Flexible baseband architecture design and implementation for wireless communication systems

Architectures reconfigurables pour les systèmes sans fil, existants et futurs

• Auteur / Autrice : Najam ul Islam Muhammad
• Direction : Raymond Knopp, Renaud Pacalet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris, Télécom ParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radio logicielle

Systèmes de communication sans fil

Circuits intégrés à la demande

Résumé

On présente un prototype d’architecture générique de traitement numérique en bande de base pour une application radio logicielle compatible avec les besoins actuels de traitement UMTS mais qui anticipe également d’une manière efficace les besoins de traitement des standards émergents (3GPP Long Term Evolution - LTE). L'architecture bande de base proposée est capable d'implémenter les normes 2G, 3G, 4G de communication ainsi que les standards de réseau local sans fil. Le partitionnement entre matériel et logiciel induit un compromis coût/complexité et rapidité. Le contrôle s’effectue dans la partie logicielle qui passe les paramètres pertinents pour des fonctionnalités spécifiques à la partie matérielle. Le matériel est conçu de façon à effectuer la plus part des tâches de calcul intensif efficacement, c'est-à-dire soutenir les débits requis et respecter les délais nécessaires. Le matériel est aussi suffisamment flexible pour utiliser les mêmes ressources de traitement en bande de base pour plusieurs standards. L’architecture configurable présentée profite des ressemblances qui existent entre les différents standards à implémenter d’une manière efficace. Les ressemblances et les dissemblances sont traduites dans l’architecture matérielle et conduisent à un système qui réalise tous les traitements nécessaires pour toutes les applications. Le produit final va permettre à l’utilisateur d’exécuter le standard désiré en fournissant seulement les paramètres sans intervenir dans les détails de l’architecture. La solution proposée est largement plus efficace que d’avoir des blocs dédiés à chaque application.

We present a generic baseband prototype architecture for Software Defined Radio (SDR) applications that anticipates not only fulfilling current UMTS processing requirements but is also proficient enough to handle 3GPP –LTE processing requirements. The hardware is designed in such a manner that it would substantiate the most computation intensive task efficiently i. E. Meeting the throughput and latency requirements. The hardware is flexible enough to employ the same baseband processing resources for multiple standards. The presented configurable architecture takes advantage of the commonalities that exist among the different schemes. The commonalities and disjoints are translated into hardware architecture to come up with a system that performs all the required operations. The end product enables user to perform desired standard by providing the parameters without going into any details of the architecture. The multi-standard designs should have high performance to comply with the throughput and timing constraints of all the standards. To explore the performance criteria in the baseband design, we present specification, design and implementation of hardware blocks using two approaches, Application Specific Integrated Circuit (ASIC) and Application Specific Instruction Processors (ASIP) designs. The ASIP design provides more flexibility and programmability at the cost of some loss in the performance. We also consider the other existing hardware technologies, take into account their specific advantages and drawbacks, and compare those on the basis of computation type categorization in the baseband design to come up with some guidelines for multi-standard baseband design.