杰克·埃里克森,MathWorks
5G NR HDL小区搜索和MIB恢复参考应用程序是经FPGA验证的子系统IP,它执行OFDM解调并检测主同步信号和次同步信号(PSS/SSS),然后解码主信息块(MIB)。FPGA子系统采用Simulink设计万博1manbetx®,并可按原样使用或修改以检测和解码信号同步块(SSB)信息,以便在5G无线应用程序中使用。本视频概述了用于创建信号同步块的设计方法,并展示了如何模拟信号同步块并为FPGA或ASIC实现生成可合成RTL。详细信息包括:
Wireless HDL Toolbox中的NR HDL Cell Search和MIB Recovery reference应用程序是经过硬件优化的实现,您可以将其作为无线应用程序的一部分用于检测和解码5G新无线信号信息。
生成HDL的子系统在Simulink中建模,因为Simulink具有内置的时间感,有助于可视化并行体系结构和定点数据类型传播。万博1manbetx
由于这些都是从使用5G工具箱的MATLAB算法开始的,所以我们使用这些代码来验证我们的实现,这里演示了工作流。
第一步是从测试台对将部署到应用程序的功能进行分区。我们在MATLAB中正确地实现了这一点,同时添加了部署所需的一些功能,以便验证数值。例如,因为这需要用于真实的无线信号,它包括一个数字下变频器,用于混频到基带和改变采样率。
输入波形由该MATLAB函数生成,也包含在该参考应用程序中。
在输出端,MATLAB代码将首先显示和绘制结果,然后打印与参考的一些比较。
在此图中,蓝色框表示测试台元素,橙色框表示设计。尽早进行分区非常重要,这样可以更容易地进行切换,并比较具有更多实现细节的版本。
有两个主要的子系统是针对硬件的。第一个将执行单元搜索并检测主同步信号和次同步信号,有时这就是应用程序需要使用的全部。第二个子系统使用该信息对主信息块或MIB进行解码。
它以同步信号块检测为重点,分两个阶段运行,由软件层控制。
第一阶段-搜索模式-接收波形以及频率偏移和所需子载波间隔的粗略估计,并执行PSS检测,返回三个可能PSS值的相关结果。搜索模式允许软件在不同的粗略频率偏移和子载波间隔下协调PSS(或小区)搜索。软件确定与最强小区对应的最强PSS相关性,然后在解调模式下再次调用相同的硬件子系统,这一次将此PSS信息传递给硬件以执行OFDM解调和SSS检测,并返回这些结果。
还有一个MATLAB结构的诊断信号,可以传递到顶层。这很好地构建了设计,以便稍后将这些信号提升到FPGA的顶层进行调试。
最后,SSB解码子系统对解调后的资源网格中的MIB信息进行解码。
我们仍然需要调整这些算法以处理连续的信号数据流,就像在硬件中一样。Simulink是实现这一点的最佳环境,因为它为计时建模。万博1manbetx
MATLAB测试台驱动Simulink模型的输入,并将其转换为样万博1manbetx本流,然后返回到输出上的帧,与MATLAB硬件参考算法进行比较,在此阶段,该算法是测试台将用于验证的参考。
在这里,我们为每个硬件目标子系统创建了单独的Sim万博1manbetxulink模型。这显示了分区的好处——我们可以使用一个分区的MATLAB仿真版本,同时关注另一个分区的Simulink细节。首先是单元搜索子系统。
MATLAB数据通过此处的From工作区块传递,并将为MATLAB收集的这些输出传递到工作区块。当我们使用MATLAB驱动测试台时,能够可视化体系结构和数据类型传播使Simulink更有利于将流硬件行为添加到设计中。与MATLAB参考一样,输入波形在第一种模式下通过DDC移动到PSS检测,结果作为软件返回到MATLAB测试台,然后在解调模式下驱动回硬件,在那里发送到OFDM解调器,这是一个硬件就绪块,您只需插入并配置即可。解调后的网格输出,并发送到SSS检测,结果全部记录在系统输出中,并万博1manbetx返回到MATLAB。您还可以看到收集诊断信息以输出到顶层。
我们可以从MATLAB开始模拟,并在开始时生成生成生成的测试波形图,显示传输波形中所有八个SSB的组合资源网格。由于在每种模式下都运行MATLAB和Simulink,因此仿真需要几分钟的时间……因此,请跳过前面的步骤,查看结果。首先,小区搜索模式结果显示PSS0是最强的小区,然后是来自SSS相关器的一个干净的峰值,最后是频谱图,显示PSS之后的解调符号,其中SSS位于第二个符号的127个资源元素的中心。所有这些结果和诊断返回到MATLAB工作区进行分析。万博1manbetx
然后,如果要解码MIB,MIB恢复参考应用程序会添加一个块解码模块。该模块在检测块发出检测到单元ID的信号时触发。它传入单元ID并在网格数据中传输。同样,这是很好的分区,它处理物理广播信道,然后使用极性解码器IP块处理广播信道,并使用此状态机收集输出。
现在,您可以使用HDL编码器为每个子系统生成HDL。通常,您会在应用程序中使用一个或两个,并从整个应用程序生成HDL。但是,如果您只想尝试将此参考应用程序部署到软件定义的无线电工具包中,我们还将此设计的一个版本组合在一起,并设置为以基于Xilinx Zynq的SDR为目标。HDL workflow advisor中的所有内容都是预先填充的,包括硬件和软件之间通信的AXI接口映射,它将生成HDL、AXI映射、嵌入式软件和驱动程序,并对电路板进行编程,以便您可以使用空中直播信号运行。
但通常情况下,您会按原样使用它,或自行修改以将SSB和MIB信息返回到基于5G的应用程序。
参考应用程序概述提供了更多详细信息,设计本身可在Wireless HDL Toolbox中找到
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