题目:GPU加速GMSK信号解调技术的研究与实现

2020-12-11 05:40发布

  摘要

软件无线电的基本思想是利用数字信号处理技术,在可编程控制的通用硬件平台上,利用软件来定义实现无线电的各部分功能。传统的软件无线电基于现场可编程门阵列(FPGA)或嵌入式数字信号处理(DSP)等技术,开发周期长,成本高,且编程调试难度大;而使用CPU计算又会遇到计算能力的瓶颈。随着图形处理器(GPU)的快速发展以及编程环境的不断改善,基于GPU的通用计算-GPGPU已经成为当前高性能计算领域的研究热点。同时也为软件无线电的发展提供了新的思路。高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制是在最小频移键控(MSK)调制之前插入高斯低通预调制的一种调制方式,它限制了功率谱的带宽,平滑了相位,提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量,是一种在无线通信系统中很受欢迎的恒包络调制方式。信号解调是软件无线电研究的重点内容之一,本文主要研究使用GPU对GMSK信号进行并行解调,并得出GPU加速GMSK信号解调相对于CPU的加速效果的结论。本文的主要工作和取得的成果如下: 在深入理解GMSK信号调制解调技术的基础上,仿真生成GMSK信号。 在CPU上实现GMSK信号的串行解调算法; 经过深入分析GMSK信号解调串行算法的可并行性之后,结合CUDA(计算统一设备体系架构)并行编程模型,提出利用GPU对GMSK信号解调并行化方案; 实现GMSK信号解调在GPU并行编程模型的映射,研究CUDA存储层次及其不同类型存储之间的差异,为GMSK信号解调过程中需要存储的数据安排高效的存储方案;研究CUDA中thread与block的不同组合方案对CUDA资源利用情况的影响,使GMSK信号解调过程中充分利用GPU资源,以加速程序的运行效率; 设计CPU上多线程并行解调GMSK信号对比实验,比较经过GPU加速前后的GMSK信号解调效果,经GPU解调相对于对CPU上单线程解调不计数据拷贝时间的加速比可达100~110倍,总体加速比可达14~15倍。