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OFDM是当前主流的宽带通信技术之一。由于具有较高的频谱利用率和较强的抗多径干扰能力,在DAB、DVB、WLAN、WiMAX、ADSL、Homeplug等无线或有线通信系统中得到广泛应用,并被认为是下一代宽带通信的主要技术。
在最近的半个多世纪里,在以宽带通信技术为代表的应用需求急剧变化的同时,微电子技术也得到了长足的发展,目前IC工艺技术已经进入纳米时代。为了适应需求的增长,IC设计的规模越来越大,往日的板级电子系统逐渐变为今天的片上系统,而今天的板级电子系统又会陆续成为明日的片上系统,这一发展规律自IC诞生之日起一直延续至今,并将继续存在下去。伴随着工艺的进步、系统功能的扩大以及电子产品生命周期的缩短,IC设计已逐步成为多维约束条件下的高风险行业。为了摆脱IC设计所面临的困境,需要IC设计方法学的持续创新。
本论文的研究目的是探索在通信技术和微电子技术快速发展的背景下面向不同宽带需求的IC设计方法,设计和开发新型OFDM宽带通信的基带芯片。研究内容集中于OFDM基带芯片的架构设计与实现;主要包括:基于ASIC实现方式的Cable基带芯片设计与FPGA验证,基于SOC架构的多模WLAN基带芯片BX501的设计、实现与测试,基于可重构架构的高性能基带处理器设计及其方法研究。论文的主要工作和取得的成果如下:
1)对OFDM技术中的PAPR抑制算法进行了研究,提出了多种低复杂度的峰值抑制算法,有效缓解了OFDM系统峰值过大的问题,对提高系统性能,降低功耗和节约成本提供了算法上的保障。
2)提出了基于中国CATV网络特点和采用OFDM技术的同轴电缆分配网宽带接入物理层方案;完成了采用该方案的Cable基带芯片物理层电路的架构设计和FPGA验证。该芯片采用ASIC实现方法,集成PHY/MAC两个处理部分。虽然主要面向终端基带处理,但保留了与CMTS的MAC层接口。
3)完成了国家863项目IEEE802.11b/g物理层基带调制解调芯片BX501的架构设计、实现和测试。该芯片采用SOC架构,SMIC0.18μm工艺,嵌入了两个LSI Logic公司的ZSP400 IP核,和自主开发的FFT、Viterbi IP核。提出了双总线结构,两个DSP核与其它ASIC模块可以构成高效的流水线。能够满足两种不同模式的计算需求。
4)对当前宽带通信技术的发展趋势和可重构处理器存在的问题进行了分析。在此基础上,提出了一种能够快速实现的、面向高性能宽带通信终端应用的专用粗粒度可重构芯片架构。该架构采用全数据驱动机制和超大粒度执行单元,可以极大地减少控制、编程和互连开销,从而达到提升高性能可重构芯片性价比的目的。