新兴的5G网络使用的是毫米波频谱，这意味着与4G网络相比，它们可以以更高的速度承载更多数据，延迟更低。虽然毫米波频谱技术有很大的潜力，但它也给设备制造商提出了设计挑战。例如，毫米波频谱中的信号比低频信号更容易受到大气和其他物体的衰减。
我和我的同事正在用专门的射频电子硬件开发无线电前端，通过聚焦毫米波信号功率和波束形成来克服这种衰减。我们的设计采用了多用户、多输入、多输出(MU-MIMO)技术。
为了测试和演示这些设计，我们在MATLAB中实现了我们自己的数字基带®和仿真软金宝app件®(图1)我们通过自Wireless HDL Toolbox™中适配LTE黄金参考模型并将其部署到Zynq中来加速实现®UltraScale+™RFSoC板使用HDL编码器™。这种方法为我们节省了至少一年的工程工作，使我能够自己完成实现，而无需聘请额外的数字工程师。
图1所示。在Simulink中建模LTE数字基带接收链。金宝app
数字基带的建模与仿真
无线HDL工具箱提供的黄金参考LTE模型开箱即用，提供了许多关键功能，如主信息块(MIB)解码。我使用这些功能构建了一个定制的类似4g的OFDM收发器链，增强了现有的时间恢复、载波恢复和均衡功能。
我用无线HDL工具箱中的一个简单的信道模型模拟了这个收发器链。仿真使我能够验证基带模型，通过评估和可视化各种级别的噪声的指标，如符号误码率(SER)和错误矢量大小(EVM)(图2)。
图2。图的EVM(左)和SER(右)作为信噪比(SNR)的函数。
在Zynq RFSoC硬件上实现基带
通过Simulink仿真验证数字模型后，我使用HDL Coder从模型生成RTL代码金宝app，并将其部署到Zynq UltraScale+ RFSoC ZCU111板上。生成的代码既有效又可读。我通过在Zynq板的FPGA上执行数字环回测试来验证实现，将发送输出直接返回到接收链。我使用模拟环回测试跟踪这些测试，它在电路板上集成了模数(ADC)和数字-模拟(DAC)转换器(图3)。
图3。完整的系统图显示了在HDL中使用射频像素无线电前端实现的数字基带。
此时，我可以运行完整的板对板测试并探索射频损伤的影响，使用MATLAB分析从板捕获的数据，生成星座图，并评估算法增强以解决损伤。
快速设计迭代
在过去，我曾在更传统的工作流中工作过，在这些工作流中，RTL团队实现了系统团队产生的设计。这个工作流中的迭代往往需要很长时间;实现和重新测试算法的更改可能需要数周时间。我用MATLAB和Simulink进行的迭代要快得多，我通常金宝app可以在几天内实现和重新测试一个增强，如果不是在同一天的话。
在一个例子中，我注意到，虽然系统在启动后不久就表现良好，但比特误码率(BER)随着时间的推移稳步增加。为了诊断这个问题，我在启动后的不同时间间隔从ADC中捕获数据，并在MATLAB中分析它。星座图清楚地显示了性能如何随着时间的推移而下降。
我确定这个问题与采样率偏移有关，导致LTE帧的循环前缀区域外逐渐漂移。我改变了算法来追踪主同步信号。我通过仿真验证了这个修复，然后在主板上执行，我看到无论系统运行多长时间，误码率都很低(图4)。
图4。显示性能下降的星座图(左上)、板对板测试(右上)和空中测试(下)。
后来，我发现了一个IQ增益和相位不平衡的问题。虽然我们认为我们已经校准了我们的系统很好地处理智商失衡，但我发现校准参数值不正确。再次，我在MATLAB中分析捕获的数据，然后在MATLAB中执行快速的暴力搜索，以找到合适的校准值来纠正问题。我更新了Simulink模型金宝app来实现更改，并在几分钟内生成代码来验证实时硬件上的修复。
改进计划
我们正计划推出数字基带的5G版本，并致力于扩展我们的射频技术，以满足O-RAN联盟关于开放无线接入网络的规范。为我们的设计提供O-RAN接口将使我们的IP与其他系统更容易集成，即使我们继续改进性能和添加新功能。
