新兴的5G网络以毫米波频谱运行，这意味着与4G网络相比，它们可以以更快的速度和更低的延迟传输更多的数据。尽管毫米波频谱技术具有巨大的潜力，但它也给设备制造商带来了设计上的挑战。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。
我的同事和我正在用专门的射频电子硬件开发无线电前端，通过波束形成聚焦毫米波信号功率，克服了这种衰减。我们的设计结合了多用户、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)我们采用无线HDL工具箱™中的LTE黄金参考模型，并将其部署到Zynq中，从而加速了实现®UltraScale+™RFSoC板使用HDL Coder™。这种方法为我们节省了至少一年的工程工作，并使我能够自己完成实现，而无需雇佣额外的数字工程师。
图1所示。在Simulink中模拟LTE数字基带接收链。金宝app
数字基带的建模与仿真
开箱即用的黄金参考LTE模型提供了无线HDL工具箱提供了一些关键功能，如主信息块(MIB)解码。我使用这些功能构建了一个定制的4g类OFDM收发链，增强了现有的定时恢复、载波恢复和均衡功能。
我模拟了这个收发链与一个简单的通道模型从无线HDL工具箱。仿真使我能够通过评估和可视化各种噪声级别的指标，如符号错误率(SER)和错误向量大小(EVM)，来验证基带模型(图2)。
图2。图中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，用HDL编码器从模型中生成RTL代码，并部署金宝app到Zynq UltraScale+ RFSoC ZCU111板中。生成的代码既高效又可读。通过在Zynq板的FPGA上进行数字环回测试，将发射输出直接返回到接收链，验证了该实现。在这些测试之后，我进行了模拟环回测试，在电路板上安装了模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)(图3)。
图3。完整的系统图显示数字基带实现在HDL与射频像素无线电前端。
那时，我就可以运行完整的板对板测试并探索RF损伤的影响，使用MATLAB来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，其中RTL团队实现由系统团队生成的设计。这个工作流中的迭代往往要花费很长时间;实现和重新测试算法的变化可能需要数周时间。我使用MATLAB和Simulink的迭代速度要快得多，我通金宝app常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运行良好，但误码率(BER)随着时间稳步增长。为了诊断这个问题，我在启动后的不同时间间隔从ADC中获取数据，并在MATLAB中进行分析。星座图清楚地显示了性能是如何随时间下降的。
我确定这个问题与采样速率偏移有关，采样速率偏移导致LTE帧的循环前缀区域逐渐漂移。我实现了一个算法变化来跟踪主同步信号。我通过模拟验证了这个修复，然后在板上实现了它，在那里我看到BER保持低不管系统运行多久(图4)。
图4。显示性能下降(左上)、板对板测试(右上)和空中测试(右下)的星座图。
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来处理IQ失衡，但我发现校准参数值是不正确的。再次对MATLAB中捕获的数据进行分析，然后在MATLAB中进行快速的蛮力搜索，找到合适的定标值来修正问题。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
我们计划推出5G版本的数字基带，并致力于扩展我们的射频技术，以满足开放无线电接入网络的O-RAN联盟的规范。为我们的设计提供一个O-RAN接口将使我们的IP更容易与其他系统集成，即使我们继续提高性能和添加新功能。
