Effiziente Entwurfsverfahren zur hardwarebasierten Signalverarbeitung elementarer Funktionen für die drahtlose Kommunikation

Drahtlose Kommunikationssysteme stellen eine Schlüsseltechnologie aktueller und zukünftiger Ansätze zur Datenübertragung dar, da sie in einer Vielzahl unterschiedlicher Bereiche des täglichen Lebens zum Einsatz kommen. Die Entwicklung der letzten Jahre lässt dabei erkennen, dass der Umfang der zu bewältigenden Aufgaben und Anwendungen deutlich ansteigen wird. So ist z. B. im Mobilfunk eine stetig wachsende Anzahl an Netzteilnehmern zu erkennen, die immer größere Mengen an zu übertragenden Daten beansprucht. Für mobile Endgeräte wird zudem eine möglichst lange Akkulaufzeit gefordert. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, hat sich die effiziente digitale Signalverarbeitung als vielversprechender Ansatz erwiesen. Hierbei werden anstehende Signalverarbeitungsaufgaben, z. B. die Berechnung von Algorithmen, möglichst optimal und durch direkte Abbildung an die zugrunde liegende Hardware angepasst. Für zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme ist jedoch aufgrund der steigenden Algorithmenkomplexität davon auszugehen, dass dieses Vorgehen nicht mehr ausreicht, die hohen Anforderungen zu erfüllen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Entwurf von anwendungsspezifischen Schaltungen, die für eine näherungsweise Berechnung elementarer Funktionen optimiert sind. Hierzu wird ein spezielles Approximationsverfahren vorgestellt, das mittels Unterteilung eines gegebenen Funktionsverlaufs sowie Verwendung hardwareoptimierter Geradengleichungen den Signalverarbeitungsaufwand deutlich verringern kann. Durch ein automatisiertes Vorgehen zur Umsetzung der Approximation auf eine äquivalente Hardwarebeschreibung kann das Verfahren zudem beim Entwurf digitaler Schaltungen verwendet werden. Anhand ausgewählter Signalverarbeitungsaufgaben aus den Bereichen drahtlose Sensornetze und Mobilfunk werden verschiedene Funktionsapproximationen erstellt und in die zugehörigen Algorithmen integriert. Neben einer simulativen, modellbasierten Auswertung der durch die Approximation auftretenden Rechenfehler wird für jede betrachtete Anwendung eine angepasste Schaltungsumsetzung vorgestellt. Abschließend werden die erhaltenen Ergebnisse mit aktuellen Referenzen verglichen.