Energy Scalable Radio Design: for Pulsed UWB Communication and Ranging

مدیریت هوشمند انرژی، هم در زمان طراحی و هم در زمان اجرا، در رادیوهای مدرن ضروری است. این نیاز به یک مبادله دقیق بین عملکرد سیستم و مصرف برق آن دارد. علاوه بر این، طراحی باید به صورت پویا قابل تنظیم مجدد باشد تا به طور بهینه این پارامترها را در زمان اجرا، بسته به شرایط عملیاتی فعلی، متعادل کند.

طراحی رادیویی مقیاس پذیر انرژی با توصیف یک انرژی محور شروع می شود. استراتژی طراحی، مقابله با این چالش های پیاده سازی برای سیستم های ارتباطی بی سیم. این استراتژی مصرف انرژی را به حداقل می رساند و قابلیت پیکربندی مجدد را در تمام مراحل طراحی متوالی، از سطح سیستم تا سطح مدار، بهینه می کند. علاوه بر این، یک مفهوم پیاده‌سازی جدید از «ماژول‌های FLEX تودرتو» در سطح RT دیجیتال معرفی شده است که اجرای بسیار مقیاس‌پذیر، با حداقل هزینه انرژی را ممکن می‌سازد.

طراحی رادیویی مقیاس‌پذیر انرژی با بکارگیری این استراتژی طراحی برای طراحی یک گیرنده UWB پالسی با کارایی انرژی، بسیار مقیاس پذیر، مناسب برای ارتباطات با سرعت کم داده و محدوده زیر سانتی متر ادامه می دهد. این کتاب به طور دقیق مراحل مختلف طراحی و بهینه‌سازی‌های اتخاذ شده را پوشش می‌دهد: انتخاب رابط هوا در سطح سیستم، کاوش فضای طراحی معماری/الگوریتمی، اصلاح الگوریتمی (الگوریتم‌های اکتساب، هماهنگ‌سازی و محدوده) و اجرای سطح مدار (RTL) بر اساس مفهوم ماژول FLEX. نتایج اندازه گیری اثربخشی و ضرورت استراتژی طراحی مبتنی بر انرژی را نشان می دهد.

Smart energy management, both at design time and at run time, is indispensable in modern radios. It requires a careful trade-off between the system’s performance, and its power consumption. Moreover, the design has to be dynamically reconfigurable to optimally balance these parameters at run time, depending on the current operating conditions.

Energy Scalable Radio Design starts by describing an energy-driven design strategy, tackling these implementation challenges for wireless communication systems. The strategy minimizes energy consumption and optimizes reconfigurability at all consecutive design steps, from system level down to circuit level. In addition, a novel implementation concept of "nested FLEXmodules" is introduced at digital RT-level, enabling highly scalable implementations, with minimal energy overhead.

Energy Scalable Radio Design continues by applying this design strategy to the design of an energy-efficient, highly scalable, pulsed UWB receiver, suitable for low data rate communication and sub-cm ranging. This book meticulously covers the different design steps and the adopted optimizations: System level air interface selection, architectural/algorithmic design space exploration, algorithmic refinement (acquisition, synchronization and ranging algorithms) and circuit level (RTL) implementation based on the FLEXmodule-concept. Measurement results demonstrate the effectiveness and necessity of the energy-driven design strategy.