CN107172690B - 降低终端芯片mimo检测器功耗的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法及装置,该方法包括:多天线数据先输入到数据缓存器,再输出到MIMO检测器;根据所述数据缓存器输出的信号,电源管理模块执行对所述MIMO检测器的上电操作流程;所述MIMO检测器完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,关断MIMO检测器的电源。解决现有技术中的终端基带芯片中MIMO检测器的功耗过大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种降低LTE(Long Term Evolution,长期演进)终端芯片MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出)检测器功耗的方法及装置。
背景技术
高速无线数据接入业务与用户数量的迅速增长,需要更高速率、更大容量的无线链路的支持,而决定无线链路传输效能的最根本因素在于信道容量。多天线空间复用MIMO技术有效提高了信道容量,是LTE系统的核心技术。
对于空间复用MIMO系统的检测,现有的检测算法主要包括线性检测、序列干扰抵消(SIC)检测、最大似然检测(ML)。
线性信号检测算法是将自目标发射天线的期望信息流当作有用信息,同时把其他发射信号当做干扰,最小化或消除来自其他发射天线的干扰信号。基本的线性检测算法包括迫零方法和最小均方误差方法。
SIC算法是基于线性检测,采用了非线性的干扰抵消策略,将发射信号逐级解调。线性检测直接将其他信号当作噪声滤除,没有有效利用多天线的信道增益,SIC将其他天线的信号逐级引入,一次将多天线之间的干扰消除直至最后一个天线的信号解调。SIC利用逐次迭代的方法,相比线性检测较大地提高了系统的分级增益。
线性检测检测算法和SIC算法的硬件实现复杂度比较低,但是二者在衰落严重的无线信道下性能很差,与ML检测算法的性能有较大的差距。
ML检测方法计算接收信号和所有可能向量之间的欧几里得距离,并找到一个最小的距离。当所有的发射向量等可能时,ML方法达到最大后验概率(MAP)检测的最佳性能。
终端侧天线数目的增多会提高MIMO检测算法的实现复杂度。尤其对性能较好的ML算法,它的计算复杂度随调制阶数和天线数量的增加而急剧上升。
随着LTE技术的不断演进,终端侧使用的电线数目越来越多,R10版本中终端已经达到四根天线。在终端侧基带芯片的面积、功耗开销中,MIMO检测器占据了越来越高的比例。降低基带芯片中MIMO检测器的功耗对于降低基带芯片整体功耗意义重大。
对于移动设备而言,性能很重要,但影响移动设备竞争力的主要因素还是电池的寿命,尤其在LTE终端市场更是如此。终端芯片的能耗开销决定了一台终端的电池寿命。
具体到TD-LTE终端基带芯片而言,操作模式可分为关机、待机、工作等几个状态,其功耗可分为待机功耗和工作功耗。目前的基带芯片设计方案中,终端在待机状态下,基带会关闭大部分功能模块以节省功耗,延长电池寿命。而在工作模式下,主要采用门控时钟、高阈值晶体管来降低功耗开销。
现有降低功耗的方法在较早的半导体CMOS工艺技术条件下是非常有效的。但在目前较先进的半导体CMOS工艺(如28nm,14nm工艺)中,用门控时钟、高阈值晶体管等方法来降低工作模式下的功耗的方法会遇到新的问题。
半导体CMOS电路的功耗来源主要有三种:
动态功耗:晶体管在信号翻转过程产生的功耗;
短路功耗:是指PMOS管和NMOS管同时导通产生的功耗;
静态功耗:晶体管在没有任何活动时,泄露电流所消耗的功耗。
在较早的半导体工艺技术条件下,晶体管漏电流是极其微小的,静态功耗基本忽略不计。而在深亚微米的设计中,器件特征尺寸不断减小,器件阈值电压也不断减小,按比例缩小理论导致的漏电功耗越来越大。CMOS器件的漏电主要包括亚阈值漏电和栅极漏电。其中亚阈值漏电对温度变化还十分敏感,温度升高会带来漏电功耗的大幅度增加。
目前的基带芯片设计方案中,待机模式时关闭大部分功能模块电源,相应模块不再消耗能量。而工作模式时主要采用门控时钟减低动态功耗、采用高阈值晶体管来降低静态功耗。相对于低阈值晶体管,高阈值晶体管在一定程度上降低了静态功耗,但其漏电功耗仍然占据晶体管功耗的较大比例。此外,高阈值晶体管的延迟较大,在高速电路设计中使用比例较低。因此,在深亚微米的设计中,传统采用低阈值晶体管降低的静态功耗的方法具有很大局限性。
在实现本发明过程中,发明人发现现有技术中至少存在如下问题:目前LTE终端芯片都采用先进的深亚微米工艺制造。门控时钟的方法无法降低静态功耗;而高阈值晶体管方法的局限性大。在工作状态下,如何抑制MIMO检测器的静态功耗快速增长是一个挑战。
发明内容
针对现有技术中的终端基带芯片中MIMO检测器的功耗过大问题,传统方法无法有效抑制静态功耗的快速增长的问题,本发明的实施例提出一种降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法及装置。
依据本发明的一个方面,提供了一种降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法,所述方法包括:多天线数据先输入到数据缓存器,再输出到多输入多输出MIMO检测器;根据所述数据缓存器输出的信号,电源管理模块执行对所述MIMO检测器的上电操作流程;所述MIMO检测器完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,关断MIMO检测器的电源。
可选地,所述根据所述数据缓存器输出的信号,电源管理模块执行对所述MIMO检测器的上电操作流程,包括:当缓存数据超过预定数量的子帧时间长度后,数据缓存器输出第一信号至所述电源管理模块,所述电源管理模块根据所述第一信号开启所述MIMO检测器的电源;当缓存数据达到预定数量的帧时间长度时,数据缓存器输出第二信号至所述电源管理模块,所述电源管理模块根据所述第二信号配置所述MIMO检测器的工作参数,然后所述MIMO检测器进行MIMO数据检测,并输出检测数据。
可选地,所述电源管理模块根据所述第二信号配置所述MIMO检测器的工作参数,包括:所述电源管理模块根据所述第二信号复位所述MIMO检测器,然后所述MIMO检测器进行初始化工作,用小于预定的时间数值的时间配置所述MIMO检测器的工作参数。
可选地,所述预定的时间数值为30~50纳秒。
可选地,所述预定数量的帧时间长度为1帧。
可选地,所述MIMO检测器完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,关断所述MIMO检测器的电源,包括:MIMO检测器完成所述预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,输出第三信号至所述电源管理模块;所述电源管理模块根据所述第三信号,关断所述MIMO检测器的电源。
依据本发明的另一个方面,还提供了一种降低终端芯片MIMO检测器功耗的装置,所述装置包括:数据缓存器、电源管理模块和MIMO检测器,其中,数据缓存器接收多天线数据,并缓存接收到所述多天线数据;在完成预定数量的帧时间长度的数据缓存后,电源管理模块开启所述MIMO检测器的电源,所述MIMO检测器进行MIMO数据检测,并输出检测数据,在所述MIMO检测器完成所述预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,所述电源管理模块关断所述MIMO检测器的电源。
可选地,当所述数据缓存器缓存数据超过预定数量的子帧时间长度后,所述数据缓存器输出第一信号至所述电源管理模块,所述电源管理模块根据所述第一信号开启所述MIMO检测器的电源;当所述数据缓存器缓存数据达到预定数量的帧时间长度时,所述数据缓存器输出第二信号至所述电源管理模块,所述电源管理模块根据所述第二信号配置所述MIMO检测器的工作参数,所述MIMO检测器进行MIMO数据检测,并输出检测数据。
可选地,所述MIMO检测器根据所述第二信号进行复位,然后进行初始化工作,用小于预定的时间数值的时间配置工作参数。
可选地,所述MIMO检测器完成所述预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,输出第三信号至所述电源管理模块;所述电源管理模块根据所述第三信号,关断所述MIMO检测器的电源。
本发明的有益效果是:在本实施例中,多天线数据先输入到数据缓存器,再输出到MIMO检测器。根据数据缓存器输出的信号,MIMO检测器的电源管理模块执行上电操作流程。完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,立刻关断MIMO检测器的电源,由于可以根据终端芯片的MIMO检测器的实际吞吐率,确定空闲时间。例如,在1帧中只开关一次MIMO检测器的电源,对电源网络影响很小,易于实现。根据硬件电路不同工作频率不同,在检测结束时关断电源,不浪费供电期间的功耗,充分降低了不必要的功耗。
附图说明
图1为本发明的第一实施例中降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法的流程图;
图2为本发明的第二实施例中降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法的流程图;
图3为本发明的第三实施例中降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法的装置结构图。
具体实施方式
TD-LTE的帧结构中,一帧是10ms,包含10个子帧,每个子帧1ms。按照系统通信需求,一帧内不同子帧可配置为上行(U)、下行(D)、特殊(S)三种类型,具体如下表:
表1TD-LTE上下行配置
其中,上下行配置方式5有8个下行子帧可用于基站给终端传送PDSCH数据;上下行配置方式0只有2个下行子帧可用于基站给终端传送PDSCH数据。在给定频域资源的前提下,上下行配置方式5对应最大下行吞吐率,而上下行配置方式0对应最小吞吐率,且吞吐率相差4倍。
分析TD-LTE的帧结构,发现不同上下行配置方式下,下行子帧数目的种类有6种。最大为8个下行子帧,最小为2个下行子帧,有两种都是6个下行子帧。对应不同的MIMO检测器吞吐率。
对于TD-LTE终端芯片的MIMO检测器,硬件实现是基于基带的最大吞吐率设计,其占用芯片的面积较大,带来的功耗开销也很大。在实际通信过程中,TD-LTE为每个终端用户配置的时域(上下行配置方式)、频域信道资源并不相同。每个终端基带芯片中MIMO检测器的并不都是在最大吞吐率下工作。也就是说,MIMO检测器完成给定子帧的检测任务后,会有一段时间处于空闲状态。抑制空闲状态下的功耗非常重要。
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
第一实施例
参见图1,图中示出了降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法,具体步骤如下:
步骤S101、多天线数据先输入到数据缓存器,再输出到MIMO检测器;
可选地,在本实施例中该数据缓存器可以存储1帧的多天线数据。当然需要说明的是,在本实施例中并不限定数据缓存器存储数据的长度。
步骤S103、根据数据缓存器输出的信号,电源管理模块执行对MIMO检测器的上电操作流程;
步骤S104、MIMO检测器完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,关断MIMO检测器的电源。
可选地,上述预定数量的帧时间长度可以是1帧时间长度。需要说明的是,MIMO检测器中寄存器、存储器中的检测数据在子帧间并不需要保存。
在本实施例中,在待机状态下,所有模块(例如数据缓存器、电源管理模块、MIMO检测器)都关闭电源,没有能量消耗。在非待机状态下,数据缓存器和电源管理模块是一直带电,MIMO检测器的供电由电源管理模块控制。在非待机状态下,电源管理模块是一直带电的,但其只执行电源管理方案的简单控制与切换,以及每次上电后的参数配置,逻辑简单、自身硬件功耗很低。
如表2所示,不同TD-LTE上下行配置方式下,下行子帧数目不同,1帧中下行子帧的时间也不相同。如果考虑电源方案,常规方法是:在下行子帧时间为MIMO检测器供电,而在非下行子帧时间关断MIMO检测器电源。此方法有两个主要缺点:(1)下行子帧在一帧内的位置不是连续的,此方法会导致对MIMO检测器的供电频繁关断,带来对电源网络较大影响。(2)在供电时间内,硬件可能已经完成检测工作,但电源没有及时关闭,功耗降低不明显。
表2:TD-LTE的1帧中下行子帧的时间
而本发明的实施例较好的解决了上述问题:(1)可以在一帧中只开关一次MIMO检测器的电源,对电源网络影响很小,易于实现。(2)根据硬件电路不同工作频率不同,在检测结束时关断电源。不浪费供电期间的功耗,充分降低了不必要的功耗。如果采用较高工作频率时,MIMO检测器的供电时间将会很短,有效降低了静态功耗。此外,基于时域导频序列进行时域信道估计时,大多数实现方案都需要一个信道估计数据缓存器,来暂存1帧的数据信号。因此,借用信道估计数据缓存器即可实现存储1帧的数据信号的功能,并不额外增加硬件开销。
第二实施例
参见图2,图中示出了降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法,具体步骤如下:
步骤S201、多天线数据先输入到数据缓存器,再输出到MIMO检测器;
步骤S203、当缓存数据超过预定数量的子帧时间长度后,输出第一信号至电源管理模块,并根据第一信号开启MIMO检测器的电源;当缓存数据达到预定数量的帧时间长度时,输出第二信号至电源管理模块,并根据第二信号配置MIMO检测器的工作参数,MIMO检测器进行MIMO数据检测,并输出检测数据;
可选地,在步骤S203中电源管理模块根据第二信号复位MIMO检测器,然后MIMO检测器进行初始化工作,用小于预定的时间数值的时间配置MIMO检测器的工作参数。其中,预定的时间数值可以是30~50ns(纳秒),优选40ns。
步骤S205、完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,输出第三信号至电源管理模块;电源管理模块根据第三信号,关断MIMO检测器的电源。
例如,多天线数据先输入到数据缓存器中,当缓存数据超过9个子帧时间长度后,发出“即将完成1帧缓存信号”;当缓存数据达到1帧时间长度时,发出“完成1帧缓存信号”。电源管理模块收到“即将完成1帧缓存信号”后,开启MIMO检测器的电源。电源管理模块收到“完成1帧缓存信号”后,首先复位MIMO检测器。然后进行初始化工作,用小于40ns的时间配置MIMO检测器的所有工作参数。完成初始化后,MIMO检测器检测多天线数据并输出检测数据。在完成本帧内所有数据MIMO检测后,发出“检测完成信号”。电源管理模块收到“检测完成信号”后,关闭MIMO检测器的电源。
在本实施例中,在待机状态下,所有模块都关闭电源,没有能量消耗。在非待机状态下,数据缓存器和MIMO检测器的电源管理模块是一直带电。MIMO检测器的供电由电源管理模块控制。在非待机状态下,电源管理模块是一直带电的,但其只执行电源管理方案的简单控制与切换,以及每次上电后的参数配置,逻辑简单、自身硬件功耗很低。
在本实施例中,多天线数据先输入到数据缓存器,再输出到MIMO检测器。根据数据缓存器输出的信号,MIMO检测器的电源管理模块执行上电操作流程。完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,立刻关断MIMO检测器的电源,由于可以根据终端芯片的MIMO检测器的实际吞吐率,确定空闲时间。例如:在1帧中只开关一次MIMO检测器的电源,对电源网络影响很小,易于实现。根据硬件电路不同工作频率不同,在检测结束时关断电源,不浪费供电期间的功耗,充分降低了不必要的功耗。
第三实施例
参见图3,图中示出了降低终端芯片MIMO检测器功耗的装置,装置30包括:数据缓存器301、电源管理模块303和MIMO检测器305,其中,数据缓存器301接收多天线数据,并缓存接收到多天线数据;在完成预定数量的帧时间长度的数据缓存后,电源管理模块303开启MIMO检测器305的电源,MIMO检测器305进行MIMO数据检测,并输出检测数据,在MIMO检测器305完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,电源管理模块303关断MIMO检测器305的电源。
可选地,在实施例中,当缓存数据超过预定数量的子帧时间长度后,数据缓存器301输出第一信号至电源管理模块303,电源管理模块303根据第一信号开启MIMO检测器305的电源;当缓存数据达到预定数量的帧时间长度时,数据缓存器301输出第二信号至电源管理模块303,电源管理模块303根据第二信号配置MIMO检测器305的工作参数,然后MIMO检测器305进行MIMO数据检测,并输出检测数据。
可选地,在实施例中,MIMO检测器305根据第二信号进行复位,然后进行初始化工作,用小于预定的时间数值的时间配置工作参数。
可选地,在实施例中,MIMO检测器305完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,输出第三信号至电源管理模块303;电源管理模块303根据第三信号,关断MIMO检测器305的电源。
例如,多天线数据先输入到数据缓存器中,当缓存数据超过9个子帧时间长度后,发出“即将完成1帧缓存信号”;当缓存数据达到1帧时间长度时,发出“完成1帧缓存信号”。电源管理模块收到“即将完成1帧缓存信号”后,开启MIMO检测器的电源。电源管理模块收到“完成1帧缓存信号”后,首先复位MIMO检测器。然后进行初始化工作,用小于40ns的时间配置MIMO检测器的所有工作参数。完成初始化后,MIMO检测器检测多天线数据并输出检测数据。在完成本帧内所有数据MIMO检测后,发出“检测完成信号”。电源管理模块收到“检测完成信号”后,关闭MIMO检测器的电源。
在本实施例中,在待机状态下,所有模块都关闭电源,没有能量消耗。在非待机状态下,数据缓存器和MIMO检测器的电源管理模块是一直带电。MIMO检测器的供电由电源管理模块控制。在非待机状态下,电源管理模块是一直带电的,但其只执行电源管理方案的简单控制与切换,以及每次上电后的参数配置,逻辑简单、自身硬件功耗很低。
在本实施例中,多天线数据先输入到数据缓存器,再输出到MIMO检测器。根据数据缓存器输出的信号,MIMO检测器的电源管理模块执行上电操作流程。完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,立刻关断MIMO检测器的电源,由于可以根据终端芯片的MIMO检测器的实际吞吐率,确定空闲时间。在1帧中只开关一次MIMO检测器的电源,对电源网络影响很小,易于实现。根据硬件电路不同工作频率不同,在检测结束时关断电源,不浪费供电期间的功耗,充分降低了不必要的功耗。
应理解,说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外,这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中,应理解,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露方法和装置,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理包括,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述收发方法的部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory,简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的是本发明的优选实施方式,应当指出对于本技术领域的普通人员来说,在不脱离本发明所述的原理前提下还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种降低终端芯片MIMO检测器功耗的方法,其特征在于,所述方法包括:
多天线数据先输入到数据缓存器,再输出到多输入多输出MIMO检测器;
根据所述数据缓存器输出的信号,电源管理模块执行对所述MIMO检测器的上电操作流程;
所述MIMO检测器完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,关断MIMO检测器的电源;
所述根据所述数据缓存器输出的信号,电源管理模块执行对所述MIMO检测器的上电操作流程,包括:
当缓存数据超过预定数量的子帧时间长度后,所述数据缓存器输出第一信号至所述电源管理模块,所述电源管理模块根据所述第一信号开启所述MIMO检测器的电源;
当缓存数据达到预定数量的帧时间长度时,所述数据缓存器输出第二信号至所述电源管理模块,所述电源管理模块根据所述第二信号配置所述MIMO检测器的工作参数,所述MIMO检测器进行MIMO数据检测,并输出检测数据。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电源管理模块根据所述第二信号配置所述MIMO检测器的工作参数,包括:
所述电源管理模块根据所述第二信号复位所述MIMO检测器,然后所述MIMO检测器进行初始化工作,用小于预定的时间数值的时间配置所述MIMO检测器的工作参数。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述预定的时间数值为30~50纳秒。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述MIMO检测器完成预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,关断所述MIMO检测器的电源,包括:
MIMO检测器完成所述预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,输出第三信号至所述电源管理模块;所述电源管理模块根据所述第三信号,关断所述MIMO检测器的电源。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预定数量的帧时间长度为1帧。
6.一种降低终端芯片MIMO检测器功耗的装置,其特征在于,所述装置包括:数据缓存器、电源管理模块和MIMO检测器,其中,所述数据缓存器接收多天线数据,并缓存接收到所述多天线数据;在完成预定数量的帧时间长度的数据缓存后,所述电源管理模块开启所述MIMO检测器的电源,所述MIMO检测器进行MIMO数据检测,并输出检测数据,在所述MIMO检测器完成所述预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,所述电源管理模块关断所述MIMO检测器的电源;
当所述数据缓存器缓存数据超过预定数量的子帧时间长度后,所述数据缓存器输出第一信号至所述电源管理模块,所述电源管理模块根据所述第一信号开启所述MIMO检测器的电源;当所述数据缓存器缓存数据达到预定数量的帧时间长度时,所述数据缓存器输出第二信号至所述电源管理模块,所述电源管理模块根据所述第二信号配置所述MIMO检测器的工作参数,所述MIMO检测器进行MIMO数据检测,并输出检测数据。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述MIMO检测器根据所述第二信号进行复位,然后进行初始化工作,用小于预定的时间数值的时间配置工作参数。
8.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述MIMO检测器完成所述预定数量的帧时间长度内所有数据MIMO检测后,输出第三信号至所述电源管理模块;所述电源管理模块根据所述第三信号,关断所述MIMO检测器的电源。
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