Введение

Вышки сотовой связи 5G могут действовать или в FR1 или в диапазонах частот FR2. FR1 покрывает частоты, до 6 ГГц и FR2 покрывают частоты выше 6 ГГц, включая полосу волны миллиметра. Этот пример вводит новую функциональность, которая требуется, чтобы поддерживать FR2 и процесс обновления существующего проекта FR1.

Модели Simulink®, описанные в этом примере, являются фиксированной точкой оптимизированные HDL реализации восстановления MIB для 5G NR FR1 и FR2. Этим примером является один из связанного набора, которые показывают рабочий процесс для разработки и развертывания поиска ячейки NR 5G и алгоритма восстановления MIB к оборудованию. Полный рабочий процесс показывают.

Каждый шаг в этом рабочем процессе продемонстрирован одним или несколькими связанными примерами.

Для общего описания того, как MATLAB и Simulink могут использоваться вместе, чтобы разработать развертываемые модели, см. Проект Радиосвязей для FPGAs и ASICs.

Файловая структура

Этот пример использует эти файлы.

Модели Simulink

Словарь данных Simulink

КОД MATLAB

Обнаружение SSB

В этом разделе описываются изменения в обнаружении SSB в примере Поиска Ячейки HDL NR, которые требуются, чтобы поддерживать FR2. Это детализирует алгоритмические требования через ссылку MATLAB и реализацию Simulink и оптимизацию, сделанную для генерации HDL-кода.

Алгоритм обнаружения SSB выполняет поиск и демодуляцию с данной разрядкой поднесущей (SCS). Опции SCS составляют 15 кГц или 30 кГц для FR1 и 120 кГц или 240 кГц для FR2. Чтобы добавить функциональность FR2, новые опции SCS должны поддерживаться. Детектор ищет SSBs путем субдискретизации полученного сигнала к одному из уровней, показанных в таблице согласно SCS. Сигнал затем перекрестный коррелируется с последовательностями PSS.

    SCS (kHz)    Sample Rate (MHz)
    _________    _________________

        15              3.84      
        30              7.68      
       120             30.72      
       240             61.44      

Чтобы вместить увеличенную пропускную способность SSBs в FR2, входная частота дискретизации 122.88 членов Шотландского парламента используется по сравнению с 61.44 членами Шотландского парламента для проекта FR1. Синхронизирующие ссылочные модули неизменны и все еще измеряются в выборках в 61.44 членах Шотландского парламента. Ссылка синхронизации противостоит шагу с шагом 16, 8, 2, и 1 для SCS 15, 30, 120, и 240 кГц соответственно. Эта модель включает модифицированный проект DDC, который поддерживает эти дополнительные интервалы поднесущей и их соответствующие частоты дискретизации. DDC корректирует смещения частоты и затем прореживает к 61,44 МГц. Выход от DDC является входом к подсистеме выбора SCS. Эта подсистема создает потоки данных для каждой опции SCS путем последовательной субдискретизации с полуленточными фильтрами. Все четыре потока выравниваются, позволяя ссылке синхронизации быть обеспеченными при переключении между различными интервалами поднесущей. Выбранный поток коррелируется против каждой из трех последовательностей PSS, чтобы обнаружить SSBs.

Реализация FPGA этих корреляторов в области времени использует 576 DSPS, в 4 раза больше, чем версия, которая только поддерживает FR1. Это изменение в ресурсах - то, потому что частоты дискретизации уменьшают объем разделения ресурсов, которое может быть достигнуто в фильтрах. Метод перекрытия-суммы частотного диапазона используется, чтобы минимизировать использование DSP за счет увеличения задержки. Перекрытие - добавляет корреляцию в nrhdlSSBDetectionCore модель показывают. Подсистема вычисляет четыре этапа метода перекрытия-суммы. Они - БПФ, умножение тремя наборами коэффициентов частотного диапазона (один для каждого PSS), ОБПФ, и перекрываются и добавляют последующих окон. Эта реализация использует один БПФ, три комплексных мультипирса и три IFFTs, требуя 48 DSPS всего.

Декодирование SSB

В этом разделе описываются обновления, требуемые добавить поддержку FR2 SSB декодирование алгоритма. Поскольку полное описание модели FR1 видит пример Восстановления MIB HDL NR. Это детализирует алгоритмические требования через ссылку MATLAB и реализацию Simulink.

SSB Декодирование алгоритма декодирует канал телевизионного вещания (BCH), содержавшийся в SSB. Процесс декодирования выводит основной блок информации (MIB) и индекс луча обнаруженного SSB. В FR1 существует максимум 8 SSBs, которые могут быть независимо beamformed. Поддержки FR2, передающие 64 SSBs, каждого на их собственном луче. Содержимое BCH варьируется между FR1 и FR2, чтобы вместить различное максимальное количество луча.

nrhdlexamples.ssbDecode функция и nrhdlSSBDecodingCore модель принимает Lmax как вход. Lmax является максимальным количеством лучей, которые могут быть переданы вышкой сотовой связи и зависят от несущей частоты. Допустимые настройки для Lmax равняются 4 или 8 для FR1 и 64 для FR2. Lmax влияет на дескремблирование в BCH обработка/извлечение подсистемы полезной нагрузки, и как итоговая полезная нагрузка BCH анализируется.

Симуляция восстановления MIB

Используйте runMIBRecoveryModelFR2 скрипт, чтобы запустить симуляцию FR2 MIB восстановления и проверить результаты. Скрипт отображает свой прогресс в командной строке MATLAB. Симуляция использует nrhdlMIBRecovery модель, которая ссылается на nrhdlSSBDetectionCore и nrhdlSSBDecodingCore модели. Входной стимул для симуляции является формой волны FR2, содержащей пакет SS этими параметрами.

График сгенерирован, показав сетку ресурса пакетной формы волны. Амплитуда каждого элемента ресурса обозначается его цветом. График показывает, что восемь передали SSBs. SSBs сгенерированы с различными уровнями мощности к модели, что обычно получает UE.

Симуляция ищет SSBs в форме волны с помощью ссылки MATLAB. SSBs, обнаруженные во время поиска и их параметров, показывают в таблице. SSB с самой сильной корреляцией PSS выбран для демодуляции и декодирующий, чтобы протестировать nrhdlMIBRecovery модель. Интервал поднесущей, последовательность PSS, синхронизируя смещение и оценку смещения частоты передаются в модель, чтобы задать который SSB демодулировать и декодировать. Конечные результаты процесса декодирования показывают, и с симуляцией и с результатами ссылки MATLAB, показанными для сравнения.

runMIBRecoveryModelFR2;

Searching for SSBs using the MATLAB reference.
SSBs found by MATLAB reference:
    NCellID2    timingOffset    pssCorrelation    pssEnergy    frequencyOffset
    ________    ____________    ______________    _________    _______________

       0         1.0918e+05        0.42856          0.9903          51134     
       0         1.1137e+05        0.76446          1.6985          49836     
       0         1.1576e+05        0.27392         0.66928          48771     
       0         1.1795e+05          4.138          7.8159          49815     
       0         1.2456e+05        0.58574           1.249          51829     
       0         1.2675e+05         1.2834          2.7073          49390     
       0         1.3113e+05        0.18099         0.49988          48119     
       0         1.3332e+05        0.59469          1.2165          47641     

Demodulating the strongest SSBs using the MATLAB reference.
Decoding the SSB using the MATLAB reference.
Successfully decoded SSB with MATLAB reference
Demodulating the strongest SSBs using Simulink model.
Running nrhdlMIBRecovery.slx
### Starting serial model reference simulation build
### Model reference simulation target for nrhdlSSBDecodingCore is up to date.
### Model reference simulation target for nrhdlSSBDetectionCore is up to date.

Build Summary

0 of 2 models built (2 models already up to date)
Build duration: 0h 0m 3.4464s
..........
Successfully decoded SSB with Simulink model
 MATLAB decoded information
    pbchPayload: 218103955
       ssbIndex: 27
            hrf: 0
            err: 0
            mib: [1×1 struct]

 Simulink decoded information
    pbchPayload: 218103955
       ssbIndex: 27
            hrf: 0
            err: 0
            mib: [1×1 struct]

 MATLAB decoded MIB parameters
                     NFrame: 105
    SubcarrierSpacingCommon: 120
                      k_SSB: 0
          DMRSTypeAPosition: 2
            PDCCHConfigSIB1: 0
                 CellBarred: 0
       IntraFreqReselection: 0

 Simulink decoded MIB parameters
                     NFrame: 105
    SubcarrierSpacingCommon: 120
                      k_SSB: 0
          DMRSTypeAPosition: 2
            PDCCHConfigSIB1: 0
                 CellBarred: 0
       IntraFreqReselection: 0

Генерация HDL-кода и результаты реализации

Чтобы сгенерировать HDL-код для этого примера, у вас должна быть лицензия HDL Coder™. Используйте makehdl и makehdltb команды, чтобы сгенерировать HDL-код и испытательный стенд HDL для nrhdlMIBRecovery/MIB Recovery подсистема. Получившийся HDL-код синтезировался для оценочной платы Xilinx® Zynq®-7000 ZC706. Таблица показывает место сообщения и результаты использования ресурса маршрута для каждой модели - ссылки и объединенной модели. Проект соответствует синхронизации с тактовой частотой 200 МГц.

Отказ использования ресурса моделью:

       Resource        nrhdlMIBRecovery    nrhdlSSBDetectionCore    nrhdlSSBDecodingCore
    _______________    ________________    _____________________    ____________________

    Slice Registers         64317                  55969                    8302        
    Slice LUTs              43304                  32380                   11138        
    RAMB18                     40                     34                       6        
    RAMB36                     10                      5                       5        
    DSP48                     207                    170                      37