dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle

Величина и угол фазы комплексного сигнала — оптимизированный для генерации HDL-кода

Описание

dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle Система object™ вычисляет величину и угол фазы комплексного сигнала. Это обеспечивает благоприятные для оборудования управляющие сигналы. Системный объект использует конвейерный координатный компьютер вращения (CORDIC) алгоритм, чтобы достигнуть оптимизированной HDL реализации.

Вычислить величину и угол фазы комплексного сигнала:

Создайте dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle объект и набор его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.

Создание

Синтаксис

HCMA = dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle

HCMA = dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle(Name,Value)

Описание

HCMA = dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle возвращает dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle Системный объект, HCMA, это вычисляет величину и угол фазы комплексного входного сигнала.

пример

HCMA = dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle(Name,Value) свойства наборов HCMA использование одной или нескольких пар "имя-значение". Заключите каждое имя свойства в одинарные кавычки.

Пример: cma = dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle('AngleFormat','Radians')

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их и release функция разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты (MATLAB).

`OutputValue` — Тип значений, чтобы возвратиться
`'Magnitude and angle'` (значение по умолчанию) | `'Magnitude'` | `'Angle'`

Тип выходных значений, чтобы возвратиться, заданный как 'Magnitude and angle', 'Magnitude', или 'Angle'. Можно выбрать для объекта возвратить величину входного сигнала или угол фазы входного сигнала или обоих.

`AngleFormat` — Формат углового выходного значения фазы
`'Normalized'` (значение по умолчанию) | `'Radians'`

Формат углового выходного значения фазы от объекта, заданного как:

'Normalized' — Формат фиксированной точки, который нормирует угол в области значений [–1,1].
'Radians' — Значения фиксированной точки в области значений [π,−π].

`ScaleOutput` — Шкала, выведенная инверсией CORDIC, получает фактор
`true` (значение по умолчанию) | `false`

Шкала, выведенная инверсией CORDIC, получает фактор, заданный как true или false.

Примечание

Если ваш проект включает фактор усиления позже в datapath, можно установить ScaleOutput к false, и включайте усиление CORDIC, включают более позднее усиление. Для вычисления этого фактора усиления см. Алгоритм. Объект заменяет первую итерацию CORDIC путем отображения входного значения на угловую область значений [0, π/4]. Поэтому начальное вращение не вносит термин усиления.

`NumIterationsSource` — Источник `NumIterations`
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

Источник NumIterations свойство для алгоритма CORDIC, заданного как:

'Auto' — Определяет номер итераций к меньше, чем входной размер слова. Если входом является double или single, количество итераций равняется 16.
'Property' — Использует NumIterations свойство.

Для получения дополнительной информации алгоритма CORDIC, см. Алгоритм.

`NumIterations` — Количество итераций CORDIC
целое число, меньше чем или равное меньше, чем входной размер слова

Количество итераций CORDIC, которые объект выполняет, заданный как целое число. Количество итераций должно быть меньше чем или равно меньше, чем входной размер слова.

Для получения дополнительной информации алгоритма CORDIC, см. Алгоритм.

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите NumIterationsSource к 'Property'.

Использование

Синтаксис

[mag,angle,validOut]
= HCMA(X,validIn)

[mag,validOut]
= HCMA(X,validIn)

[angle,validOut]
= HCMA(X,validIn)

Описание

пример

[mag,angle,validOut] = HCMA(X,validIn) преобразует комплексный скалярный X в его величину компонента и угол фазы. validIn и validOut логические скаляры, которые указывают на валидность сигналов ввода и вывода, соответственно.

[mag,validOut] = HCMA(X,validIn) возвращает только величину компонента X.

Чтобы использовать этот синтаксис, установите OutputValue на 'Magnitude'.

Пример: HCMA = dsp.HDLComplextoMagnitudeAngle('OutputValue','Magnitude');

[angle,validOut] = HCMA(X,validIn) возвращает только угол фазы компонента X.

Чтобы использовать этот синтаксис, установите OutputValue на 'Angle'.

Пример: HCMA = dsp.HDLComplextoMagnitudeAngle('OutputValue','Angle');

Входные параметры

развернуть все

`X` — Входной сигнал
комплексный скаляр

Входной сигнал, заданный как комплексное скалярное значение. double и single позволены для симуляции, но не для генерации HDL-кода.

`validIn` — Валидность входного сигнала
логический скаляр

Валидность входного сигнала, заданного как логический скаляр.

Типы данных: логический

Выходные аргументы

развернуть все

`mag` — Компонент величины входного сигнала
скаляр

Величина вычисляется от комплексного входного сигнала, возвращенного как скалярное значение с совпадающим типом данных как входной сигнал.

`angle` — Компонент Phase angle входного сигнала
скаляр

Угол вычисляется от комплексного входного сигнала, возвращенного как скалярное значение с совпадающим типом данных как входной сигнал. Формат этого значения зависит от свойства AngleFormat.

`validOut` — Валидность выходных компонентов
логический скаляр

Валидность выходных компонентов, возвращенных как логический скаляр.

Типы данных: логический

Функции объекта

Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:

release(obj)

развернуть все

Характерный для всех системных объектов

`step`	Запустите алгоритм Системного объекта
`release`	Высвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
`reset`	Сбросьте внутренние состояния Системного объекта

Примеры

развернуть все

Вычислите величину и Phase angle комплексного сигнала

Этот пример использует:

Открыть скрипт

Используйте dsp.HDLComplextoMagnitudeAngle объект вычислить величину и угол фазы комплексного сигнала. Объект использует алгоритм CORDIC в эффективной аппаратной реализации.

Выберите размеры слова и создайте случайный комплексный входной сигнал. Затем преобразуйте входной сигнал в фиксированную точку.

a = -4;
b = 4;
inputWL = 16;
inputFL = 12;
numSamples = 10;
reData = ((b-a).*rand(numSamples,1)+a);
imData = ((b-a).*rand(numSamples,1)+a);
dataIn = (fi(reData+imData*1i,1,inputWL,inputFL));
figure
plot(dataIn)
title('Random Complex Input Data')
xlabel('Real')
ylabel('Imaginary')

Запишите функцию, которая создает и вызывает Систему object™. Можно сгенерировать HDL от этой функции.

Примечание: Этот объектный синтаксис запускается только в R2016b или позже. Если вы используете более ранний релиз, заменяете каждый вызов объекта с эквивалентным step синтаксис. Например, замените myObject(x) с step(myObject,x).

function [mag,angle,validOut] = Complex2MagAngle(yIn,validIn)
%Complex2MagAngle 
% Converts one sample of complex data to magnitude and angle data.
% yIn is a fixed-point complex number.
% validIn is a logical scalar value.
% You can generate HDL code from this function.

  persistent cma;
  if isempty(cma)
    cma = dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle('AngleFormat','Radians');
  end   
  [mag,angle,validOut] = cma(yIn,validIn);
end

Количество итераций CORDIC определяет задержку, которую объект берет, чтобы вычислить ответ для каждой входной выборки. Задержкой является NumIterations+4. В этом примере, NumIterationsSource установлен в значение по умолчанию, 'Auto', таким образом, объект использует inputWL-1 итерации. Задержкой является inputWL+3.

latency = inputWL+3;
mag = zeros(1,numSamples+latency);
ang = zeros(1,numSamples+latency);
validOut = false(1,numSamples+latency);

Вызовите функцию, чтобы преобразовать каждую выборку. После того, как вы применяете все входные выборки, продолжаете вызывать функцию с недопустимым входом, чтобы сбросить остающиеся выходные выборки.

for ii = 1:1:numSamples
   [mag(ii),ang(ii),validOut] = Complex2MagAngle(dataIn(ii),true);
end
for ii = (numSamples+1):1:(numSamples+latency)
   [mag(ii),ang(ii),validOut(ii)] = Complex2MagAngle(fi(0+0*1i,1,inputWL,inputFL),false);
end
% Remove invalid output values
mag = mag(validOut == 1);
ang = ang(validOut == 1);
figure
polar(ang,mag,'--r')   % Red is output from HDL-optimized System object
title('Output from dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle')
magD = abs(dataIn);
angD = angle(dataIn);
figure
polar(angD,magD,'--b') % Blue is output from abs and angle functions
title('Output from abs and angle Functions')

Алгоритмы

развернуть все

Алгоритм CORDIC

Алгоритм CORDIC является благоприятным для оборудования методом для выполнения тригонометрических функций. Это - итеративный алгоритм, который аппроксимирует решение путем схождения к идеальной точке. Объект использует CORDIC векторизация режима, чтобы итеративно вращать вход на вещественную ось.

Метод Givens для вращения комплексного числа x+iy углом θ следующие. Направление вращения, d, +1 для против часовой стрелки и −1 для по часовой стрелке.

$\begin{array}{l} x_{r} = x потому что θ - d y \sin θ \\ y_{r} = y потому что θ + d x \sin θ \end{array}$

Для аппаратной реализации факторизуйте becauseθ, чтобы оставить термин tanθ.

$\begin{array}{l} x_{r} = потому что θ (x - d y \tan θ) \\ y_{r} = потому что θ (y + d x \tan θ) \end{array}$

Чтобы вращать вектор на вещественную ось, выберите ряд вращений _θn так, чтобы $\tan θ_{n} = 2^{- n}$ . Удалите термин becauseθ, таким образом, каждое итеративное вращение использует только сдвиг, и добавьте операции.

$\begin{array}{l} R x_{n} = x_{n - 1} - d_{n} y_{n - 1} 2^{- n} \\ R y_{n} = y_{n - 1} + d_{n} x_{n - 1} 2^{- n} \end{array}$

Объедините отсутствие условия becauseθ от каждой итерации в константу, и примените его с одним множителем к результату итогового вращения. Выходная величина является масштабированным окончательным значением x. Выходной угол, z, является суммой углов поворота.

$\begin{array}{l} x_{r} = (потому что θ_{0} потому что θ_{} 1... потому что θ_{n}) R x_{N} \\ z = \sum_{0}^{N} d_{n} θ_{n} \end{array}$

Измененный алгоритм CORDIC

Область сходимости для стандартного вращения CORDIC составляет ≈ ±99.7 °. Чтобы работать вокруг этого ограничения, прежде, чем сделать любое вращение, объект сопоставляет вход в [0, π/4] область значений с помощью следующего алгоритма.

if abs(x) > abs(y) 
  input_mapped = [abs(x), abs(y)];
else
  input_mapped = [abs(y), abs(x)];
end

В каждой итерации объект вращает вектор к вещественной оси. Вращение состоит против часовой стрелки в том, когда y отрицателен, и по часовой стрелке когда y положителен.

Квадрантное отображение сохраняет аппаратные ресурсы и уменьшает задержку путем сокращения количества настроек канала связи CORDIC одной. Фактор усиления CORDIC, Kn, поэтому не включает n=0, или потому что (π/4), называют.

$K_{n} = c o s θ_{} 1... потому что θ_{n} = потому что (26.565) \cdot потому что (14.036) \cdot потому что (7.125) \cdot потому что (3.576)$

После того, как итерации CORDIC завершены, объект корректирует угол назад к его исходному местоположению. Сначала это настраивает угол правильной стороне π/4.

if abs(x) > abs(y)
  angle_unmapped = CORDIC_out;
else
  angle_unmapped = (pi/2) - CORDIC_out;
end

Затем это инвертирует угол к исходному квадранту.

if (x < 0) 
  if (y < 0)
    output_angle = - pi + angle_unmapped;
  else
    output_angle = pi - angle_unmapped;
else
  if (y<0)
    output_angle = -angle_unmapped;

Архитектура

Объект генерирует конвейерную архитектуру HDL, чтобы максимизировать пропускную способность. Каждая итерация CORDIC сделана в одной настройке канала связи. Множитель усиления, если включено, реализован с логикой Канонической цифры со знаком (CSD).

Введите размер слова	Выведите размер слова величины
fixdt (0, WL, FL)	fixdt (0, WL+2, FL)
fixdt (1, WL, FL)	fixdt (1, WL+1, FL)

Введите размер слова	Выведите угловой размер слова
fixdt ([], WL, FL)	Радианы	fixdt (1, WL+3, WL)
fixdt ([], WL, FL)	'normalized'	fixdt (1, WL+3, WL+2)

Логика CORDIC при каждой настройке канала связи реализует одну итерацию. Для каждой настройки канала связи сдвиг и угловое вращение являются константами.

Когда вы устанавливаете OutputValue к 'Magnitude', объект не генерирует HDL-код для углового накопления и квадрантной логики коррекции.

Нормированный угловой формат

Этот формат нормирует угловые значения радиана фиксированной точки вокруг модульного круга. Это - более эффективное использование битов, чем область значений [0,2π] радианы. Нормированный угловой формат также включает перенос в 0/2π без дополнительного, обнаруживают и корректируют логику.

Например, представляя угол с результатами на 3 бита в следующих нормированных значениях.

Используя отображение, описанное в Модифицированном Алгоритме CORDIC, объект нормирует углы через [0, π/4] и сопоставляет их с правильным октантом в конце вычисления.

Задержка

Задержкой является NumIterations + 4 цикла от входа, чтобы вывести. Каждый вызов объектных моделей один такт.

Когда вы устанавливаете NumIterationsSource на 'Auto', количество итераций является тем меньше, чем входной размер слова и задержка равняются еще трем, чем входной размер слова. Если типом данных входа является double или single, количество итераций равняется 16, и задержка равняется 20.

Производительность

Уровень был измерен для настройки по умолчанию с выходным отключенным масштабированием и fixdt(1,16,12) входной параметр. Когда сгенерированный HDL-код синтезируется в Xilinx^® Virtex^®-6 (XC6VLX240T-1FFG1156) FPGA, проект достигает частоты часов на 260 МГц. Это использует следующие ресурсы.

Ресурс	Используемый номер
LUT	882
FFS	792
Xilinx LogiCORE^® DSP48	0
Блокируйте RAM (16K)	0

Производительность синтезируемого HDL-кода варьируется в зависимости от вашей цели и опций синтеза.

Документация

dsp.HDLComplexToMagnitudeAngle

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

OutputValue — Тип значений, чтобы возвратиться 'Magnitude and angle' (значение по умолчанию) | 'Magnitude' | 'Angle'

AngleFormat — Формат углового выходного значения фазы 'Normalized' (значение по умолчанию) | 'Radians'

ScaleOutput — Шкала, выведенная инверсией CORDIC, получает фактор true (значение по умолчанию) | false

Примечание

NumIterationsSource — Источник NumIterations 'Auto' (значение по умолчанию) | 'Property'

NumIterations — Количество итераций CORDIC целое число, меньше чем или равное меньше, чем входной размер слова

Зависимости

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

X — Входной сигнал комплексный скаляр

validIn — Валидность входного сигнала логический скаляр

Выходные аргументы

mag — Компонент величины входного сигнала скаляр

angle — Компонент Phase angle входного сигнала скаляр

validOut — Валидность выходных компонентов логический скаляр

Функции объекта

Характерный для всех системных объектов

Примеры

Вычислите величину и Phase angle комплексного сигнала

Алгоритмы

Алгоритм CORDIC

Измененный алгоритм CORDIC

Архитектура

Нормированный угловой формат

Задержка

Производительность

Смотрите также

Блоки

Функции

Введенный в R2014b

Документация DSP System Toolbox

Поддержка

`OutputValue` — Тип значений, чтобы возвратиться
`'Magnitude and angle'` (значение по умолчанию) | `'Magnitude'` | `'Angle'`

`AngleFormat` — Формат углового выходного значения фазы
`'Normalized'` (значение по умолчанию) | `'Radians'`

`ScaleOutput` — Шкала, выведенная инверсией CORDIC, получает фактор
`true` (значение по умолчанию) | `false`

`NumIterationsSource` — Источник `NumIterations`
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

`NumIterations` — Количество итераций CORDIC
целое число, меньше чем или равное меньше, чем входной размер слова

`X` — Входной сигнал
комплексный скаляр

`validIn` — Валидность входного сигнала
логический скаляр

`mag` — Компонент величины входного сигнала
скаляр

`angle` — Компонент Phase angle входного сигнала
скаляр

`validOut` — Валидность выходных компонентов
логический скаляр