大家好,欢迎来到我们的演讲,用MATLAB和Simulink验证Xilinx RFSoC Gen-3系统在毫米波应用中的性能。万博1manbetx我是来自MathWorks的Noam Levine,今天和我一起的是来自Avnet的Matt Brown。
在我们开始之前,有几个后勤方面的事情我想要说明一下。如果您在听音频或看演示文稿时遇到任何问题,请在聊天面板中输入内容与网络会议主持人联系。如果你有任何问题要问演讲者,你可以在网络研讨会屏幕上的问答面板中输入。这些问题将在演讲结束时回答。
在今天的网络研讨会中,我们将首先让Matt介绍一个毫米波系统开发的例子。然后,我将简要概述RFSoC第3代,并讨论使用MATLAB和Simulink的RFSoC开发工作流程,从系统建模到部署。万博1manbetx然后我要把它还给马特。
他将与RFSOC Explorer一起使用的RFSOC Explorer与设备级模型和控制开始,转向系统级别示例,查看5G G测试模型,然后谈论RFSOC的一些硬件平台选项。然后我会关闭问题并谈谈一些您可以采取的下一个步骤,以便使用Matlab和Simulink的RFSoc开发系统。万博1manbetx现在我将把它翻过来来走过系统开发的例子。
谢谢诺姆。让我们从描述将要处理的应用程序空间开始。6千兆赫以下的频段很拥挤。5G FR2开放了24至52千兆赫的频谱。这些毫米波长度的挑战是高传播损耗。因此,我们需要部署天线阵列,并使用波束形成技术,以提供高空间处理增益。
一种被称为混合波束形成的高效架构,将数字技术与模拟波束形成集成电路相结合。这种类型的系统需要多通道的数据转换和高性能的实时处理在紧凑的足迹。第三代Xilinx RFSoC提供多达16 × 16通道的千兆采样数据转换。所以它是这种系统的理想候选者。
现在,当然,你想要的是打开MATLAB,开始将波形流到芯片上。更实际的是,我们从RFSoC Gen-3 ZCU208开发板开始,并添加一个提供毫米波转换的射频卡。
这是系统在长凳上的样子。我有一个用MATLAB编写的应用程序,通过以太网与ZCU2等待开发工具包交谈。右边的黑色圆点卡从6千兆赫转换到20到30千兆赫范围。我们在MATLAB中编写的应用程序叫做RFSoC Explorer。
我将从打开一个DAC贴图开始,你可以看到在这个DAC贴图中有两个可用的通道。首先配置一个10兆赫的CW音。你可以在时间序列图中看到在右下角。可以切换到频域来看这个。
你可以看到数据转换器子系统的所有参数都可以在这里方便地配置,包括插值和CO混频器和DAC本身的其他参数。我也有能力从其他来源生成和导入信号。
底部通道的信号源来自无线波形发生器。这是一个5G NR信号和FR 2频谱。你可以在右边看到频域图。另一种配置DAC子系统的方便方法是使用api中内置的RFSoC Explorer。
这里我创建了一个混合器设置的结构,我可以使用内置在API中的RFSoC Explorer来配置混合器。你会注意到,在用户界面上,这些变化都反映出来了。在这里,我们使用API来改变频道2混频器,以切换到课程混合的fs超过2。对于adc的数据采集,瓦片结构看起来类似,尽管这里有一些独特的参数。
就像DAC一样,我们可以使用编程访问来捕获数据缓冲区。在这里我使用了读取的ADC缓冲区API并将输出存储在名为ADC缓冲区的变量中。捕获的示例缓冲区在MATLAB工作区准备时为时域或频域分析。当然,您也可以进一步喂食您可能拥有的其他模型。
在稍后的网络研讨会中,我们将探讨RFSoC Explorer的一些更高级的特性。现在我把它交给诺姆。
谢谢马特。现在我想简要概述一下RFSoC是什么,以及它在无线应用中的位置。因此,RFSoC是Zynq芯片系统家族的一部分,其正式名称为Zynq UltraScale+ RFSoC。Zynq是MathWorks自2012年以来一直支持的一系列设备。万博1manbetx
我们的例子将基于第三代RFSoC,在SOC架构中集成了8或16通道射频数据转换器,并支持所有低于6千兆赫的无线应用。万博1manbetxRFSoC系列是为高性能射频应用而设计的,包括5G通信、雷达、测试和测量设备,以及大规模MIMO和混合波束形成应用。
在单个芯片上结合射频和可编程逻辑为工程师提供了一个独特的设计环境,他们可能习惯于使用离散的射频加基带处理组件。在集成设备中,可能会出现关于射频信号质量的问题。
为了解决在集成RF +处理环境中开发算法的一些要求,我们现在将重点介绍在MATLAB和Simulink中系统设计过程的步骤。万博1manbetx该设计过程包括系统建模和仿真、硬件评估和表征、空中测试、算法验证、SOC系统建模,最后是硬件部署。Matt随后将深入了解硬件评估和表征过程的更多细节。
MATLAB和Simu万博1manbetxlink为您提供了建模和模拟整个射频系统的能力。从物理射频设备的行为模型,到天线和传输信道模型,对整个系统有一个准确的表示,可以让您更快地构建更好的算法。
一旦我们了解了我们将在其中工作的系统,下一步就是确保我们的射频硬件将满足其性能要求。在这个开发阶段,我们在MATLAB和Simulink中生成波形,通过我们的硬件发送它们,然后将信号循环回我们的硬件,并在MAT万博1manbetxLAB中分析返回的信号,以确定各种基于标准或自定义波形的硬件性能。
一旦确定了设备的性能,我们就可以扩展我们的测试,以验证我们能够正确地通过空中传输信号。在MATLAB和Simulink中使用相同的波形库,我们现在添加外部测试设备到我们可以从MATLAB控制的混合中。万博1manbetx为了验证我们的基带算法将在现实世界中工作,使用我们的射频SOC硬件捕获信号,我们可以流数据到MATLAB和Simulink进行处理和分析。万博1manbetx
这一阶段允许我们在将任何一种方案提交到硬件之前探索多个假设场景和算法选项。允许您将原型开发工作集中在可能产生最佳结果的算法上。
除了确认我们的算法在数值上是正确的外,我们还需要知道它们是否能在给定的SOC设备上正确运行。这个发展阶段允许您测试不同算法之间的分区选项的处理系统和可编程序逻辑Zynq UltraScale + RFSoC,尝试不同的缓冲和FIFO的大小,并验证,不仅将结果是准确的,但该算法将执行正确的设备。
既然我们已经确定了我们的硬件符合操作要求,验证了我们的算法在数字上是正确的,并确保它可以在现实世界场景中运行,并确定我们的算法可以在分配的硬件资源中运行,我们现在准备部署我们的算法RFSOC的可编程逻辑和处理系统的算法,让它进行处理。
有了有指导的工作流顾问,即使那些不熟悉FPGA编程工具的工程师也可以生成HDL IP核和嵌入式C代码,并在RFSoC硬件上使用它们。一旦部署完成,我们可以通过代码仿真和FPGA在循环测试验证操作。
本演示的剩余部分将集中于硬件评估和特性描述。所以我将把它交给Matt,他可以详细介绍RFSoC Explorer和Avnet宽带毫米波无线电开发工具包。
Xilinx RFSoC体系结构包括为每个通道内置的数字前端。这包括数字上下转换器,带有本地和NCOs的数字混频器,增益和相位补偿,以及内部RFPLLs。数据转换子系统的特性通常是通过对整个无线电进行仔细的频率计划来完成的。我们在Simulink中使用MATL万博1manbetxAB对整个第3代RFSoC数字上变频器半带滤波器链进行建模。
第三代硅的扩展插值结构和系数尚未公开发布。这里的图表展示了我们的第2代设备模型只是为了表达这个想法。然而,我们确实在RFSoC Explorer中集成了用于第3代硅的数字上变频器的精确仿真模型。
由于我们正在RFSoC Explorer中建模整个数字上转换链,您可以看到第三代硅的扩展插补范围,最大可达40倍。当我们在这里做改变时你可以看到改变反映在频域图上在右边。
现在你看到的是基带信号和频域。为了看到输出端数字上转换的变化,我们切换到duck输出模式。这就是我们期望看到的鸭子输出的整个范围,包括插值阶段。
第3代RFSoC内置了图像抑制滤波器,用于在频域选择高或低图像。这里选择低通。你应该希望我们的信号在基带不受影响。这就是我们所看到的。然后选择IMR高通。你可以看到效果。我们在基带的信号被大量衰减,有利于更高的图像。
我们的数字上转换链的MATLAB模型包括NCO混频器。这允许您进行仔细的频率规划。对于毫米波系统来说,频率规划和建模是至关重要的,因为一旦信号通过放大器和模拟混频器等非线性射频模拟元件,最终到达测试设备,就很难将引入传输信号的刺激解嵌入并诊断根本原因。
所以在RFSOC Explorer中,您可以尝试不同的频率计划。在这里,我将向我们的信号混合到2000的频率。您可以看到在频域中反映。现在,在RFSOC Explorer中使用多个频道,您可能希望在汇总视图中看到输出。
在这里,你可以查看DAC多图选项卡,并跟踪所有DAC的所有瓦片上的不同波形。这里有内置的小部件,用来做缩放功能,如果你想放大并查看信号。然后你可以导出这些PNG图形文件作为文档。
此外,如果您想开始使用一些内置的工具来分析频域的东西,您可以很容易地打开频谱分析仪。这是原生的MATLAB频谱分析仪对象和所有内建的工具来做信道测量和信号分析。
OTAVA毫米波收发器卡的频率规划是为了实现一系列宽带应用。因此RF范围大约是20至30千兆赫兹。对于TX和Rx,有独立的低光泽字母锁定到用于RFSOC转换器的相同参考时钟。并且架构是灵活的,以便允许高或低侧面喷射。
您可以在图中看到每个RF信号链包括增益和衰减器级。现在要注意的是这些是高性能,从必须控制的货架组件上。我们构建了该控件进入RFSOC Explorer界面。
Otava DTRX2毫米波卡上的每个组件都可以通过RFSoC Explorer中的这个选项卡进行控制。你可以看到TX的独立电源,RX的独立电源。每个信号链,无论是发射和接收,都可以独立控制。
我们还创建了一个直观的API来控制您在这里从MATLAB命令提示符看到的所有特性。在这里,我创建了一个脚本,该脚本使用API在传输链中迭代多个DSA设置。您可以看到,当我们使用API使用脚本遍历这些值时,更改就反映在这里的用户界面中。
到目前为止,我们已经多次引用了5G和我们的波形。作为标准化过程的一部分,3GPP定义了几种类型的参考波形,作为吞吐量和EDM等测试的基础。MathWorks 5G工具箱为测试模型和参考测量通道提供兼容的波形。
这里显示的白皮书是由MathWorks 5G专家撰写的,是对该主题的极好介绍。在RFSoC Explorer中,我们通过无线波形发生器访问5G工具箱。在这里,我们可以选择5G测试模型,并为不同的用例配置它们。
我们将从选择24 +千兆赫范围的FR2开始。在我们的第一个测试模型中,我们将选择64-QAM调制的单个物理资源块。我们也可以选择一个全频带测试模型来测试吞吐量。在这里,我们将选择120千赫兹的子载波间距并将带宽最大化至400兆赫,并生成波形。
从这里,我们可以直接将该波形输出到RFSoC Explorer中。你会注意到这里的选项将信号重新采样到RFSoC Explorer的采样率域。这就是我们要将5G波形导入RFSoC Explorer的全部内容。
当然,我们可以配置目标,即zc208上的rfsoc,并将此波形直接下载到DAC缓冲区中进行重播。我们的目标是演示该平台如何使用一个名为RFSOC Explorer的直观界面轻松地配置RFSoc数据转换器子系统。
因为这个应用程序是建立在MATLAB上的,所以您可以本地执行分析、开发算法,并创建与流数据交互的仿真模型。通过射频前端卡,该原型的功能超越了RFSoC,实现了空中测试和无线电回路实验。
如果您想尝试RFSoC Explorer,可以从MATLAB插件商店免费安装。只需点击顶部ribbon上的Get add-ons,并在搜索框中输入RFSoC。
RFSoC第3代宽带毫米波无线电开发套件将于2020年11月上市。价格略低于2万美元。如果你想了解更多信息,请访问Avnet网站,使用短URL rfsoc-mmw。
为了提供使用RFSOC Gen-3设备的生产路径,我们正在开发XRF 8模块。这是通过8乘8个直接射频采样模块的生产,具有六个Gigahertz的模拟带宽。它具有GEN-3 ZU47或48器件,具有超低抖动RF PLL的特点,只需在5.5到16伏的范围内仅需要单个输入。
这将在明年第一季度可用。如果您想了解更多关于这个模块的信息,请访问Avnet网站,并使用短URL rfsocsom。那里会有一个表格,你可以把你的名字和电子邮件地址填进去,要求更多的信息。
为了加速XRF8模块的开发,RFSOC资源管理器将包括对模块和明年初推出的运营商卡的支持。万博1manbetx回到你诺姆。
谢谢马特。现在,如果您有兴趣了解来自Matlab和Simulink的RFSoc Gen-3的系统开发,我想突出一些下一个步骤。万博1manbetx要索取免费的MATLAB试用包,并在此视频中描述的工作流程背后的产品内容了解更多信息,请访问MathWorks.com/rfsoc。s manbetx 845
更多地了解一般从MATLAB和Simulink无线解决方案万博 尤文图斯,您可以访问mathworks.com/wireless,,万博1manbetx你可以看看我们的一些新电子书部署5克,和我们的无线通信在fpga以及无线信息参考设计5 g和其他标准。
最后,如果你想了解更多的个人信息,可以发邮件给我们rfsoc@mathworks.com。我们的演讲到此结束。现在我们花点时间回答大家的问题。如果你有问题,请在问答区发布。我们会花几分钟回顾一下,然后回到网上回答你们的问题。