Multi-ASIP architectures for flexible turbo receiver - IMT Atlantique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Multi-ASIP architectures for flexible turbo receiver

Architectures multi-Asip pour turbo récepteur flexible

Résumé

Rapidly evolving wireless standards use modern techniques such as turbo codes, Bit Interleaved coded Modulation (BICM), high order QAM constellation, Signal Space Diversity (SSD), Multi-Input Multi-Output (MIMO) Spatial Multiplexing (SM) and Space Time Codes (STC) with different parameters for reliable high rate data transmissions. Adoption of such techniques in the transmitter can impact the receiver architecture in three ways: (1) the complex processing related to advanced techniques such as turbo codes, encourage to perform iterative processing in the receiver to improve error rate performance (2) to satisfy high throughput requirement for an iterative receiver, parallel processing is mandatory and finally (3) to allow the support of different techniques and parameters imposed, programmable yet high throughput hardware processing elements are required. In this thesis, to address the high throughput requirement with turbo processing, first of all a study of parallelism on turbo decoding is extended for turbo demodulation and turbo equalization. Based on the results acquired from the parallelism study a flexible high throughput heterogeneous multi-ASIP NoC based unified turbo receiver is proposed. The proposed architecture fulfils the target requirements in a way that: (a) Application Specific Instruction-set Processor (ASIP) exploits metric generation level parallelism and implements the required flexibility, (b) throughputs beyond the capacity of single ASIP in a turbo process are achieved through multiple ASIP elements implementing sub-block parallelism and shuffled processing and finally (c) Network on Chip is used to handle communication conflicts during parallel processing of multiple ASIPs. In pursuit to achieve a hardware model of the proposed architecture two ASIPs are conceived where the first one, namely EquASIP, is dedicated for MMSE-IC equalization and provides a flexible solution for multiple MIMO techniques adopted in multiple wireless standards with a capability to work in turbo equalization context. The second ASIP, named as DemASIP, is a flexible demapper which can be used in MIMO or single antenna environment for any modulation till 256-QAM with or without iterative demodulation. Using available TurbASIP and NoC components, the thesis concludes on an FPGA prototype of heterogeneous multi-ASIP NoC based unified turbo receiver which integrates 9 instances of 3 different ASIPs with 2 NoCs.
Les normes de communication sans fil, sans cesse en évolution, imposent l'utilisation de techniques modernes telles que les turbocodes, modulation codée à entrelacement bit (BICM), constellation MAQ d'ordre élevé, diversité de constellation (SSD), multiplexage spatial et codage espace-temps multi-antennes (MIMO) avec des paramètres différents pour des transmissions fiables et de haut débit. L'adoption de ces techniques dans l'émetteur peut influencer l'architecture du récepteur de trois façons: (1) les traitement complexes relatifs aux techniques avancées comme les turbocodes, encourage à effectuer un traitement itératif dans le récepteur pour améliorer la performance en termes de taux d'erreur (2) pour satisfaire l'exigence de haut débit avec un récepteur itératif, le recours au parallélisme est obligatoire et enfin (3) pour assurer le support des différentes techniques et paramètres imposées, des processeurs de traitement matériel flexibles, mais aussi de haute performance, sont nécessaires. Dans cette thèse, pour répondre aux besoins de haut débit dans un contexte de traitement itératif, tout d'abord une étude de parallélisme sur le turbo décodage a été étendue aux applications de turbo démodulation et turbo égalisation. Partant des résultats obtenus à partir de l'étude du parallélisme, un récepteur itératif unifié basé sur un modèle d'architecture multi-ASIP hétérogène intégrant un réseau sur puce (NoC) a été proposé. L'architecture proposée répond aux exigences visées d'une manière où: (a) le concept de processeur à jeu d'instruction dédié à l'application (ASIP) exploite le parallélisme du niveau de génération de métriques et met en oeuvre la flexibilité nécessaire, (b) les débits au-delà de la capacité d'un seul ASIP dans un processus itératif sont obtenus au moyen de multiples ASIP implémentant le parallélisme de sous-blocs et le traitement combiné et enfin (c) le concept de réseau sur puce (NoC) est utilisé pour gérer les conflits de communication au cours du traitement parallèle itératif multi-ASIP. Dans le but de parvenir à un modèle matériel de l'architecture proposée, deux ASIP ont été conçus où le premier, nommé EquASIP, est dédié à l'égalisation MMSE-IC et fournit une solution flexible pour de multiples techniques multi-antennes adoptés dans plusieurs normes sans fil avec la capacité de travailler dans un contexte de turbo égalisation. Le deuxième ASIP, nommé DemASIP, est un démappeur flexible qui peut être utilisé dans un environnement multi-antennes et pour tout type de modulation jusqu'à MAQ-256 avec ou sans démodulation itérative. En intégrant ces ASIP, en plus des NoC et TurbASIP disponibles à Télécom Bretagne, la thèse conclut sur un prototype FPGA d'un récepteur itératif unifié multi-ASIP qui intègre 9 coeurs de 3 différents types d'ASIP avec 2 NoC.
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tel-01191056 , version 1 (01-09-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01191056 , version 1

Citer

Atif Raza Jafri. Multi-ASIP architectures for flexible turbo receiver. Electronics. Télécom Bretagne; Université de Bretagne-Sud, 2011. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01191056⟩
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