面向通信信号处理的众核处理器设计的可预测性理论研究

通信网络的发展呈现多网融合泛在，单网演进加速，带宽持续扩展的特点，这些造成通信信号处理对于计算能力和可编程性的渴求。多核/众核处理器具有满足通信信号处理这些要求的潜能，又顺应了集成电路发展和延续了摩尔定律，因此将众核处理器应用于通信信号处理是一个必然趋势。目前已有越来越多基于多核处理器的通信系统，但这方面的理论研究严重滞后，亟需开展。. 本项目从理论上研究面向通信信号处理的众核设计的可预测性这个迫切的问题。首先分析了通信信号处理的特点，在同步数据流模型和动态数据流模型的基础上，提出研究具有有限动态性的数据流模型，并根据信号处理各个模块对于动态性的不同要求组合建模。在这个组合模型的基础上，研究众核处理器的调度、存储空间、吞吐量和延时分析方法，解决目前只能依赖仿真分析众核设计的局限性，为面向下一代通信网络的应用奠定理论和技术基础。

移动通信网络正在经历从4G向5G的演进，其发展呈现网络融合、蜂窝小型化、小区密集、带宽持续扩展等特点。一些典型的5G技术比如上行干扰抵消、大规模MIMO、新的传输波形，均对于计算能力和可编程性提出了很高的要求。另一方面，无线基站的架构正在由传统的定制硬件，向通用计算平台转变。多核/众核处理器具有满足通信信号处理这些要求的潜能，又顺应了集成电路发展和延续了摩尔定律，因此将多核处理器应用于通信信号处理是一个发展趋势。.本项目以通信信号处理向专用数字信号处理器、多核和众核转移为契机，针对新一代的移动通信网络信号处理需求，研究了高效的专用数字信号处理器设计和多处理器系统架构，并建立了一套LTE通信系统的仿真平台和基于软件无线电平台的原型系统，为面向下一代通信网络的应用奠定理论和技术基础。项目取得的主要研究成果包括：.1. 无线通信信号处理研究与特征提取 研究了新一代移动通信网络中的上行干扰抵消、下行预编码和新的无速率编码调制等，分析了这些新算法的实现特点及其实现复杂度。 .2. 数字信号处理器建模设计与多处理器架构研究 研究了适合无线通信信号处理的专用数字信号处理器的设计，提出了处理器的架构描述语言，以及基于高级架构描述的处理器和处理器工具链的自动生成。进一步，提出了一种多处理器架构，并设计了多个节点之间的管理器，以及多核编程模型。.3. 基于多核CPU和众核GPU的无线通信系统架构 采用多核CPU、众核GPU和软件无线电平台，实现了一套完整的LTE通信系统，并在此平台上验证了相关的架构。.经过四年的努力，本项目已经成功地完成了各年度任务。在国际国内期刊和会议发表论文24篇，其中SCI源刊7篇，国际会议12篇。申请国家发明专利9项，其中授权6项。该项目资助培养博士硕士研究生9人。该项目成功建立了一套LTE通信系统的仿真平台和基于软件无线电平台的原型系统。我们采用该项目的研究成果自主设计了一款数字信号处理器，并在其他国家项目的支持下进行了芯片投片验证。