新兴的5G网络在毫米波谱中运行，这意味着它们可以比4G网络以更高的速度和更低的延迟传输更多的数据。虽然毫米波谱技术具有巨大的潜力，但它也给设备制造商带来了设计挑战。例如，毫米波谱中的信号更为复杂由大气和其他物体发出的非低频信号。
我的同事和我正在开发带有专门射频电子硬件的无线电前端，通过波束形成聚焦毫米波信号功率来克服这种衰减。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中实现了自己的数字基带®和Sim金宝appulink®（图1）。我们通过采用无线HDL工具箱中的LTE黄金参考模型来加速实现™ 并将其部署到Zynq®超尺度+™ 使用HDL编码器的RFSoC板™. 这种方法为我们节省了至少一年的工程工作量，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。LTE数字基带接收链在Simulink中建模。金宝app
数字基带的建模与仿真
开箱即用，随无线HDL工具箱提供的黄金参考LTE模型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，为现有的定时恢复、载波恢复和均衡功能添加了增强功能。
我用无线HDL工具箱中的一个简单信道模型模拟了这个收发器链。模拟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）和错误向量幅度（EVM））来验证基带模型（图2）。
图2.EVM（左）和SER（右）随信噪比（SNR）变化的曲线图。
在Zynq RFSoC硬件上实现基带
在通过Simulink仿真验证数字模型后，我使用HDL编码器从模型生成RTL代码，并金宝app将其部署到Zynq UltraScale+RFSoC ZCU111板上。生成的代码既高效又可读。我通过在Zynq板的FPGA上执行数字环回测试来验证实现，将发送输出直接传递回接收链。我在这些测试之后进行了模拟环回测试，该测试在电路板上集成了模数（ADC）和数模（DAC）转换器（图3）。
图3.完整的系统图，显示了使用射频像素无线电前端在HDL中实现的数字基带。
在这一点上，我可以运行完整的板对板测试，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，我在更传统的工作流中工作，其中RTL团队实现系统团队生成的设计。此工作流中的迭代往往需要很长时间；实施和重新测试对算法的更改可能需要数周的时间。我用MATLAB和Simulink迭代的速度要快得多，我通常可以在几天内实现并重新测试一个增强功能，如果不是在同一天的话。金宝app
在一个例子中，我注意到，虽然系统在系统启动后不久表现良好，但误码率（BER）随着时间的推移稳步增加。为了诊断问题，我在启动后的不同时间间隔从ADC采集数据，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。
我确定问题与采样率偏移有关，这导致LTE帧的循环前缀区域外逐渐漂移。我实施了算法更改以跟踪主同步信号。我通过模拟验证了此修复，然后在板上实施，在板上我看到，无论时间多长，BER都保持较低e系统运行（图4）。
图4。星座图显示性能下降（左上）、板对板测试（右上）和空中测试（下）。
后来，我发现了IQ增益和相位不平衡的问题。虽然我们认为我们已经很好地校准了系统以处理IQ不平衡，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中执行快速蛮力搜索，以找到适当的校准值来纠正问题。我更新了Simulink模型以实现更改，并生成代码以在几分钟内验证实时硬件上的修复。金宝app
计划的增强
我们正在规划数字基带的5G版本，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与其他系统的集成更加容易，即使我们继续提高性能并添加新功能。
