[发明专利]面向MIMO信道检测系统中粗粒度可重构阵列及路由结构

说明书

本发明公开了一种面向MIMO信道检测系统中粗粒度可重构阵列及路由结构，系统由14个粗粒度可重构计算域组成，每个粗粒度可重构计算域包括：多层次高效路由结构，多模式可重构计算阵列结构和多功能加速模块；多模式可重构计算阵列结构由8*2个可配置计算单元微结构组成，多功能加速模块由除法加速块和排序加速块组成；除法加速块用于LU分解中消元系数的求解，而排序加速块用于K‑best算法中对每个部分欧几里得距离的排序；可配置计算单元微结构是组成多模式可重构计算阵列结构的最小单元。本发明既可以满足基带信号处理中多种算法之间切换的灵活性，同时又能满足在大规模移动通信中更高的数据吞吐率、更多天线数的需求。

技术领域

本发明涉及面向高能效移动通信领域中基带信号处理的实现方案，具体是一种可应用于大规模、多天线的MIMO检测系统中粗粒度可重构阵列及路由结构的实现方案。

背景技术

在第四代移动通信系统中，MIMO技术可以在不增加带宽或总的发送功耗的情况下大幅度的增加系统的数据吞吐率及发送距离因而获得广泛的应用。在MIMO系统中，信道估计、信道预处理和信道检测等作为最重要的关键技术被广泛研究。在现有的、传统的MIMO系统的实现上，主要存在两个问题：1)现有的实现方式大多以VLSI为主，灵活性欠缺，在对不同的算法、不同的规模等等方面的适应上缺乏灵活性；2)传统的实现方案中，很多的设计所能满足的天线规模有限，且不具有可拓展性，不能满足下一代移动通信天线数上百的需求。粗粒度可重构技术作为一种兼具灵活性和高性能的实现方案在面向算法多样、天线数激增的下一代移动通信系统中具有很高的可行性。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题与不足，本发明提供一种面向高能效移动通信系统中关于MIMO检测的粗粒度可重构阵列和路由结构的实现系统。采用该种阵列架构和路由结构设计的MIMO检测系统既可以满足基带信号处理中多种算法之间切换的灵活性，同时又能满足在大规模移动通信中更高的数据吞吐率、更多天线数的需求。

技术方案：一种面向高能效移动通信MIMO信道检测系统中粗粒度可重构阵列及路由结构，整个MIMO信道检测系统由14个粗粒度可重构计算域组成，每个粗粒度可重构计算域包括三个部分：多层次高效路由结构，多模式可重构计算阵列结构和多功能加速模块。其中，多模式可重构计算阵列结构由8*2个可配置计算单元微结构组成，多功能加速模块由除法加速块和排序加速块组成。除法加速块用于LU分解中消元系数的求解，而排序加速块用于K-best算法中对每个部分欧几里得距离的排序。可配置计算单元微结构是组成多模式可重构计算阵列结构的最小单元，内包含多个加运算单元、移位运算单元和一位寄存器，可通过配置实现以下四种运算操作：基于吉文斯旋转的QR分解中的循环式CORDIC操作和线性CORDIC操作，加法或累加操作，乘法操作；多层次高效路由采用混合式路由结构，系统包含多个层次的路由结构：多模式可重构计算阵列内的路由结构，多模式可重构阵列和多功能加速模块间的路由结构，可重构计算域间的路由结构。其中，多模式可重构计算阵列内包含以下两种路由结构：邻近米状网络路由结构和阵列并行多发射路由结构。这两种路由结构用于满足矩阵乘加，QR分解、矩阵求逆，K-best中部分欧几里得距离的计算操作的互联要求。多模式可重构阵列和多功能加速模块间采用双向互联方式，而多模式可重构计算域之间的互联采用共享寄存器堆来实现；整个系统的14个粗粒度可重构计算域分成两组，每组间包含7个可重构计算域和一个共享寄存器堆。共享寄存器堆用来存放每组多个可重构计算域的数据。两组的可重构计算域间通过共享寄存器堆实现数据的交互。整个系统处理数据的流程如下：在处理器核的控制下，每个粗粒度可重构计算域获得来自配置存储器的配置信息。不同操作的配置信息决定了该操作的路由结构，数据流向和阵列规模。可重构计算域中的多模式可重构阵列、多功能加速模块和多层次的路由结构依据不同的配置，粗粒度可重构计算域接收来自存储器或其他粗粒度可重构计算域的数据实现不同算法的运算操作、数据交互的需求。可配置计算单元微结构是组成多模式可重构计算阵列结构的最小单元，可以满足MIMO检测中多种算法的需求。其微结构包含16个移位运算单元、16个加法运算单元和8个一位寄存器。8个加法运算单元和8个移位运算单元为一组，每个可配置计算单元微结构分为两组。每个分组中，一个移位运算单元和一个加法运算单元为一个子分组。可配置计算单元微结构中的8个一位寄存器，既可以用于实现吉文斯旋转方向的存储，又可以用于乘法运算时某个输入乘因子每一位的存储。这8个一位寄存器和每个子分组耦合，为每个子分组提供输入或判断信号。每个可配置计算单元微结构可以通过配置每个子分组(即移位运算单元、加法运算单元和一位寄存器)实现基于吉文斯旋转的QR分解中循环式CORDIC操作、线性CORDIC操作，矩阵运算中的加法或累加操作，乘法操作，满足不同算法的需求。单个可配置计算单元微结构中的计算单元可以依据应用需求调整，一般情况可增加子分组的数目。例如，需要提高QR分解的计算精度，可以增加子分组的数目完成更多次的吉文斯旋转。本发明所设计的可配置计算单元微结构中用于CORDIC计算的部分是针对基于吉文斯旋转的QR分解的优化算法而设计，只需要循环式CORDIC操作和线性CORDIC操作即可实现QR分解操作。