通信与IC设计,我写的新书,前言部分
01-04
最近新写了一本书,关于芯片设计入门与提高。
目前已经完成书稿,但题目没有拟定好,暂定为通信与IC设计,希望大家能够取个好书名;如果选中书名,我将赠书一本,并提供各种书中尚未发表的好东西。
目前的前言内容如下(删除了感谢部分):
前 言
国内通信企业经过二十年的大发展,目前已经达到世界之巅。教主在2001年断言:“若干年后,三分天下有其一。。。”,现在也基本实现,昔年的Motorola、北电、西门子 等巨头灰飞烟灭。回首这些往事,颇有一点笑看风云的味道,但是深究起来,导致这些巨头起起落落、沉浮不已的就是隐藏其后的信息时代发展大潮。而信息大潮背后的主角就是一直追求高度集成的芯片设计。
芯片设计作为高度资本密集和高度技术密集的行业,需要很多的基础知识和背景知识才能掌握。如果没有前期的积累,任何一家企业都不可能推出一款技术领先的产品;这也就是为什么在2000年以前,国内企业在通信市场很难有所作为的原因。但随着技术进步,设计方法学的完善以及各种基础设计方案成熟,芯片设计的门槛越来越低。在某种意义上,芯片设计中的单个模块设计越来越像是一种体力劳动,因为前人已经将各种血泪教训总结出来,只要用心,就能找到大量的参考设计和设计规则,而按照这种模式设计,芯片一定能够满足功能需求和市场需求,不成功都很难。而国内经过三十年的培养,储备了大量掌握此类基本技能的技术人才,所以当积累到一个临界点,整个行业的成功是必然的。这也就是为什么通信技术中心转移到国内的原因。而本书正是基于对通信系统的深入观察和丰富实践,给出了各种标准设计套路,保证初学者只要根据本书的设计思路就能设计出满足市场需求,真正可用的芯片。
由于本书定位于挖掘通信芯片设计的本质,所以对各种常用的信号处理原理和算法思想进行了深入思考,给出很多通用性指导原则。为什么采取这种思路,笔者也是经过了很多的心路历程才决定这样做的。
因为工作的缘故,经常会培养很多的新人。这些新人往往追求最新的技术,例如现在的LTE或者5G技术,我也很想在最短的时间内教会这些新人,但往往感到有心无力。例如,涉及到LTE,必然谈到OFDM和SC-FDMA;而要想讲述清楚这两者就必须了解FFT,而且必须了解FFT背后隐藏的空间变换原理以及LTE利用FFT进行资源分配的原理,单纯了解FFT的计算表达式是无法做到这一点的;而了解FFT就必须清楚各种蝶形变换以及数据流的处理;进一步就牵扯到芯片设计中的数据流和控制流的设计方法。这一长串下来,不花上一天是很难让初学者明白怎么一回事情。而这样的案例很多很多,本书也试图在书中讲述5G通信中的非正交接入(NOMA)、滤波器组多载波(FBMC)、大规模MIMO(Massive MIMO)、SCMA以及F-OFDM等,但后来发现类似的技术是层出不穷的,那怎么办?
事实上,国外的大学早已经解决了这一问题。看过TED公开课的读者,都会发现MIT等大学的教授在讲述现代技术相关课程时,总是从技术的起源谈起,然后按照技术分支的发展脉络进行论述,这其中可能出现了很多很多的技术方案,但最终潜藏在背后的思想使现有的技术分支生存下来,而且还在不停的去芜存菁;同样,现在有很多的炫目或者时尚的技术,但是如果站在更宏观的角度,很多的技术肯定会被淘汰,而生存下来的技术一定是满足了某种根本性的需求,或者遵循了某些基本的原理规则。因此,本书试图通过把握通信技术的发展脉络,将这些基本原理或者根本需求描述出来,从而让读者在阅读完本书后,能够基于这种思维模式快速掌握新的技术,并对可能的候选技术做出准确的把握。
由于本书讲述了很多理论推导的东西,公式格外的多;写书之余常常在想,会不会因此而使读者感觉非常为难。因此,笔者采用了循序渐进的方法,尽量采用简单的语言描述各种公式,并试图将公式后面所要表达的思想传递出来。其实,通信系统的各种算法也好,实现技巧也好,最佳的实现方法往往是一系列非常简洁优美的公式或者表达式。想一想相对论如此深刻的理论,却可以简单的通过E=mc^2表达出来;而麦克斯韦的电磁方程如此伟大的成就,只是通过一组简单完美的偏微分方程即可表达,所以在学习无线通信各种算法及其芯片设计时,一定要抱着实现过程一定是简单优美的,或者一定要寻找到简单优美的表述方法。如果没有找到,只能证明背后潜藏的思维模式还不是很正确。
就像无线通信颠覆了传统固话模式一样,移动互联网时代,传统的通信设备厂商正在被颠覆。ICT融合,基于云计算、虚拟化的通用运算平台正在取代传统的专用芯片处理,基于OpenCL的计算正在逐步取代传统的HDL开发模式,所以芯片的开发模式也发生了重大变化,但不变的依然是信息处理的思想和各种应对措施,本书也针对这种情况进行了简单论述,使本书更加适应时代的气息。
本书的具体安排如下:
第一章,主要介绍集成电路设计入门,重点讲述Verilog HDL设计入门和各种设计思想以及设计规范。
第二章,主要面向FPGA开发者,讲述FPGA与ASIC设计的不同,并详细讲述了FPGA的种种特色应用,ASIC开发者也可以从中借鉴很多FPGA很好的设计理念。
第三章,通过解构通信系统,将系统分解为很多独立的基础单元,完整覆盖了常见的各类数字信号处理算法,例如FIR、FFT、CORDIC等。在解构基础上,又介绍了如何设计真正实用的数字中频系统和全数字立体声FM收音机。
第四章,主要介绍如何实现信道编解码,包含信道编解码的设计思想,与信号空间变换的关系等。读者可以了解完整的BCH、RS、Viterbi、CRC等算法在芯片中是如何实现的。
第五章,则在前面四章基础上进行一个整合,同时讲述通信原理以及实际通信芯片设计的各种设计模板。最后通过一个成功的DVB-S解调芯片设计例子,说明传统单载波信号的标准解调方案。
第六章,则是针对当前流行的OFDM算法进行归纳总结,并通过介绍完整的802.11a/b/g/n芯片设计过程,说明当前MIMO OFDM芯片的设计模式与实现方法。
第七章,则是针对公网LTE系统设计以及对应芯片实现进行归纳总结,并给出了未来公网的演进路线和设计思想。本章给出了多款商用LTE SoC芯片的设计方法。
我希望这本书使读者不仅能够掌握一定的专业技能,更重要的是,能从其中获得各种各样的思维模式,并扩展到解决各种各样人生问题的方向。人终其一生,无非就是在不断探知自己的人生到底应当有什么样的意义而已。
由于作者水平有限,思维深度有待升华,书中难免存在错误,恳请广大读者批评指正!
目前已经完成书稿,但题目没有拟定好,暂定为通信与IC设计,希望大家能够取个好书名;如果选中书名,我将赠书一本,并提供各种书中尚未发表的好东西。
目前的前言内容如下(删除了感谢部分):
前 言
国内通信企业经过二十年的大发展,目前已经达到世界之巅。教主在2001年断言:“若干年后,三分天下有其一。。。”,现在也基本实现,昔年的Motorola、北电、西门子 等巨头灰飞烟灭。回首这些往事,颇有一点笑看风云的味道,但是深究起来,导致这些巨头起起落落、沉浮不已的就是隐藏其后的信息时代发展大潮。而信息大潮背后的主角就是一直追求高度集成的芯片设计。
芯片设计作为高度资本密集和高度技术密集的行业,需要很多的基础知识和背景知识才能掌握。如果没有前期的积累,任何一家企业都不可能推出一款技术领先的产品;这也就是为什么在2000年以前,国内企业在通信市场很难有所作为的原因。但随着技术进步,设计方法学的完善以及各种基础设计方案成熟,芯片设计的门槛越来越低。在某种意义上,芯片设计中的单个模块设计越来越像是一种体力劳动,因为前人已经将各种血泪教训总结出来,只要用心,就能找到大量的参考设计和设计规则,而按照这种模式设计,芯片一定能够满足功能需求和市场需求,不成功都很难。而国内经过三十年的培养,储备了大量掌握此类基本技能的技术人才,所以当积累到一个临界点,整个行业的成功是必然的。这也就是为什么通信技术中心转移到国内的原因。而本书正是基于对通信系统的深入观察和丰富实践,给出了各种标准设计套路,保证初学者只要根据本书的设计思路就能设计出满足市场需求,真正可用的芯片。
由于本书定位于挖掘通信芯片设计的本质,所以对各种常用的信号处理原理和算法思想进行了深入思考,给出很多通用性指导原则。为什么采取这种思路,笔者也是经过了很多的心路历程才决定这样做的。
因为工作的缘故,经常会培养很多的新人。这些新人往往追求最新的技术,例如现在的LTE或者5G技术,我也很想在最短的时间内教会这些新人,但往往感到有心无力。例如,涉及到LTE,必然谈到OFDM和SC-FDMA;而要想讲述清楚这两者就必须了解FFT,而且必须了解FFT背后隐藏的空间变换原理以及LTE利用FFT进行资源分配的原理,单纯了解FFT的计算表达式是无法做到这一点的;而了解FFT就必须清楚各种蝶形变换以及数据流的处理;进一步就牵扯到芯片设计中的数据流和控制流的设计方法。这一长串下来,不花上一天是很难让初学者明白怎么一回事情。而这样的案例很多很多,本书也试图在书中讲述5G通信中的非正交接入(NOMA)、滤波器组多载波(FBMC)、大规模MIMO(Massive MIMO)、SCMA以及F-OFDM等,但后来发现类似的技术是层出不穷的,那怎么办?
事实上,国外的大学早已经解决了这一问题。看过TED公开课的读者,都会发现MIT等大学的教授在讲述现代技术相关课程时,总是从技术的起源谈起,然后按照技术分支的发展脉络进行论述,这其中可能出现了很多很多的技术方案,但最终潜藏在背后的思想使现有的技术分支生存下来,而且还在不停的去芜存菁;同样,现在有很多的炫目或者时尚的技术,但是如果站在更宏观的角度,很多的技术肯定会被淘汰,而生存下来的技术一定是满足了某种根本性的需求,或者遵循了某些基本的原理规则。因此,本书试图通过把握通信技术的发展脉络,将这些基本原理或者根本需求描述出来,从而让读者在阅读完本书后,能够基于这种思维模式快速掌握新的技术,并对可能的候选技术做出准确的把握。
由于本书讲述了很多理论推导的东西,公式格外的多;写书之余常常在想,会不会因此而使读者感觉非常为难。因此,笔者采用了循序渐进的方法,尽量采用简单的语言描述各种公式,并试图将公式后面所要表达的思想传递出来。其实,通信系统的各种算法也好,实现技巧也好,最佳的实现方法往往是一系列非常简洁优美的公式或者表达式。想一想相对论如此深刻的理论,却可以简单的通过E=mc^2表达出来;而麦克斯韦的电磁方程如此伟大的成就,只是通过一组简单完美的偏微分方程即可表达,所以在学习无线通信各种算法及其芯片设计时,一定要抱着实现过程一定是简单优美的,或者一定要寻找到简单优美的表述方法。如果没有找到,只能证明背后潜藏的思维模式还不是很正确。
就像无线通信颠覆了传统固话模式一样,移动互联网时代,传统的通信设备厂商正在被颠覆。ICT融合,基于云计算、虚拟化的通用运算平台正在取代传统的专用芯片处理,基于OpenCL的计算正在逐步取代传统的HDL开发模式,所以芯片的开发模式也发生了重大变化,但不变的依然是信息处理的思想和各种应对措施,本书也针对这种情况进行了简单论述,使本书更加适应时代的气息。
本书的具体安排如下:
第一章,主要介绍集成电路设计入门,重点讲述Verilog HDL设计入门和各种设计思想以及设计规范。
第二章,主要面向FPGA开发者,讲述FPGA与ASIC设计的不同,并详细讲述了FPGA的种种特色应用,ASIC开发者也可以从中借鉴很多FPGA很好的设计理念。
第三章,通过解构通信系统,将系统分解为很多独立的基础单元,完整覆盖了常见的各类数字信号处理算法,例如FIR、FFT、CORDIC等。在解构基础上,又介绍了如何设计真正实用的数字中频系统和全数字立体声FM收音机。
第四章,主要介绍如何实现信道编解码,包含信道编解码的设计思想,与信号空间变换的关系等。读者可以了解完整的BCH、RS、Viterbi、CRC等算法在芯片中是如何实现的。
第五章,则在前面四章基础上进行一个整合,同时讲述通信原理以及实际通信芯片设计的各种设计模板。最后通过一个成功的DVB-S解调芯片设计例子,说明传统单载波信号的标准解调方案。
第六章,则是针对当前流行的OFDM算法进行归纳总结,并通过介绍完整的802.11a/b/g/n芯片设计过程,说明当前MIMO OFDM芯片的设计模式与实现方法。
第七章,则是针对公网LTE系统设计以及对应芯片实现进行归纳总结,并给出了未来公网的演进路线和设计思想。本章给出了多款商用LTE SoC芯片的设计方法。
我希望这本书使读者不仅能够掌握一定的专业技能,更重要的是,能从其中获得各种各样的思维模式,并扩展到解决各种各样人生问题的方向。人终其一生,无非就是在不断探知自己的人生到底应当有什么样的意义而已。
由于作者水平有限,思维深度有待升华,书中难免存在错误,恳请广大读者批评指正!
希望大家能够提供好的思路。谢谢大家。
看了目录,内容还是蛮丰富的,可以取名 无线通信IC设计 ,能否送本书给我!
数字信号处理与通信IC设计入门
记录名称了,谢谢!
谢谢关心,已经记录
无论取什么名字,个人建议加上“现代”二字,如 现代通信系统与IC设计方法(有方法学的内容,如果偏少,可以叫 现代通信系统与IC设计实践 )
数字信号处理与通信IC设计入门 ? 书的内容都是与通信原理密切相关的,并不与DSP相关。
融会贯通通信芯片设计 最好不用IC设计,就叫芯片设计,我认为比较接地气。
很不错的内容。不过有疑惑是,第6章用802协议的例子,而第7章用LTE的例子的目的是。。。是说明楼主做的项目多吗,如果说第5章用DVB是有线项目的话,我觉得后续章节始终用一个无线通信协议更容易理解。个人认为在LTE上讲就可以了。
实际上DVB-S 是无线的,但是是单载波,而且是采用标准的NDA方式进行解调,与WLAN中的OFDM刚好是两个极端。上述两种系统单个人或小型化团队就能搞定。
而LTE实际上是一种复杂的大型系统,我只是简单讲述里面开发的关键问题,而且开发思路和前面的完全不一样。本来是不准备写这一部分,但编辑看了书后,认为这部分内容需要好好写写,适应潮流,那就只好将很多内容写写,但个人感觉这部分非常吃力不讨好,因为想出彩非常难,所以我尽量按照自己的体会写,但不可避免的还是要有很多基础性铺垫。
总之,LTE这章讲了两件事情:(1)软件开发非常重要;(2)复杂通信系统的设计思想是为了可运营。
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