Symbol Detection in a MIMO Wireless Communication System Using a FeFET-coupled CMOS Ring Oscillator Array
Harsh Kumar Jadia, Abhinaba Ghosh, Md Hanif Ali, Syed Farid Uddin, Sathish N, Shirshendu Mandal, Nihal Raut, Halid Mulaosmanovic, Stefan Dunkel, Sven Beyer, Suraj Amonkar, Udayan Ganguly, Veeresh Deshpande and Debanjan Bhowmik
符号解码在多输入多输出(MIMO)无线通信系统中需要部署可在边缘部署的快速、节能的计算硬件。 在传统经典数字硬件上解决的蛮力,精确最大可能性(ML)解码器具有指数级的时间复杂性。 在同一硬件上实现的近似经典求解器具有多项式时间复杂性。 在这篇文章中,我们设计了一种基于环振荡器的耦合振荡器阵列,作为振荡器Iing机器(OIM),并异质地解决基于ML的MIMO检测问题。 互补金属氧化物半导体(CMOS)技术用于设计环振荡器,在CMOS + X OIM设计中选择铁电场效应晶体管(FeFET)技术作为振荡器之间的耦合元件(X)。 为此,我们通过实验报告在28 nm高K/金属闸门(HKMG)CMOS技术节点制造的FeFET器件中的高线性电导率变化(1微S至60微S)。 我们通过这些FeFET设备的横梁阵列,在SPICE模拟以万无一无一的的方式连接的环振荡器中加入了电导调制特性。 我们表明,FeFET器件的上述电导率变化范围适合获得最佳的OIM性能,并且没有显著性能下降,高达100个发射和100个接收天线大小的MIMO尺寸,从而使FeFET成为此应用的合适设备。 我们使用Kuramoto振荡器模型的模拟和相关分析还预测,这种设计的经典模拟OIM如果通过实验实现,将提供具有MIMO大小的计算时间的对数缩放,从而提供与传统数字硬件上运行的上述MIMO解码器相比的巨大改进(在计算速度方面)。
Symbol decoding in multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communication systems requires the deployment of fast, energy-efficient computing hardware deployable at the edge. The brute-force, exact maximum likelihood (ML) decoder, solved on conventional classical digital hardware, has exponential time complexity. Approximate classical solvers implemented on the same hardware have polynomial time complexity at the best. In this article, we design an alternative ring-oscillator-based coupled...
