面向移動終端軟基帶算法并行實現(xiàn)的矢量處理器設計.pdf

1、當前以LTE/LTE Advanced為代表的第4代移動通信技術(4G)已開始進入商用階段，LTE-Advanced作為LTE標準的演進除了提供更高的極限吞吐率外還需向前兼容已有的LTE標準，呈現(xiàn)出如下兩個方面的特點:①基帶處理算法的運算密度不斷加大;②協(xié)議模式多種多樣。這對于以功耗和面積為重要指標的終端基帶處理芯片帶來了更高的設計要求，須在考慮終端芯片的性能、功耗的同時還要兼顧靈活性和升級成本因素。因此，軟件定義無線電的基帶處理（軟基

2、帶）技術因其具有靈活性高、升級成本低等優(yōu)勢，逐漸取代了傳統(tǒng)ASIC設計思路成為移動終端芯片發(fā)展的趨勢。
　　本論文對采用正交頻分復用(OFDM)和多發(fā)多收(MIMO)方案的通信系統(tǒng)的基帶算法深入分析，核心算法包括FIR濾波、快速傅里葉變換(FFT)、信道估計、MIMO檢測和信道譯碼等，結果顯示這些算法在運算量大的同時還具有很好的并行性，這為實現(xiàn)以矢量處理器為主導的軟基帶處理技術提供了可行性。為此，本論文面向移動終端的基帶處理，從算

3、法和硬件實現(xiàn)兩個方面綜合分析設計并行實現(xiàn)方案，并設計了矢量處理器模型。
　　論文的研究工作主要從算法分析、矢量處理器模型設計、實現(xiàn)驗證三個方面展開:
　?、偎惴ǚ治?針對各基帶核心算法的原理、運算量需求的特點，研究了各算法的并行實現(xiàn)方案，如:FIR、FFT、Viterbi譯碼、LDPC譯碼算法采用算法內(nèi)部數(shù)據(jù)的并行，重點解決并行實現(xiàn)過程中的數(shù)據(jù)訪問對齊問題;MIMO信道估計、檢測算法主要從任務并行的角度出發(fā)，提出了一個一致性

4、較好的軟輸出算法。
　?、谑噶刻幚砥髂Ｐ驮O計:分析了現(xiàn)有主流的通信基帶處理器的結構特點，包括SODA(Signal-processing On-demand Architecture)、Ardbeg、 AnySP和TI的C64系列等;在此基礎上結合基帶算法并行化的特點和需求，提出了一種單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)和超長指令字(VLIW)混合結構的矢量處理器模型。模型首先分析了處理器的設計參數(shù)，包括支持的數(shù)據(jù)定點長度、SIMD寬度、各個

5、功能單元的比例;其次深入研究了處理器的硬件結構，包括算數(shù)邏輯運算單元、乘法單元、存取單元、控制和標量單元、寄存器組等;最后給出了指令集的設計和C編譯器設計的方法。
　?、蹖崿F(xiàn)驗證:本論文提出的矢量處理器采用LISA語言進行建模仿真，得到了時鐘精確的處理器仿真模型及匯編工具鏈，同時為處理器設計了相應的C編譯器。進而通過Processor Designer生成Verilog硬件描述語言，通過ISE綜合后，在ML605開發(fā)板上做了硬件驗