio n   n o is co m p o n en d u to   f ix ed - p o in n u m b er ,   r esp ec tiv ely Fro m   ( 3 ) ,   th s ig n al  to   n o is r at io   ( SNR is   d ef in ed   b y   ( 4 ) .      = (  ( ) ) ( ( ) ) + ( ( ) ) ,   ( 4 )     w h er e   ( )   is   th ex p ec tatio n   o p er ato r T h SNR   in   d B   ca n   b ca lcu lated   b y     = 10  (  ) .   T h r ec eiv ed   f r eq u en cy   d o m ain ,   d en o ted   b y   ( ) ,   is   d o n b y   tak in g   FF T   o f   ( 3 ) ,   th ca lcu latio n   is   ex p r ess ed   b y   ( 5 ) .     ( ) = ( ) 1 = 0 2  /            = ( ) ( ) + ( ) + ( ) ,   ( 5 )     w h er e   ( )   is   co m m u n icatio n   ch an n els,  w h ile  ( )   an d   ( )   ar A W GN  an d   q u an tizatio n   n o is co m p o n en ts   in   f r eq u en cy   d o m ain ,   r esp ec tiv ely Fin ally ,   th r ec o v er y   o f   th r ec eiv ed   s ig n al  ca n   b s im p ly   d iv id ed   b y   ( ) ,   ex p r ess ed   b y   ( 6 ) .     ̃ ( ) = ( ) ( )            = ( ) + ( ( ) + ( ) ) / ( ) ,   ( 6 )     As  ca n   b s ee n ,   t h r ec eiv er   p r o ce s s in g   i s   d o n in   f r eq u en c y   d o m ai n ,   w h ich   i s   s i m p l to   im p le m e n t   in   h ar d w ar e .       3.   O F DM   t ra ns m it t er   i m p le m e nta t io n   3 . 1   H a rdw a re   c o ns t ra ints   Har d w ar r eso u r ce   u tili za tio n   o f   th OFDM  tr a n s m itter   ( Tx p r o ce s s in g   u n it  a n d   d esig n   ch o ices  ar e   d etailed   in   th is   s ec tio n T h T x   co m p r is es  th r ee   p r i m ar y   s ta g es Q A M   m ap p i n g ,   I FF T ,   an d   C P   ap p en d in g A ll   p r o ce s s in g   u n its   e m p lo y   an   1 8 - b it  f i x ed - p o i n r ep r esen tatio n   f o r   o p tim al  e f f icie n c y ,   w it h   t h f ir s b it  d en o tin g   s ig n ,   f o llo w ed   b y   4   b its   f o r   th in te g er   p o r tio n   an d   1 3   b its   f o r   th f r ac tio n al  p ar t T h is   f ix ed - p o in f o r m at  [ 2 3 ]   b alan ce s   co m p u tatio n al  ac c u r ac y   w it h   r e s o u r ce   u tili za tio n   co n s tr ain ts .   A d d itio n all y ,   fi   ( v ,   s ,   w ,   f is   u s ed   in   MA T L A B   co m m a n d   to   co n v er f r o m   th e   f lo ati n g - p o in t   v a lu to   f i x ed - p o in f o r m at,   w h er v   is   v al u e,   s   is   s ig n ed   p r o p er ty ,   w   i s   w o r d   l en g t h ,   a n d   f   is   f r ac tio n   le n g t h A   2 0 4 8 - p o in R ad ix - 2   I F F T   is   i m p le m en ted ,   n ec es s itati n g   1 1   co m p u ta tio n   s tag e s A d d itio n all y ,   t h C P   is   2 5 6   s am p les T o   en h an ce   t h r o u g h p u t,  t h d esig n   in c o r p o r ates  p ar allel  p r o ce s s in g ,   allo w i n g   8   s im u lta n eo u s   in p u co m p u tatio n s T h is   p ar alle lis m ,   co u p led   w it h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   4 A u g u s t   20 25 :   3 8 1 3 - 3823   3816   1 0 0   MH in ter n al  clo ck ,   f ac ilit ates  a n   8 0 0   MH d ata   th r o u g h p u t .   Un d er   th ch o s e n   co n f i g u r atio n ,   th e   d esig n   ac h ie v es  an   8 0 0   MH d ata  th r o u g h p u t I f   1 024 - p o in QA m o d u latio n   is   ad o p ted ,   n et  d ata   r ate  o f     8   Gb p s   ca n   b attain ed T h is   ill u s tr ate s   th in h er e n tr ad e - o f f   b et w ee n   d ata  th r o u g h p u an d   s p ec tr al   ef f icien c y Hi g h er - o r d er   QAM   s ch e m es  o f f er   i n cr ea s ed   d ata  r ates  b u d e m a n d   m o r co m p le x   p r o ce s s i n g ,   p o ten tiall y   lead in g   to   elev ated   r eso u r ce   u s a g e .    A d d itio n all y ,   all  th p r o ce s s i n g   i s   i m p le m en ted   o n   t h Z y n q   Ultr aSca le R F So C   Z C U1 1 1   E v alu a tio n   Kit   [ 2 4 ] .     3 . 2   Q ua dra t u re   a m pl it ud m o d ula t io m a p pin g     Qu ad r atu r am p litu d m o d u latio n   ( QA M)   m ap p in g   is   cr itical  p r o ce s s   in   d ig ital  co m m u n icatio n   s y s tem s ,   w h er b in ar y   b it  s eq u en ce s   ar ass ig n ed   to   s p ec if ic  s y m b o ls   w ith in   co n s tellatio n   d iag r am I n   th is   w o r k ,   lo o k - u p   tab le   ( L UT b ased   ap p r o ac h   is   p r o p o s ed   f o r   ef f icien QA m ap p in g T h in co m in g   d ata  b its   s er v as  ad d r ess es  f o r   th L UT ,   r etr iev in g   p r e - ca lcu lated   v alu es  r ep r esen tin g   th co r r esp o n d in g   I   ( in - p h ase an d   ( q u ad r atu r e co m p o n en ts   o f   th QA s y m b o l T h s y m b o p o w er   is   n o r m alize d   to   u n ity   to   s im p lif y   th m ap p in g   p r o ce s s Fo r   co m p r eh en s iv ex p lan atio n   o f   QA m ap p in g ,   r ef er   to   [ 2 ] ,   [ 3 ] T h n u m b er   o f   p o in ts   w ith in   th co n s tellatio n   d iag r am   d ir ec tly   co r r esp o n d s   to   th n u m b er   o f   u n iq u ad d r ess es  u tili ze d   in   th m ap p in g   p r o ce s s Fo r   in s tan ce ,   QP SK  w ith   its   f o u r   co n s tellatio n   p o in ts   em p lo y s   f o u r   u n iq u ad d r ess es,  w h ile  64 - QA M,   w ith   6 4   p o in ts ,   u tili ze s   6 4   ad d r ess es L UT s   o f f er   an   ef f icien h ar d w ar im p lem en tatio n   f o r   QA m ap p in g ,   allo w in g   s ea m less   s w itch in g   b etw ee n   d if f er en QA s ch em es  ( e . g . ,   QP SK,  1 6 - QA M b y   s im p ly   m o d if y in g   th p r e - lo ad ed   v al u es  w ith in   th L UT .   T o   ac h iev h ig h - s p ee d   co m m u n icatio n ,   th p r o p o s ed   ap p r o ac h   in co r p o r ates  eig h p ar allel  p r o ce s s in g   u n its ,   en ab lin g   s im u ltan eo u s   ca lcu latio n   o f   m u ltip le  QA s y m b o ls Fu r th er   d etails  r eg ar d in g   th is   p ar allel  p r o ce s s in g   im p lem en tatio n   ca n   b e   f o u n d   in   Fig u r e   1 .   A s   ca n   b s ee n ,   th p r o p o s ed   L UT - b ased   QA m ap p in g   ap p r o ac h   o f f er s   f lex ib le  an d   ef f icien s o lu tio n   f o r   d ig ital  co m m u n icatio n   s y s tem s ,   f ac ilit atin g   h ig h - s p ee d   d ata  tr an s m is s io n   w h ile  m ain tain in g   th f lex ib ilit y   to   ad ap to   d if f er en QA s ch em es .       Q P S K L U T 16 - Q A M L U T 64 - Q A M L U T 2 5 6 - Q A M L U T M U X r s t C L K m ap _ sl 00 01 10 11 ad d r s _ Q P S K I Q 18  b i t M a p p i n g   L U T b i t s b i t s b i t s b i t s ad d r s _ 16 - Q A M ad d r s _ 64 - Q A M ad d r s _ 256 - Q A M 18  b i t s I Q 18  b i t s I Q     Fig u r e   1 .   T h p r o p o s ed   QA m ap p in g   w it h   8   p ar allel  p r o ce s s i n g       3 . 3   CP   a pp endin g   I n   th is   s ec tio n ,   th p r o p o s ed   C P   ad d ed   m eth o d   in   FP GA   is   p r esen ted T h o u tp u f r o m   th I FF T   p r o ce s s in g   is   f ed   to   th d u al  co r R A to   s to r all  th 2 0 4 8   s am p les,  w h er th in p u ad d r ess   o f   2 5 6   (= 2048 / 8 is   co u n ted   f r o m   0   to   2 5 5 Fo r   th ad d r ess   f o r   r ea d in g   o u t,  th er ar tw o   co u n ts   n ee d ed T h f ir s co u n is   f o r   th last   s am p les  o f   3 2   (= 256 / 8 f r o m   th u s ef u s am p les  its elf ,   th is   n ee d s   0 3 1   ad d r ess T h s ec o n d   co u n is   f o r   u s ef u s am p les T h er ef o r e,   th co u n ter   len g th   is   eq u al  to   in p u ad d r ess A d d itio n ally ,   s in ce   th r ea d - o u t   ad d r ess   is   lo n g er   th an   th w r itten   ad d r ess ,   th C L K_ B   s h o u ld   b f aster   th an   C L K_ A T h r atio   is   ex p r ess ed   b y     (  +  )  ,   w h er e      is   n u m b er   o f   u s ef u s am p les  o r   th FF T   s ize  an d      is   th n u m b er   o f   C P   in   s am p les I n   th is   w o r k ,    = 2048   an d    = 288 ,   th r atio   is   ( 20 48 + 256 ) 2048 = 1 . 125 Fo r   ex am p le,   if   th s p ee d   o f   C L K_ A   1 0 0   MH is   ass u m ed ,   th C L K_ B   w ill  b 1 1 2 . 5   MH z .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8708         Hig h - s p ee d   field - p r o g r a mma b le  g a te  a r r a imp leme n ta tio n     ( K id s a n a p o n g   P u n ts r i )   3817   3 . 4   2048 - po ints IFF T / F F T   i m ple m e nta t io n   T h is   s ec tio n   i n v e s ti g ates  th ap p licatio n   o f   th e   I FF T   in   m m W a v e   h i g h - s p ee d   w ir eless   d at a   co m m u n icatio n   s y s te m s .   T h I FF T   is   cr itical  co m p o n en t   o f   OF DM ,   f ac ilit ati n g   t h tr a n s f o r m atio n   o f   d i g ita l   d ata,   ex p r ess ed   as  co m p lex   s y m b o ls   i n   th f r eq u e n c y   d o m ai n ,   in to   co r r esp o n d in g   t i m e - d o m ai n   s i g n al.   A   co m p ar ati v ev al u at io n   o f   g e n er al  I FF T /FF T   im p le m en tatio n   m et h o d o lo g ies,  en c o m p a s s i n g   s p ee d ,   h ar d w ar co m p le x it y ,   a n d   p er f o r m a n ce   ad v a n ta g es,  i s   p r ese n ted   in   T ab le  1 .   Sp ec if icall y ,   t h p r o p o s ed   h y b r id   i m p le m en ta tio n ,   co m b i n i n g   R ad ix   an d   R AM   ar ch i tectu r e s ,   d em o n s tr ate s   n o ta b le  i m p r o v e m e n i n   s p ee d   an d   ef f icien c y   r elati v to   alter n a ti v m e th o d o lo g ies.  A d d itio n all y ,   R ad i x - 2   i s   a   v er y   ef f ec ti v f o r   i m p le m en tatio n   o n   h ar d w ar e;  e s p ec iall y   o n   FP GA ,   an d   t h at  is   w id el y   u s ed   in   m a n y   d i g ital  s ig n al   p r o ce s s in g   ( DSP ap p licatio n s T h d iv id an d   co n q u er   s tr ateg y   ar u s ed T h m et h o d   d iv id es  th 2 0 4 8 - p o in DFT   in p u t   p r o g r ess iv el y   i n to   s m a ller   DF T s I n   th is   ca s e,   = 2048 ,   th n u m b er   o f   s tag e s   is   =  2 ( ) = 11 .   I n   th i s   w o r k ,   co m p u ti n g   t h i n v er s e   FF T   u s i n g   f o r w ar d   FF T   is   e m p lo y ed ,   w h er e   th FF T   ca n   b e   u s ed   f o r   th O FDM  r ec eiv er ,   in   th f u t u r e T h FF T   ca lcu latio n   is   g i v e n   b y   [ 25 ] ,       ( ) =  ( )                   = ( )  1 = 0 ,     ( 7 )     w h er ( )   is   f r eq u en cy   d o m ain   an d   ( )   is   d is cr ete  tim d o m ain   in p u t  = 2  /   is   co m p lex   n u m b er   tw id d le  f ac to r s   ( TW ) .   = 0 , 1 , . . . , 1   an d   = 0 , 1 , 2 , . . . , / 2 1 I n   R ad ix - 2 ,   th s am p lin g   in p u s ig n al  is   co m p u ted   s ep ar ately   f o r   th ev en - in d ex ed ,   0 , 2 , . . . . , 2   an d   th o d d - in d ex ed ,   1 , 3 , . . . , 1 .   A d d itio n ally ,   th alg o r ith m   d iv id es  th ca lcu latio n   in to   tw o   p ar ts ,   ex p r ess ed   b y   ( 8 ) .     ( ) = ( )  + ( )         = ( 2 ) / 2 1 = 0 2  + ( 2 + 1 ) ( 2 + 1 ) / 2 1 = 0       = [ ( 2 ) + ( 2 + 1 ) ] / 2 1 = 0 2  ,     ( 8 )     h en ce ,   f r o m   t h co m p lex   e x p o n en t ial  n o tatio n ,   2  = / 2  T h en ,   th f ir s t h al f   ca n   b ca lc u lated   by   ( 9 ) .     ( ) = ( 2 ) / 2 1 = 0 / 2  + ( 2 + 1 ) / 2  / 2 1 = 0   ,   ( 9 )     an d   th s ec o n d   h alf   is   ca lcu lated   b y   ( 1 0 ) .     ( + / 2 ) = ( 2 ) / 2 1 = 0 / 2 ( + / 2 ) + ( / 2 ) ( 2 + 1 ) / 2 ( + / 2 ) / 2 1 = 0   .   ( 10 )     We   k n o w   t h at   /2 k N k NN WW  T h er ef o r e       ( + / 2 ) = ( 2 ) / 2 1 = 0 / 2  ( 2 + 1 ) / 2  / 2 1 = 0   .     ( 11 )     T h b u tter f ly   s tr u ctu r is   u s u ally   em p lo y ed   in   h ar d w ar to   im p lem en ( 9 an d   ( 11 ) .   A d d itio n ally ,   b y   u s in g   ( 7 ) ,   I FF T   ca n   b ca lcu lated   b y   [ 21 ] .     ( ) = 1  (  (  ( ( ) ) ) ) ,     ( 12 )     w h er co n j   is   co n f ig u r atio n   o p er ato r Fro m   ( 12 ) ,   th is   i m p li es  th a I FF T   ca n   b co m p u ted   b y   u s i n g   FF T T h i m p le m en o f   ( 12 is   d etailed   in   Fig u r e   2 ,   w h er ea ch   s tag u s e s   th b u tter f l y   s tr u ctu r e,   as   s h o w n   in s er t   A   in   Fig u r 2 .   I t   is   r ec u r s iv el y   2 5 6   tim e s   to   ac h iev 2 0 4 8 - p o in ts .   T h t o tal  s tag is   1 1 A d d itio n all y ,   th ter 1   w il b s p r ea d   b y   1 2   to   ea ch   s ta g e.   T h is   ap p r o ac h   allo w s   f o r   th co n s er v atio n   o f   in te g er   b it s   w h ile  i n cr ea s i n g   th n u m b er   o f   f r ac tio n al   b its C o n s eq u en tl y ,   th b it  p r ec is io n   is   e n h an ce d ,   lead i n g   to   i m p r o v ed   ac cu r ac y A d d itio n al l y ,   t h co m p u tatio n   s p e ed   ca n   b p o ten tiall y   ac ce ler ated   u p   to   8   ti m es,  as s u m i n g   id ea co n d itio n s W ith   an   i n ter n al  clo ck   f r eq u en c y   o f   1 0 0   MH z,   th ac h ie v ab le  to tal  th r o u g h p u r ea c h e s   8 0 0   MH z T h ese  s p ec if ic s   ar v is u all y   r ep r esen ted   in   Fi g u r e   3 T h T w id d le  f ac to r   ( TW v alu es  ar p r e - co m p u ted   an d   s to r ed   in   in ter n al  r ea d - o n l y   m e m o r y   ( R OM f o r   ef f icie n t a cc ess   d u r in g   p r o ce s s i n g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   4 A u g u s t   20 25 :   3 8 1 3 - 3823   3818   T ab le  1 C o m m o n   m et h o d s   f o r   I FF T / FF T   i m p le m e n tat io n   M e t h o d   S p e e d   ( A p p r o x i mat e )   G a t e   C o n su m p t i o n   ( A p p r o x i mat e )   A d v a n t a g e s   D i sad v a n t a g e s   C O R D I C - b a se d   [ 2 5 ]   L o w   M o d e r a t e   ( t h o u s a n d s)   L o w   p o w e r   c o n su mp t i o n ,   e f f i c i e n t   f o r   t r i g o n o me t r i c   c a l c u l a t i o n s   C a n   b e   sl o w e r   t h a n   o t h e r   me t h o d s,   a c c u r a c y   t r a d e - o f f s   P i p e l i n e   [ 2 6 ]   M o d e r a t e   M o d e r a t e   t o   h i g h   H i g h   t h r o u g h p u t ,   s u i t a b l e   f o r   r e a l - t i me   p r o c e ssi n g   I n c r e a se d   l a t e n c y ,   c a n   b e   r e so u r c e - i n t e n si v e   f o r   l a r g e   F F T   si z e s   R a d i x +   R A M   ( P r o p o se d )   H i g h   M o d e r a t e   t o   h i g h   F l e x i b l e   d e si g n ,   h i g h   t h r o u g h p u t   a n d   e f f i c i e n t   r e so u r c e   u sag e   C a n   b e   c o mp l e x   t o   d e si g n ,   m a y   r e q u i r e   a d d i t i o n a l   c o n t r o l   l o g i c       CP R A M _ 0 R A M _ 1 R A M 8 8 WE a ddr _ in a ddr _ out CL K _ A CL K _ B F or  E xam p l e C L K _ 100  M H z C L K _ =  ( 288 / 256 100  M H z    112 . M H z C ount 256 8 8 W E   0 W E   1 8 M U X R e a d out CP 255 ... 0 35 a ddre s s   ... 0     Fig u r e   2 .   T h p r o p o s ed   C P   a p p en d in g   u s in g   d u al  co r R A M   at  th tr an s m i tter       /2 iN N W i N W + + I n i /2 I n i N Out i /2 Out i N A   S t o r e   a n d   r e o r d e r S t o r e   a n d   r e o r d e r S t o r e   a n d   r e o r d e r 4   ×   R a d i x - 2 4   ×   R a d i x - 2 8   l i n e s 8   l i n e s 8   l i n e s 8   l i n e s 8   l i n e s 8   l i n e s 8   l i n e s S h i f t   2 5 6   t i m e s 8   ×     2 5 6   = 2 0 4 8 I n p u t 8   l i n e s O u t p u t S t a g e _ 2 S t a g e _ 3 S t a g e _ 1 1 S t o r e   a n d   r e o r d e r 4   ×   R a d i x - 2 S t a g e _ 1 S h i f t   2 5 6   t i m e s S h i f t   2 5 6   t i m e s S h i f t   2 5 6   t i m e s 8   ×     2 5 6   = 2 0 4 8 S t a g e   1 S t a g e   2 L U T   T w i d d l e   S t a g e _ 1 S h i f t   2 5 6   t i m e s L U T   T w i d d l e   S t a g e _ 2 L U T   T w i d d l e   S t a g e _ 3 S t a g e   3 S t a g e   1 1 ÷   2 ÷   2 8   l i n e s S h i f t   2 5 6   t i m e s ÷   2 C l o c k   = 1 0 0   M H z C l o c k   = 1 0 0   M H z C l o c k   = 1 0 0   M H z     Fig u r 3 .   FF T   im p le m e n tatio n   f o r   8   p ar allels p r o ce s s in g   w it h   11   s tag es o f   ca lcu la tio n       Du r in g   ea ch   p r o ce s s in g   s tag e ,   th s y s te m   n ee d s   to   r eo r d er   d ata  b ased   o n   t h o u tp u t   i n d ex   f o r   th e   n ex s ta g e T o   ac h iev th is ,   t h o u tp u d ata  o n   ea ch   s tag i s   s to r ed   in   r an d o m - ac ce s s   m e m o r y   ( R A M ) .   T h r ea d   ad d r ess   o f   th R A is   d y n a m ical l y   co n tr o lled   b ased   o n   th r eq u ir ed   in d ex   f o r   th n ex s ta g e Fo r   f ee d - f o r w ar d   p r o ce s s in g   w it h o u d ata  d elay s ,   d u al - B an k s   R A M   ar ch itectu r is   e m p lo y ed .   T h B an k s   co n s is t   o f   B an k   0   an d   B an k   1 w r ite  en ab le  ( WE s ig n al  co n tr o ls   w h ic h   b an k   is   ac tiv e W h en   d ata  is   w r itten   to   th e   f ir s B an k   ( e . g . ,   B an k   0   w i th   W E   1 ) ,   d ata  f r o m   ea c h   s t ag is   s i m u lta n eo u s l y   r ea d   f r o m   th o t h er   b an k     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8708         Hig h - s p ee d   field - p r o g r a mma b le  g a te  a r r a imp leme n ta tio n     ( K id s a n a p o n g   P u n ts r i )   3819   ( B an k   1 ) .   C o n v er s el y ,   w h en   W E   0   f o r   B an k   0 ,   d ata  is   w r itte n   to   B an k   1   a n d   r ea d   f r o m   B an k   0 T h W E   s ig n al  t y p icall y   to g g les e v er y   2 5 6   clo ck   cy cles P lease  r ef er   to   Fig u r 4   f o r   f u r t h er   u n d er s t an d in g .       B a n k   1 B a n k   0 R A M 0 R A M 1 M U X M U X 8   l i n e s 8   l i n e s R A M 0 R A M 1 M U X 21 xn 2 xn 2 xn 21 xn W E W E 8 D a t a   f r o m   e a c h   s t a g e D a t a   t o   n e x t   s t a g e     Fig u r 4 .   Deta ils   o f   t h al g o r ith m   f o r   s to r in g   an d   r eo r d er in g   d ata  in d ices in   p r ep ar atio n   f o r   th n e x t s tag e       4.   I M P L E M E NT AT I O R E S UL T S   I n   th i s   s ec tio n ,   t h FP G A - b a s ed   tr an s m i tter   s ig n al  p r o ce s s i n g   c h ai n   f o r   m m W av O FDM   s y s te m s   is   r ep o r ted First,  th e   ef f ec o f   AW GN  an d   q u a n tizatio n   n o is o n   OFDM   tr an s m i tter   u s i n g   f i x ed - p o in t   f o r m at  i s i m u lated   an d   a n al y ze d T h co n s tr ain ts   o f   t h d esi g n ed   ar s h o w n   in   s ec tio n   3 . 1 ,   s p ec if ic all y ,   th 2 0 4 8   FF T   s ize  an d   th 1 8 - b it  w o r d   len g th   ar u s ed ,   an d   th b it  er r o r   r ate   ( B E R p er f o r m an ce   w a s   ev alu a ted   v ia  n u m er ical  s i m u latio n .   On l y   AW GN  an d   q u an tiza tio n   n o is ar co n s id er ed T h s u b ca r r ier   in d ices   f r o m   2 1   to   6 3 2   an d   1 4 2 4   to   2 0 3 0   ar m o d u lated   w i th   6 4 - Q A M,   a n d   th r est  ar ze r o s .   F ig u r e   5   s h o w s   t h d is to r tio n   i m p ac d u to   th f ix ed - p o in t,   w h ic h   is   ev id e n th at  t h q u an tizatio n   n o is is   n o th s o le  co n tr ib u to r .   A s   ca n   b s ee n ,   th in ter - b a n d   in ter f er en ce   also   p lay s   r o le,   as  e v id en ce d   b y   th p o w er   leak a g s p r ea d in g   ac r o s s   s u b ca r r ier s .   A d d itio n al l y ,   th e   r esu lts   d e m o n s tr ate  clea r   in cr ea s in   B E R   as  th n u m b er   o f   f r ac tio n al  b its   d ec r ea s ed ,   as  illu s tr ated   in   Fi g u r e   6 Fu r t h er m o r e,   it  in d ica tes  th at  h i g h er - o r d er   QA m o d u latio n   s c h e m e s   ex h ib it  m o r s e n s i tiv it y   to   th SNR .   T h f in d i n g s   f r o m   F ig u r e s   5   an d   6   co llectiv e l y   s u g g es an   o p ti m al   f r ac tio n al  b it  allo ca tio n   ex ce e d in g   1 0   b its C o n s eq u en tl y ,   f o r   th s u b s eq u e n in v esti g atio n s   w it h i n   th i s   s tu d y ,   w h a v j u d icio u s l y   s e lecte d   1 3 - b it  f r ac tio n al  r ep r esen tatio n T h is   ch o ice  ai m s   to   ac h ie v an   o p ti m al  tr ad e - o f f   b et w ee n   co m p u ta tio n al  ac cu r ac y ,   B E R   p er f o r m a n ce ,   an d   th s u p p r ess io n   o f   i n ter - b a n d   in ter f er en ce .         I n te r - b an d   i n te r fe r e n c e   i n d i c ato r     Fig u r e   5 .   T h I n ter - b an d   in ter f er en ce   e f f ec t o n   OFDM  tr a n s m itter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   4 A u g u s t   20 25 :   3 8 1 3 - 3823   3820   64 2 5 6 1 0 2 4 M - a r y   Q A M 10 - 6 10 - 5 10 - 4 10 - 3 10 - 2 10 - 1 10 0 B E R b i t s b i t s 1 0   b i t s 1 4   b i t s     Fig u r e   6 .   B E R   v er s u s   M - ar y   QA w i th   v ar io u s   f r ac tio n al  b its   is   co n s id er ed       Nex t,  co m p r eh e n s i v e v al u a tio n   o f   t h h ig h - s p ee d   OF DM   w a v e f o r m   g en er ato r   i m p le m e n ted   o n   a n   FP GA   f o r   m m W a v co m m u n i ca tio n   s y s te m s   w as  co n d u cted T h ex p er i m en tal  s et u p   is   ill u s tr ated   in   i n s er ted   in   F ig u r e   7( a ) ,   an d   th e   g e n er at ed   w a v ef o r m   is   p r esen ted   i n   F ig u r e   7( b ) T h d esig n   a n d   i m p le m en ta tio n   w er ca r r ied   o u u s in g   VHD L   w it h in   t h Viv ad o   2 0 2 0   en v ir o n m e n t,  tar g eti n g   th Z y n q   Ultr aSca le R FS o C   Z C U1 1 1   ev alu atio n   k it .       C P  pa r t f or  r e a l Us e f ul  pa r f o r   r ea l CP  32  s a mp l es Cl k 100 Cl k 112 p 5 WE E 0 WE E 1 Re a l I ma g i n a r y C P  pa r t f or  im a g Us e f ul  pa r t f or  im a g OF DM  S ym bol   ( CP + Us e f ul ) A B       Fig u r e   7 .   OFDM  tr a n s m itter   w a v e f o r m   g e n er ato r   i m p le m e n ted   o n   an   FP G A   f o r   m m W a v co m m u n icatio n   s y s te m s :   ( a s y s te m   s et u p   an d   ( b )   OFDM  o u tp u w av e f o r m       T h p r o ce s s in g   ar ch i tectu r is   s tr u ctu r ed   as  8   p a r allel  lan es,  f ac ilit ati n g   t h co n cu r r en co m p u tat io n   o f   m u ltip le  d ata  s tr ea m s A s   d ep icted   in   Fig u r 2 ,   th C P   is   ap p en d ed   o v er   3 2   cl o ck   cy cles  ( 8   lan es  ×  3 2   c y cles  2 5 6   s a m p le s ) Su b s eq u en tl y ,   2 5 6   clo ck   c y cle s   a r allo ca ted   f o r   2 0 4 8   o f   th u s e f u OFDM   d ata  s y m b o ls   ( 8   lan es  ×  2 5 6   cy c les  2 0 4 8   s a m p les ) .   T h u s ,   ea ch   co m p lete  OFDM  s y m b o co m p r is es  2 3 0 4   s a m p les   ( =2 0 4 8   2 5 6 ) T h e   d esig n   i n co r p o r ates  t w o   d is tin ct  clo c k   d o m ai n s 1 0 0   MH s y s te m   clo c k   ( clk 1 0 0 an d   1 1 2 . 5   MH clo ck   m u lt ip lex er   ( cl k 1 1 2 p 5 r esp o n s ib le  f o r   o u tp u t tin g   t h C P   a n d   OFD M   s y m b o ls T h is   allo w s   f o r   h i g h er   b an d w id t h   an d   in cr ea s es   s p ec tr al  ef f icie n c y .   Mo r eo v er ,   to   en s u r ad eq u ate   te m p o r al  s ep ar a tio n   b et w ee n   w r ite  a n d   r ea d   o p er atio n s   o n   m e m o r y   ele m en ts ,   cl k 1 0 0   is   in ten tio n all y   p h a s e - s h i f ted   b y   2 5 0   d eg r ee s q u an t itati v co m p ar i s o n   b e t w ee n   t h FP G A - g e n er ated   w a v e f o r m   a n d   it s   MA T L A B - s i m u lated   r ev ea ls   a   m ea n   s q u ar ed   er r o r   ( MSE o f   o n l y   0 . 00013 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8708         Hig h - s p ee d   field - p r o g r a mma b le  g a te  a r r a imp leme n ta tio n     ( K id s a n a p o n g   P u n ts r i )   3821   Fin a ll y ,   T ab le  2   p r o v id es  b r ea k d o w n   o f   th p o s t - i m p le m e n tatio n   r eso u r ce   u tili za tio n   o f   th FP GA No tab ly ,   k e y   r eso u r ce s   s u c h   as  th C L B   L UT s ,   R A M,   a n d   DSP s   ex h ib it  u ti lizatio n   p e r ce n tag e s   o f   o n l y   7 . 91 % ,   0 . 74 % ,   an d   3 . 7 % ,   r esp ec tiv el y A d d itio n all y ,   th er is   n o   n u m b er   o f   f a ili n g   e n d p o in t Sp ec if icall y ,   o u r   i m p le m en ta tio n   d e m o n s tr ates  s u p er io r   p er f o r m an ce   in   ter m s   o f   b o th   s p ee d   an d   t h r o u g h p u co m p ar ed   to   t h e   s tate - of - th e - ar t T o   th b est  o f   o u r   k n o w led g e,   o u r   d esig n   ac h iev e s   th lar g es FF T   s ize  a m o n g   FP GA - b ased   m m W a v co m m u n icatio n   s y s t e m s   r ep o r ted   in   t h liter at u r e .   T h er ar o n ly   s i m u latio n   w o r k s ,   as  s h o w n   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] ,   an d   n o   i m p le m e n tat io n   h as  b ee n   r ep o r ted   y et.   T h r es u lts   d e m o n s tr ated   th a t h ef f i ca c y   an d   e f f icie n c y   o f   th p r o p o s ed   FP GA - b ased   h ig h - s p ee d   OFD tr an s m itter   d esig n   f o r   m m W a v co m m u n icatio n   s y s te m s   ar e   ac h iev ed T o   ev alu a te  t h p o w er   e f f icie n c y   o f   t h p r o p o s ed   FP GA - b ased   OFDM   tr an s m itter ,   w e   co n d u cted   a   p o w er   co n s u m p tio n   a n al y s i s   u s i n g   Xil in x   P o w er   E s ti m ato r   to o in   Viv ad o   2020 T h an al y s i s   co n s id er s   t h e   d y n a m ic  p o w er   co n s u m p t io n   o f   th FP GA   r e s o u r ce s   u til ized   b y   t h d esi g n ,   in cl u d i n g   t h C L B s ,   b lo ck   R A Ms,  a n d   D SP s T h esti m ated   p o w er   co n s u m p tio n   o p er atin g   at  1 0 0   MH i s   4 8 . 6 6 7   W atts F u r th er m o r e,   th r ea l - w o r ld   ap p licab il it y   o f   o u r   FP GA - b ased   OFDM   tr an s m itter   w as  as s es s ed   b y   co n s id er i n g   it s   r o b u s tn es s   to   ch a n n e l i m p air m en ts   a n d   co m p atib ilit y   w it h   ex is ti n g   m m W a v i n f r a s tr u ct u r e       T ab le  2 T h Z y n q   Ultr aSca le +   R FS o C   Z C U 111   ev alu at io n   k it   r eso u r ce   u s a g e   R e so u r c e s   U sag e / V a l u e s   C L B   L U T s   7 . 91 %   C L B   R e g i st e r s   6 . 98 %   L U T   a s M e mo r y   9 . 65 %   L U T   a s L o g i c   3 . 06 %   B l o c k   R A M   T i l e   0 . 74 %   D S P s   3 . 70 %   N u mb e r   o f   f a i l i n g   e n d p o i n t s   0       5.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r esen ted   r eso u r ce - ef f icie n FP GA  i m p le m e n tatio n   o f   an   OFDM   tr an s m i tter   s i g n a l   p r o ce s s in g   c h ai n   o p ti m ized   f o r   h ig h - s p ee d   m m W a v co m m u n icat io n   s y s te m s .   T h co r o f   th d esi g n   is   a   2048 - p o in I FF T   m o d u le,   r ea l ized   u s i n g   R ad ix - 2   al g o r ith m   to   m i n i m ize  h ar d w ar f o o t p r in t.  A d d itio n all y ,   th i m p le m e n tatio n   i n co r p o r a tes   f le x ib le  C P   in s er tio n ,   ad ap tab le  QA m o d u lat io n ,   an d   co n f i g u r ab le  p ilo p atter n s ,   allo w i n g   f o r   d y n a m ic  tr ad e - o f f s   b et w ee n   s p ec t r al  ef f icien c y ,   s y s te m   r o b u s t n es s ,   an d   h ar d w ar e   r eso u r ce   u tili za t io n .   E x p er i m en tal  r es u lts   d e m o n s tr ate  h ig h   d eg r ee   o f   co r r elatio n   b et w ee n   t h FP GA - g en er ated   w a v e f o r m   a n d   MA T L A B   s i m u latio n s ,   v alid ati n g   th d es ig n ' s   ac c u r ac y .   Fu r th er m o r e,   ef f icie n t   r eso u r ce   u ti lizatio n   u n d er s co r es  th e   p r ac ticalit y   o f   t h p r o p o s ed   s o lu tio n   f o r   r ea l - t i m e   m m W av OFDM   tr an s m itter   ap p licatio n s .   T h h i g h - t h r o u g h p u p r o ce s s i n g   ca p ab ilit ies  p av t h w a y   f o r   f u t u r m m W a v e   co m m u n icatio n   s y s te m s   ca p ab le  o f   m u lti - g ig ab it  p er   s ec o n d   d ata   r ates  is   ac h iev ed .   T h i n h er e n lo w - late n c y   an d   h ig h - s p ee d   p r o ce s s in g   o f f er ed   b y   th i s   FP GA - b ased   ap p r o ac h   ar e   cr u cial  f o r   s u p p o r tin g   B ig   Data   ap p licatio n s   a n d   en ab li n g   ad v an ce d   A I   f u n ctio n al ities .   P ar ti cu lar l y ,   th i s   w o r k   h o ld s   s ig n i f ican r ele v an ce   f o r   6 tech n o lo g y ,   w h er r ea l - ti m e,   h ig h - b an d w id th   d ata  p r o ce s s in g   is   p ar a m o u n t.       ACK NO WL E D G M E NT S                  T h is   r esear ch   p r o ject  is   s u p p o r ted   b y   R aj a m an g ala  U n iv er s it y   o f   T ec h n o lo g y   I s an .       F UNDIN G   I NF O RM AT I O   T h is   r esear ch   p r o j ec is   s u p p o r ted   b y   R aj a m a n g a la  Un i v e r s it y   o f   T ec h n o lo g y   I s a n C o n tr ac No E NG9 / 67 .       AUTHO CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT   T h is   j o u r n al  u s e s   th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d i v id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au t h o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co lla b o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Kid sa n a p o n g   P u n tsri                               B u s s a k o r n   B u n s r i                               P u rip o n g   S u t h iso p a p a n                                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  15 ,   No .   4 A u g u s t   20 25 :   3 8 1 3 - 3823   3822   C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y si s   I     I n v e st i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i si o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT           T h au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in ter est.       I NF O RM E CO NSE N T           T h is   s tu d y   d o es  n o t in v o lv h u m a n   p ar ticip an t s   an d   t h er ef o r in f o r m ed   co n s e n w as  n o t r eq u ir ed .       E T H I CAL AP P RO V AL     T h is   s tu d y   d id   n o in v o l v h u m an   p ar ticip an t s   o r   an i m al s ,   an d   th er ef o r e,   eth ical  ap p r o v al  w as  n o t   r eq u ir ed .       DATA AV AI L AB I L I T   T h d ata   th at  s u p p o r th f in d in g s   o f   th is   s t u d y   ar av ailab le  f r o m   th co r r esp o n d in g   a u th o r   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   D .   W u ,   J .   W a n g ,   Y .   C a i ,   a n d   M .   G u i z a n i ,   M i l l i me t e r - w a v e   mu l t i m e d i a   c o mm u n i c a t i o n s:   C h a l l e n g e s,  me t h o d o l o g y ,   a n d   a p p l i c a t i o n s,   I EE C o m m u n i c a t i o n Ma g a zi n e ,   v o l .   5 3 ,   n o .   1 ,   p p .   2 3 2 2 3 8 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / M C O M . 2 0 1 5 . 7 0 1 0 5 3 9 .   [ 2 ]   K. - C .   H u a n g   a n d   Z .   W a n g ,   Mi l l i m e t e r   w a v e   c o m m u n i c a t i o n   sys t e m s .   W i l e y - I EEE  P r e ss.   [ 3 ]   T .   S .   R a p p a p o r t   e t   a l . ,   M i l l i me t e r   w a v e   mo b i l e   c o mm u n i c a t i o n f o r   5 G   c e l l u l a r :   I t   w i l l   w o r k ! ,   I EEE  Ac c e ss ,   v o l .   1 ,   p p .   3 3 5 3 4 9 ,   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 3 . 2 2 6 0 8 1 3 .   [ 4 ]   Y .   K i m,  H .   Y .   L e e ,   J.  O h ,   J.  L e e ,   W .   R o h ,   a n d   K .   C h e u n ,   F e a si b i l i t y   o f   mo b i l e   c e l l u l a r   c o mm u n i c a t i o n s   a t   mi l l i me t e r   w a v e   f r e q u e n c y ,   i n   Pr o c e e d i n g -   I E EE  G l o b a l   C o m m u n i c a t i o n C o n f e re n c e ,   G L O BE C O M ,   2 0 1 5 ,   p p .   5 8 9 5 9 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / G L O C O M . 2 0 1 4 . 7 4 1 7 4 3 3 .   [ 5 ]   I .   Ei z me n d i   e t   a l . ,   D V B - T 2 :   T h e   se c o n d   g e n e r a t i o n   o f   t e r r e st r i a l   d i g i t a l   v i d e o   b r o a d c a s t i n g   sy st e m,”   I EE T ra n s a c t i o n o n   Bro a d c a s t i n g ,   v o l .   6 0 ,   n o .   2 ,   p p .   2 5 8 2 7 1 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T B C . 2 0 1 4 . 2 3 1 2 8 1 1 .   [ 6 ]   I .   8 0 2 . 1 1 ,   I EEE  S t a n d a r d   f o r   I n f o r m a t i o n   t e c h n o l o g y - Te l e c o mm u n i c a t i o n s a n d   i n f o r mat i o n   e x c h a n g e   b e t w e e n   sy st e ms  L o c a l   a n d   me t r o p o l i t a n   a r e a   n e t w o r k s -   S p e c i f i c   r e q u i r e me n t P a r t   1 1 :   W i r e l e ss  L A N   me d i u m   a c c e ss  c o n t r o l   ( M A C )   a n d   p h y si c a l   l a y e r   ( P H Y )   sp e c i f i c a t i o n s,”   I E EE  S t d   8 0 2 . 1 1 - 2 0 1 2   ( R e v i s i o n   o f   I E EE  S t d   8 0 2 . 1 1 - 2 0 0 7 ) ,   v o l .   1 1 ,   p p .   1 2 7 9 3 ,   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I EEESTD . 2 0 1 2 . 6 1 7 8 2 1 2 .   [ 7 ]   B .   B u n sr i ,   K .   P u n t sr i ,   a n d   A .   Y i n d e e mak ,   F P G A   i mp l e me n t a t i o n   o f   I F F T - 2 0 4 8   p o i n t f o r   h i g h   sp e e d   t r a n smi t t e r   O F D M   c o mm u n i c a t i o n   sy st e ms w i t h   6 4 - Q A M   m a p p i n g ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / i E E C O N 6 0 6 7 7 . 2 0 2 4 . 1 0 5 3 7 9 7 3 .   [ 8 ]   K .   M .   M o h a n ,   K .   N a r e sh ,   C .   H .   G a n e sh ,   V .   S .   R e d d y ,   a n d   K .   H .   K i sh o r e ,   I mp l e me n t a t i o n   o f   N - P o i n t   F F T / I F F p r o c e sso r   b a se d   o n   R a d i x - 2   U si n g   F P G A ,   i n   Pr o c e e d i n g -   2 0 2 2   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   R e c e n t   T re n d i n   Mi c ro e l e c t ro n i c s,  Au t o m a t i o n ,   C o m p u t i n g   a n d   C o m m u n i c a t i o n s   S y st e m s,  I C MA C C   2 0 2 2 ,   2 0 2 2 ,   p p .   4 9 9 5 0 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C M A C C 5 4 8 2 4 . 2 0 2 2 . 1 0 0 9 3 2 9 0 .   [ 9 ]   S .   D h a n a se k a r ,   P .   M .   B r u n t h a ,   T .   M .   N e e b h a ,   N .   A r u n k u mar ,   N .   S e n a t h i p a t h i ,   a n d   C .   P r i y a ,   A n   a r e a   e f f e c t i v e   O F D M   t r a n sc e i v e r   sy st e w i t h   m u l t i - r a d i x   F F T / I F F T   a l g o r i t h f o r   w i r e l e ss  a p p l i c a t i o n s,   i n   2 0 2 1   7 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   A d v a n c e d   C o m p u t i n g   a n d   C o m m u n i c a t i o n   S y st e m s,  I C A C C S   2 0 2 1 ,   2 0 2 1 ,   p p .   5 5 1 5 5 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C A C C S 5 1 4 3 0 . 2 0 2 1 . 9 4 4 1 6 9 4 .   [ 1 0 ]   M .   S .   H u sai n ,   M .   Z .   K h a n ,   a n d   T .   S i d d i q u i ,   B i g   d a t a   c o n c e p t s,   t e c h n o l o g i e s,  a n d   a p p l i c a t i o n s .   C R C ,   T a y l o r   &   F r a n c i s   g r o u p ,   2 0 2 3 .   [ 1 1 ]   M .   Z .   K h a n ,   M .   S h o a i b ,   M .   S .   H u sa i n ,   K .   U l   N i sa,   a n d   M .   T .   Q u a s i m,  E n h a n c e d   me c h a n i sm  t o   p r i o r i t i z e   t h e   c l o u d   d a t a   p r i v a c y   f a c t o r s u si n g   A H P   a n d   T O P S I S :   a   h y b r i d   a p p r o a c h ,   J o u r n a l   o f   C l o u d   C o m p u t i n g ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s 1 3 6 7 7 - 0 2 4 - 0 0 6 0 6 - y.   [ 1 2 ]   M .   Z .   K h a n ,   K .   U .   N i s a ,   M .   T .   Q u a si m,  M .   A .   K h a l i f a ,   a n d   M .   M .   M o b a r a k ,   C l o u d - b a se d   d a t a   p r o t e c t i o n :   A   f r a mew o r k   f o r   a u t h o r i z i n g   d a t a   mo v e me n t ,   i n   Pro c e e d i n g s   -   2 0 2 4   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Ex p e r t   C l o u d s   a n d   A p p l i c a t i o n s,  I C O EC 2 0 2 4 2 0 2 4 ,   p p .   2 7 1 2 7 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C O EC A 6 2 3 5 1 . 2 0 2 4 . 0 0 0 5 7 .   [ 1 3 ]   A .   S .   A l l u h a i d a n ,   M .   Z .   K h a n ,   N .   B e n   H a l i m a ,   a n d   S .   T y a g i ,   A   d i v e r si f i e d   c o n t e x t - b a se d   p r i v a c y - p r e s e r v i n g   sch e me   ( D C P 2 S )   f o r   i n t e r n e t   o f   v e h i c l e s,”   Al e x a n d r i a   E n g i n e e r i n g   J o u r n a l ,   v o l .   7 7 ,   p p .   2 2 7 2 3 7 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a e j . 2 0 2 3 . 0 6 . 0 7 3 .   [ 1 4 ]   M .   G a r r i d o ,   A   su r v e y   o n   p i p e l i n e d   F F T   h a r d w a r e   a r c h i t e c t u r e s,”   J o u r n a l   o f   S i g n a l   Pr o c e s si n g   S y s t e m s ,   v o l .   9 4 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 3 4 5 1 3 6 4 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 2 6 5 - 0 2 1 - 0 1 6 5 5 - 1.   [ 1 5 ]   H .   N .   N g u y e n ,   S .   A .   K h a n ,   C .   H .   K i m,  a n d   J .   M .   K i m,  A   p i p e l i n e d   F F T   p r o c e sso r   u si n g   a n   o p t i m a l   h y b r i d   r o t a t i o n   s c h e me   f o r   c o mp l e x   mu l t i p l i c a t i o n :   D e si g n ,   F P G A   i mp l e m e n t a t i o n   a n d   a n a l y si s,”   El e c t r o n i c ( S w i t z e rl a n d ) ,   v o l .   7 ,   n o .   8 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e l e c t r o n i c s 7 0 8 0 1 3 7 .   [ 1 6 ]   K .   K .   P a r h i ,   A   l o w - l a t e n c y   F F T - I F F T   c a sc a d e   a r c h i t e c t u r e ,   i n   I C A S S P,   I EEE   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Ac o u s t i c s ,   S p e e c h   a n d   S i g n a l   Pro c e ss i n g   -   Pro c e e d i n gs ,   2 0 2 4 ,   p p .   1 8 1 1 8 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C A S S P 4 8 4 8 5 . 2 0 2 4 . 1 0 4 4 7 3 7 0 .   [ 1 7 ]   I .   G .   Jan g   a n d   G .   D o   Jo ,   L o w   l a t e n c y   I F F T   d e si g n   f o r   O F D M   sy st e ms  s u p p o r t i n g   f u l l - d u p l e x   F D D ,   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   U b i q u i t o u s   a n d   F u t u r e   N e t w o rks,   I C U FN ,   p p .   6 4 2 6 4 6 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C U F N . 2 0 1 7 . 7 9 9 3 8 7 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.