RTL Design of High-Speed Sorted QR Decomposition for MMSE-MIMO Decoder

摘要

In this paper, we propose a hardware architecture of high-speed sorted QR decomposition for a 4×4 MMSE-MIMO decoder. A QR decomposition (QRD) is commonly used in many MIMO detection algorithms. In particular, a sorted QR decomposition (SQRD) is the advanced algorithm to improve a MIMO detection performance. The proposed architecture can decompose an augmented channel matrix for MMSE detection by using modified Gram-Schmidt algorithm with pipelining and resource sharing processing. This architecture can be applied in a high-throughput MIMO-OFDM system such as IEEE802.11n which supports data throughput of up to 600Mbps. We implement the proposed architecture with 334k gates in 90nm CMOS technology. The proposed design can achieve a high performance of up to 50.0 million 4×4 SQRD operations per second with the maximum operating frequency of 300 MHz.%本報告では，4×4MMSE－MIMOデコーダ向け高速ソート付きQR分解のハードウェアアーキテクチャを提案する．QR分解（QRD：QR Decomposition）は多くのMIMOデコードアルゴリズムで用いられている行列演算である．改良アルゴリズムであるソート付きQR分解（SQRD：Sorted QR Decomposition）はMIMOデコード性能を向上させることができる．提案アーキテクチャは最小平均二乗誤差（MMSE:MInimum Mean SquaredE rror）手法に基づくMIMOデコードアルゴリズムのための拡張チャネル行列に対しQR分解を行うことができる．また，提案アーキテクチャは修正グラムシュミットアルゴリズムに基づくQR分解をパイプライン的かつ反復的に処理することで，従来手法より高速かつ高効率を実現しており，最高通信速度600MbpsをサポートするIEEE802．11n規格のような次世代の高速MIMO－OFDMシステムに適用できる．90nmCMOSをターゲットとした提案アーキテクチャのハードウェア合成では，ゲート数は334Kgatesであった．また最高動作周波数は300MHzであり，提案アーキテクチャを最高動作周波数で動作させた場合には，1秒間に5000万回のQR分解が実行可能である．