Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

Embed Size (px)

Citation preview

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    1/47

    Re-Configurable

     

    Multimode, Multiband

     

    Information

     Transfer Systems 

    (Low

     Power,

     Smal l Size, 

    Software Defined Radio,

     Secure

     

    Re-Configurable

     Mobile

     Communicat ions 

    Computing)

     

    M . J .

     

    Flynn, 

    M .

     M o r f 

    Computer 

    Systems

     Laboratory

     

    Stanford

     University

     

    Stanford, CA  94305 

    Final 

    Report, 

    May 1999 

    Supported

     by

     th e

     

    DARPA

     ACS

     

    Adaptive Computing

     

    Systems

     

    Program

     

    and th e DARPA 

    GloMo

     

    Global

     

    Mobile

     

    Information Systems

     

    Program

     

    A R M Y Contract

     

    DABT63-96-C-0106-P00003 

    Contractor

     identification:

     

    00028088

     

    DnC QU A LI TY INSP EC TED 

    2

     

    2 0 0 0 0 5 2 2 0 3 7

     

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    2/47

    Principal Investigator:

     

    Michae l J .

     

    Flynn

     

    Address:

      E.E.

     Dept. , Gates

     

    Computer Science

     Building,

     Room

     

    334, 

    Stanford, 

    CA

     

    94305 , 

    e-mail:  [email protected]

     

    Phone:  (650)

     723-1450,

     

    Fax:

      (650)

     725-6949

     

    Investigator:

     

    artin

     

    M orf

     

    Address:  E.E. Dept. ,

     

    Gates

     

    Computer Science

     

    Building,

     

    Room

     

    335,

     

    Stanford,

     

    CA

     

    94305 , 

    e-mail:

     

    [email protected], Phone:

     

    (650)

     

    723-0140,

     Fax: 

    (650) 725-6949

     

    Subcontractor:

     

    ark

     Cummings,

     

    enVia,

     

    Address:  348

     

    Camino al

     

    Lago

     

    Atherton,

     CA.

     94027,

     

    e-mail : cummings@envia .com,

     

    Phone/Fax: 

    (650)

     

    54-4406  

    Fina l Report

     

    Tab le of

     

    Conten t

     

    0. 

    roject Summar y

     

    1 .

     

    roblem  

    Statement  

    2.

     roposed Work  

    3. 

    roject Organization

     

    4 .

     

    esearch Resul ts

     

    5. esult ing

     Publ icat ions

     

    6. 

    emo s

     

    7. eliverables  

    8. 

    echnology  

    Transfer  

    9. ppendices

     

    A ,

     B , C.

     

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    3/47

    Project S u m m a r y  

    O ur

     

    research

     

    was

     

    a imed

     

    at 

    tw o 

    Darp a programs,

     

    l gor i thms nd econfigurable rchitectures

     

    as

     art

     f he 

    dap t ive

     ompu t ing 

    ys t ems

     A C S ) rogram, nd ppl ica t ions o ireless 

    networks ,

     

    ncluding od ing nd 

    ecurity

     s 

    part

     f

     

    th e

     Globa l

     

    M o b i l e

     

    nformation

     Systems 

    (GloMo)

     

    rog ram .

    .

     

    Problem

     

    Statement:

     

    W e

     

    focused

     

    on

     

    tw o

     

    research

     problem 

    doma ins : l gor i thms nd econfigurable rchitectures

     

    as 

    part

     of 

    Darpa 's

     

    Adap t ive 

    ompu t ing 

    ys t ems 

    A C S )

     

    rog ram , nd

     

    ppl ica t ions o wireless  

    networks, ncluding od ing nd 

    ecurity

     

    s

     art

     

    arpa 's

     

    loba l obi l e

     

    nformation 

    Sys t ems

     

    GloMo) rog ram .

     ireless 

    e tworks

     re deal est omain s 

    or

     

    econfigurable

     

    architectures. 

    Tomorrow's 

    wireless

     

    networks

     can 

    be

     charac ter ized

     

    by n 

    ncreas ing

     

    number

     f

     

    t ransmit ters  

    and receivers

     

    and

     

    l a rger and

     larger

     data 

    rates,

     and

     a

     growing 

    profusion 

    of 

    m o d e s

     f operation 

    waveforms . he mobile ommunications

     

    se r

     s

     confronted ith a myr iad

     f

     ncompatible

     

    c ommu n ic a t ions

     

    serv ices .

     ach has it s wn

     

    technical ,

     eographic , nd eature e t. 

    mobile

     

    defense profess ional

     

    moving through

     

    a

     

    miss ion moves n

     

    and out

     f

     different overage 

    reas; 

    henc e heir commun ica t ion

     

    eeds

     

    change onstan t ly .

     

    Users

     

    need

     

    ingle

     

    communication 

    device

     

    ha t c ommu n ic a t e s 

    with

     

    nyone ,

     nywhere ,

     with  

    any 

    va i lable nfrastructure.

     herefore , 

    n e

     f

     

    th e oals f this

     

    roject was o esearch 

    he

     

    necessary

     

    cos t

     

    effect ive

     

    t echnologies

     

    that enab le such

     

    devices .

     

    Project 

    oals:

     

    T he

     

    roposed goal

     

    of the

     

    esearch as o 

    nderstand

     

    n d

     erify he ull x t en t f 

    he

     

    opportunit ies

     

    to 

    sat isfy ecure efense mob i l e ommunications

     

    equirements or

     

    mult i mode

     

    mult i and 

    and

     

    e ld

     

    nits

     

    with

     econfigurable

     

    omputing

     

    rchitectures.

     

    i lestones 

    were

     

    ba sed

     on th e 

    ana lys is ,

     

    imu la t ion ,

     

    n d

     mplemen t a t ion n 

    reconfigurable

     ardware

     

    es t bed 

    of new archi tec tures nd l gor i thms urrounding he ddi t ion

     

    f  widely

     

    eployed

     

    mobile 

    infrastructure. 

    Research 

    Summary :

     

    Stanford's

     reconf igurab le

     

    architecture

     

    research in C S

     was

     

    ba sed

     

    ts

     P a m B l o x

     pproach 

    to 

    P G A

     rogramming,

     n 

    bjec t

     

    riented

     

    es ign methodology

     

    hich 

    as 

    hown

     

    om e

     

    s ign if ican t 

    dvantages .

     

    arious

     rithmetic nd 

    ecurity

     l gor i thms ere 

    mplemented

     n  

    eff ic ien t

     

    l ow-power

     F P G A  

    des igns ,

     

    inc lud ing D ES

     and 

    IDEA

     encrypt ion 

    s t andards .

     

    Stanford

     ls o

     nvest iga ted ew pace- t ime 

    od e

     

    iversi ty

     ased l gor i thms 

    or

     ireless 

    communication

     n 

    he

     

    on t ex t

     f 

    oftware

     

    efined

     

    adios,

     

    it h

     

    he

     

    oa l

     f

     roviding

     

    r

     

    extending

     imul taneous

     

    ecurity

     

    pr ivacy , 

    ntegrity,

     

    eliabil i ty,

     vailabil i ty, nd rotection 

    from

     everse ngineering)

     

    y

     

    xploiting 

    aral lel ism nd 

    ca lable

     

    ierarch ica l

     

    multiplexing

     

    s c hemes to 

    bu i ld

     software 

    def ined

     adio rch i tec tures .

     

    tanford eve loped ew

     

    Space-Time-

     

    C o d e

     

    Divers i ty

     

    ( S T C D )

     based 

    ecurity

     architectures 

    ha t 

    uppor t

     ll

     these 

    equirements

     nd 

    m ap

     

    well

     onto

     

    software

     

    def ined

     radio t echnologies . 

    Stanford

     

    emons t r a t ed ,

     

    s

     

    roposed,

     

    ul t i-path

     

    pproach

     

    o

     

    ecure

     

    ireless

     

    a ta  

    t ransmiss ion n 

    9 9 8

     s ing 

    hree aptop 

    ompu t e r s , ased 

    n wired,

     

    m o d e m ,

     R r Ethernet 

    l inks , and commerc ia l 

    wireless

     Ricoche t or 

    Freewave

     l inks.  

    Morphics'

     goa l was to how 

    that

     

    mul t ip le 

    ig i ta l

     

    t andards

     an e mplemen t ed n 

    ing le

     

    ba seband 

    architecture

     without

     

    mult ip le , 

    paral lel process ing 

    paths.

     

    he

     func t ional

     

    target was 

    multi-standard

     ardware ogic ect ion ~ he ew, reviously 

    ndeveloped

     a rt f mul t i - 

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    4/47

    Standard 

    commun ica t ion s

     a seband ,

     o

     nable

     multi-standard

     

    digital

     

    modem.  T he ervices 

    considered dur ing

     

    th e projec t

     

    focused on 

    T D M A

     based

     

    services.

     

    Morp h ic s

     

    resen ted 

    wo 

    demos :

     

    G S M

     

    F P G A

     

    baseband ect ion,

     nd

      oftware

     

    t ructural

     

    des ign

     fo r a second service. 

    he

     G S M  

    s t andards

     were

     mp lemen t ed

     nd he S-54 /136 

    was

     in  

    progress.

      tes t bed was as semb l ed based on Lucen t ' s G S M  test platform (Sceptre) . 

    Morp h ic s

     

    em o

     

    howed

     

    heir

     

    ompl e t ed

     

    es ign

     

    nd

     

    emonst ra ted

     t

     

    n

     

    heir

     

    ardware

     

    Pla t form,

     

    S M ogether it h 

    he 

    na lys is

     f

     S-136

     

    North mer ican

     

    D M A ) ,

     

    nd S-95

     

    ( C D M A ) ,

     ndica te

     ha t

     

    mul t i -mode 

    ommunication

     

    evice s

     

    poss ib le

     

    s ing

     econfigurable 

    archi tec ture

     in 

    comb ina t ion 

    with

     in s t ruc t ion-set

     

    rocessor(s)

     

    or aseband

     

    ig i ta l

     rocessing. 

    T he

     Morph ic s

     evelopment

     t

     t ime 

    f

     

    conclus ion f

     

    he ont rac t 

    uccessfu l ly

     hows 

    ha t

     

    complete

     

    range 

    T D M A

     

    t andards

     

    an e

     

    m p l e m e n t e d . he ex t t age would

     

    be

     o

     dd

     

    th e C D M A 

    capabil i t ies .

     

    enVia's

     work focused on th e R F 

    frontend

     of a mul t ip le service rototype ys tem upporting 

    G S M  

    and

     

    D M A

     & M P S

     pera t ing

     

    t

     

    cellu lar ,

     

    00-900

     Hz, and

     C S ,

     

    800 -1900 Hz

     

    f requenc ies . 

    he

     urren t mplemen t a t ion 

    nvo lved

     

    S I

     cale 

    iscrete

     

    na log

     omponents. 

    V L S I ingle

     

    h ip

     

    olut ions

     re

     

    eginning

     o 

    xhibit cceptab le

     

    erformance.

     

    emaining 

    discrete

     omponen t s re A W

     

    ilters, 

    ielectr ic

     esonator ilters, 

    rystals .

     igi tal /RF  

    interfaces

     

    e tween

     he

     

    inal e m o d

     

    tage n

     

    he

     

    rontend

     nd

     he

     ig h

     

    peed  

    reconfigurable

     

    S P

     

    backend

     

    nc lude :

     

    na log ,

     

    a seband ,

     

    nd

     

    & Q .

     

    ontrol

     

    igna ls

     

    n to

     

    h e

     

    R F

     

    frontend a re ana log .

     

    This

     

    range 

    of

     services

     

    requires three

     

    differen t

     

    interface bandwidths .

     

    enVia

     demonstrated an R F 

    frontend

     

    suppor t ing

     4 

    modes ,

     2 bands , and 3 

    bandwid t h s ,

     M P S , 

    IS -136 ,

     

    S 5 4 A ,

     

    S 5 4 B ,

     S 5 4 C , 

    S - 9 5 ,

     C S , 

    C S 1 9 0 0 ,

     

    S 1 3 6 + ,

     

    n d

     

    S - 9 5 +

     n F es t 

    boards : Receiver , Transmit ter ,

     

    #1 O, IF ,

     

    C o m b i n e r Switchboard

     

    and Auxi l ia ry L O.

     

    enVia 's

     

    R F

     

    frontend

     

    des ign

     

    involved 

    a m ix

     

    of 

    discreet

     componen t s

     

    to 

    m e e t

     th e 

    roject

     

    oa ls

     

    fo r

     

    performance ,

     power eff ic iency , size, and cost . or 

    IS -136 ,

     

    G S M ,

     and IS -95 , 

    hree

     F

     

    A W 

    filters

     

    were

     

    used 

    with

     

    f requenc ies

     

    in th e 10 & 211 

    M Hz

     

    bands , fo r p ac kag e size

     

    and

     cost . 

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    5/47

    1. roblem Statement

     

    W e

     

    focused

     on 

    tw o

     

    research 

    problem

     doma ins : lgorithms and

     

    econfigurable architectures 

    as

     part 

    of 

    Darpa 's

     A dap t ive Compu t ing

     S y s t e m s 

    ( A C S )

     

    program, and pplications o wireless 

    networks,

     

    nc l ud ing oding nd ecurity

     s

     art 

    f arpa's 

    loba l obi le

     

    nformation

     

    Systems GloMo) 

    rogram.

     ireless 

    e tworks

     re dea l es t omain s or econfigurable 

    architectures.

     

    Wireless

     

    Network Appl ica t ions

     

    Tomorrow's

     wireless 

    networks

     can be charac ter ized y 

    n

     ncreas ing number f t ransmit ters  

    and 

    receivers

     

    and

     

    l a rger and

     

    l a rger data 

    rates, 

    and

     a

     growing profus ion

     

    of m o d e s f

     

    operation 

    wave forms ( M o d / D e m o d , 

    R F

     

    IF

     & 

    Baseband

     bandwidths , coding t echn iques ,

     

    security, etc .) 

    T he

     

    obile

     

    ommunications

     ser s onfronted it h yr iad f ncompatible 

    commun ica t ion s serv ices . ach

     

    has ts

     ow n 

    t echn ica l frequency, modu l a t ion ,

     

    rotocol, tc . ) ,

     

    geograph ic

     

    ( coverage , 

    etc.),

     

    and 

    feature 

    set 

    (voice,

     aging ,

     ata , etc .) .

     s

     

    th e 

    mobi le efense

     

    profess ional

     m o v e s 

    through

     

    miss ion , 

    hey

     

    m o v e n 

    nd

     

    u t

     f

     different

     overage reas

     

    nd 

    their

     

    commun ica t ion eeds hange onstan t ly .

     

    In 

    th e

     

    U S

     today there are a t 

    leas t

     four major cel lu lar s tandards ( A M P S , IS -54 , S-95 , 

    D P D ) ,

     

    and

     

    s ix

     

    P C S

     

    s t andards .

     

    ne

     

    way

     

    paging

     

    is

     

    being

     

    expanded

     

    with

     

    tw o

     

    way

     

    pag ing .

     

    here

     

    re

     

    growing

     n u m b e r of 

    wireless

     packe t data 

    serv ices .

     

    n urope, here re 

    our

     

    imi la r 

    t andards  

    ( G S M , CT-2 ,

     D E C T , 

    and D C S  1 80 0 )

     

    and 

    more

     to

     o m e .

     n 

    apan, 

    here re 

    ersions 

    f

     t hese

     

    plus

     

    Hand ip hone .

     he

     

    n u m b e r of 

    serv ices

     s 

    clearly 

    ncreas ing . here

     

    re t

     

    leas t

     four

     ow  

    Earth

     rbit ing

     atellite ys t ems

     

    L E O S )

     

    nder

     

    evelopment.

     ireless 

    A N

     roduct s

     re

     

    becoming

     

    ore va i lable .

     ireless

     

    P BX' s have

     rr ived.

     h is am e 

    rocess

     

    s

     

    oing

     

    n  

    Europe ,

     

    As ia

     

    and 

    ther 

    arts 

    f

     

    th e 

    world.

     

    or

     

    geopolitical 

    eason s 

    here 

    re ikely

     

    o e

     t

     

    least

     

    hree 

    on-compatible

     uper ets 

    f

     ervices. ur ing h is eriod f nnova t ion ,

     

    he

     

    number

     of incompat ib le

     

    serv ices 

    is

     

    l ikely

     

    to

     

    inc rease .

     

    It

     

    is

     confusing , 

    x p ens ive ,

     nconven ien t

     

    nd 

    angerous

     o ea l with

     

    this

     

    jungle f

     

    ervices, 

    with

     

    ingle 

    evice or

     

    ach

     ervice.

     Current

     

    echnology

     

    olu t ions

     nvolve 

    xpens ive ,

     ot 

    miss ion

     dequate 

    ys t ems

     

    hich

     

    an

     

    roduce

     

    ogist ical

     

    i gh tmares

     uch s 

    equiring

     

    per sonne l o

     arry more

     

    weigh t 

    n

     

    at teries

     han 

    n ood ~ n 

    ncent ive 

    or 

    oot

     

    oldiers

     

    o

     

    l eave

     

    quipment

     

    eh ind .

     

    e

     

    ote

     

    ha t

     

    ur ing

     

    eser t

     

    torm

     

    t

     

    eas t

     

    iv e

     

    enera t ions

     

    f

     

    wireless

     commun ica t ion

     sy s t ems were

     s imul taneously 

    ac t ive ,

     and expec t ed to 

    cooperate

    W h a t users want 

    is

     a 

    single device

     

    t ha t 

    will

     

    al low

     

    them o

     ommunicate

     with 

    w h o m e v e r they

     

    need

     to , wherever 

    they 

    re ,

     

    with

     

    what ever 

    infrastructure 

    appen s o

     

    va i lable .

     ne f

     

    th e  

    major

     

    oals

     f h is 

    roject

     as o

     

    esearch 

    os t

     

    ffect ive

     

    echnologies

     

    hat

     

    nab le

     uch  

    devices .

     

    Cur ren t D S P A S I C

     

    so lu t ions

     

    suffer 

    from

     problems with size an d ower consumption. 

    os t

     

    sy s t ems

     

    emp loy 

    an A S I C

     

    chip

     

    set fo r each commun ica t ion s

     

    serv ice .

     hese

     h ip

     e ts

     typically

     

    inc lude 

    umber

     f 

    SICs

     

    er

     ervice. 

    he

     

    oa l

     s learly o es ign 

    econfigurable

     

    computing

     

    rch i tec tures

     

    ha t

     

    ave

     he ecessary 

    lexibil i ty

     o 

    dap t

     o 

    ifferent

     

    communication nv i ronmen t s .

     

    uch rchitectures ave o e b le

     o rovide

     he ecessary

     

    c omp u t e

     

    power , while

     sat isfying const ra in t s

     

    such as 

    cos t

     and 

    power .

     

    P o w e r con sumpt ion rob l ems re he 

    esu l t

     

    of 

    lock

     

    peed

     o 

    ch ieve 

    esired andwid th s 

    and requenc ies .

     

    he rchitectural i l e m m a ha t confronts

     

    es igners oday

     

    s

     

    ha t

     

    rocessor

     

    speeds 

    are

     inc reas ing s t ead i ly ,

     

    b u t

     m e m o r y speeds

     

    and

     

    access

     

    t imes 

    are

     agg ing . he esu l t 

    that

     a s imple 

    inc rease

     

    in processor speed 

    even

     of a 

    factor

     of tenfold or more m ay 

    n ot

     esult

     

    n  

    a

     

    ign if ican t 

    ncrease

     n 

    ys tem erformance.

     

    he

     olut ion o h is 

    undamental

     roblem 

    determines

     

    tomorrow's

     

    designs .  

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    6/47

    T he

     se f aches : r imary , 

    ec onda ry ,

     

    t reaming ,

     

    tc .

     s

     

    he r imary ay hat 

    ndustry

     

    addres sed such

     p rob lems today .

     

    uch caches 

    re

     o m p o s e d

     f

     

    expen s ive 

    fast" memory nd

     

    located

     

    lose

     o he rocessor . 

    u t

     he bility f 

    hese

     pproaches

     

    o ffer

     

    ontinued 

    performance

     mp rovemen t s 

    s

     

    severe ly 

    imi t ed . 

    W e ave 

    een

     

    ooking

     

    or

     

    ther

     

    eans

     f reak ing hrough

     

    his onstant ly 

    arrowing

     

    bot t leneck .

     

    This

     was 

    th e focus

     

    of

     

    m u c h of

     

    th e work

     

    in architecture a t

     

    Stanford .

     

    Alterna t ive

     o onven t ional 

    rocessor

     pproaches

     

    s he

     

    reat ion f 

    igh ly

     calar ,

     eeply 

    pipel ined

     mac h ine s

     

    Super-Scalars)

     nd 

    Very

     

    ong

     nstruct ion

     Word

     

    (VLIW) mac h ine s .

     

    t

     

    Stanford nd l sewhere both f these pproaches 

    re

     ursued , ecen t ndus t r ia l mac h ine s y

     

    Intel

     

    (Pen t iu m)

     

    and

     T I

     ( T M S )

     a re

     

    of 

    th e

     VLIW 

    t ype .

     

    he 

    eal

     ssues involve

     th e 

    uest ion 

    how o m ix n d atch 

    hese

     rch i tec tura l pproaches o pecif ic ets f 

    pplicat ions,

     

    .g . 

    wireless

     networks .

     

    ntel l ready

     

    nnounced

     new

     effort

     o 

    evelop

     

    rocessor

     

    rchitectures

     

    targeted 

    a t

     (non-wireless)

     networks .

     

    T he

     

    current

     S P 

    processor

     pproach aces  narrowing m e m o r y ot t l eneck , 

    esult ing

     n 

    h igh

     ower 

    onsumpt ion , imi t ing

     he 

    ang e

     f ppl ica t ions o 

    nes

     it h 

    elat ively

     

    ow

     

    frequency igna ls . 

    mprovement

     n ower consumption nd 

    rocessor

     peed 

    m ay

     

    p p ea r

     

    s

     

    par t of th e

     

    orma l 

    volut ion 

    f

     ch ip

     

    echnology.

     owever ,

     

    sys tem

     performance

     nd 

    ystem

     

    power con sumpt ion will

     

    still be 

    l imi t ed

     by th e memory bot t l eneck . 

    In

     deep ly pipel ined

     

    mach ines , process ing

     elements

     a re ar ranged 

    in

     uch  fashion ha t 

    er ial 

    process ing ccurs n

     

    erially

     

    rranged

     

    rocess ing

     

    omponen t s .

     

    he

     

    utput

     

    f

     

    ach

     

    component

     

    s irect ly

     

    onnected 

    he

     

    np u t

     f

     

    he 

    ex t

     

    omponent.

     

    hu s

     

    here

     

    s

     

    o

     

    m e m o r y a tency when

     

    moving from on e process ing 

    te p to

     nother .

     

    ys t ems

     

    d o ot av e o

     

    ru n t

     

    c lock ates

     

    that

     

    re 

    ig h

     mul t ip les f

     

    th e a ta

     

    rate,

     

    because 

    ach

     l emen t n ly as 

    o

     

    process data 

    at

     

    th e

     

    data 

    ate . 

    ach amp le

     s

     

    processed 

    ssent ial ly

     

    n

     

    ne amp le

     ime . 

    h is

     

    reduces ower consumption

     

    nd aises

     

    th e

     

    eil ing

     n 

    he

     

    requency

     f

     ignals

     

    ha t

     an 

    e

     

    processed.

     

    Secur i ty

     

    T he verr id ing 

    ifference e tween

     

    O D

     nd 

    on-DO D equirements

     ie s

     

    n he 

    ecurity

     

    area.

     n

     

    n o n - D O D

     

    areas

     

    cost -benef i t 

    dr ives

     he nves t men t way

     

    from

     

    esources

     or ecurity.  

    In

     

    OD

     

    ppl ica t ions

     

    se r

     

    nd

     

    iss ion

     

    equirements

     

    ictate

     

    he

     

    i n ima l

     

    evel

     

    f

     

    ecurity .

     

    Idea l

     

    archi tec tures fo r

     

    such

     

    appl ica t ions require

     

    a proper m ix

     

    of s tandard

     

    and

     e-configurable 

    subsys tems , omponen t s , 

    n d

     uppor t ing oftware.

     

    n

     e-configurable 

    rchitectures,

     

    nce

     

    unneces sa ry conf igura t ion 

    data

     is e m o v e d t

     is

     

    imposs ib le

     o

     etermine

     what th e 

    ystem wa s

     

    doing .

     herefore 

    t

     is very ifficult 

    o

     everse engineer  econfigurable ystem

     

    where he  

    hardware

     

    is 

    not

     security 

    algorithm

     specif ic .

     

    Su c h ppl ica t ions

     

    equire ew

     

    pproaches

     o ata

     ecurity nd

     

    rotec t ion . hese

     

    approaches

     

    re 

    part ly

     ecess i t a ted

     

    by ew t echnologies 

    ha t 

    uppor t wireless 

    networks .

     

    a ta

     

    security

     nd protect ion

     

    methods

     

    common ly

     

    used n oday 's wireless

     

    networks 

    re

     ikely 

    o

     

    e

     

    inadequate

     

    n uture ireless 

    etworks.

     

    or

     ns tance , he

     

    ncreas ing umber f ifferent 

    services nd 

    igher

     

    a ta

     

    ates

     

    ak e

     

    eliable

     

    a ta

     

    ransfer

     

    rotocols

     

    ha t

     ely n 

    re t ransmiss ions

     

    e c o m e 

    nusable

     when

     

    th e 

    m o u n t f a ta 

    ha t

     

    m u s t

     e 

    uffered

     

    ecomes

     

    excess ive . herefore

     

    a ta protection

     

    n

     a ta 

    ompress ion 

    n wireless

     e tworks

     will 

    epend

     

    largely

     

    on

     

    orward

     

    rror

     

    orrection

     

    nd

     

    oding

     

    met hods .

     

    hese

     

    echniques

     

    mu s t

     

    dap t

     

    o

     

    variety 

    of

     

    data loss

     cenarios, anging

     ro m

     elat ively

     ow 

    random

     

    it

     error

     ates

     to otal 

    oss

     

    of large port ions of 

    a

     t ransmiss ion . he differen t services nd 

    igher

     a ta

     

    rates

     

    const ra in h e  

    choice 

    o f error

     protect ion

     met hods 

    to

     those 

    of

     sma l l

     

    circuit

     

    complex i ty ,

     

    an d

     lo w

     power .

     

    T he

     

    different

     

    services

     

    n d ariable 

    a ta 

    rates 

    ls o

     equire 

    ew 

    app roaches

     o

     

    a ta

     

    ecurity .  

    Encrypted

     a ta mu s t 

    e

     rotected 

    ga ins t

     

    errors 

    s ing

     

    higher

     

    aye r

     f error orrect ion r 

    error

     

    etect ion nd

     

    ransmiss ion . a ta ecurity c hemes ha t 

    an 

    e nified ith

     

    a ta

     

    protect ion are appropr ia te in this

     

    ew environment .  

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    7/47

    Beyond

     ata in k ecurity nd 

    eliabil i ty,

     ommun ica t ing arge ata messages n ireless 

    networks

     

    ba sed sy s t ems is a 

    key

     performance,

     

    func t iona l , 

    and 

    cos t issue .

     

    Add ing in te l l igence

     to 

    wireless

     

    commun ica t ion

     

    sys t ems

     is

     required.

     

    f

     

    one

     can

     e-configure

     

    th e mobile 

    nits

     f  wireless 

    a ta

     

    ommunication

     ys tem, ne 

    an

     rovide ignificant ly  

    improved 

    unctionality.

     n e an uppor t major nhancemen t s y

    v

     

    mak ing

     

    uch ys tems  

    dynamical ly

     

    e-conf igurab le ,

     

    while

     

    keep ing

     

    th e

     

    power

     

    requirements

     

    ow :

     

     

    nhance ecurity f data

     

    transfer 

     

    nsure

     

    integrity

     

    of 

    data

     t ransfers  

     

    arry u t

     

    compress ion

     

    an d 

    expan s ion of 

    da ta ,

     and 

    mul t i -med ia .

     

     

    p ac e -T ime

     

    C o d e

     

    Divers i ty ,

     

    espec ia l ly

     over 

    mult ip le

     

    services.

     

    This

     

    processing

     an e

     one

     imul taneously 

    with

     th e

     

    asic unct ions equired 

    or

     ireless  

    network

     

    services,

     as

     

    well as with 

    h igher - leve l

     data 

    operat ions

     (e .g. mul t i -media ,

     a ta us ion)

     

    t

     

    th e

     source, 

    poss ib le

     

    relay,

     

    and dest ina t ion . 

    Future

     ery-h igh andwidth ireless etworks il l mos t ikely 

    nvolve

     ew echnologies ,  

    such s aAs , 

    hoton ic ,

     

    uantum

     

    ev ices , ow-power.

     

    arly

     

    nvo l vemen t n

     

    hese

     

    t echnologies will 

    enable

     compat ib i l i ty , 

    early

     

    insert ion,

     nd

     

    ther 

    ynerg ies

     

    ha t 

    re nvaluab le  

    in

     

    their

     

    ow n

     

    r ight ,

     

    as ide

     

    from

     

    be ing

     

    "cos t

     

    shared" .

     

    Algorithms

     

    for

     Coding and 

    Security 

    T he haracterist ics f ireless 

    ommunication

     

    e tworks

     resen t 

    oth

     hal l enges

     

    nd 

    opportunities

     n he 

    re a 

    f

     data-reliability 

    nd 

    ecurity.

     

    ha l lenges

     

    rise 

    ro m he ighly 

    var iable

     data

     rates

     and 

    la tencies . imp le

     

    rotocols

     

    uch 

    s A R Q 

    (A u toma t i c ep ea t

     

    reQuest )

     

    require 

    arge 

    uffers o tore eal - t ime ata 

    or

     oss ib le et ransmiss ion . ppor tun i t ies

     

    re

     

    prov ided y he bility o 

    erform

     ynamical ly 

    econfigurable

     

    unct ions

     nd 

    he

     

    communications

     

    edundancy

     uppl ied 

    y

     

    ariable

     ata 

    ates

     

    nd

     

    ul t iple

     

    ndependent

     

    t ransmiss ion

     

    paths.

     

    T he 

    pr imary

     

    reliabil i ty

     an d

     

    security

     

    need s to 

    be 

    addres sed

     are:

     

    • 

    rror

     detec t ion

     

    at high

     data

     

    rates

     

     

    orward

     

    error

     

    correct ion

     

    o

     

    reduce

     

    re t ransmiss ion

     

    requirements

     

     

    a ta

     security to dea l with misrout ing and in tercept ion  

    T he inves t iga t ion 

    of 

    integrated

     approaches 

    that

     

    solve

     

    all

     

    three 

    a ta 

    protection

     ssues 

    us ing 

    unified

     

    c od ing

     method 

    s

     equired . 

    In pr inc ip le ,

     

    el iable 

    nd ecure

     

    ommunication

     f

     

    data 

    can

     e 

    ccomplished t

     ow

     a ta

     

    rates

     

    by

     

    t andard

     

    error

     

    protec t ion od ing nd cryptographic

     

    echn iques

     

    ppl ied 

    he D

     

    bit

     

    s t reams . n 

    ract ice,

     we

     

    nticipate 

    ha t

     

    more

     

    ffect ive

     

    met hods

     

    il l

     

    ake

     

    n to

     ccoun t 

    he

     

    var iable

     

    nature

     of

     th e

     

    wireless t ransmiss ion channe l and th e

     

    digital

     

    data . 

    Da t a

     

    security nd eliabil i ty 

    an e 

    nhanced

     

    s ing

     ul t iple 

    ndependent 

    ata 

    aths.

     f 

    data 

    is

     t ransmit ted over a n u m b e r of differen t 

    routes

     so that th e n t ended ece ive r

     

    has  larger 

    probability

     

    f eceiving ach r an smis s ion

     

    han

     n avesdropper , 

    hen

     ecret -shar ing 

    nd

     

    other

     

    space- t ime 

    c ode

     

    divers i ty

     

    t echn iques can 

    be

     emp loyed

     to

     obtain

     

    rel iabil i ty nd

     

    security. 

    T he

     

    imp les t ecret -shar ing

     

    ethod s he ol lowing .

     

    he

     

    nformation

     

    equence

      s 

    t ransmit ted s wo 

    ndependent

     eq uences

     

    nd , here

     

    onsists

     f andom r 

    sufficiently

     

    ompl ex

     

    seudo-random it s

     

    generated y

     he 

    ransmit ter n d

      = X

      Z s th e

     

    bitwise

     exc lus ive-or of th e data

     with

     this

     

    noise

     

    equence .

     

    he

     ece ive r can 

    asily 

    econstruct 

    th e 

    t ransmi t t ed

     data from th e tw o received s t reams, s ince 

    X

     =

     

    (X  Z)  Z  Z.

     

    Because

     

    th e

     

    random

     

    sequence  s independent 

    f

     th e a ta

     

    ,

     

    th e

     

    equences

     

    nd

     

    separately

     

    provide

     

    no 

    informat ion bou t 

    th e

     da ta , 

    o

     

    dversary hat

     

    ntercepts

     

    n ly

     ne 

    f

     

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    8/47

    th e

     equences earns

     

    oth ing

     

    bou t 

    he 

    ata .

     

    Note

     

    ha t

     he 

    ece iver

     

    an

     

    erform he  

    reconstruct ion

     

    in

     

    real

     t ime

     if  nd  re 

    sent

     

    s imul t aneous ly

     

    and

     

    if th e 

    ece iver

     

    can

     

    djus t 

    sma l l

     relat ive

     

    delays

     

    in

     

    th e

     incoming

     

    data .)

     

    This 

    s imple

     

    ex amp le 

    reaks he ecret

     

    n to wo pieces, nd both f

     

    which 

    re

     

    needed

     

    o

     econstruct he 

    ecret, 

    and ither f

     

    which ives

     

    absolu te ly o nformat ion

     

    bout 

    X. In fact ,  s

      one-time-pad

     

    ncoding

     f , 

    where th e 

    ey 

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    9/47

    2.

     roposed

     

    Work 

    W e 

    proposed

     to 

    carry

     out research

     

    in

     

    lgorithms

     

    and reconfigurable architectures

     

    or he  

    Adapt ive

     

    ompu t ing

     

    ys tems

     A C S ) rogram, it h pplications o 

    ireless

     

    etworks,

     

    inc luding oding

     and

     ecurity.

     n

     ddit ion, 

    e

     roposed

     

    esearch nd eve lopmen t f

     

    reconfigurable ardware 

    es t 

    bed 

    imed

     

    t eployed

     

    obi le

     ireless ervices,

     nder

     

    he

     

    Globa l Mobi l e Information

     

    Systems

     

    (GloMo) 

    program.

     

    W e roposed

     

    esearch n to

     

    l gor i thms

     

    or

     ecure, obust , mar t , nd

     

    ynamic

     

    e- 

    Conf igurable Wireless

     

    Networks . 

    In 

    rder 

    o

     op e

     with

     th e volut ion nd omplex i ty

     f user 

    and

     miss ion

     equirements , 

    lex ib le

     rchitectures with

     

    in tel l igent nd

     econfigurable

     

    e tworks

     

    and compu t e r 

    sy s t ems

     nd

     

    sub sy s t ems

     are 

    required.

     

    New

     coding algorithms and

     coding

     echniques 

    or

     

    digital 

    ata

     

    were

     

    invest igated 

    s

     

    par t f 

    a

     

    f ramework 

    ha t 

    rovides he 

    ecessary

     

    etwork

     

    nd

     

    omputer

     

    eliabil i ty

     nd 

    ecurity

     or 

    digital

     

    a ta ransfers ,

     

    ver ireless ommunication

     

    inks .

     

    u r r amework

     

    rov ides

     

    h e

     

    f lexibil i ty,

     

    ons is t ency ,

     nd 

    ndependence

     f ssur ing el iabil i ty nd 

    ecurity

     n 

    arious

     

    doma ins

     and at var ious

     

    levels

     

    of th e 

    network

     and compu t e r sys t ems . 

    Wireless communications resen t

     

    both hal l enges nd pportunities. ur ew algorithms 

    take ign if ican t dvan t age f

     hese

     ppor tun i t ies . or 

    ns tance ,

     

    nique

     et f ew ata 

    protec t ion

     

    l gor i thms

     

    s

     

    ased

     

    n

     

    ecret

     

    har ing .

     

    hese

     

    l gor i thms

     

    xploi t

     

    he

     

    va i lable

     

    paral lel ism n he l ex ib le

     

    ombination

     

    f pace- , 

    ime - ,

     

    ode -

     

    nd

     

    requency-division 

    mul t ip lex ing f

     

    wireless network nd 

    ompu t ing

     rch i tec tures .

     

    h is

     eads o n 

    ntegrated

     

    approach ha t ncludes he olut ion o hree a ta rotection

     ssues: 

    rror etect ion, orward 

    error

     orrect ion o educe et ransmiss ion equirements , nd ata ecurity o eal ith  

    misrout ing nd 

    n tercept ion .

     he

     bility

     o

     rade

     

    ff

     cod ing , 

    etwork,

     

    econfiguration,

     nd 

    other system  parameters 

    enab le s

     

    f lexibil i ty,

     and

     

    cos t

     effec t iveness . 

    Security 

    and 

    robus tness is

     uppor ted 

    m o n g

     ther 

    spec t s

     

    of

     

    our 

    rchitectures,

     y 

    lex ib le ,

     

    t ab le-d irec ted ethods t 

    he

     ardware 

    evel

     ia ynamic e-configuration,

     .g .

     

    P G A s , 

    software

     econfigurable

     ate 

    rrays.

     

    ecurity

     

    s

     

    nhanced

     

    ince he 

    ardware

     s either 

    algorithm

     pecif ic

     or

     

    nstruct ion et 

    dependen t .

     

    obus tness

     nd 

    ecurity

     re 

    nhanced 

    th e 

    ine-grained

     ature f

     

    th e

     r imi t ive

     

    func t ions 

    rovided

     y he 

    ardware .

     hey an 

    e

     

    used

     to 

    enhanc e

     th e

     security 

    of data 

    t ransfers , nsure

     he 

    ntegrity

     f

     

    data

     

    t ransfers , 

    nd arry 

    out

     

    compress ion ,

     

    decompress ion ,

     

    and

     

    other

     

    func t ions

     

    such

     

    as

     

    future

     

    serv ices ,

     

    .g .

     

    multi-media

     

    or 

    commun ica t ion 

    yp e

     ata .

     

    These 

    ine-grained

     

    r imi t ives

     re

     

    deally

     

    atched

     o

     uppor t 

    ireless 

    ommunication 

    (encoding ,

     

    ransmiss ion ,

     

    ece iv ing , 

    ecoding , 

    ecurity,

     nd uture unct ions) . he 

    r imi t ive

     

    func t ions 

    ot

     

    n ly

     

    irect ly m p l e m e n t ower

     level

     func t ions equired y os t

     a ta ecurity  

    a lgor i thms ,

     

    u t

     

    ls o irect ly uppor t

     

    igher

     

    rder

     

    unct ions ha t

     

    mp rove

     

    f f ic iency nd

     

    performance

     

    of algor i thms

     

    nd

     

    assoc ia ted

     

    compilers . 

    O ur s tudy

     

    of

     

    well

     

    matched e-configurable architectures

     

    nd 

    roper

     

    evels

     

    of

     granularity

     

    of

     mac ro

     unct ions 

    will

     

    help

     etermine

     

    uture

     eneration

     rchitectures f

     

    high-performance 

    and ow-power

     

    commodity

     

    P G A s

     

    instead

     f

     being etermined y

     

    yesterday's

     

    ustomers

     

    t yp ica l

     glue- logic" ) 

    O ur

     

    proposed

     

    work

     

    was

     

    also

     

    synerg is t ic

     

    with

     

    ongoing

     

    work

     

    n

     

    ecurity

     

    nder

     

    M D O / A R O ,

     

    and ther o v e r n m e n t genc ies ,

     

    or  loba l igh-speed hoton ic

     

    ack-bone

     

    nd

     

    atellite

     

    networks .

     

    he

     ppea rance f

     

    photon ic 

    echnology

     

    or

     

    F

     inks 

    "fiber-radio",

     adar , idar , 

    image ,

     and

     ther ensors) , s 

    n ot

     nly

     e

     ompa t ib l e nd omplementary n he hort 

    ang e ,

     

    b u t even  cruc ia l 

    omponent

     echno logy f choice or uture 

    ery

     i gh -bandwid th ireless  

    networks. hoton ics

     will 

    play a cruc ia l role in paramet r ic )

     

    F

     

    an tenna rrays. e

     were

     and

     

    con t inue o e 

    nvolved

     n hoton ic

     

    nd uan tum 

    evices

     

    esearch

     

    nder

     

    arpa

     

    Ultra) ,

     

    B M D O / O N R ,

     nd R O 

    M U R I 9 9 ) 

    n e rms

     f

     otent ial ys tems pplicat ions,

     

    nd e

     

    re

     

    expanding

     he ynerg i sms 

    m o n g

     

    hese fforts, 

    ncluding

     

    he

     otent ial mp ac t n ireless 

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    10/47

    network

     

    ervices 

    and 

    rchitectures. 

    or

     

    ex amp le , we

     expec t

     ha t

     he

     

    hoton ic nd

     uantum

     

    devices work will lead to very 

    effect ive

     

    imp lementa t ions

     nd 

    ombinations

     f

     very

     ow power 

    commun ica t ion s ,

     uan tum-c ryp to

     

    sys t ems ,

     

    us ing pace- t ime c ode

     divers i ty . 

    O ur proposed

     

    esearch 

    fforts

     

    n he reas

     

    f

     

    data 

    ecurity

     

    and

     eliability, nd n tel l igen t 

    process ing fo r wireless 

    networks

     are 

    desc r ibed

     in th e 

    fo l lowing .

     

    V  

    Data

     

    reliability

     

    and

     

    security

     

    We

     

    proposed

     

    esearch

     n to a ta

     ecurity

     nd 

    eliabil i ty

     will concen t ra te n eve lopmen t f 

    new

     

    algor i thms

     nd

     oding 

    echn iques or

     afe 

    nd 

    ccura te 

    elivery 

    f

     ig i ta l

     

    a ta

     

    rom

     

    diverse

     

    sources over 

    highly var iable wireless

     commun ica t ion s

     

    l inks . 

    Security

     

    and

     

    reliability

     

    via secret sharing 

    Previous ly

     we ad s sumed 

    oiseless

     hanne l 

    o

     

    ha t

     

    ece ived

     acket s 

    p ieces)

     ere  

    ident ica l o hose ransmit ted , l though

     

    here as  ossibil i ty ha t  acke t ould 

    e

     os t 

    (hence

     

    we

     

    used 

    of a 

    0-out-of-20

     

    sys t em) .

     

    herefore

     

    we

     

    considered x t end ing

     he 

    m o d e l

     

    o

     

    allow errors

     

    within 

    rece ived

     

    packets . 

    f

     only

     

    acke t s

     re ece ived , 

    we 

    have n ly  b it f 

    in format ion 

    bou t

     he  b it f

     

    data ,

     

    nd

     

    we canno t 

    orrect

     

    or

     ven 

    etect )

     

    rrors.

     

    f

     1  

    packet s are received, ns tead , 

    we 

    then av e

     00 

    edundant

     

    it s

     

    an d rror orrect ion

     

    ecomes

     

    poss ib le .

     

    Bec au se

     

    random

     

    arity heck odes ch ieve

     

    hannon ' s hannel apac i ty ,

     he 

    1

     

    eceived

     

    packet s

     

    allow reliable t ransmiss ion 

    as

     ong 

    th e rror ate s sma l l

     

    enough ha t

     

    th e apac i ty  

    of th e 

    c hanne l

     

    is somewha t greater than bit/1.1 b it

     

    . 91 . f 2 

    acke t s

     re ece ived, 

    they allow

     

    reliable

     t ransmiss ion

     

    so 

    long

     s

     

    th e

     

    rror 

    a te

     s

     

    mal l 

    enough

     o

     hat 

    he

     apac i ty

     

    of

     th e

     

    c hanne l is somewha t

     

    greater than

     

    bit /1.2

     

    kbi t

     

    .8 3  nd

     

    so 

    on .

     ence , from he

     

    Shannon theory

     

    poin t

     of 

    view

     (in

     which 

    computa t ional 

    equirements

     re 

    ot

     onsidered) , h is  

    general izat ion  of secret

     

    shar ing also allows

     

    opt imal

     

    error correct ion f more

     

    han 

    he

     m i n i m a l

     

    n u m b e r

     of 

    packet s

     is 

    rece ived .

     

    Unfor tuna te ly ,

     

    orrecting

     rrors ith n rbitrary 

    arity

     heck 

    ode

     

    s

     n 

    NP-complete

     

    p rob lem,

     

    o

     he 

    omputational

     

    equirements

     f h is 

    therwise

     

    p t imal

     

    ys tem

     an 

    e

     

    horrendous. e

     

    herefore ropose 

    nves t iga t ing

     

    hether omputationally fficient

     

    rror

     

    correcting

     

    odes

     

    e.g . ,

     

    C H

     

    nd

     

    eed -So lomon

     

    odes)

     

    an

     

    e

     

    sed

     

    or

     

    enera l ized

     

    ecret

     

    shar ing , 

    and 

    if 

    not, t rying to 

    f ind

     

    new

     lasses of

     codes

     hat, 

    while 

    less 

    eff ic ien t

     

    ro m purely

     

    error correct ing poin t 

    of

     view, also

     

    allow genera l ized

     

    sec re t

     

    shar ing . 

    Rela ted o 

    his

     opic s he uest ion 

    f

     

    he

     radeoffs e tween

     

    e t a ta a te

     

    nd

     

    oding

     

    c omp lex i t y .

     W e wish to 

    determine ,

     

    fo r

     a 

    g iven

     l eve l of 

    reliabil i ty, 

    he od ing ompl ex i t y s

     

    func t ion f a ta ate,

     

    he

     ata

     a te ang es

     

    ro m

     

    ery

     

    mal l

     

    he a x i m u m hannel 

    capac i ty . 

    n

     

    art icular ,

     t

     

    is

     

    impor tan t

     

    o etermine whether

     

    th e oding

     

    omplex i ty al ls

     off

     

    rapidly

     or s lowly

     

    as th e

     

    data 

    rate is

     

    reduced

     from  

    capac i ty .

     

    Low communication-complexity error detection codes 

    In

     ddi t ion

     o

     

    he

     ppl ica t ion 

    secret har ing o etwork ata ecurity nd eliabil i ty, we  

    propose o 

    nves t iga te

     

    op ics

     elated o rotect ion f 

    ig h

     peed, ig h 

    o lu me

     ata 

    communications.

     

    Whatever 

    h igher

     level data recovery methods 

    are

     used , data 

    packet s

     

    m u s t

     be

     

    upp l ied

     with a  

    checksum

     

    ha t 

    uaran tees etect ion f 

    ll

     

    u t

      mal l 

    raction

     f 

    oss ib le

     

    rrors.

     

    he

     

    s tandard met hod , yclic 

    edundancy

     heck 

    C RC ) ,

     has 

    m a n y

     dvan tages .  In art icular, t s 

    op t ima l

     with

     respec t 

    to

     burs t error

     

    detec t ion ,

     and 

    can detec t all b u t a fract ion,

     'P ,

     f poss ib le

     

    errors,

     

    where p 

    s

     th e n u m b e r of

     

    check bits . he tw o mos t o m m o n hift 

    egister

     ircuits or 

    calcu la t ing

     

    C R C s

     

    a re

     

    quite s imple and

     

    have

     

    ei ther 

    constan t or 0(log

     p) 

    ate

     delays .

     owever, 

    these

     

    circuits

     

    equire ither 

    arge 

    anou t 

    r

     

    an in ,

     o

     

    ha t

     n ery 

    i gh - speed

     

    perat ion, 

    he  

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    11/47

    long

     

    wires

     

    needed

     to commun ica t e 

    th e 

    s tate of th e 

    c ircu i t

     to

     

    all

     parts 

    of

     th e 

    ne x t

     

    s tate 

    logic re

     

    th e

     

    computa t ional bot t leneck . W e

     will 

    study 

    th e

     error detect ion efficiency

     

    of s impl i f ied 

    R Cs 

    and

     

    ther

     inear

     

    block 

    odes

     n which

     

    ach heck it epends n n ly  mal l u m b e r 

    f

     

    nearby hift

     

    egis ter

     

    its. 

    m o n g

     he 

    ossibil i t ies

     re adder- l ike t ructures 

    s ing

     

    -gates

     

    ins t ead

     of shif t 

    registers .

     

    Error detection

     

    via modulation 

    We 

    p l aned o

     

    xplore ow o se edundancy

     nheren t

     n arious modulation

     

    c hemes

     

    o

     

    provide 

    uff ic ien t

     

    error

     detec t ion . 

    Other echn iques

     ha t 

    re 

    ot e t

     

    used 

    n

     

    he 

    onsumer 

    omain ,

     

    uch

     

    s

     

    ow

     robabil i ty

     f 

    in tercept

     

    ethods

     e.g. 

    pread-spectrum,

     

    ltra-wide-band

     

    ignals ,

     

    emto- second , nd

     

    quantum-limited echnologies) 

    ppear

     

    o

     

    be ompa t ib l e it h ur 

    ecurity

     l gor i thms, 

    iven

     

    ou r curren t 

    work

     with B M D O / A R O

     

    and other governmen t 

    agenc ies

     

    3 . roject

     

    Organizat ion  

    T he

     

    research

     

    suppor t

     fo r this 

    roject

     

    am e

     

    ro m

     wo

     

    Darpa

     

    rog rams : 

    he

     l gor i thms

     

    nd 

    reconfigurable 

    rchitectures

     

    esearch 

    as 

    upported

     

    y

     he 

    dap t ive

     

    Computing ys tems

     

    ( A C S )

     

    program,

     

    and

     

    th e

     

    research

     

    into

     

    appl ica t ions

     

    to

     

    wireless

     

    etworks,

     

    ncluding

     

    oding

     

    nd

     

    security

     

    was

     suppor ted

     by th e 

    Globa l

     

    M o b i l e

     Information

     Systems 

    (GloMo) 

    program.

     

    Stanford niversi ty 

    as

     he r ime ontractor, esponsib le 

    or

     esearch n l gor i thms 

    nd

     

    reconfigurable rchitectures 

    or

     dapt ive 

    Computing

     

    ys t ems

     A C S ) , it h ppl ica t ions 

    o

     

    wireless 

    networks ,

     

    inc luding coding

     and security.

     

    en   V ia was 

    a

     subcon t rac tor , 

    esponsib le

     

    or

     esearch 

    nd

     

    evelopment

     f

      econfigurable

     

    hardware test bed a imed at deployed mobi le wireless services (e .g. A M P S , P C S ) 

    Late

     n to 

    he

     

    ont rac t

     

    nVia

     

    as eorgan ized, u t

     

    he eorganized nVia /Morph ic as

     

    transparent o

     

    he esearch ontract , 

    s

     

    ll 

    work

     

    was erformed

     

    nder nVia 's ubcontract;

     

    however , 

    th e f inal report

     is

     organ ized recogn iz ing this

     change 

    of

     

    responsib i l i ty .

     

    Work

     

    and 

    Funding

     

    Timeline:

     

    Work

     

    actually

     

    star ted

     

    on

     

    this

     

    projec t

     on S e p t e m b e r 6 , 996 . 

    T he

     ubcontract it h n  

    V ia 

    as 

    ina l ized

     n 

    id

     

    December

     996 , 

    herefore

     he

     

    adio 

    subcontract

     it h 

    n V i a tarted 

    hree onths ate . 

    h is

     

    ubcontracted

     

    ork

     oughly 

    main t a in ed his

     

    three mont h e lay , om e f th e work augh t p 

    it h

     he r ig ina l chedu le ,

     

    an d om e ther or k ot urther elayed.

     

    om e

     f he ddi t ional 

    elay

     

    as

     

    aused

     

    y  

    commerc ia l

     

    par tner (Bel l

     outh ) unding

     f en  V ia

     

    t ha t 

    was ei ther

     

    delayed 

    r

     inally 

    id not 

    mater ia l ize ,

     

    hence en  

    V ia

     had to

     wait

     fo r 

    other

     funding

     sources .

     

    A B M D O ecurity

     

    ontract

     

    ffort 

    har ing

     ha t

     was

     

    lace

     it h

     Stanford niversi ty,

     

    as

     

    rescinded

     

    b y ongress 

    October 

    996 , fo r

     non- techn ica l easons ; he

     

    ompensatory t uden t

     

    suppor t was

     

    later 

    approved , and 

    later 

    funded 

    in

     

    part. 

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    12/47

    4 .

     

    Research 

    T he tanford rchitecture nd 

    r i thmet ic

     roup 

    arr ied

     u t esearch

     

    n to 

    lgor i thms

     nd 

    reconfigurable

     rchitectures 

    or

     

    dap t ive

     

    ompu t ing

     

    ys tems

     A C S ) ,

     

    it h 

    pp l ica t ions

     

    o

     

    wireless

     

    networks , 

    nc lud ing

     coding and

     

    security. 

    e n V i a carr ied out research and

     

    deve lopmen t

     of

     a reconfigurable ardware

     

    es t

     

    bed

     

    ime d t

     

    dep loyed

     

    mobi le

     

    wireless

     

    services

     

    (e .g.

     

    A M P S ,

     

    PCS. )

     

    4.1 tanford Research

     

    Algorithms,

     

    Reconfigurable Architectures,

     and Security

     

    Introduction

     

    T he

     

    tanford econfigurable

     

    rchitecture esearch

     

    n

     C S

     

    ased

     

    n ur

     

    amBlox

     

    app roach

     

    o

     

    PG A rogramming,

     n

     bjec t r ien ted es ign

     

    ethodology ha t as

     

    hown  

    some 

    s ign if ican t advan t ages . 

    arious

     

    arithmet ic

     

    an d security

     

    a lgor i thms were 

    imp l emen t ed

     

    n  

    eff ic ien t low-power 

    F P G A

     

    des igns , nc lud ing

     D ES

     

    and 

    IDEA

     encrypt ion

     

    s t andards .

     

    T he ecurity

     

    ork 

    as

     

    emonstrated

     

    ul t i-path

     

    pproach

     

    o

     

    ecure

     

    ireless

     ata

     

    t ransmiss ion n 99 8 

    s ing

     

    hree

     

    aptop

     omputers , ased n wired,

     m o d e m ,

     R ,

     

    or

     

    Ethernet 

    l inks ,

     

    and c ommerc i a l

     

    wireless

     

    Ricochet or 

    Freewave

     

    l inks . 

    W e 

    nves t iga ted ew

     

    pace- t ime

     

    od e

     

    iversi ty ased

     l gor i thms 

    or

     

    ireless

     

    communication

     

    n he ontex t f oftware

     

    efined adios,

     

    ith

     

    he

     

    oal f roviding r

     

    extending

     imul taneous ecurity 

    pr ivacy ,

     

    ntegrity,

     

    eliabil i ty,

     vailabil i ty, 

    nd

     rotection 

    from everse ngineering)

     y

     xploiting aral lel ism

     

    nd calable

     

    ierarch ica l multiplexing

     

    s c hemes to

     

    bu i ld oftware

     

    def ined

     

    ad io rch i tec tures .

     e

     deve loped 

    ew 

    Space-Time-Code

     

    Diversity S T C D ) 

    ased

     

    ecurity

     rch i tec tures 

    ha t

     uppor t ll

     hese

     equirements nd 

    map

     

    well

     

    onto oftware def ined radio t echnologies . 

    4.1.1

     

    FPGA—Adaptive

     

    Computing 

    Systems

     Summary

     

    O ur

     

    D a r p a

     

    C S 

    projec t pecif ic 

    ontributions

     

    or

     he PG A

     des ign

     

    nvironment

     

    nc lude

     

    se t of

     tools

     nd 

    met hods :

     

    AM-Blox,

     onsis t ing f

     

    evels f

     

    bstract ion 

    P a m B l o x

     nd 

    PaModu l es ) .

     

    ur PAM-Blox

     

    software

     

    vl.O 

    s

     ava i lable

     to

     he D A R P A 

    A C S 

    commun i t y nd 

    can 

    e

     

    ownloaded

     ro m he web t

     

    ttp://umunhum.stanford.edu/PAM-Blox/

     

    h is

     

    software

     

    inc ludes a n u m b e r of 

    PAM-Blox

     des ig ns

     

    or

     

    r i thmet ic mult ipliers ,

     

    matrix-multiply,

     

    J a c ob i

     elaxat ion) , nd t andard ncryption

     

    D E S ,

     

    D E A ) ,

     

    hat ompare

     

    avorab ly

     

    ith he  

    R A W

     

    enchmark s , 

    ee

     ur 

    ubl ica t ions

     

    e low.

     

    enera l ly ,

     e 

    ch ieved

     

    erformance

     

    improvemen t s n

     

    throughput ,

     

    area, and /or MOPS/Wat t , ranging ro m  factor f tw o

     

    to ix f 

    our 

    AM-Blox

     

    ased

     

    P G A

     

    es igns

     v er  icro 

    rocessors,

     S P, 

    n d

     SICs , n atency  

    tolerant

     

    app l ica t ions . AM-Blox provides a

     

    c lean interface

     

    to share F P G A des igns .

     

    herefore

     

    we encourage

     

    con t r ibu t ions

     

    in

     

    th e

     

    form  of 

    P a m B l o x , 

    P a M o d u l e s

     

    and 

    ent ire

     ppl ica t ions 

    sing

     

    these odu les . ont r ibu t ions

     

    hould

     

    ollow he

     tyle

     nd

     

    orma t

     

    iven

     

    n

     

    he ase

     

    distribut ion,

     

    nd

     

    ontain

     

    t

     

    east

     

    ne

     

    amp le

     

    ppl ica t ion

     

    here

     

    he

     

    modu le s

     

    re

     

    sed .

     

    ll

     

    contributions

     o 

    PAM-Blox

     

    ave

     o e 

    ist r ibuted

     it h 

    he N U

     

    enera l

     

    ubl ic

     

    i cense .

     

    Ser ious cont r ibu t ions 

    will be reviewed and ,

     

    if 

    accep table , inc luded 

    in

     

    further

     

    releases 

    f

     

    PAM-

     

    Blox. 

    Programmabil i ty ,

     

    Performance

     

    and

     

    Power Metric

     

    fo r

     

    FPGAs

     

    PAM-Blox

      consists

     of 

    open,

     

    bject-oriented

     ircuit enera tors n

     op

     f

     

    he C I amet te  

    des ign

     environment ,

     P a m D C .

     PAM-Blox as 

    first in t roduced

     in

     M e n c e r 

    [ M M F 

    Apr98] .

     

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    13/47

    PAM-Blox re n t ended 

    e

     

    art

     

    f n pen

     

    eposi tory hat

     

    nables

     

    es ign har ing

     

    between

     m e m b e r s 

    f

     

    th e

     dap t ive

     compu t ing

     commun i t y .

     

    High-performance 

    F P G A des ign

     

    or

     

    dap t ive omputing

     

    s

     

    s impl i f ied

     

    y s ing 

    hierarchy 

    of

     pt imized 

    ardware

     bjects escr ibed n ++ . rogrammability 

    mproved 

    y

     s ing  

    object-oriented

     echn iques uch s 

    empla tes ,

     irtual unct ions , unct ion 

    ver load ing ,

     

    nd

     

    inheritance,

     

    in

     

    th e specif ic 

    way

     out lined n his ect ion. 

    with

     

    object-oriented 

    oftware, 

    th e

     

    des ign

     

    f

     

    th e

     

    ardware

     

    bjec t

     

    nterface

     

    s

     

    rit ical

     

    o

     

    he

     

    sefu lness

     

    f

     

    he

     

    ys tem.

     

    n

     

    act,

     

    more ffort was p end 

    n

     he

     

    terative es ign 

    f

     he

     

    nterface,

     

    han as ater ecessary o

     

    des ign 

    th e

     

    hardware

     

    objects

     

    t hemselves .

     

    In 

    rder o

     

    r idge

     he

     pace etween he l gor i thmic

     

    epresen ta t ion

     

    n

     ppl icat ion nd

     

    th e gate level

     ( lookup

     

    table

     level)

     we

     

    add 

    evels

     

    of 

    abstract ion, tar t ing

     

    t

     th e 

    egis ter

     transfer 

    level

     

    ( R T L ) which

     s

     equivalen t

     

    o he a m D C

     

    evel .

     he big 

    icture

    s

     

    hown n 

    igure

     

    below.  

    IflL-iUmiJ'iaSx

      S -  

    InsSnaütion  

    Set-1

     

    IS«,'

     

    svi

     

    sv t

     

    s\v  

    S |PA

     

    I

     

    L V V  

    H A  

    -  -

     

    -

     

    t  

    lk"hii»ral JIM.

     

    'l\E>-tdl lö

     

    Jävs V:M 

    PliMA'ÄIf

     

    IK A  

    ASIC

     

    Th i s igure hows th e 

    Hardware/Software

     

    in terface or 

    ifferent

     

    echnolog ies :

      av a micro- 

    processor

     

    J a v a V M ) ,

     

    onven t iona l

     

    ic roprocessor ,

     P G A s , nd SICs .

     

    enera l ,

     

    he

     

    prog rammer has 

    to

     

    br idge

     th e gap

     

    between

     

    algor i thms

     

    and t ransistors.  

    T he

     

    boundary

     

    between

     

    hardware

     

    and

     

    software

     

    fo r

     

    processors ,

     

    F P G A s ,

     

    and

     

    A S I C s ,

     

    def ines

     

    he

     

    interface

     

    e tween

     

    rogrammer/compiler

     

    nd

     

    he

     

    omputing

     

    lement s .

     

    he

     

    ow-level 

    boundary 

    e tween oftware

     

    and ardware

     or P G A s 

    requires he oftware

     

    to

     

    r idge  large  

    space

     

    from

     

    algorithm  down

     to

     th e

     

    gate

     

    level . 

    The PAM-Story

     

    P A M t ands 

    or

     

    rogrammable

     

    ctive 

    M e m o r i e s .

     

    he

     

    irs t

     A M , 

    eRLe-0 ,

     eve loped t 

    D EC R L n

     

    rance , 

    s

     ne 

    f

     

    he

     irst P G A ased

     

    omputing

     

    ach ines .

     ex t o

     

    he

     

    hardware

     fforts he A M eam ls o eve loped  ++ lass ibrary, a m D C , or reating 

    des igns

     

    fo r Xilinx

     

    F P G A s . T he

     

    m o s t impress ive

     

    result

     

    obta ined

     with

     a m D C nd he eRLe-1

     

    board is R S A

     encrypt ion 

    at

     

    Cray speeds .

     

    T he

     

    mos t

     

    curren t

     

    P A M

     

    is

     

    th e

     

    P C I

     

    Pame t t e

     

    board

     

    deve loped

     

    b y

     

    M a r k

     

    S h a n d

     

    t

     

    th e

     

    DIGITAL

     

    Sys t ems

     

    Research Center .

     

    he P C I Pamet t e consis t s 

    of

     5 Xilinx X C 4 0 0 0 series

     

    F P G A s .

     

    PAM-Blox:

     

    PamBlox and PaModules

     

    PAM-Blox onsis t

     

    of tw o

     major

     ayers f

     

    abst rac t ion .

     

    irst,

     

    amBlox

     

    e e parameterizable

     

    s imple l ements uch s ounters nd 

    dders .

     utomat ic l a cemen t f 

    arry

     

    ha ins

     

    nd

     

    f lexible shapes 

    are

     uppor ted . a M o d u l e s re more ompl ex

     

    l emen t s

     oss ib ly

     nstan t ia t ing

     

    P a m B l o x .

      P a M o d u l e s eneral ly ave

     

    f ixed 

    hapes

     nd re

     sually

     pt imized 

    or

     

    pecif ic

     

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    14/47

    data-width .  Exampl es or

     

    a M o d u l e s 

    re 

    ult ip liers ,

     

    oordinate otat ions  (CO RDICs )

     

    [ M M F Jun98 ] , 

    pec ia l

     r i thmet ic 

    uni t s

     or encrypt ion , nd commun ica t ion modu le s . 

    T he

     ey

     

    ifference f

     u r

     

    pproach

     o 

    ost

     

    ther

     es ign

     ools or

     P G A s

     

    ha t he

     

    des igner 

    has

     

    ptional 

    ontrol over p l acemen t

     

    at

     

    each eve l 

    of

     th e es ign ierarchy ,

     which

     

    th e ey o igh-performance P G A design . s 

    mentioned

     efore, the bjec t 

    nterface

     as  

    chosen 

    areful ly

     

    o

     

    encourage

     

    code-reuse

     

    an d

     

    s impl ify

     

    code-sharing

     

    between

     

    designers .  

    su bse t

     of th e 

    P a m B l o x

     

    h ierarchy is 

    shown

     

    in th e 

    f igure

     below  

    PamBlox 

    PBtopi 

    ConstReg

     

    Register

     

    MuxReg

     

    \

     SerToPar

     

    \ParToSer

     

    Counter

     

    r—

     

    RCounter

     

    LCounter

     

    ^RLCounter 

    \ LECounter 

    Add

     

    FlexAdd

     

    LEShifter 

    represen t ing a

     

    sub se t

     

    of th e 

    P a m B l o x

     hierarchy.

     

    he op bjec t Btop onsists f

     

    a m i n i m a l

     

    a m o u n t

     of 

    logic n d 

    set

     of placement unct ions

     

    ha t re nher i t ed y ll P a m B l o x bjects .

     

    Pref ix R '

     

    s tands or Resetable , L ' fo r Loadable ,

     

    nd E

     

    fo r n Enable . he op 

    object , 

    Btop,

     consists

     of 

    a vec tor

     

    of registers , nd  se t

     of

     placement unct ions ha t

     

    andle

     

    different arry-chain onfigurations. 

    s

     

    n

     xamp l e 

    f

     od e euse , very hild f 

    PBtop 

    inherits

     

    th e

     

    p l acemen t

     

    func t ions

     

    an d

     

    can

     

    overwrite

     

    them

     

    if

     

    necessary .

     

    PaModules

     

    re 

    ore

     ompl ex , enera l ly

     

    i x ed

     

    ircuits 

    mplemented

     

    s ++ 

    bjects .

     

    P a M o d u l e s 

    an

     nclude ul t iple 

    a m B l o x

     nd re 

    ptimized

     

    or

     

    pecif ic

     ata-width . 

    Exampl es

     re 

    onstan t (K)

     

    oefficient

     ul t ipl iers 

    K C M s ) ,

     

    ooth

     

    ult ip liers ,

     Coordinate 

    Rotat ion 

    Dig i t a l Computer

     

    ( C O R D I C )

     

    ircuits

     

    (mentioned

     

    above) ,

     

    and

     

    spec ia l

     

    purpose

     

    ar i thmet ic units uch

     as 

    a constant mul t ip ly 

    modu lo

      (2^ + 

    )

      operat ion fo r 

    encryp t ion .

     

    T he table below

     

    shows th e

     

    code-s ize of AM-Blox ersion .0 c ircu i t enera tors . ode-s ize  

    is g iven in 

    P a m D C

     

    /

     

    C ++

     l ines 

    necessary

     to 

    i m p l e m e n t

     th e 

    objects .

     

    PamBlox 

    PaModules

     

    No. f

     Objects

     

    28  

    6

     

    Lines of C o d e  

    1370

     

    750

     

    A v . 

    ines

     per 

    Object

     

    ~50

     

    20  

    Hierarchical Naming 

    Commerc ia l

     ynthes is ools

     

    m a k e t difficul t

     o

     pt imize 

    ircuits

     n  ow eve l 

    e.g. 

    fter

     

    place-and-route)

     y lat tening he

     

    es ign nd

     

    hanging

     

    he

     

    a m i n g 

    f

     he

     wires. 

    P a m D C

     

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    15/47

    enab le s irect ontrol ver

     th e

     aming f wires. AM-Blox re mplemen t ed

     

    o uppor t

     

    hierarchica l

     

    naming

     

    s c heme 

    that

     

    crea tes

     

    unique

     

    n a m e or ach 

    wire 

    in he 

    es ign

     imi la r to  

    pa ths

     n 

    f i le - sys t em.

     he 

    am e

     f

     

    each wire

     conta ins

     ll

     

    he ncestors paren t bjects) 

    f

     

    th e

     

    wire.

     he

     to p

     n a m e

     can

     

    be spec if ied 

    b y 

    th e 

    des igner , .g .

     P a M o d u l e 

    mul t ip l ier

     with th e  

    n a m e multy con ta in ing ne d d e r with  carry -chain , esul ts

     

    n ,the

     

    fol lowing am e or he

     

    third

     e l emen t of th e carry -chain ,

     

    e.g.  multy/'addOi'carry

  • 8/18/2019 Re-Configurable Multimode, Multiband Information Transfer Systems

    16/47

    opera t ions

     

    'shift and

     add ' 

    m ap 

    easily

     onto th e Xilinx X C 4 0 0 0 E

     

    l ibrary

     

    used 

    by 

    F P G A xpress

     

    II . herefore here s not m u c h oom or re a mprovemen t . lock requency f

     

    th e AM- 

    Blox 

    es ign

     

    s

     

    n ly

     bou t 

    5%

     

    igher

     

    han

     he

     es ign

     pt imized 

    y

     ynopsy s D L  

    compiler .

     However ,

     th e

     

    improvemen t

     in area 

    is 

    abou t 

    2 0 % . 

    B. DES

     

    Encryption 

    D ES

     

    encryp t ion

     

    is

     

    well

     

    suited

     

    fo r

     

    implementa t ion

     

    in

     

    hardware .

     

    T he

     

    bas ic

     

    pr imit ives

     

    are

     

    ixed

     

    permutations

     

    nd

     xclus ive-or .

     

    he

     

    esults

     

    or

     he 

    PAM-Blox

     

    ES

     

    es ign

     

    n

     

    able

     

    elow

     

    show a 

    3 0% ncrease 

    in per formance

     (clock 

    f requency)

     

    us ing 

    n ly

     alf 

    of

     

    th e

     rea.

     

    T he

     uper ior 

    esults

     bta ined it h PAM-Blox re ue o 

    art ia l ly

     anua l 

    lacement

     

    nd

     

    t echnology

     

    map p ing ,

     

    i .e. he carefu l 

    design of

     logic that fits

     into 4 b it

     lookup

     

    tables .

     

    C . 

    nteger Matrix Multiply 

    T he 

    M at ri x

     M ul t ip ly 

    enchmark

     mul t ip l ies 

    wo

     

    4 x 4

     

    mat r ices

     

    with

     4  2  6 mult ipl iers nd 

    an 

    dder

     ree.

     

    P G A 

    Express I

     ses imp le

     

    i t -ser ial

     

    hift-and-add

     ul t ipl icat ion. 

    u ll

     

    matr ix

     

    mul t ip ly

     

    therefore 

    t akes more han 

    0 lock 

    yc les .

     

    or 

    his benchmark e 

    chose

     

    o

     

    create a

     

    more

     

    eff ic ien t

     

    computa t ional

     

    st ructure, 

    .e . an

     arithmet ic 

    un i t

     

    o how how 

    PAM-Blox

     

    can

     be 

    used

     to 

    adap t he r i thmet ic nits 

    o

     he

     

    pecif ic

     

    equirements f th e

     

    ppl ica t ion . y

     

    implementing

     

    mul t ip le

     

    i t -ser ial

     

    mul t ip l iers

     

    s ing

     

    ooth

     

    ncod ing ,

     e 

    are

     

    b le

     o 

    rade

     

    rea

     

    for

     performance.

     

    bviously

     Booth mul t ip l iers

     

    are more

     

    eff ic ien t 

    fo r 

    this pecif ic 

    pplication. 

    T he idea 

    is

     

    to

     use th e 

    PAM-Blox 

    nv i ronmen t 

    to 

    choose

     

    th e ar i thmet ic n it ~

     

    n ur ase he

     

    mul t ip l ier ~ that is

     

    bes t suited

     fo r

     th e specif ic app l ica t ion .

     

    RAW

     

    Benchmark

     

    Results 

    T he

     able

     

    elow 

    hows

     

    tw o P A M - B l o x 

    es igns ,

     A M - B l o x  nd A M - B l o x , 

    iffering

     

    only

     

    in 

    th e select ion 

    of

     

    th e

     mul t ip l ier

     P A M - B l o x 

    ult ip lies

     he 

    mat r ices n

     

    lock ycles  

    while

     

    P A M - B l o x  ake s

     9

     

    lock 

    yc les or  full

     

    x 4 mat r ix multiplication

     

    ncluding

     

    ata

     

    t ransfer .

     

    lock

     ycle

     imes

     or

     he 

    A M - B l o x

     es igns 

    re

     round

     3

     Hz. he riginal

     

    des ign

     

    syn thes ized with 

    F P G A

     Express 

    II

     runs t

     5

     

    M Hz

     nd equires

     

    9 lock yc les or 

    full mat r ix 

    mul t ip ly . 

    i i

     

    Comi ' ik Time

     

    Arra 

    C L B ]

     

    Fi^picricv"

     

    JMXifil 'M 

    i 'SHjüj  | 

    FEU 

    I

      SO s   16 4 

    30 

    M Hz

     

    } PAM-Blox  

    i 45   S  

    12 9 

    m

     M H* 

    \

     

    D ES 11 

    i

     

    F E 

    II