通信信号处理与专用集成电路研究团队介绍
作者:研究生办公室
来源: 抗干扰实验室
更新时间: 2013-06-20 13:58:39
点击量: 14579

主要成员

 

  • 胡剑浩,博士、教授,博士导师,研究方向:无线通信技术、集成电路设计;

  • 朱立东,博士、教授,博士生导师,研究方向:卫星通信、信道建模、星座设计与组网;

  • 凌 翔,博士、副教授,研究方向:无线通信技术、多核处理架构;

  • 卓永宁,博士,副教授,研究方向:无线定位技术;

  • 吴廷勇,博士,副教授,研究方向:无线通信技术;

  • 傅晓宇,博士,副教授,研究方向:集成电路设计;

  • 马 上,博士,副教授,研究方向:基于动态余数基的VLSI设计方法;

  • 王 剑,硕士、讲师,研究方向:电路系统;

  • 陈亦欧,博士,讲师,研究方向:NoC、集成电路设计;

 

学术研究


基于“动态余数基”的数字信号处理方法研究


在未来的集成电路设计中,大规模的并行处理技术将取代传统的串行处理方式,以满足对集成电路处理能力和处理速度日益提高的要求。DSP算法的并行处理有两个研究领域:一是通过增加处理单元的数量并辅以相关调度机制实现高速大容量的计算和处理,例如以两个解码器并行工作可以使解码速度提高一倍;另一种方法是采用并行数值表征系统代替传统的数值表征系统,从算法前端入手解决VLSI的速度、功耗和面积问题。前者通过增加相同的处理单元并辅以相关的调度机制实现高速大容量的计算和处理功能,这种方法在商用计算机系统中已经取得了巨大成功,但并未改善处理单元的能力、速度和功耗,仅以规模的代换取性能的提升,依然会成为复杂系统和高速信号处理系统的瓶颈之一;后者的出发点则不同,它利用数值表征系统的并行性在算法的最前端考虑DSP系统的并行实现,“余数系统”(Residue Number System, RNS)就是一个并行数值表征系统。
基于“余数系统”的VLSI系统具有以下两个主要特点:I.高速。在传统的利用VLSI技术实现的数值计算过程中,进位位的“传播”是影响运算速度最重要的因素,利用“模运算”将传统数域中进位位的“传播”距离截短,余数向量计算时没有相互的进位关系;II.低功耗。由于将原来单次复杂运算用并行的多个独立简单运算来代替,使得传统运算方法在利用VLSI技术实现所需资源(如硅片面积)减少从而达到低功耗;另一方面,由于运算速度提高,运算单元在完成所承担的运算后即可转入“休眠”状态,同样降低系统功耗。
目前该领域的主要问题包括:余数基的选择、模加法和模乘法器单元设计、前后项转换、奇偶检测、大小比较、符号检测以及缩放问题等。 它可以应用于通信等领域。


 
基于“概率计算”的数字信号处理方法研究


过去通信信号处理的计算完成的是精确的数值计算,而没有考虑通信信号处理的运算精度只需要满足一定的统计特性即可。概率计算,即参与运算的操作数都是概率空间的数值,且计算结果是以正确计算结果为均值且满足一定统计特性的随机变量。利用概率计算的特点,可以构造有别与传统计算的信号处理单元,在信息通信系统和模块的复杂、功耗成本等方面获得突破。概率计算将为未来信息系统的VLSI实现带来革命性的技术创新;同时概率计算可以与支持低功耗为目标的PCMOS、PSoC技术结合,完成通信系统信号处理运算功能。

 

 
基于多处理器阵列结构的软件无线电技术研究


现在的无线通信系统越来越复杂,信号处理的运算量越来越大。以往的软件定义无线电(SDR)系统实现采用流水线的方式,这种串行处理会先天性地破坏大多数数字信号处理应用的并行性质。本研究希望发挥数字信号处理的固有平行属性,使用与之匹配的大规模并行处理,将数字信号处理软件无线电与微处理器阵列结合使用。将完成软件无线电微处理器阵列技术研究,提出SDR微处理器阵列的体系结构、网络结构、分层结构。在核心技术方面提出任务流图向资源流图映射的多目标优化算法;提出基于函数调用的任务调度算法。研制微处理器阵列验证平台,在验证平台上完成SDR核心算法的性能验证。
 
 

片上网络(NoC)技术
 

深亚微米技术的深入发展推动了片上系统的发展。近年来随着集成电路集成规模和密度的增加,片上处理核间的数据通信压力显著增加,成为了片上系统性能的瓶颈。由于将总线结构移植到不同的超大规模集成电路系统中,需要做大量的工作,传统的总线结构已不再适应市场的需要。而且时序和功耗也是超大规模集成电路的缺陷所在。片上网络的概念就是针对片上通信的有效性、灵活性和可扩展性提出的。片上网络系统不同于宏观网络,其可用资源极为有限。为了最有效的利用资源,面向应用的片上网络被广泛使用。由于结构的可变性和应用的复杂性,NoC的网络拓扑结构、数学建模、仿真方法、功耗分析都值得深入研究。

 

卫星通信课题研究

卫星通信是通信和航天技术高度发展的标志,是国家通信基础设施的重要组成部分,是大国必须占领的信息技术制高点。卫星通信课题组从上世纪80年代中期开始从事卫星通信及广播的研究,先后承担多项国家自然科学基金项目、863计划项目、国防预研项目以及与航天集团和中电集团研究所的横向合作项目,取得了丰富的研究成果,为社会培养了大量人才。

卫星通信课题组研究方向包括:卫星通信系统设计及仿真,卫星通信自适应传输体制,通信信号盲源分离,信道建模估计及仿真,卫星通信抗干扰技术,资源管理和移动性管理,星座设计和组网,卫星编队应用等。 
 

 

无线定位技术

 

研发项目


1、第四代移动通信传输技术

面向IMT-Advanced的数模混合集成电路设计

面向IMT-Advanced的众核基带处理平台与系统

2、VLSI协同验证与协同仿真平台设计
SOC协同验证平台

软硬件协同仿真平台
基于网络的软硬件协同仿真平台包括运行软件部分的PC终端、模拟硬件部分的目标板、以及将两者互连的调试器。本发明对Vector模式和Co-simulation模式仿真的支持可以在统一的多模式仿真体制上实现。调试器与目标板的通信采用串并转换方式,大大减少对I/O资源的占用。软件部分与硬件部分通过以太网通信,以支持远程协同仿真。

3、多核阵列与NoC
随着通信信号处理的运算量越来越大,采用多个处理器并行、协同处理成为必然。多核阵列以及NoC领域的研究主要包括拓扑结构、映射策略、路由算法、流控算法、交换结构、业务建模、总线编码等。
多核处理器阵列平台

4、无线定位设备
CDMA定位设备


UWB定位设备


5、数字电视传输解调解码器
针对DVB标准、以及中国数字电视地面传输标准,进行QAM解调解码、LDPC译码 、Turbo译码等数字基带信号处理和IP核的设计实现。通过与工业界的广泛合作,部分解码器已进入专用芯片设计阶段。


6、OFDM移动通信系统

7、无线衰落信道信道模拟器
衰落信道是移动通信信道特征,移动通信系统的设计是以克服衰落信道影响,为用户提供有效通信服务为目标。我们先后为中国科学院微小卫星工程中心、57所研制了卫星信道模拟器。属国内领先水平;其中第一代信道模拟器获国防科技进步三等奖;第三代信道模拟器达到国际同类水平,并且在信道模型方面具有独特优势。

 

8、卫星通信系统基带

9、卫星通信系统网络硬件仿真平台
模拟卫星通信网络的仿真演示平台,可以根据星座参数、信道参数、星载有效载荷参数、用户终端参数等,实时仿真星际链路网络的连通特性、星间链路和星地链路的误码、延时等信道特性。该硬件仿真平台已通过验收。其卫星信道数字基带模型达到国内领先水平。


10、超宽带(UWB)无线通信技术
冲激UWB技术是无线通信最新技术发展趋势,旨在提供高速、低功耗、低复杂度、低成本的无线连接,是目前国外工业界的研发热点之一。通过与美国国家半导体公司、德国西门子公司进行技术合作,已完成系统设计和计算机仿真工作。
Chirp-UWB是线性调频的UWB技术,它具有很好的抗衰落能力、强抗干扰能力、强抗多径干扰能力、低功耗、低迟延、抗多普勒频移能力强、低截获概率的优点。目前正与长虹集团合作,寻求Chirp-UWB在数字家电领域的产业化应用。


11、3G、B3G基带处理器设计
CDMA2000是第三代移动通信国际标准之一。与香港大学合作已完成CDMA2000手机端基带部分的原理样机设计,和部分核心模块的集成电路设计,并申请多项美国技术专利。
在国家863重大项目“新一代移动通信TDD方式下OFDM下行链路设计与实现”中,参与完成了系统硬件实现。


12、集成电路设计工具开发
简化集成电路的前端设计工作,帮助通信、自动控制、消费类电子产品设计工程师直接参与集成电路设计,降低开发成本和周期。提供从Matlab/Simulink到VHDL/Verilog的转换工具;可以方便地与现有的EDA工具如System Generator、MC、System-C协同工作。


13、NoC性能仿真工具开发
MSNS是为NoC仿真提供的一种自顶向下的MPI分级仿真架构,将应用层下至网络基础层综合为一体,该架构基于对高抽象级和RTL级均适用的SystemC描述语言。出于通用性的考虑,通信接口遵循在并行程序通信中广泛采用的消息传递接口(MPI)标准。它将应用和网络基础结合在一起,得到最终的仿真结果。对特定场合下的并行算法和NoC基础结构都可以进行评估。采用随时间动态变化的包注入率代替恒定的平均包注入率,提高了功耗计算的准确性。


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