Le crescenti esigenze di capacità di connessione per le aree rurali, remote e anche urbane probabilmente aumenteranno il costo della pura copertura terrestre. In questo scenario le comunicazioni satellitari sono destinate a svolgere un ruolo significativo negli eco-sistemi 5/6G per fornire una copertura onnipresente, broadcast/multicast e l'impiego in situazioni di emergenza e disastri. A questo scopo, diverse costellazioni sono state proposte o sono già in fase di sviluppo sia per l'orbita geo-stazionaria (GEO) (ad esempio ViaSat-2, la rete Global Xpress (GX) di Inmarsat, la piattaforma EpicNG di Intelsat) e non-GEO (per esempio LeoSat, il sistema OneWeb, il sistema satellitare SpaceX Starlink). I transponder satellitari semi-trasparenti che si basano su processori digitali trasparenti (DTP) sono considerati come soluzioni interessanti per fornire un'ade-guata flessibilità rispetto agli standard in evoluzione e l'adattabilità rispetto ai modelli di traffico variabili nel tempo. Tuttavia, la loro progettazione hardware, presenta diverse criticità, specialmente quando si considerano grandi costellazioni di piccoli satelliti (es. LEO). In questo scenario è importante ricorrere all'uso di una procedura di progettazione a supporto, che muovendo dai requisiti di link-budget permette di effettuare un'accurata progettazione hardware basata su un trade-off tra prestazioni e complessità. Il presente lavoro propone un nuovo approccio di modellazione al fine di incorporare il consumo energetico delle architetture HW esplicitandolo nella fase concettuale della progettazione. Questa fase in ambito DSP spesso è legata alla forma aritmetica dell'algoritmo e come base vengono utilizzati i Signal Flow Graph (SFG). Il modello è stato utilizzato, in prima istanza, per studiare dal punto di vista energetico l'implementazione dell'intera catena del DTP su FPGA confrontando le varie soluzioni e individuando strategie più efficaci. In seconda istanza il metodo è stato poi utilizzato nel campo delle comunicazioni ottiche ed in particolare come base di progettazione per il modulatore e il demodulatore di un sistema di biotelemetria ottica basato su codifica multilivello ad impulsi corti. In questo caso l'analisi ha permesso di confrontare varie soluzioni per poi scegliere quella più adeguata dal punto di vista energetico durante la fase di progettazione concettuale di un caso reale. I risultati ottenuti per diverse configurazioni, requisiti e obiettivi di progettazione in entrambe i casi forniscono spunti promettenti nella prospettiva di formulare problemi di ottimizzazione. Infine viene definito un modello per la stima anticipata della potenza dinamica dei DTP, e non solo, implementati in FPGA. Il quadro teorico per i DTP è ulteriormente esteso per incorporare elementi legati alla tecnologia nel processo di analisi e progettazione. La complessità, che in lavori precedenti è stata espressa con blocchi elementari, è ulteriormente dettagliata attraverso l'espressione in termini di primitive hardware. Un particolare nuovo contributo è quello di stimare il consumo di energia e includerlo sia nella valutazione delle prestazioni che nell'approccio progettuale. Il modello anticipato di consumo energetico consente di ottenere espressioni per la complessità hardware e la stima della potenza che siano valide per gli FPGA attualmente disponibili in commercio, e in realizzazioni VLSI full-custom.

A MODEL FOR EARLY POWER ESTIMATION ON MULTIRATE DIGITAL SYSTEMS / Battisti, Graziano. - (2022 Mar 07).

A MODEL FOR EARLY POWER ESTIMATION ON MULTIRATE DIGITAL SYSTEMS

BATTISTI, GRAZIANO
2022-03-07T00:00:00+01:00

Abstract

Le crescenti esigenze di capacità di connessione per le aree rurali, remote e anche urbane probabilmente aumenteranno il costo della pura copertura terrestre. In questo scenario le comunicazioni satellitari sono destinate a svolgere un ruolo significativo negli eco-sistemi 5/6G per fornire una copertura onnipresente, broadcast/multicast e l'impiego in situazioni di emergenza e disastri. A questo scopo, diverse costellazioni sono state proposte o sono già in fase di sviluppo sia per l'orbita geo-stazionaria (GEO) (ad esempio ViaSat-2, la rete Global Xpress (GX) di Inmarsat, la piattaforma EpicNG di Intelsat) e non-GEO (per esempio LeoSat, il sistema OneWeb, il sistema satellitare SpaceX Starlink). I transponder satellitari semi-trasparenti che si basano su processori digitali trasparenti (DTP) sono considerati come soluzioni interessanti per fornire un'ade-guata flessibilità rispetto agli standard in evoluzione e l'adattabilità rispetto ai modelli di traffico variabili nel tempo. Tuttavia, la loro progettazione hardware, presenta diverse criticità, specialmente quando si considerano grandi costellazioni di piccoli satelliti (es. LEO). In questo scenario è importante ricorrere all'uso di una procedura di progettazione a supporto, che muovendo dai requisiti di link-budget permette di effettuare un'accurata progettazione hardware basata su un trade-off tra prestazioni e complessità. Il presente lavoro propone un nuovo approccio di modellazione al fine di incorporare il consumo energetico delle architetture HW esplicitandolo nella fase concettuale della progettazione. Questa fase in ambito DSP spesso è legata alla forma aritmetica dell'algoritmo e come base vengono utilizzati i Signal Flow Graph (SFG). Il modello è stato utilizzato, in prima istanza, per studiare dal punto di vista energetico l'implementazione dell'intera catena del DTP su FPGA confrontando le varie soluzioni e individuando strategie più efficaci. In seconda istanza il metodo è stato poi utilizzato nel campo delle comunicazioni ottiche ed in particolare come base di progettazione per il modulatore e il demodulatore di un sistema di biotelemetria ottica basato su codifica multilivello ad impulsi corti. In questo caso l'analisi ha permesso di confrontare varie soluzioni per poi scegliere quella più adeguata dal punto di vista energetico durante la fase di progettazione concettuale di un caso reale. I risultati ottenuti per diverse configurazioni, requisiti e obiettivi di progettazione in entrambe i casi forniscono spunti promettenti nella prospettiva di formulare problemi di ottimizzazione. Infine viene definito un modello per la stima anticipata della potenza dinamica dei DTP, e non solo, implementati in FPGA. Il quadro teorico per i DTP è ulteriormente esteso per incorporare elementi legati alla tecnologia nel processo di analisi e progettazione. La complessità, che in lavori precedenti è stata espressa con blocchi elementari, è ulteriormente dettagliata attraverso l'espressione in termini di primitive hardware. Un particolare nuovo contributo è quello di stimare il consumo di energia e includerlo sia nella valutazione delle prestazioni che nell'approccio progettuale. Il modello anticipato di consumo energetico consente di ottenere espressioni per la complessità hardware e la stima della potenza che siano valide per gli FPGA attualmente disponibili in commercio, e in realizzazioni VLSI full-custom.
A MODEL FOR EARLY POWER ESTIMATION ON MULTIRATE DIGITAL SYSTEMS / Battisti, Graziano. - (2022 Mar 07).
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Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/11697/183772
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