Reliable and fast channel estimation is crucial for next-generation wireless networks supporting a wide range of vehicular and low-latency services. Recently, deep learning (DL) based channel estimation is being explored as an efficient alternative to conventional least-square (LS) and linear minimum mean square error (LMMSE) based channel estimation. Unlike LMMSE, DL methods do not need prior knowledge of channel statistics. Most of these approaches have not been realized on system-on-chip (SoC), and preliminary study shows that their complexity exceeds the complexity of the entire physical layer (PHY). The high latency of DL is another concern. This paper considers the design and implementation of deep neural network (DNN) augmented LS-based channel estimation (LSDNN) on Zynq multi-processor SoC (ZMPSoC). We demonstrate the gain in performance compared to the conventional LS and LMMSE channel estimation schemes. Via software-hardware co-design, word-length optimization, and reconfigurable architectures, we demonstrate the superiority of the LSDNN architecture over the LS and LMMSE for a wide range of SNR, number of pilots, preamble types, and wireless channels. Further, we evaluate the performance, power, and area (PPA) of the LS and LSDNN application-specific integrated circuit (ASIC) implementations in 45 nm technology. We demonstrate that the word-length optimization can substantially improve PPA for the proposed architecture in ASIC implementations.


翻译:可靠和快速的频道估计对于支持一系列广度和低纬度服务的下一代无线网络至关重要。最近,正在探索以深学习(DL)为基础的频道估计,作为常规最低平方(LS)和线性最低平均平方误(LMMSE)的频道估计的有效替代办法。与LMMSSE不同的是,DL方法不需要事先了解频道统计。这些方法大多没有在系统对流系统(SoC)上实现,初步研究表明,其复杂性大大超过整个物理层(PHY)的复杂性。 DLL的高度悬浮是另一个令人关切的问题。本文认为,在Zynq多处理器(ZMPSoC)的频道估计(LSDN)的基础上设计和实施深层线性能网络(DNN),LSIS基于线性能估计(LSDNS)的扩大(LSDN),LSLSA(LMSA) 和LMSSA(LSA) 的大规模应用范围,我们可以进一步评估LSDSA(LPA) 和LMSA(LMA) IMSA) 的跨级应用的系统。

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