Modern embedded systems complexity, performance and energy efficiency has been increasing steeply the last few years. An explosive growth in demand for wireless communication is observed as well and modern wireless links are expected to deliver bit rates of several gigabits while consuming even less energy. In order to satisfy these needs new technologies emerge and novel design approaches are put into practice. Communication at 60 GHz is such a technology that is able to deliver high bit rates in short range wireless links. A major motivation to use the 60 GHz spectrum is the worldwide availability which makes exploitation economically viable. Moreover, small wavelength of only 5 mm promises high integration due to small antenna component size which is one of the main bottlenecks for reducing the dimensions. However, increased frequency comes with many disadvantages as well. To increase the market potential of such a new technology the chip design needs to be cheap and energy-efficient. Such cost and energy constrains heavily impact the performance and the quality of both the analog and the digital components of the chip. In the current thesis the design possibilities of a component in the digital baseband of the receiver of such a chip are explored. The component under investigation is a Fast Fourier Transform (FFT) that is used for frequency domain equalization. This part of the receiver is used to reduce the effects of multipath in a non line-ofsight communication environment and as this is a common case in wireless communication the FFT block has been identified as one of the 2 most computational intensive components of the receiver in 60 GHz. This is the main reason why we explore possibilities to further decrease the power consumption of the block while maintaining the performance and the quality of service. To achieve this reduction the possibilities of a new design concept are explored. System Scenarios is a new design concept for embedded systems operating in dynamic environments. Wireless communication systems exhibit high dynamism during their operation on highly varying data streams, providing the System Scenarios huge xvi capabilities. The essential idea behind system scenarios is the classification of the application under investigation from a cost perspective during design time. Then, the classification is exploited during run time resulting to an overall improved implementation of the application. To achieve this the application is broken down to run-time situations (RTS) which are distinguishable operation modes of the application. Then RTSs with similar costs are clustered to form system scenarios. Finally for each scenario a different mapping and scheduling of the application is generated. In the case of the current thesis the application is the FFT and the cost perspective is the power consumption of the component. To exploit the RTS clustering in run time different quantization schemes have been produced. These schemes have been generated based on various properties of the data waveforms in the input of the FFT. The thesis explores the potential of the System Scenarios as well as the application of a quantization methodology for the FFT. Different options of the RTS clustering and the quantization of the FFT block are evaluated in order to come up with a more efficient implementation. / Τα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα παρέχουν στους χρήστες έναν καθημερινά αυξανόμενο αριθμό υπηρεσιών και λειτουργιών. Η ζήτηση τς αγοράς για ϕθηνές, αξιόπιστες και ϕορητές ηλεκτρονικές συ- σκευές ωθεί τα όρια του σχεδιασμού των ενσωματωμένων συστημάτων σε νέες ανεξερεύνητες περιοχές. Η ϕορητότητα απαιτεί την αϕαίρεση όλων των καλωδίων είτε για μετάδοση δεδομένων είτε για ενέργεια. Για να επιτευχθεί αυτό, η ασύρματη επικοινωνία σε υψηλό ρυθμό μετάδοσης είναι επιθυμητή χωρίς να θυσιαστεί η υψηλή ενεργειακή απο- δοτικότητα που καθιστά την συσκευή αυτόνομη από το ενεργειακό δίκτυο για μεγάλες χρονικές περιόδους. Η συνεχής αύξηση στις προδιαγραϕές των σύγχρονων ενσωματομένων συστημάτων έχει οδηγήσει στην χρήση καινοτόμων ιδεών, προσεγγίσεων και τεχνολογιών. Μια νέα τεχνολογία που υπόσχεται υψηλή ολοκλήρωση και υψηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων στις ασύρματες ζεύξεις είναι η επικοινωνία στα 60 GHz. Μια νέα προσέγγιση σχεδιασμού για ενσωματομένα συστήματα υπόσχεται αποτελεσματική εκμετάλευση του δυναμισμού που μπορεί να παρουσιάζει ένα σύστημα. Τα ασύρματα συστήματα επικοινωνίας λειτουργούν τυπικά σε πολύ δυναμικά περιβάλλοντα. Τα Σενάρια συστήματος έχουν μεγάλες δυνατότητες για να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα της υλοποίησης των ψηϕιακών βάσεων τέτοιων συστημάτων. Στην παρούσα διπλωματική εξερευνούμε της δυνατότητες της αρχιτεκτονικής του FFT που βρίσκεται στην πλευρά του δέκτη ενός πομποδέκτη στα 60 GHz. Ο FFT είναι μέρος της εξίσωσης στο πεδίο της συχνότητας που χρησιμοποιείται για να μειώσει της επιδράσεις του ϕαινομένου multipath. Χρησιμοποιώντας Σενάρια Συστήματος προσπαθούμε να καταλήξουμε με μια πιο προσαρμοστική και συνεπώς πιο ενεργειακά αποδοτική υλοποίηση του μετασχηματισμού. Η εϕαρμογή των Σεναρίων Συστήματος χρησιμοποιώντας δεδομένα ως παράμετρο είναι μια καινοτόμα προσέγγιση και σε αυτή την διπλωματική εργασία ελέγχουμε την επιτευξιμότητα της. Για να επιτύχουμε κάτι τέτοιο πρέπει να μπορούμε να παράγουμε πολλαπλά διαϕορετικά σχέδια κβαντοποίησης του μετασχηματισμού σε αποδεκτά χρονικά διαστήματα. Οι παρούσες μέθοδοι κβαντοποίησης δεν μπορούν ακόμα να παρέχουν τέτοια δυνατότητα. Έτσι βασιζόμενοι στην επέκταση μια υπάρχουσας μεθοδολογίας προτείνουμε μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία που μπορεί να παράγει σχέδια κβαντοποίησης μεγάλων στοιχείων υλικού όπως ο FFT.

The increasing number of portable devices, such as Smart phones, laptops, tablets etc, has certainly pushed up the market of wireless communication systems. These high performance devices need to comply with the strict requirements in terms of energy consumption. Battery capacity progress is relatively slower compared with the technological evolution of devices. Therefore, energy consumption issues can be solved when innovations are introduced in the processor design and architecture side. This thesis focuses on the word-length optimization for algorithms that run on wireless receivers with multiple antennas (MIMO). The study was made for the signal’s quantization. Earlier experiments have shown that the signal conversion from floating–point to fixed–point representation requires unaffordable Bit-Error-Rate (BER) simulations that may last for hours or even for days. During this thesis, a new divide-and-conquer method has been developed. It faces the ‘quantization problem’ hierarchically by grouping signals and exploiting the correlation between quantization error and Gaussian additive noise. BER simulations were limited by involving noise simulations. This method was successfully applied to a highly adaptive digital signal processing (DSP) algorithm, improving the total simulation time up to 84%. / Η αυξανόμενος αριθμός των κινητών συσκευών, όπως τα Smart phones, laptops, tablets κλπ, έχει εκτοξεύσει υψηλά την αγορά των ασύρματων συσκευών επικοινωνίας. Αυτές οι συσκευές υψηλής τεχνολογίας πρέπει να συμμορφώνονται με τις αυστηρές απαιτήσεις στα πλαίσια της κατανάλωσης ενέργειας. Η πρόοδος της αύξησης της χωρητικότητας της μπαταρίας χαρακτηρίζεται σχετικά αργή συγκρινόμενη με την τεχνολογική εξέλιξη των συσκευών. Ως εκ τούτου, θέματα που αφορούν στην κατανάλωση ενέργειας αντιμετωπίζονται όταν πραγματοποιούνται καινοτομίες στον τομέα της σχεδίασης και αρχιτεκτονικής επεξεργαστών. Η παρούσα διατριβή εστιάζει στην βελτιστοποίηση των μηκών λέξεων (word-length optimization) για αλγορίθμους που τρέχουν σε ασύρματους δέκτες με πολλαπλές κεραίες (MIMO). Η μελέτη αφορά στην κβαντοποίηση σημάτων (signal quantization). Προηγούμενα πειράματα έδειξαν ότι η μετατροπή των σημάτων άπειρης ακρίβειας (floating-point) σε πεπερασμένης (fixed-point) απαιτεί χρονοβόρες Bit-Error-Rate (BER) προσομοιώσεις που μπορεί να διαρκέσουν πολλές ώρες ή ακόμη και ημέρες. Κατά την διάρκεια της διπλωματικής εργασίας, αναπτύχθηκε μία νέα divide-and-conquer μέθοδος. Αντιμετωπίζει το πρόβλημα της κβαντοποίησης ιεραρχικά ομαδοποιώντας τα σήματα και εκμεταλλεύοντας την συσχέτιση του σφάλματος κβαντοποίσης (quantization error) και του προσθετικού Γκαουσιανού θορύβου (AWGN). Οι BER προσoμοιώσεις περιορίστηκαν περιλαμβάνοντας προσομοιώσεις θορύβου (noise simulations). Αυτή η μέθοδος εφαρμόστηκε επιτυχώς σε πολύπλοκο αλγόριθμο υψηλής προσαρμοστικότητας για DSP, βελτιώνοντας τον συνολικό χρόνο προσομοίωσης έως και 84%.