В этом примере показана реализация модели цифрового предыстора (DPD), оптимизированной для генерации кода HDL и аппаратной реализации. Механизм предыскажения выполняют в два этапа. На первом этапе на основе входных и выходных данных усилителя мощности (РА) оценивают набор коэффициентов ДПД. На втором этапе входные данные PA предварительно регистрируются на основе оцененных коэффициентов DPD и предоставляются в качестве новых входных данных PA. В этом примере показано моделирование на уровне системы, в котором подсистема Digital Predistorter генерирует код HDL, в то время как оценка коэффициента DPD генерирует код C/C + +. В этом примере модель поддерживает только режимы моделирования Normal и Accelerator.
Цифровая предыскаженность - это технология обработки сигналов основной полосы частот, которая используется для коррекции нарушений в радиочастотных усилителях мощности (РЧ). Эти нарушения вызывают внеполосные излучения или спектральный рост и внутриполосные искажения, что приводит к увеличению частоты битовых ошибок (BER) и снижению пропускной способности системы. Усилители мощности вызывают нежелательные эффекты в системе из-за их нелинейного поведения. Системы связи, использующие мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), такие как беспроводная локальная сеть (WLAN), глобальная совместимость для микроволнового доступа (WiMax), долгосрочное развитие (LTE) и 5G новое радио (NR), уязвимы для этих нежелательных эффектов. Предварительная коррекция применяется к сигналу таким образом, что каскад DPD и PA близок к идеальной, линейной системе без памяти. Эта линеаризация может улучшить энергоэффективность ПА и может быть более эффективной по спектру. На этом рисунке показана структура верхнего уровня примера.
Выполните эту команду, чтобы открыть пример.
modelname = 'DPDHDLExample';
open_system(modelname);
Подсистема передатчика OFDM основной полосы частот генерирует сигнал основной полосы частот и выдает этот сигнал в качестве входных данных в подсистему цифрового предистора. OFDMTx функция в этой подсистеме генерирует сигнал передатчика OFDM с синхронизацией, опорным сигналом, заголовком, пилот-сигналами и сигналами данных и возвращает txWaveform, txGrid, и diagnostics с использованием набора параметров передатчика txParam. Для получения дополнительной информации о OFDMTx см. пример ссылок на OFDM MATLAB HDL. Можно также заменить подсистему передатчика OFDM основной полосы частот любым пользовательским передатчиком для передачи данных в подсистему Digital Predistorter. На этом рисунке показана генерация входного сигнала основной полосы для этого примера. Выполните эту команду для открытия подсистемы передатчика OFDM основной полосы частот.
load_system(modelname);
open_system([modelname '/Baseband OFDM Transmitter']);
Подсистема оценки Coeff RPEM оценивает набор коэффициентов путем сбора данных с входа и выхода PA. Эти коэффициенты используются для искажения сигнала перед усилителем мощности. Характеристики PA изменяются во времени и рабочих условиях, поэтому для оценки коэффициентов DPD используется алгоритм адаптивного рекурсивного метода прогнозирования ошибок (RPEM). Количество коэффициентов, подлежащих оценке, зависит от глубины памяти и степени полинома РА. В этом примере, поскольку общее число коэффициентов, которые необходимо оценить, равно 25, глубина памяти и степень полинома PA устанавливаются равными 5. Для получения дополнительной информации о RPEM см. [1]. Для генерации кода C/C + + для подсистемы оценки Coeff RPEM используйте slbuild команда. Эта команда используется для открытия подсистемы оценки Coeff RPEM.
load_system(modelname);
open_system([modelname '/RPEM Coeff Estimation']);
Подсистема Digital Predistorter искажает входные данные, используя коэффициенты, оцененные подсистемой RPEM Coeff Estimation. Конструкция DPD в этом примере основана на полиноме памяти, который корректирует нелинейности и эффекты памяти в PA. Оцененные коэффициенты и сгенерированные входные данные подаются в качестве входных данных в DPD для применения предыскажения. Входные данные сначала помещают в сдвиговый регистр на основе глубины памяти. Во-вторых, этот вектор сцепляется с нелинейными произведениями данных в зависимости от степени полинома. Эта конкатенация образует вектор 25, что означает, что глубина памяти умножена на градусные элементы. Скалярное произведение полученного вектора и оцененных коэффициентов обеспечивает предварительно искаженный входной сигнал, который подается в качестве входного сигнала на РА после повышающей дискретизации. Выполните эту команду, чтобы открыть подсистему Digital Predistorter.
load_system(modelname);
open_system([modelname '/Digital Predistorter']);
В этом примере имеется управляющий переключатель для включения или отключения оценки предыскажений и коэффициентов. Если переключатель включен, в примере выходные данные подсистемы Digital Predistorter используются в качестве входных данных для радиочастотных блоков. В противном случае пример предоставляет выходные данные из подсистемы передатчика OFDM основной полосы частот в качестве входных данных для РЧ-блоков в виде синфазных (I), квадратурных (Q) выборок. Эти выборки I/Q дискретизируют до 2,4 ГГц и подают в качестве входных данных в РА. Матрица коэффициентов, требуемая для PA, предварительно загружается на основе совместимого со стандартом сигнала LTE с частотой дискретизации 15,36 МГц. Эти коэффициенты сохраняются в MAT-файле, а значения загружаются при инициализации примера. В другом тракте данные проходят через малошумящий усилитель (LNA) и преобразуются с понижением частоты перед передачей их в подсистему оценки Coeff RPEM.
Подсистема приемника OFDM основной полосы частот собирает преобразованные с понижением частоты данные и предоставляет их в качестве входных данных для OFDMRx функция. Эта функция выполняет оценку и коррекцию смещения несущей частоты, синхронизацию кадров, демодуляцию OFDM, оценку канала, выравнивание канала, коррекцию фазового смещения и декодирует переданные биты. Для получения дополнительной информации о OFDMRx см. пример ссылок на OFDM MATLAB HDL.
Запустите модель. По умолчанию цифровые параметры Predistorter и RPEM Coeff Estimation включены. Если отключить DPD, величина вектора ошибок (EVM) увеличивается, а спектральный рост соседних каналов увеличивается. Диаграммы анализатора созвездия и спектра показывают результаты выполнения модели с включенным DPD.
sim(modelname);
Estimating carrier frequency offset ... First four frames are used for carrier frequency offset estimation. Estimated carrier frequency offset is 3.252304e+00 Hz. Detected and processing frame 5 ------------------------------------------ Header CRC passed Modulation: 16QAM, codeRate=1/2 and FFT Length=128 Data CRC passed Data decoding completed ------------------------------------------ Detected and processing frame 6 ------------------------------------------ Header CRC passed Modulation: 16QAM, codeRate=1/2 and FFT Length=128 Data CRC passed Data decoding completed ------------------------------------------
Для проверки и создания ЛПВП в этом примере необходимо иметь Coder™ ЛПВП. Используйте makehdl и makehdltb команды для генерации кода HDL и тестового стенда для подсистемы Digital Predistorter.
Подсистема Digital Predistorter синтезируется на оценочной плате Xilinx ® Zynq ® -7000 ZC706. Частота, полученная после места и маршрута, составляет около 220 МГц. Создайте таблицу, отображающую результаты использования ресурсов post place и route для 16-разрядного сложного ввода.
F = table(... categorical({'Slice LUT'; 'Slice Registers';'DSP'}), ... categorical({'6028'; '8115'; '160'}), ... categorical({'218600'; '437200'; '900'}), ... categorical({'2.75'; '1.85'; '17.78'}), ... 'VariableNames', ... {'Resources','Utilized','Available','Utilization (%)'}); disp(F);
Resources Utilized Available Utilization (%)
_______________ ________ _________ _______________
Slice LUT 6028 218600 2.75
Slice Registers 8115 437200 1.85
DSP 160 900 17.78
1. Ган, Ли и Эмад Абд-Элради. «Цифровая предыстория полиномиальных систем памяти с использованием архитектуры прямого и косвенного обучения». В материалах одиннадцатой Международной конференции МАСТЕД по обработке сигналов и изображений (SIP) (Ф. Круз-Рольдан и Н. Б. Смит, ред.), № 654-802. Калгари, AB: ACTA Press, 2009.