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低功耗设计基于OFDM的WLAN系统的收发器

1纳文·L J 2 Vinutha C B,博士3阿卜杜勒·伊姆兰拉希德,4。M Z库里
  1. 14日学期,m .技术(数字电子技术),SSIT Tumkur,卡纳塔克邦,印度。
  2. 助理教授,部门的ECE、SSIT Tumkur,卡纳塔克邦,印度。
  3. Asst.教授,部门的EEE, MSRSAS Bangaluru,卡纳塔克邦,印度。
  4. 煤斗、ECE系SSIT Tumkur,卡纳塔克邦,印度
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文摘

在数字通信正交频分复用(OFDM)近年来被认为是一种很有前途的技术。本文提出了低功耗收发器基于OFDM无线局域网(WLAN)系统使用特定于应用程序的集成电路(ASIC)平台。根据IEEE 802.11标准基于OFDM的收发器能够提供数据率高达数万Mbps但OFDM收发器将大量的力量消散。这项工作的目标是优化对电力领域。它包括各种低功耗库以及充足的低功率限制

关键字
OFDM、WLAN、ASIC,低功率收发器,IEEE 802.11

介绍
正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波传输的情况下,在一个单独的数据流传输的低副载波。OFDM可以被看作是一种调制技术或多路复用技术[1]
使用OFDM的主要原因之一是增加对频率选择性衰落和窄带干扰的鲁棒性。在单载波系统中,单个褪色或干扰可能导致整个链接失败,但在多载波系统中,只有一小部分的副载波将受到影响。纠错编码可以用来纠正几个错误的副载波[1],[2]

二世。LITEARTURE调查

(a)正交频分复用(OFDM)。
正交频分复用(OFDM)是一种基于调制(MCM)技术传递信号,通过多个运营商。这些航空公司(副载波)有不同的频率和他们互相正交。正交频分复用技术已经应用在有线和无线通信,例如IEEE 802.11标准[1],[2]。

(b),正交性。
正交性被定义为真正的和复杂的价值功能。功能φm (t)和(φn (t)是正交彼此间隔< t < b如果他们满足条件。
OFDM将可用的带宽分为许多窄带通道(通常是100 - 8000年),每个都有自己的副载波。这些分载体最终再彼此正交,这意味着每一个都有一个整数象征时间的周期数。因此每个子载波的频谱中心频率的有一个“空”的每个其他处于系统,如图2.1所示。这导致没有分载体最终再之间的干扰,使他们间隔是理论上可行。由于这个原因,没有很好的渠道的用户需要time-multiplexed,而且没有开销之间切换用户。这克服了问题所需的开销载波间距在FDMA [1], [2], [3]。

三世。低功率在不同级别的VLSI设计
超大规模集成行业的低功耗芯片要求相当大的领域主要是由于芯片尺寸一天天的减少和环境因素。[4]
低功耗设计方法提出了首先深入覆盖层设计的层次结构,从系统层,建筑水平,逻辑电路,到技术。[4]

(一)系统的水平
这样一个系统通常包括硬件和软件组件,它影响功耗。系统设计包括硬件/软件划分、硬件平台选择(特定于应用程序的或通用处理器),资源共享(调度)策略,等系统设计通常有最大的影响功耗,因此这个层次的低功耗技术应用潜力最功率降低。[4],[7]。
省电和时钟门控两种最常用的低功耗技术在系统水平。稳定的硬件单元关闭以节省电源。时钟驱动程序,通常使用30 - 40%的总能耗,可以封闭,减少切换活动如图1中所示
(b)算法
该算法选择有大量对功耗的影响。例如,使用快速傅里叶变换,而不是直接计算DFT的减少了操作的数量对了8分8倍的傅里叶变换和功耗可能减少类似的因素。算法设计的任务是选择最节能的算法,它只满足约束条件。一个算法的成本包括计算和通信/存储。算法的复杂性度量包括业务的数量和沟通/存储的成本。减少操作的数量,每操作,成本和长途通信算法选择是关键问题
算法的一个重要技术,低功率水平算法转换。这种技术利用了复杂性、并发性、规律性,当地的一个算法.Reducing算法的复杂性减少了操作的数量,因此功耗。的可能性增加并发算法允许使用其他技术,例如,电压比例,减少能耗。算法影响的规律和位置控制和通信硬件[6],[8]。
(c)体系结构的水平
实现系统的功耗相关的部分是密切相关的一些属性,一个给定的系统或算法。的组件,提供了大量的能源消费总量是互连。互连的功耗是高度依赖于算法和架构级设计决策。两个属性的算法是重要的降低互连功耗是局部性和规律[6]。
位置与系统或算法的程度自然隔离操作或存储的集群之间的一些联系。分区系统或算法到空间本地集群确保大部分的数据传输发生在集群和集群之间的相对较少。结果是,当地的公共汽车比长更短更经常使用高电容全球公共汽车。规律的一种算法指的是重复发生的计算模式。常见的模式使设计更复杂的结构,因此简单互连结构(公共汽车、多路复用器、缓冲)和更少的控制硬件。
选择算法,给定的体系结构可以确定算法。可以看到从情商。(2.16),一个有效的方法减少动态功耗电压缩放。当电源电压降低,能耗降低。然而,这增加了门延迟。延误min-size逆变器(0.35毫米标准CMOS技术)增加电源电压降低。[6][8]。
(d)逻辑水平
功耗取决于交换活动因素,进而取决于数据的统计特征。然而,大多数低功率技术不集中在这个问题上的系统级架构级别。低功耗技术在逻辑层面上,然而,重点放在减少切换使用信号的相关性和活动因素,当然,节点的参数[6],[9]。
(e)电路
在电路层,节电潜力往往不到更高的抽象级别。然而,这是不容忽视的。节省电能,可以作为基本的重要的细胞是经常使用的。提高几个百分点的D触发器可以显著降低功耗深管线式系统[9]。
在CMOS电路,转换造成的动态功耗。虚假的过渡消费一般在10%和40%之间的转换活动在典型的组合逻辑。在某些情况下,比如数组乘数,虚假的转换的数量很大。减少虚假的过渡,从寄存器信号的延迟,收敛在一个门应该大致相等。这可以通过插入缓冲器和设备分级。缓冲增加总负载电容的插入,但仍然可以减少虚假的转换。这种技术被称为路径平衡[6],[9]
图2显示了OFDM发射机的简化框图。代的OFDM信号从银行振幅调制映射。串行输入数据映射到适当的符号来代表数据位。这些符号是串行,需要转换成并行格式的由于传输线模块需要并行处理数据的输入。串行并行模块的转换。这些平行符号从频域转换到时域传输线使用模块。这些信号被转换成串行格式和循环前缀添加到数据帧传输。
图3显示了接收机模块的基本框图。有五个模块接收块和最初的循环前缀必须从接收到的信号。接收的数据是串行格式,由于FFT需要并行输入格式,一个模块的串行数据转换为并行数据是必需的。FFT是转换回串行格式的输出通过并行串行转换器。串行数据以来的转换需要需要传播。最后使用de-mapping串行输出解调模块传输数据。
这些模块都是用verilog代码设计,一旦使用Xilinx准备和模拟软件代码或使用synopsys对此verilog编译器在ASIC模拟器。OFDM系统结果合成和模拟使用ASIC平台。表1显示了完整的操作在每一个模块的发射机和接收机的OFDM系统。
图像

OFDM的低功率收发器
现在所有的OFDM模块合成模拟和现在我们应用各种低功率约束这些代码得到区域和力量报告。在我们的工作,我们应用两个低功率约束作为最坏的和最好的情况。之后,我们使用时钟控制低功率技术设计,减少权力。应用“tcbn65lphvtbc_140”技术图书馆OFDM模块,适当的合成和映射到该地区和权力报告如下给出了表2。
图像
表2显示了区域报告应用“tcbn65lphvtbc_140”时的OFDM技术的图书馆。它给细胞面积OFDM为70361微米,消耗12528个细胞。同样在相同的库我们得到力量报告如表3所示。
图像
这份报告收益OFDM模块的总能耗为2727062.9(西北)的权力与1974.3(西北)的泄漏功率损失和2725058(西北)的动态功率。这是最坏的情况下,上述区域和力量报告显示,分别设计消耗更大的区域和最大功率。因此我们一个低功率约束应用于OFDM模块,结果表4和表5所示。
图像
这里“tcbn65lpvtwcl_140”技术图书馆应用区域报告如表4所示。在这种情况下OFDM模块消耗70254微米细胞面积和消耗12498个细胞。
图像
表5显示了力量报告申请“tcbn65lphvtwc_140”技术图书馆,它消耗1973909.5(西北)总功率的损失19733677.8(西北)动态功率和231.6(西北)泄漏的力量。通过比较上述约束条件与结果,“tcbn65lpvtwcl_140”是最好的情况,因为它消耗更少的功率和更少的地区相比“tcbn65lphvtbc_140”技术图书馆。
从上面的实验,以下推理获得“tcbn65lpvtwcl_140”是最好的情况下,技术的图书馆,但权力仍然可以在更高程度上降低时钟门控技术应用到这个图书馆然后以下结果在表6和表7。
图像
应用时钟门控后最好的收益率情况下图书馆面积报告如表6所示这里消耗75856细胞面积的微米,了14972个细胞。
图像
应用时钟门控后最好的情况下图书馆它得到的功率为1600770.4(西北)总功耗和动态功率为1600515.6(西北)。通过比较与时钟门控技术,最好的情况是,权力是利用较少。然而,它消耗更多的细胞面积和细胞因为这项技术额外的和盖茨是插入到OFDM模块减少开关功耗。因此,遗忘地面积相对增加。

诉的结论
在本文中,基于OFDM的WLAN系统的低功耗收发ASIC平台提出了利用充足的各种低功耗库的数量。它可以观察到,比较每个库,最好的情况下可以选择实时实现。从上面的实验和结果我们得出这样的结论:时钟门控进一步降低能耗。所以权力和面积总是彼此之间的交易,根据需求可以选择任何一个案例来实时实现。进一步,更多的低功率库有减少,面积,以及时机产生更好的性能。

引用
  1. 助理教授专门m . kallurwar Rahila Patel,“减少ICI基于OFDM的WLAN系统使用神经网络”,国际先进研究期刊》的研究在计算机科学和软件工程(IJARCSSE),卷2,问题7,2012年7月,pg没有356 - 360
  2. Preeti Mankar, l . p . Thakare a . y .德斯穆克”设计的可重构FFT无线通信应用程序”,国际先进研究期刊》的研究在计算机科学和软件工程(IJARCSSE),卷4期,2014年4月,pg没有319 - 323。
  3. Anibal luis intini圣芭芭拉分校,研究生电气和计算机工程部门,加州大学aintini@engineering.ucsb.edu。
  4. Tipler P。,Physics for Scientists and Engineers, 3rd Edition, Worth Publishers, pp.464-468, 1991.
  5. Rappaport, T。“无线通信原理和实践”,IEEE出版社,纽约,普伦蒂斯霍尔,169 - 177年,1996页
  6. Chethan Sharma”低功率在不同级别的VLSI设计和时钟分配方案”,
  7. 迈克尔·B。亨利,“新兴力量控制低功率数字电路技术”
  8. 阿方索Troya和Koushik Maharatan”,低功耗的VLSI实现内在接收机OFDM-Based WLAN系统”,
  9. 马苏德Pedram“低功率VLSI数字技术”,EE-Systems南加州大学。