CN107911197A - 基于折叠的5g通信系统接收端设计方法 - Google Patents

基于折叠的5g通信系统接收端设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，包括如下步骤：(1)BP问题解法统一描述；(2)根据步骤(1)中的公式设计出实现其功能的硬件，即统一处理单元，然后根据要求在基带信号处理系统中进行配置。本发明通过考虑对于不同基带处理模块的面积、复杂度、吞吐率、时延的要求，给出合理的硬件配置方法，能够达到同一折叠架构实现所有基于BP算法的基带处理模块的目的。

Description

基于折叠的5G通信系统接收端设计方法
技术领域
本发明涉及无线通信传输技术领域，尤其是一种基于折叠的5G通信系统接收端设计方法。
背景技术
面对5G的需求，差错控制编码ECC、多址接入MA、多输入多输出MIMO、信道估计都成为5G的关键技术，构成5G的基本通信系统。这些模块都有对应的基于BP的检测或译码算法。但由于算法的差异性，这些模块的硬件架构存在差异使得不同模块的面积、复杂度、吞吐率、延时存在差异，这给硬件设计带来很大困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，能够达到同一折叠架构实现所有基于BP算法的基带处理模块的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，包括如下步骤：
(1)BP问题解法统一描述；基于符号集的BP算法都可由如下两个公式表示
βji(ck)＝∑l≠iαlj(ck) (2)
上述两公式中αij(ck)表示第i个功能节点FN传递给第j个变量节点VN的关于符号ck的对数似然比信息，其格式为k＝0,1,2……，s是所有可能向量的集合，也是所有解的集合；Fi(s)是条件概率函数，根据不同场景，不同节点变化；βli(ck)是第j个VN传递给第i个FN的关于符号ck的信息；若LLR定义为k＝0,1,2……，公式还可以写成
(2)根据公式(1)(2)(3)设计出实现其功能的硬件，即统一处理单元，然后根据要求在基带信号处理系统中进行配置。
优选的，步骤(2)中，输入变量根据公式(2)中的要求具体为：FN和VN的工作量Wf0、Wv0、系统总面积S0、复杂度C0、吞吐率T0和时延D0，设计出的系统需满足面积S＝Sf+Sv≤S0，复杂度C＝Cf+Cv≤C0，吞吐率T≥T0，时延D≤D0，其中Sf，Sv分别表示FN和VN面积，其中Cf，Cv分别表示FN和VN复杂度。
优选的，面积S和复杂度C之间存在正相关的关系，即Sf＝fcf(Cf)Sv＝fcv(Cv)；面积S和吞吐率T存在正相关关系，和延时D之间存在负相关关系，即[Sf,Sv]＝ft(T,Wf0,Wv0)，[Sf,Sv]＝fd(D,Wf0,Wv0)，其中fcf(*)、fcv(*)、ft(*)、fd(*)都由系统要求的差错性能和FN及VN硬件架构决定的。
优选的，步骤(2)中，确定最优解具体在S尽可能小、C尽可能低、T尽可能高、D尽可能低的情况下。
优选的，对于设计提出的需求，即面积S0、复杂度C0、吞吐率T0和时延D0，根据函数fcf(*)、fcv(*)、ft(*)和fd(*)，算出能达到要求的Sf和Sv硬件面积范围；通过计算面积范围除以单个单元的面积，求出FN和VN单元的数目，然后配置该数目的单元即可。
本发明的有益效果为：本发明通过考虑对于不同基带处理模块的面积、复杂度、吞吐率、时延的要求，给出合理的硬件配置方法，能够达到同一折叠架构实现所有基于BP算法的基带处理模块的目的；本发明可以使得硬件统一，使得设计者可以根据要求来合理配置模块数量。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的硬件结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，包括如下步骤：
(1)BP问题解法统一描述；基于符号集的BP算法都可由如下两个公式表示
βji(ck)＝∑l≠iαlj(ck) (2)
上述两公式中αij(ck)表示第i个功能节点传递给第j个变量节点的关于符号ck的对数似然比信息，其格式为k＝0,1,2……；s是所有可能向量的集合，也是所有解的集合；Fi(s)是条件概率函数，根据不同场景，不同节点变化；βli(ck)是第j个变量节点传递给第i个功能节点的关于符号ck的信息；若LLR定义为 k＝0,1,2……，公式还可以写成
(2)根据步骤(1)中的公式和两种节点，设计输入变量，根据变量间的关系，确定出最优解，根据最优解的变量确定统一处理单元的数量进行配置。
输入变量为：FN和VN的工作量Wf0，Wv0，总面积(S0)，复杂度(C0)，吞吐率(T0)，时延(D0)。设计出的系统需满足面积S＝Sf+Sv≤S0，复杂度C＝Cf+Cv≤C0，吞吐率T≥T0，时延D≤D0，其中Sf，Sv分别表示FN和VN面积，其中Cf，Cv分别表示FN和VN复杂度。，其面积S和复杂度C之间存在正相关的关系，即Sf＝fcf(Cf)Sv＝fcv(Cv)；面积S和吞吐率T存在正相关关系，和延时D之间存在负相关关系，即[Sf,Sv]＝ft(T,Wf0,Wv0)，[Sf,Sv]＝fd(D,Wf0,Wv0)，其中fcf(*)，fcv(*)，ft(*)，fd(*)，都由系统要求的差错性能和FN及VN硬件架构决定的。，以及设计要求(Wf0，Wv0，S0，C0，T0，D0)，确定出在S尽可能小、C尽可能低、T尽可能高、D尽可能低的情况下的最优解。根据求出的S，确定统一处理单元的数量，进行配置。
本发明将通用BP算法的核心架构分为三部分：两类节点，和节点之间的互联网络。而此折叠架构可以在不改变硬件架构的前提下实现任何基于BP算法实质的基带算法，包括而不仅限于本专利所提到的：信道估计、大规模MIMO检测、非正交多址接入、差错控制编码等。
对于不同基带处理模块的面积、复杂度、吞吐率、时延的要求，给出合理的节点数量和互联关系，并在此基础上给出合理的折叠集和折叠公式，在相应的控制和时序机制下，达到同一折叠架构实现所有基于BP算法的基带处理模块的目的。可以用一种架构实现上述中基于BP各个模块的功能。通过合理调整时序使得，只用少量该架构，以及少量其他逻辑结构就可以完成整个系统的功能。所涉及的时序机制包括且不仅限于：全并行、串行、部分并行等。同时对于已经配置好的硬件，通过相应的控制和时序机制可以改变最终的整体功能。
本发明所涉及的折叠架构包括任何合理的物理实现形式，涵盖且不仅限于：ASIC实现、FPGA实现、基于通用处理器(CPU、GPU等)的实现，等以上实现的一种或者几种的混合。本发明保护这种折叠BP的思想，各种能完成述上中基于BP各个模块的功能的架构，将系统中的BP架构全部或部分折叠，都在本发明保护范围内。基带模块之间的可能的一个或者多个附加操作，包含但不仅限于交织、补零、打孔、截断等。本发明也同样适用于下行链路的发送端设计。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (5)

1.一种基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)BP问题解法统一描述；基于符号集的BP算法都可由如下两个公式表示
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βji(ck)＝∑l≠iαlj(ck) (2)
上述两公式中αij(ck)表示第i个功能节点FN传递给第j个变量节点VN的关于符号ck的对数似然比信息，其格式为s是所有可能向量的集合，也是所有解的集合；Fi(s)是条件概率函数，根据不同场景，不同节点变化；βli(ck)是第j个VN传递给第i个FN的关于符号ck的信息；若LLR定义为 公式还可以写成
<mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>max</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>:</mo> <msub> <mi>s</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>c</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>ln</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>F</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>max</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>:</mo> <msub> <mi>s</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>k</mi> </msub> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>ln</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>F</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <msub> <mi>c</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
(2)根据公式(1)(2)(3)设计出实现其功能的硬件，即统一处理单元，然后根据要求在基带信号处理系统中进行配置。
2.如权利要求1所述的基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，其特征在于，步骤(2)中，输入变量根据公式(2)中的要求具体为：FN和VN的工作量Wf0、Wv0、系统总面积S0、复杂度C0、吞吐率T0和时延D0，设计出的系统需满足面积S＝Sf+Sv≤S0，复杂度C＝Cf+Cv≤C0，吞吐率T≥T0，时延D≤D0，其中Sf，Sv分别表示FN和VN面积，其中Cf，Cv分别表示FN和VN复杂度。
3.如权利要求2所述的基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，其特征在于，面积S和复杂度C之间存在正相关的关系，即Sf＝fcf(Cf)Sv＝fcv(Cv)；面积S和吞吐率T存在正相关关系，和延时D之间存在负相关关系，即[Sf,Sv]＝ft(T,Wf0,Wv0)，[Sf,Sv]＝fd(D,Wf0,Wv0)，其中fcf(*)、fcv(*)、ft(*)、fd(*)都由系统要求的差错性能和FN及VN硬件架构决定的。
4.如权利要求1所述的基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，其特征在于，步骤(2)中，确定最优解具体在S尽可能小、C尽可能低、T尽可能高、D尽可能低的情况下。
5.如权利要求1所述的基于折叠的5G通信系统接收端设计方法，其特征在于，对于设计提出的需求，即面积S0、复杂度C0、吞吐率T0和时延D0，根据函数fcf(*)、fcv(*)、ft(*)和fd(*)，算出能达到要求的Sf和Sv硬件面积范围；通过计算面积范围除以单个单元的面积，求出FN和VN单元的数目，然后配置该数目的单元即可。
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