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®,并可原样使用或修改用于检测和解码信号同步块(SSB)信息,以用于5G无线应用程序。本视频概述了用于创建它的设计方法,并展示了如何模拟它并生成用于FPGA或ASIC实现的可合成RTL。细节包括:
无线HDL工具箱中的NR HDL Cell Search和MIB Recovery参考应用程序是硬件优化的实现,您可以使用它们作为无线应用程序的一部分来检测和解码5G新无线电信号信息。
您将从中生成HDL的子系统是在Simulink中建模的,因为Simulink具有内置的时间感,并有助于可视化并行架构和定点数据金宝app类型传播。
因为这些都是从使用5G工具箱的MATLAB算法开始的,所以我们重新使用了那些代码来验证我们的实现,这里演示了工作流。
第一步是从测试台划分将部署到应用程序的功能。我们在MATLAB中做对了,同时我们添加了一些需要部署的功能,所以我们可以验证数值。例如,因为这需要工作在真实的无线信号,它包括一个数字下转换器混合基带和改变采样率。
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。
在这个图中,蓝色框表示测试工作台元素,橙色框表示设计。尽早进行分区是很重要的,这样可以更容易地交换和比较具有更多实现细节的版本。
针对硬件有两个主要的子系统。第一种方法将执行单元搜索并检测主和次同步信号,有时这就是应用程序需要使用的全部。第二个子系统使用这些信息来解码主信息块(MIB)。
它以同步信号块检测为核心,分两阶段运行,由软件层控制。
第一种相位搜索模式——采用波形,并粗略估计频率偏移和所需的子载波间距,并执行PSS检测,返回三个可能的PSS值的相关结果。搜索模式允许软件在不同粗频率偏移和子载波间隔下协调搜索PSS(或单元)。软件确定最强的PSS相关,对应最强的cell,然后在解调模式下再次调用相同的硬件子系统,这次将此PSS信息传递给硬件进行OFDM解调和SSS检测,返回结果。
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来处理连续的信号数据流,就像它们在硬件中做的那样。金宝appSimulink是最好的环境,因为它对时间进行建模。
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,并金宝app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。
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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