I n t ern a t i o n a l  J o u rn a l  o f  E l ect ri ca l  a n d  C o m p u t er E n g i n eeri n g  ( I J E C E )   V o l.   8 ,  No .   5 O c t obe r   20 1 8,  p p.  27 31 ~ 2 737   I S S N :  2088 - 8708 D O I :  10. 11 591/ i j ece . v8 i 5 . pp 273 1 - 2737          2731       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c o r e . c o m/ j our nal s / i nde x . php/ I J E C E   A C O RDI C  ba s e d Q R De co m po s it io n T echnique  f o r  M I M O   D et ec t io n       Shi r l y  E dw a r d   A . M al ar vi z h i   S .   D ep ar t m en t  o f  E l ect r oni c s  a n d C om m uni c a t i on   E ng i ne e r i ng ,   S RM  U n i v e rs ity ,   I ndi a       A rt i cl In f o     AB S T RAC T   A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   A ug 2 ,  201 7   Re v i se d   J a n 3 ,  201 8   A ccep t ed   J u l y 2 7 ,  201 8       C O R D I C  ba s e d i m pr ov e d r e a l  a nd c om pl e x  Q R  D e c om pos i t i on  ( Q R D )  f or   c ha nne l  pr e - pr oc e s s i ng   ope r a t i ons  i n ( M ul t i pl e - I n p u t M u lti p le - O u tp u t)   M I M O  de t e c t or s  a r e  pr e s e nt e d i n t hi s  pa pe r .  T he  pr op os e d de s i g n ut i l i z e s   pi pe l i ni ng  a nd  pa r a l l e l  pr oc e s s i n g  t e c hni que s  a n d  r ed u ces  t h e l at en cy  an d   ha r dw a r e  c o m pl e x i t y  of  t he  m odul e  r e s pe c t i v e l y .  C om put a t i ona l   c om pl e x i t y   a na l y s i s  r e por t  s how s  t he  s upe r i or i t y  of  our   m odul e  by  16%  c om pa r e d t l i t er at u r e.  T h e i m p l em en t at i o n  r es u l t s  r ev eal  t h at  t h p r o p o s ed   Q R D  t ak es   s h o r t er  l at e nc y  c o m pa r e d t o l i t e r a t ur e .  T he  pow e r  c ons um pt i on of  2x 2 r e a l   c ha nne l  m a t r i x  a nd 2x 2 c om pl e x  c ha nne l  m a t r i x   w a s   f ound t be  1 2m W  a nd  4 4 m W  r es p ect i v el y  o n  t h e s t at e - of - th e - a r t X ilin x   V ir te x  5  F P G A .     Ke y wo rd :   C OR DI C   FP G A   G iv e n s  r o ta tio n   M I M O   Q e c o m p o s itio n   C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   S h i rl y  E d w a rd   A .   D ep ar t m e nt  o f  E l e c t r o ni c s  a nd  C o m m u ni c a t i o n E n gi ne e r i n g,   S R M  U ni ve r s i t y,   V a da pa l a n i ,   C h e nn a i ,  P I N  600 026 ,   I nd i a .   E m a il:  ed w ar d . s @ v d p . s r m u n i v . ac. i n       1.   I NT RO D UCT I O N   M u ltip le - I n p u t M u lt ip le - O u tp u t ( M I M O )  te c h n iq u e  p la y s  a  v ita l r o le  in  c u r r e n t d a y   w ir e le s s   c om m uni c a t i on s y s t e m s  t o r e a c h   h i g h e r  da t a  r a t e s ,  i m pr ov e d r e l i a bi l i t y ,   h i g h t h r ou gh pu t   a n d c a pa c i t y  [ 1] .  I n   [ 2 ] ,  d i f f er en t  c h an n el   m o d el s  f o r  MI M O   w er e s i m u l at ed .  A l t h o u g h  t h er e i s  a q u i t e a l o t  o f  p er f o r m an c e   i m p r o v e m en t ,  t h e co m p l e x i t y  o f  t h e r ecei v er  i n cr eas es  s i g n i f i can t l y .  I n  o r d er   t o  r ed u ce t h co m p l ex i t y  o f   al g o r i t h m s   f o r  M I M O  d et ect i o n ,  Q R  d eco m p o s i t i o n  i s  o f   cr i t i cal  i m p o r t an ce.  I t  d eco m p o s es  t h e c h an n el   ma t r i x  H  i nt o or t h og o n a l   m a t r i x  Q  a n d a n   u ppe r  t r i a ngu l a r   m a t r i x   R .  T h e  Q R  de c o m po s i t i on i s  pe r f or m e d   e ve r y   t i m e  t he  c ha n ne l   i m p ul s e  r e s p o ns e  c ha nge s   s i g ni f i c a nt l y.  N o i s e  e n ha nc e m e nt   p r o b l e m  i s   gr e a t l r e du c e i n   Q R  de c o m pos i t i o n du e  t o  t h e  pr ope r t y  of  un i t a r y t r a ns f o r m a t i o ns ,  t h u s   m i ni m i z i n g t he  c ha nc e  o f   er r o n eo u s  d et ect i o n  ar i s i n g  f r o m   n o i s e.  S u cces s i v e I n t er f er en ce C a n cel l at i o n  ( S I C ) ,  V - B L A S T  an d  t r ee   s ear ch  b as ed  d et ect i o n  al g o r i t h m s  u t i l i ze t h es m at r i ces  t o  d et ect  t h e r ecei v ed  co m p l e x - v al u ed  s i g n al   v ect o r   Q R  d eco m p o s i t i o n  t ech n i q u e  can  b e co m p u t ed  u s i n g  s e v er al   m et h o d s .  T h ey  ar e H o u s e h o l d er   t r a ns f o r m a t i o ns ,  G i ve n s  r o t a t i o ns  a nd  G r a m - S ch m i d t  o r t h o g o n al i zat i o n .  T h es e t r an s f o r m at i o n s  ca n  b m ad e a s ie r   w it h   C O R D I C  a lg o r it h m  [ 3 ]  le a d in g  to  lo w - c o m p l e xi t y s o l u tio n   f o r  h a r d w a r e  r e a liz a tio n .  I n  s m a l s cal e M I M O  d et ect o r ,  t h e ch an n el   m at r i x   s i ze i s  s m al l   an d  r eq u i r es  a l o w er  p r o ces s i n g  s p eed  f o r  Q R   d eco m p o s i t i o n .  S o ,  i n  t h es s y s t e m s  p ar al l el  s y s t o l i c ar r ay  p r o ces s o r s   w i t h  r ed u ced  d i m e n s i o n s  ar e n o t   j u s tif ie d  t o be  u s e d.  I n  [ 4] ,  L i n  di s c u s s e d Q R  de c o m pos i t i on  ba s e d on  G i v e ns  R ot a t i on   w i t h   C O R D I C   a lg o r ith m .  H w a n g  i n  [ 5 ]  im p le m e n te d  c o m p le x  Q R  f a c t o r iz a tio n  b a s e d  o n  G iv e n s  r o ta tio n  f o r  r e a l - t i me   d et ect i o n   o f  MI MO   s i g n al   a n d   al s o   s ev er al   h ar d w ar r ed u ct i o n   t ech n i q u e s   li k e   c o n s ta n t   m u ltip lie r   s h a r in g   a n l ook - u p   t ab l e l i m i n at i o n   f o r   C O R D I C   m o d u l es   w er d ev i s ed .   H i g h   s p eed   h ar d w ar m u l t i p l i er s   w er e va l ua t e d  i n [ 6 ] .   N azar  i n  [ 7 ]   d i s cu s s ed  l o w  co m p l e x i t y   h ar d w ar e ar ch i t ect u r e f o r  Q R  d ec o m p o s i t i o n .   T h er ef o r e,  t h e o b j ec t i v e  of  t h i s  pa pe r  i s  t o pr opos e  a  Q R  D e c om pos i t i on  ( Q R D )   m odu l e   f or  s qu a r e   ch an n el   m at r i ces  b as ed  o n   G i v e n s  r o t at i o n   m et h o d   w h i ch  al l o w s  l o w  co m p l e x i t y  d eco m p o s i t i o n  o f  t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   273 1   -   2737   2732   ch an n el   m at r i ces ,  b y  r ed u ci n g  t h e n u m b er  o f  co m p u t a t i o n s .    T h e G i v en s  r o t at i o n  o f   t he   c ha n ne l  m a t r i x w a s   p er f o r m ed  u s i n g  C O R D I C   m o d u l e d es i g n ed   w i t h  X i l i n x  S y s t e m  G en er at o r  B l o ck  s et  t o  r e d u ce t h e h ar d w ar e   c om pl e x i t y  a n d po w e r  c ons um p t i on .  T h e  pr opos e d Q R D   m od u l e  c a n  be  us e d a s  a  pr e - p r o c e s s i ng  u n it i n   M I M O  d e te c tio n  u n it.   I n S e c t i o n 2 ,   t h e b l o ck  d i ag r a m  o f  MI M O  s y s t e m  i s  ex p l ai n ed .  S ect i o n  3  b r i ef s  t h e b as i c C O R D I C   a lg o r ith m ,   its  d if f e r e n t  o p e r a tin g   m o d e s  a n d  t h e  p ip e li n e d   a n d  s c a le d  i m p le m e n ta tio n   u s in g  X il in x   S y s te m   G e n e r a t or .  S e c t i on  4 de s c r i be s  t h e  pr opos e d Q R D   m o du l e  a n d i t s   i m pl e m e n ta tio n .  V L S I  a r c h ite c tu r e   i m p l e m en t a t i o n  r es u l t s  ar e d i s cu s s ed  i n  S ect i o n  5 .  S ect i o n  6  co n cl u d es  t h e p ap er .       2.   R ES EA R C H  M ETH O D   C on s i de r   a M I M O   sy st e m ,  w i t h   M   t r an s m i t  an t e n n as  an d  N  r ecei v e an t en n as ,   w i t h  t h e as s u m p t i o n   t h at   N M .   T h co m p l ex   b as e b an d   eq u i v a le n m o d e l f o r  th e  c o n s id e r e d  f la t f a d in g  M I M O   w ir e le s s   c ha n ne l   yi e l d s  a n N - d i m e n s i o n al  r ecei v ed  v ect o r   1 [ , ... ] T N yy y =    gi ve n b y  t he  e q ua t i o n       y Hs n = +                   (1 )           F i gu r e  1.   M I MO  D et ect i o n  u n i t       w h e r e  H  i s  t he  N xM   c o m p l e x  va l ue d  c ha nne l   ma t r i x  , 1 [ , ... ] T M ss s =   is  t h e  tr a n s m itte d   s ig n a v e c to r  a n d  n  is   th e  a d d itiv e   n o is e  v e c to r .   Fi g u r 1  s h o w s  t h e MI MO  d et ect i o n  u n i t  co n t ai n i n g  t h e p r e - p r o c e s s i ng  u ni t  a nd  t he   s p h er e d et ect o r  u n i t .  M o s t  o f   t h e d et ect i o n  a l g o r i t h m s   f o r  M I M O  s y s t e m s   s t ar t  b y  d eco m p o s i n g  t h e c h an n el   m a tr i x  H  in to  u n ita r y   m a tr i x   Q  a n d  a n   u p p e r  tr ia n g u la r   m a tr ix   R .  T h e  p r e - p ro ces s i n g   u n i t  p er f o r m s  t h e Q R   D eco m p o s i t i o n  i n  t h e  d et ect o r  an d  t h e n   t h e r ecei v ed  s i g n al  v ect o r  i s  r o t at ed  b y  Q   m at r i x  as   H y Qy =   a nd   f e d  to  th e  d e te c to r  u n it.         3.   C O R D IC  A LG O R ITH M   C O R D I C  ( C O o r d in a te   R o ta tio n  D I g ita l C o m p u te r )  a lg o r ith m  c a n  p er f o r m   s ev er al  co m p u t at i o n s  l i k e   tr ig o n o m e tr ic ,  lo g a r it h m ic  a n d  h y p e r b o lic  f u n c tio n s ,  r e a l a n d  c o m p le x   m u ltip lic a tio n s ,  s q u a r e - r o o t,  d iv is io n ,   E i g e nv a l u e  e s t i m a t i o n ,  Q R  d e c om pos i t i on  a n m a ny  ot h e r  f un c t i ons  us i n g  s i m pl e  s h i f t   a n d a dd ope r a t i on s   [8 ].  C O R D I C   m a y   n o t b e  f a s t e s t b u t it i s  d r a w i n g  a tte n tio n  d u e  to  its  s i m p le  h a r d w a r e  i m p le m e n ta t io n  a n d   o n ce d es i g n ed  i t  can  b e u s ed  i n  al l  t h e p r ev i o u s l y   m e n t i o n ed  ap p l i cat i o n s .  I n  t h i s  s ec t i o n ,  t h e b as i c p r i n ci p l es   of  C O R D I C  a l g or i t hm  a n d i t s   di f f e r e n t   m ode s  a r e  di s c u s s e d.  T h e   m a i n  c on c e pt   us e d i n C O R D I C  a l g or i t hm  i s   ( i )  t de c om pos e  t h e   r ot a t i ons   i n t a   s e qu e n c e  of   e l e m e nt a r y   r ot a t i ons  b y   pr e de f i n e d a n g l e s   t h a t  c oul d be   i m p le m e n te d   w i th   m in i m u m   h a r d w a r e  r e s o u r c e  u t iliz a tio n   a n d  ( ii)  to  a v o id  a r it h m e tic  o p e r a ti on  f or  s c a l i ng   s uc h a s  s q ua r e - r o o t a n d  d iv i s io n  a n d  a ls o  b y  c o n s id e r i n g  th e  f a c t th a th e   s c a le - f a c t or  c on t a i ns  on l y  t he   m a gn i t u de  i n f or m a t i on  b u t  n o  i nf or m a t i on a bou t  t h e  r ot a t i on  a ng l e .  T h e r e  a r e  ba s i c a l l y   t w o ope r a t i ng   m ode s   n a m e l y   v e c t or i ng   m ode  a n d r o ta tio n  m o d e .     3 .1 V ect o ri n g  M o d e   T he   CO RD I C   u ni t  r o t a t e s  t he   i np ut   ve c t o r   w i t h t he  r e q ui r e d  a ngl e  i n t he  ve c t o r i ng  m o d e ,  i n o r d e r  t a l i g n t he  r e s ul t  ve c t o r   w i t h t he  x - a xi s .  T he  r o t a t i o n a n gl e  a nd  t he  s c a l e d   m a gni t ud e  o f  t he  i np ut   ve c t o r  i . e . ,  t he   x - c o m pon e n t  a r e  t h e  ou t pu t  of  t h e  v e c t or i ng   m ode .  T he  y - co m p o n en t  o f  t h e i n p u t   v ect o r  i s   m i n i m i zed  at  each   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       A  C O R D I C  bas e d Q R  D e c om pos i t i on T e c hni que  f or  M I M O  D e t e c t i on  ( Shi r l y  E dw ar d. A )   2733   mi c r o - r o t a t i o a nd  t he  s i g o f  t he   y - co m p o n e n t  i s   u s ed   t o  d et er m i n t h d ir e c tio n  o f  t h e   n e x r o ta tio n .   In   v e c to r in g   m o d e ,  th e  e q u a tio n s  a r e   w r itte n  a s  [ 9 ],   [ 3 ]:     1 2 i i i ii x x yd + =                 (2 )     1 2 i i i ii y y x d + = +                 (3 )     1 1 ta n ( 2 ) i i ii z zd −− + =                 (4 )     w h er 1 i d = + ,   i f   0, 1 i y <−   o th e r w is e .     3 .2 R o t at i on  M od e   I n  r o ta tio n   m o d e ,  th e  C O R D I C  u n it is   u s e f u l f o r  p e r f o r m in g   v e c to r  r o ta tio n s  o f   t he  gi ve n i np u t   v e c to r .  F ir s t,  th e  d e s ir e d  r o ta ti o n  a n g le  is  i n itia liz e d   w it h  i n p u t.   A f te r  e a c h  ite r a ti v e  r o ta tio n ,  t h e   m a g n itu d e  o f   t h e  a ng l e  i s   m a de  t o  di m i n i s h a n d t h e  de c i s i on i s  ba s e d on  t h e   s i g n of  t h e  a n g l e  a f t e r  e a c h   s t e p.  I n r ot a t i on  m o d e,  t h e eq u at i o n s  ar e g i v en   b y     1 2 i i i ii x x yd + =                 (5 )     1 2 i i i ii y y x d + = +                 (6 )     1 1 ta n ( 2 ) i i ii z zd −− + =                 (7 )     w h er 1 i d = + ,   i f   0, 1 i y <−    o th e r w is e .     3 .3 P i pe l i ne d C O R D I C  u ni t   T he   v e c to r in g  C O R D I C  u n it i s  c o n n e c te d  in  p ip e li n e  to  a tta in  r o ta tio n  c lo s e  to  th e  n u lli n g  a x is .  T h e   n u m b e r  o f  ite r a tio n s  o r  p ip e lin e  s ta g e s   f o r  s u f f ic ie n t a c c u r a c y   w a s   f o u n d  b y   m a n u a l c a lc u la tio n s  a n d  b y   Z a hi d  K ha n i n [ 1 0 ]  a s  1 3 .  T he  x c o m p o ne nt  i . e .  t he  o ut p u t  o f   v ect o r i n g   m o d e i s   s cal ed  b y  co n s t an t   K = 0 . 6 0 5 7 [ 1 1 ] .  S i m ila r l y ,  t h e  r o ta tio n  C O R D I C   u n it i s  c o n n e c te d  in  p ip e li n e   to  o b ta in  a c c u r a te  r o ta tio n  o f  t h e   x -   co m p o n en t  an d  t h y - co m p o n en t  a n d  b o t h  ar e s cal ed  b y  s cal i n g  co n s t a n t  K .       4.   P R OP OS E D  QR  D E C OM P OS I T I ON   M O DUL E   T h e G i v en s  r o t at i o n  o f  a 2 x 2  r eal - va l ue d  c ha n ne l   m a t r i x i s  g i ve n b y   H ua n g i n [ 1 2 ]  a s       (8 )     E q ua t i o n 8   ca n  b e i m p l e m e n t ed  u s i n g  a p i p el i n ed  a n d  s cal ed  v ect o r i n g  C O R D I C   u n i t  f o l l o w ed  b y   p ip e lin e d  a n d  s c a le d  r o ta tio n  C O R D I C  u n it.  T h e  C O R D I C   v e c to r in g  u n it  n o r m a liz e s  th e   f ir s t c o l u m n  o f  t h e   r e a l   2 x2   c ha n ne l   m a t r i a nd   c a l c ul a t e s   t he   r o t a t i o a ngl e   θ   w h i c i s   u s e t o r ot a t e  t h e   s e c on d c ol um n of  t h e   ma t r i x . T h e  r e s u lta n f ir s t a n d   s e c o n d  c o lu m n  e le m e n ts   fo r m   th e   u p p e r  tr ia n g u la r   m a tr ix   R .  T h e  r o ta tio n  a n g le   θ   is   u s e d   to   r o ta te   th e   id e n tit y   m a tr ix   to   g e n e r a te   t h e   Q   m a tr i x .   F ig ur e   2  s ho w s   t he  b l o c d i a gr a m   o f   t he   p r op os e d Q R D   m odu l e .       (9 )     T h e s eco n d  co l u m n  o f  t h e c h an n el   m at r i x  an d  t h e t w o  c o l u m n s  o f  t h e i d e n t i t y   m at r i x  ar e f ed   c on s e qu e n t l y   us i ng  buf f e r  a nd r e s h a pi n g   u ni t s .   S i m ila r l y ,   t h e  ou t pu t  of  t h e  s e c on d c ol um n  a n d t h e  t w c ol um n s  of  Q   m a t r i x  a r e  obt a i n e d b y  buf f e r  un i t .  T h e  pr op os e d Q R D   m odul e  e l i m i n a t e s  di v i s i on ,   s qu a r i ng  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   273 1   -   2737   2734   a n d s qu a r e  r oot  ope r a t i on s  w hi c h  l e a d t o a r e a  opt i m i z a t i on  a n d l e s s  po w e r  c on s um pt i on  i n   h a r d w a r e   i m p le m e n ta tio n .           F i gu r e  2.  P r o pos e d Q R D   mo d u l e   f o r  r eal  2 x 2   m at r i x       5.   IM P LEM EN TA TI O N  A N D   R ES U LT S   T h p r o p o s ed  Q R D   m o d u l f o r   M I MO   d et ect i o n  i s  i m p l e m en t ed  u s i n g   X i l i n x  S y s t e m   G en er at o r .   S y s te m   G e n e r a to r   is  a   D S P   d e s ig n   to o th a m a k e s   u s e   o f  S i m u li n k - T he   M a t hw or ks   ba s e de s i gn  e n v i r o nm e n t  [ 13]  f or  F P G A  de s i gn .  X i l i n x  bl oc k s e t s  a r e  I P  c or e s  a n d u s e d t o  de s i g n  t h e  m odu l e s  r e qu i r e d.   T h e b l o ck s  ar e p o l y m o r p h i c a n d  t h e F P G A  i m p l e m e n t at i o n  s t ep s  s u c h  as   s y n t h es i s  an d  p l ace an d  r o u t e ar au t o m at i cal l y  p er f o r m ed  t o  g en er at e  th e  p r o g r a m m i n g   f ile .  F ig ur e   3  s h o w s   th e  i m p le m e n ta tio n  o f  C O R D I C   ve c t o r i n g u ni t   us i n g X i l i nx  S ys t e m  G e ne r a t o r .     T he  ve c t o r i ng   u ni t  i m pl e m e n t s  t h e  e qu a t i on s  2,  3 a n d 4   an d  t h e an g l e i n cr e m e n t  i n  ( 4 )  ar e s t o r ed   us i n g B l o c k R A M  i n X i l i nx  B l o c k s e t .  F o r  each  i t er at i o n ,  t h e an g l e i n cr e m en t  i s  r et r i ev ed  f r o m  t h e B l o ck   R A M  b y  g i v i n g  t h e ad d r es s .   T h e v ect o r i n g  u n i t  t ak e s  o n e   cl o ck  c y c l e( cc)  t o  g e n er at e t h e o u t p u t .  T h er ef o r e,   t he  l a te n c y   f o r  th e   u n it is  1 c c .  F ig ur e   4  s h o w s  t h e   C O R D I C   r o ta tio n  u n it.  T h is   u n it i m p le m e n ts  t h e  e q u a tio n s   5,   6  an d   7  an d  h as  a l at en c y   o f  1 cc.   Fi g ur e   5 de pi c t s  t h e  pi pe l i n e d a n d s c a l e d r ot a t i on  C O R D I C   u n i t  f or  13   ite r a tio n s  a n d   F i g ur e   6 s h o w s  t h e   s c a l e  c or r e c t i on   u ni t  f or  K = 0. 6057 u s i ng   s i m pl e  s hi f t  a n d a ddi t i o n   ope r a t i on .             F i g ur e   3 .  I m p le m e n ta tio n  o f  V e c to r in g   m ode     F ig u r e  4 .  I m p le m e n ta tio n  o f  R o ta tio n   m o d e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       A  C O R D I C  bas e d Q R  D e c om pos i t i on T e c hni que  f or  M I M O  D e t e c t i on  ( Shi r l y  E dw ar d. A )   2735       F ig u r e  5 .  I m p le m e n ta tio n  o f  P ip e lin e d  a n d  s c a le d  r o ta tio n  C O R D I C           F i gu r e  6.   S cal e C or r e c t i on  un i t       Fi g ur e   7  s ho w s  t he  t i m i ng d i a gr a m  o f  t he  Q R D   m o d ul e .  T he  ve c t o r i n g C O R D I C  g i ve s  t he  r e a l   v al u e o u t p u t  an d  t h e r o t at i o n   an g l e i n  1 3  cl o ck  cy cl e s  t h er eaf t er  t h e r o t at i o n  C O R D I C   m ak e s  u s e o f  t h a ngl e  a nd  p e r f o r m s   r o t a t i o n o f  t he   gi ve n i np ut   i n  n e x t  1 3  cl o ck  c y cl es .  T h er ef o r e,  t h e o v er al l  l at e n c y  o f  t h e   Q R D   m odul e  i s  26 c l oc k  c y c l e s  f or  pe r f or m i ng  t h e  Q R D  of   2 x2   r eal  ch an n e l   m at r i x .  T h e co m p u t at i o n al   c om pl e x i t y  of  pr opos e d Q R D  m od u l e  i s   t a bu l a t e d i n  T a bl e   1 .  T h e  pr opos e d Q R  D e c om pos i t i on  of  2 x 2  r eal   c h a nn e l   m a t r i x r e qu i r e s  84 a ddi t i on s  a n d f or  a  2x 2 c o m pl e x   c ha n ne l   m a t r i x r e qu i r e s  2 95 a ddi t i on s .  T h e   n um be r  of  a ddi t i o n  ope r a t i on s  pe r f or m e d i n e a c h   C O R D I C   u n i t  i s  3 a n he nc e ,   f or  13 - p ip e lin e d  v e c to r in g   C O R D I C   u n i t  i t  i s  39 a n d 2  a ddi t i on  ope r a t i o n s  f o r  S cal C o r r ect i o n  U n i t  t o g et h er  t h er e ar e 4 1  ad d i t i o n   ope r a t i on s .  I n  pi pe l i n e d r ot a t i on  u n i t  39 a d di t i on s  f or  13 s t a g e s  a n d 4 a ddi t i on s  f or  2 s c a l e  c or r e c t i on  u n i t   t o g et h er  t h er e ar e 4 3  ad d i t i o n s .   H e n ce,   t h e  pr opos e d de s i g n f or  a  2x 2 c o m pl e m a t r i x   r e qu i r e s  16%   r ed u ced   n um be r   of  a ddi t i on s   c om pa r e d t o G i v e ns  r ot a t i on   m e t h od by  H w a n g  i n  [ 1 4 ] T h e  2x 2 c o m pl e c h a nn e l   m a t r i x  i s  i m pl e m e nt e d u s i ng  t w o pr opos e d Q R D   m odu l e s  ou t  of   w h i c h  t w m odu l e s   w i l l  ope r a t e   i n  a p ar al l el   m a n n er .  T h er ef o r e,  t h e l at en c y  t a k en  b y  2 x 2  co m p l ex   m at r i x   w i l l  b e 5 2  cl o ck  c y cl es .     A s  t h e  pr opos e d de s i g n  i s  s c a l a bl e ,  t h e  Q R D   m odu l e  de s i gn  c a n  be  u t i l i z e d t o de c om pos e  a  4x ch an n el   m a t r i x .  F o u r  Q R D   m o d u l es  ar e r eq u i r ed  f o r  4 x 4   r e al  ch an n el   m at r i x  an d  i t  t ak es   1 0 4  cl o ck  cy cl e s   t o obt a in  a  u p p e r  tr ia n g u la r   m a tr ix   w h ic h   is  4 2 %  le s s e r  c o m p a r e d   w it h  l ite r a tu r e  [ 1 5 ] .  T h e  de c o m pos i t i o r e qu i r e s  336 a d di t i on  ope r a t i o n s   w hi c h  i s  9%  l e s s e r  c o m pa r e d t o w or k  don e  i n  [ 1 4 ].           F ig u r e  7 .  T im in g  D ia g r a m       T ab l 1 .   C o m p u ta tio n a C o m p le x it y  C o m p a r i so n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8708   In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g ,   V o l.   8 , N o 5 O c t obe r  20 18   :   273 1   -   2737   2736   S c h em e   Ma t r ix  D im e n s io n   A d d it io n  o p e r a tio n s   P r o p o s ed  r ea l  Q R D   2 x 2   8 4 ( 4 3 + 4 1 )   P r o p os e d  c om p l e x  Q R D   2 x 2   1 6 8   C om p l e x  G i v e n s  R o t a t i o n   [ 1 4]   2 x 2   2 0 0   R e a l  QR D ( 4 x 4 )   4 x 4   3 3 6   R e a l  G i ve n s  R ot a t i o n [ 14 ]   4 x 4   3 6 8       T ab l 2   de pi c t s  t h e  S y nt h e s i s   r e por t  of  Q R D   m odul e   f or  2x2 r e a l  c h a n n e l   m a t r i x a n d 2x 2  c o m pl e ch an n el   m at r i x .  T h e d es i g n   w as  t ar g et ed  t o  X i l i n x  V i r t ex  5   F P G A.   T he   m i ni m u m  t i m e  p e r i o d  t a ke n f o r  t he   d es i g n  i s  2 n s  i . e.  1 cc.  T h er ef o r e,  f o r  2 x 2  r eal  m at r i x  a n d  2 x 2  co mp l e x   ma t r i x   t he  l a t e nc y  t a ke n b y  t he   m o d u l e   i s  52n s  a n d 104n s  r e s pe c t i v e l y .   T h e  num be r  of   L U T s   u s e d,  t h e  num be r  of  oc c u pi e d s l i c e s ,  t h e  num be r  o f   B l o ck  R A M s   u s ed  an d  t h e o n - c h i p po w e r  c ons um e d b y  t h e  de s i gn  a t  100M H z  F P G A   c l oc k  f r e qu e n c y  a r e   lis te d  in  t h e t ab l e.  T h X pow e r   a na l y s i s  r e p o r t  gi ve s  t he  o n - c h i p po w e r  c on s um p t i on  of  t he   m odu l e .           T ab l 2 .   S ynt he s i s   R e p o r t  f or  2X 2 M a t r i x   D ev i c e   X i l i n x V i r t e x  5  xc 5 v s x 2 4 0t - 2 f f 1 73 8   R es o u r c es   2 x 2  r e a l m a tr i x   2 x 2  c o m p l e x  m a t r i x   N o.  of   L U T s  u s e d   2 1 1 2   8 8 1 2   N o.  of     o c c u pi e d  s l i c e s   5 8 6   2 3 7 6   N o.  of  B l o c k   R A M s  u s e d   1 8   5 3   On - c h i p   p o w e r ( m W )  a t  10 0 M H z   1 2   4 4       R EF ER EN C ES   [ 1]   A . J . P au l r aj , D . A . G o r e, R . U . N ab ar ,  an d  H . B o l cs k ei ,  “ A n  o v er v i e w  o f  M I M O  co m m u n i cat i o n s - A   ke y t o  gi ga b i t   w i r el e s s , ” P r o ceed i n g s  o f  I E E E ,   v ol . 9 2, no. 2, pp. 19 8 - 21 8, F e b . 2 00 4.   [ 2]   H ua  L i ,  J i ng  B a i ,  S huj i a n L i a o,  J ua npi ng  W u,  “ S i m ul a t i on m ode l s  f or  M I M O   W i r e l e s s  C ha nne l s ,  T E L K O M N I K A   I nd one s i a n J o ur na l  of  E l e c t r i c a l  E ng i ne e r i ng ,   V ol . 11 ,  N o . 1,  p p.   15 8 - 16 6,  20 13.   [ 3]   R . A ndr a k a ,  “ A  s ur v e y  of   c or di c   a l g or i t hm s   f or  F P G A  ba s e d c om put e r s ,  P r oc e e di ng s  of  S i x t h A C M / S I G D A   I nt e r na t i o na l  S y m pos i um  on F i e l d - P r o g r am m ab l e G at e A r r a y s , M o n t er ey , C A , U S A , F eb r u ar y   1 9 9 8 .   [ 4]   K ua ng - H a o L i n, C ha ng  R . C , C he i n - L i H ua ng ,  F e ng - C hi  C he n,  “ I m pl e m e nt a t i on  of  Q R  de c om pos i t i on  f or  M I MO - O F D M  de t e c t i on s y s t e m s  P r o c e e di ng s  of  15 th   I E E E  I n t er n at i o n al  C o n f er en ce o n  E l ect r o n i cs , C i r cu i t s  an d   S y s t e m s , pp. 57 - 6 0, 20 08 .   [ 5]   H w a ng . Y . T ,  C he n. W . D ,  “ D e s i gn a nd i m pl e m e nt a t i on of  a  hi gh - th r o u g h p u t f u lly  p a r a lle l c o m p le x - v al u ed  Q R   f a ct o r i zat i o n  ch i p s ” ,  I E T   C i r cu i t s ,  D ev i ces  &  S y s t e m s , 5 , p p . 4 2 4 - 432 , 20 11 .   [ 6]   A w a i s   A hm e d,  S y e d H a i de r  A bba s ,  M uha m m a d F a he e m  S i ddi qu e ,  H us s na i n H a i de r ,  “ E v a l ua t i o of  H i g h S pe e d   H a r dw a r e  M ul t i pl i e r s  F i x e d p oi nt  a nd F l oa t i ng  P oi nt ,  I nt e r na t i o na l  J our na l  of  E l e c t r i c a l  a nd C om put e r   E ng i ne e r i ng ,   V ol . 3,   N o. 6,  pp. 80 5 - 81 3, 2 01 3.   [ 7]   G . L . N az ar , C . G i m m l e r , N . W e hn,  “ I m pl e m e nt a t i on c om pa r i s on of  t he  Q R  de c om pos i t i on f or  M I M O  de t e c t i on” ,   P r oc e e di ng s  of  t he   23 rd   s y m pos i um  on I nt e g r a t e d c i r c ui t s  a n d s y s t e m  de s i g n, pp. 2 10 - 21 4, 2 01 0.   [ 8]   P r am o d  K . M eh er , J av i er  V al l s ,   T s o - B i n g  J u an g  et . al ,  “5 0  Y ear s  o f  C O R D I C : A l g o r ith m s , A r c h ite c tu r e s  a n d   A ppl i c a t i ons ,  I E E E  T r a ns a c t i ons  on C i r c ui t s  a n d S y s t e m s - I : R e g ul a r  P a pe r s , V ol . 5 6, N o. 9 , p p. 1 89 3 - 19 0 7, 20 09 .   [ 9]   A . S hi r l y  E dw a r d,  S . M a l a r v i z hi ,  “ R e c onf i g ur a bl e  S upe r c e l l   de s i g f or  P s e u do  I nv e r s e  M od ul e   us i ng  X i l i nx  S y s t e m   G en er at o r ” P r o c e e di ng s   of  I nt e r na t i o na l  C o nf e r e nc e  on A dv a nc e s  i n C om m uni c a t i on, N e t w or k  a nd C om put i ng ,   E l s e v i e r  S c i e nc e  a nd T e c hnol og y ,  pp. 21 5 - 220 ,  2 01 3.   [ 1 0]   Z a hi d  K ha n,  T ug hr ul  A r s l a n e t . a l ,   “ A r e a  a nd P ow e r  E f f i c i e nt  V L S I  a r c hi t e c t ur e  f or  c o m put i ng  ps e udo i nv e r s e  of   ch an n el  m at r i x  i n  a M I M O  W i r el es s  S y s t e m ”, 1 9 th   I E E E  I n t e r na t i o na l  C o nf e r e nc e  on V L S I  D e s i g n, 2 006 .   [ 1 1]   C . M . R ad er ,  “V L S I  s y s t o l i c ar r a y s   f o r  ad ap t i v e n u l l i n g ” ,  I E E E  S i g n al  P r o ces s i n g  M ag azi n e,   V o l . 1 3 , 4 , p p . 2 9 - 49, 19 96.   [ 1 2]   H ua ng , Z - Y .  an d  T s ai ,  P . - Y . ,  “ Ef f ic ie n t im p le m e n t a t i on of  Q R  de c om pos i t i on  f or  G i g a bi t  M I M O - OF DM  sy st e m s”  ,   I E E E  T r a ns a c t i on  on C i r c ui t s  a n d  S y s t e m s , V ol . 58, pp . 2 53 1 - 2 54 2, O c t . 20 11.   [ 1 3]   V ai b h av  S  H en d r e,  M  M u r u g an ,   S n eh a K am t h e,  “  P er f o r m an ce  A n al y s i s  o f   T r an s m i t   A n t en n a S el e ct i o n  w i t h  M R C   i n  M IM O  f o r Im a g e   T ra ns m i s s i on i n M ul t i pa t h F a d i ng  C ha n n e l s  U s i ng  S i m ul i nk ,  I nt e r na t i o na l  J our na l  of   E l e c t r i c a l  a nd C om put e r  E ng i ne e r i ng ( I J E C E ) ,   V ol . 5,  N o. 1,   pp. 11 9 - 128 ,  2 01 5.   [ 1 4]   Yi n - T s ung  H w a ng , W e i - D a  C he n,  ” A  l o w  c o m pl e x i t y  c o m pl e Q R   f a c t or i z a t i on de s i g n f or   s i gna l  de t e c t i on  in   M I M O  O F D M  s y s t e m s ” , I E E E  I n t er n at i o n al  co n f er en ce, p p . 9 3 2 - 935 , 20 08 .   [ 1 5]   A s l a n, S . ,  N i u, S . ,  a n d S a n i i e , J . ,  “ F P G A  I m pl e m e nt a t i on of  F a s t  Q R  D e c om pos i t i on B a s e d   on  G i ve ns  R ot a t i o n,   P r oc e e di ng s  of  55 th   I EEE  I n te r n a t io n a M id w e s t C ir c u its  S y s te m s ,   p p . 4 7 0 - 47 3 ,  20 12           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t  J  E l e c  &  C o m p  E n g     I S S N :  2088 - 8708       A  C O R D I C  bas e d Q R  D e c om pos i t i on T e c hni que  f or  M I M O  D e t e c t i on  ( Shi r l y  E dw ar d. A )   2737     B I O G RAP H I ES   O F  AUT H O RS         D r. S h i rl y  E d w a rd . A   i s   f r o m  C h en n ai  an d  r ecei v ed  h er  B . E .  i n  E l ect r o n i cs  an d  C o m m u n i cat i o n   E ng i ne e r i ng  f r om  M a dr a s  U ni v e r s i t y  a nd M . T e c h.  i n   V L S I  D e s ig n  f r o m  S R M  U n iv e r s ity  in  th e   y e a r  2001 a nd 2 00 7 r e s pe c t i v e l y .  S he  r e c e i ve d he r  P h . D  de g r e e   f r om  S R M  U ni v e r s i t y  i n 2017 .   H er   m ai n  r es ear ch  i n t er es t s  ar e i m p l e m en t at i o n   o f  t h e d et ect i o n  a l g o r i t h m s  f o r  M I M O  S y s t e m s   a n d  V L S I   D ig ita S ig n a l P r o c e s s in g .  S h e i s  a m e m b er  o f  I E T  an d  L i f m e m b er  o f  I S T E               D r .  S .  M al ar v i zh i   i s  f r om  K a nc he e pur a m  ne a r  C he nna i  .  S he  i s  w or k i ng  a s  a  pr of e s s or  i n S R M   U ni v e r s i t y ,  C he nna i .  S he   r ecei v e d   h er   P h . D .   d eg r ee i n  t h e ar ea o f   W i r el es s  co m m u n i cat i o n   f r o C ol l e g e  of  E ng i ne e r i ng ,   A nna  U ni v e r s i t y ,   G ui ndy  i n 2006.  S h e  c o m pl e t e d he r  M . E .   A ppl i e d   E l e c t r oni c s  f r o m   G C T ,  C oi m ba t or e  a nd B . E .  E l e c t r on i c s  a nd C om m uni c a t i on f r om  M a dr a s   U ni v e r s i t y  i n t he  y e a r  1990 a nd  198 9 r e s pe c t i v e l y .   H er  r es e ar c h  i n t er es t s  ar i n  t h e ar ea o f   W i r e l e s s  C o m m uni c a t i on S e ns or  C om m uni c a t i on,  I m pl e m e nt a t i on of  a l g or i t hm s  i n W i r e l e s s   C om m uni c a t i ons  a nd   V L S I  D i g i t a l  S i g na l   P r oc e s s i ng .  S he  i s  a  m e m be r  of  I E T , I S T E  a nd I E T E .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.