基于gpu的数字信道化设计

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。基于GPU的数字信道化设计　　摘要：信道化是前端接收子系统的一部分，用于区分不同的用户或信道。现代信道化采用先进的多项滤波器组来同时处理多个信道，允许同时下变频、降采样和滤波。由于传统硬件的限制，在信道数和吞吐量方面限制很大。本文基于GPU技术，将多相滤波数学模型映射到并行计算单元，实现了具有多信道、高吞吐量等特征的信道化方法，并在短波系统中验证使用。　　关

2、键词：多相滤波；信道化；CUDA　　中图分类号：文献标识码：A文章编号：1007--0162-02　　通信接收系统分为2个主要子系统：前端和后端系统。前端负责信道估计、下变频和变采样。后端负责信道、信源编码[1]。其中，模拟前端负责下变频，数字前端将信道下变频到基带以待处理[1]。变频，滤波是信道化的主要任务。　　信道化是分离多用户或信道的处理过程，主要有3个任务：下变频、降采样和通过滤波拒绝临近信道。现代信道化中多相滤波器组技术集成运用内积和离散傅里叶变换来同时完成不同任务，同时多相滤波器可以实现滤波连续变换采样。其提供的矩阵结构

3、，用于内积操作，适合并行计算。　　本文利用通用GPU编程语言CUDA在采用轻量级线程和多核计算展现复杂的并行信号处理，通过数据并行实现多相滤波器信道化方法。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　1信道化　　多

4、相滤波信道化原理　　数字信道化[2]通过多相滤波器组实现，多相滤波可以把整个采样频带划分成若干个并行的信道输出，并通过抽取，将输出的各个子带信号变为低速率的基带信号。　　多相滤波参数设计　　为了实现信号无盲区接收，避免信道间频谱混叠，相邻子信道要有50%的重叠，同时采用非临界抽样。因为子信道重叠50%，因此可将抽取倍数D取为信道数的1/2。信道间隔为，信道化滤波器表达式为：　　2CUDA　　CUDA是NVIDIA于XX年推出，��GPU作为数据并行计算设备的软硬件体系，采用SIMT模型，将计算任务映射为大量相互独立且可并行执行的线程

5、，并由硬件调度运行。CUDA将这些线程以网格的形式进行组织和管理，网格又进一步划分成线程块，线程块有若干线程组成。线程块间的执行是相互独立的，可并行执行。这样，在kernel函数中就存在着两层并行性：Grid中的block间的并行和block中的thread并行。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设

6、备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　CUDA编程模型将CPU作为主机端，GPU做为设备端。CPU负责逻辑性较强的事务处理和串行计算，而GPU负责高度并行化的数据计算。GPU不能独立运行，程序的执行由CPU端控制。CPU启动程序运行，并将适用于并行计算部分交给GPU执行，GPU执行完毕后，结果返回CPU。　　3数字信道化的GPU设计　　本文按照CUDA编程模型进行映射，算法伪代码如下所示。　　设置信道化路数；　　拷贝信道化滤波器系数至GPU；　　while满足计算数据量do；　

7、　拷贝原始数据至GPU；　　GPU降采样抽取成M*N矩阵；　　GPU多路滤波；　　按列CUFFT计算；　　结果输出至CPU；　　endwhile。其中，数据降采样抽取、多路滤波采用CUDAkernel函数实现，按列DFT计算采用CUFFT库实现。降采样抽取kernel算法采用2维结构输出实现，根据矩阵的行列索引，通过统一的公式计算得到输入序列的索引，进行矩阵形式抽取。　　对多路滤波算法进行GPU优化实现时，网格层实现多信道并行，线程块层实现卷积计算，线程块内一次性将所需滤波器系数、初始状态、数据读取至共享缓存中，避免重复读取。ker

8、nel伪代码如下所示：为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资