杰克·埃里克森,MathWorks
5G NR HDL Cell Search and MIB Recovery参考应用是一个经过fpga验证的子系统IP,可执行OFDM解调、检测主次同步信号(PSS/SSS),然后解码主信息块(MIB)。FPGA子系统采用Simulink进行设计金宝app®,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。金宝app
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。
输入波形是由这个MATLAB函数生成的,也包括在这个参考应用程序中。
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诊断信号结构,它被路由到顶层。这很好地构造了设计,以便稍后将这些信号带到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。金宝app
MATLAB测试台驱动Simulink模型的输入,它们被转换成一金宝app个样本流,然后返回到输出的帧,与MATLAB硬件参考算法进行比较,在这个阶段,这个参考算法将被测试台用来验证。
在这里,我们为每个硬件目标子系统创建了单独的Sim金宝appulink模型。这显示了分区的好处——我们可以使用其中一个的MATLAB仿真版本,同时专注于另一个的Simulink细节。金宝app首先是单元搜索子系统。
MATLAB数据通过这里的From Workspace块传递,在这些To Workspace块中为MATLAB收集输出。当我们使用MATLAB驱动测试台架时,能够可视化架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。金宝app与MATLAB参考一样,输入波形在第一种模式下通过DDC到PSS检测,结果返回到作为软件的MATLAB测试台,然后在解调模式下返回到硬件,在那里它被发送到OFDM解调器,这是一个硬件就绪的块,您可以插入并配置。将解调后的网格输出,也送入SSS检测,结果均配准于系统输出,返回MATLAB。您还可以看到用于输出到顶层的诊断信息的收集。
我们可以从MATLAB开始仿真,当它开始时,它生成生成的测试波形的图形,显示了发射波形中所有8个SSBs的组合资源网格。仿真需要几分钟,因为它同时运行MATLAB和Simulink,在每种模式下…所以跳过结果。金宝app首先细胞搜索模式的结果显示PSS0是最强的细胞,然后从SSS相关器得到一个清晰的峰,最后是光谱图,显示了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被返回到MATLAB工作空间进行分析。
如果你想解码MIB, MIB恢复参考应用程序会添加一个块解码模块。当检测块信号检测到cell ID时,该模块被触发。它传入单元格ID并流进网格数据。同样,这是良好划分的,它处理物理广播通道,然后使用Polar Decoder IP块处理广播通道,并使用状态机收集输出。
现在,您可以使用HDL Coder为每个子系统生成HDL。通常,您将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,如果您想尝试将这个参考应用程序部署到一个软件定义的无线电工具包中,我们还将这个设计组合在一起,并针对基于Xilinx zynq的SDR设置了一个版本。HDL工作流顾问中的所有内容都是预填充的,包括用于在硬件和软件之间通信的axis接口映射,它将生成HDL、axis映射、嵌入式软件和驱动程序,并为板编写程序,以便您可以使用实时无线信号运行。
但通常情况下,您可以按原样使用或自行修改以将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细节,设计本身可以在无线HDL工具箱中找到
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