Realizing In-Memory Baseband Processing for Ultrafast and Energy-Efficient 6G

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作者
Qunsong Zeng,Jiawei Liu,Mingrui Jiang,Jun Lan,Yi Gong,Zhongrui Wang,Yida Li,Can Li,Jim Ignowski,Kaibin Huang
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:11 (3): 5169-5183 被引量:15
标识
DOI:10.1109/jiot.2023.3307405
摘要

To support emerging applications ranging from holographic communications to extended reality, next-generation mobile wireless communication systems require ultrafast and energy-efficient baseband processors. Traditional complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)-based baseband processors face two challenges in transistor scaling and the von Neumann bottleneck. To address these challenges, in-memory computing-based baseband processors using resistive random-access memory (RRAM) present an attractive solution. In this article, we propose and demonstrate RRAM-implemented in-memory baseband processing for the widely adopted multiple-input–multiple-output orthogonal frequency division multiplexing (MIMO-OFDM) air interface. Its key feature is to execute the key operations, including discrete Fourier transform (DFT) and MIMO detection, using linear minimum mean square error (L-MMSE) and zero forcing (ZF), in one-step. In addition, RRAM-based channel estimation module is proposed and discussed. By prototyping and simulations, we demonstrate the feasibility of RRAM-based full-fledged communication system in hardware, and reveal it can outperform state-of-the-art baseband processors with a gain of $91.2\times $ in latency and $671\times $ in energy efficiency by large-scale simulations. Our results pave a potential pathway for RRAM-based in-memory computing to be implemented in the era of the sixth generation (6G) mobile communications.
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