Architectural Optimization of 5G Baseband Digital Signal Processor for Non-Power-of-Two Data Size
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-08-19
Department
Major/Subject
Micro- and Nanoelectronic Circuit Design
Mcode
ELEC3036
Degree programme
Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013)
Language
en
Pages
60
Series
Abstract
5G mobile networks utilize Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) in their radio links in which the available radio spectrum is divided between multiple subcarriers with smaller bandwidths. Access to the radio spectrum is allocated to users in groups of twelve subcarriers known as Physical Resource Blocks (PRB). In radio baseband signal processing parameters such as channel estimates stay constant within PRB and can be reused between subcarriers. However, the non-power-of-two PRB size complicates baseband signal processing because PRBs are unaligned with respect to architectural vectors in memory. This unalignment can be addressed by duplicating vector elements in memory which comes at the cost of significantly increased memory consumption. This thesis evaluates two architectural modifications to a baseband signal processor to address the difficulties of processing with non-power-of-two data sizes. First, a custom broadcast instruction is added to facilitate the efficient packing of partial PRBs to architectural vector registers. Second, the processor vector size is modified to a multiple of twelve to make PRBs align with architectural vectors. Both modifications are successful at addressing the memory consumption issue caused by the unalignment of vectors in the baseline architecture. The custom broadcast instruction of the first approach provides an inexpensive addition to an existing processor that solves the problem at the cost of slightly decreased program code density and increased software complexity. The second approach drastically simplifies application software but comes at the cost of reduced performance, code density, and broken software compatibility. The broken software compatibility is a major disadvantage for existing systems making the second approach mostly suitable for new systems without large existing codebases.5G mobiiliverkot käyttävät ortogonaalista taajuusjako-multipleksausta (OFDM) radiolinkin spektrin jaotteluun. OFDM-tekniikassa saatavilla oleva spektri jaetaan usean matalakaistaisen apukantoaallon kesken. Käyttäjän pääsy radiokanavalle tapahtuu kahdentoista apukantoaallon ryhmissä, jotka tunnetaan nimellä Physical Resource Block (PRB). Radiosignaalikäsittelyssä monet parametrit, kuten kanavaestimaatti, pysyvät vakiona kaikille PRB:n apukantoaallolle. Kuitenkin PRB:n koon ollessa muu kuin kahden potenssi signaalinkäsittely vaikeutuu, koska PRB:t eivät pakkaudu muistissa kohdikkain vektorirekisterien kanssa. Tämä PRB:n alkioiden kohdistamisongelma voidaan ratkaista monistamalla PRB:n alkioita muistissa suurentuneen muistin käytön kustannuksella. Tässä työssä tutkitaan kahden digitaalisen signaaliprosessorin arkkitehtuurimuutoksen vaikutusta laskennan helpottamiseksi silloin, kun datan koko ei ole kahden potenssi. Ensimmäisessä muutoksessa lisätään käsky, jolla PRB:n alkioita saadaan tehokkaasti pakattua prosessorin vektorirekistereihin. Toisessa muutoksessa prosessorin vektorikoko lasketaan olemaan kahdentoista monikerta, jolloin PRB:t asettuvat muistissa kohdikkain prosessorin vektoreiden kanssa. Molemmat muutokset poistavat tarpeen monistaa PRB:n alkioita muistissa ja vähentävät muistin käytön tarvetta merkittävästi. Ensimmäisen muutoksen lisäämä monistuskäsky on edullinen lisäys olemassaolevaan prosessoriin, joka ratkaisee aiemmin esitetyn ongelman, mutta laskee hieman käännetyn ohjelmakoodin tiheyttä ja lisää lähdekoodin monimutkaisuutta. Toisen lähestymistavan muutos vektorikokoon yksinkertaistaa lähdekoodin rakennetta merkittävästi pienentyneen suorituskyvyn kustannuksella. Muuttunut vektorikoko kuitenkin estää lähdekoodia kääntymästä jos se on kirjoitettu kahden potenssisen vektorikoon oletuksella. Lähdekoodin yhteensopimattomuus onkin toisen lähestymistavan suurin puute, minkä vuoksi se soveltuu lähinnä uuden järjestelmän kehitykseen olemassa olevan järjestelmän muuttamisen sijasta.Description
Supervisor
Ryynänen, JussiThesis advisor
Kultala, HeikkiKosunen, Marko
Keywords
5G, ASIP, PRB, non-power-of-two, processor architecture