5G UDN微基站基带符号处理器
本课题面向低开销的UDN微基站数字基带系统设计进行了研究,提出了基于软件无线电(SDR)的基带芯片组设计方案,并设计了针对UDN基带符号处理算法的专用处理器(ASIP)。本课题主要的创新性贡献包括以下方面。第一,提出了基于静态建模方法的顶层硬件功耗和开销估计模型。在动态估计方法无法使用的5G预研阶段,通过采用提出的静态模型,能够达到对UDN基带功耗和开销进行相对准确的早期估计的目的,从而有效指导UDN基带芯片级硬件设计的探索。第二,
实现了对5G UDN基站的数字基带系统的全面量化分析。具体包括其功能流程定义、基带算法选择、算法复杂度分析以及实施挑战的分析。其中重点分析了5G基站关键算法:大规模天线波束赋形算法。基于性能和复杂度的分析权衡,提出了根据天线数和通信场景进行算法选择的建议。对于其他的基带算法,则给出了一套功能和位宽完整定义、复杂度和时延分配明确可行的方案。第三,实现了低开销基带芯片组架构的设计与规划。首先给出了在管脚和功耗的硬件约束下,最低开销基带芯片组划分问题的求解方法。利用这一方法,全面探索了不同基站配置、不同芯片管脚方案、不同波束赋形方案下的芯片组划分方案,并给出了功耗和开销分析结果。第四,设计了面向5G基带符号处理算法的专用符号处理器架构,并通过汇编程序完成了核心算法的映射。该处理器以最低额外开销为目标,在合理的算法覆盖范围下,设计了高效率的基带宏加速指令,优化的SIMD数据通路,以及灵活无冲突的向量寻址。定义并推导了SIMD并行架构上算法运行的理论极限周
期数,以此作为比较评估标准,完成了基于汇编的算法实现性能评价,从而证明了处理器对基带核心函数能够达到很低的额外开销。在学术方面,本文的主要观点和结论贡献为:第一,通过不同系统配置参数下的探索,指出了天线数是影响基带系统功耗和开销的首要因素,而通信场景和移动性则是非关键因素;第二,利用芯片组功耗/开销分析和性能权衡的结果,提出了混合波束赋形架构性能-开销比收益并不理想这一观点。在工程方面,本文的前沿贡献归纳为:第一,讨论了5G基站基带构架的一致性问题,证明了基于SDR的5G基站基带系统的可行性;第二,首次在硬件实现层面完成了UDN基站基带整体的计算开销估计、构架建议、硅开销和功耗估计。
