5、迈向太比特每秒无线通信基带处理及工业4.0自动化网关技术

迈向太比特每秒无线通信基带处理及工业4.0自动化网关技术

1. 无线通信基带处理吞吐量分析

在无线通信领域，要实现高吞吐量的解码面临着诸多挑战。我们先来看信道解码器吞吐量的相关因素。其吞吐量取决于多种通信和实现参数，通过公式 $T_{inf} = N \cdot R \cdot \frac{1}{I \cdot P} \cdot f \cdot (1 - \omega)$ 可以大致估算前向纠错（FEC）架构的吞吐量（单位为每秒信息比特）。其中各参数含义如下：
- $N$：块大小
- $R$：信道编码速率
- $I$：对应（迭代）解码器解码一个码块所需的迭代次数（非迭代解码算法中 $I = 1$）
- $P$：可实现的并行度，定义为一个时钟周期内执行的操作与完成一个码块一次解码迭代所需的总操作数之比
- $f$：时钟频率
- $\omega$：归一化值，范围在 0 到 1 之间，代表由于数据分布、互连、内存访问冲突等导致的时序开销

最大时钟频率 $f$ 由相应解码算法计算内核中的关键路径和/或互连延迟决定，且通常受限于 1 GHz。开销 $\omega$ 随 $N$ 和 $P$ 的增加而增大，对于局部性有限且以数据传输为主的解码算法，$\omega$ 更大。若目标是在 1 GHz 频率限制下实现 1 Tbit/s 的吞吐量，则需要在单个时钟周期内解码 1000 位，这就要求极高的并行度。为实现最高吞吐量，需最大化 $P$ 并最小化 $\omega$。

2. 不同编码方案的解码器分析

2.1 Turbo 解码器

Turbo 码在高吞吐量解码方面极具挑战性。其解码结构由两个通过交