PCB Haberleri - FPGA ile Parallel İşlemin Tasarımı

Dijital Ortam Frekansı

Böyle denilen orta frekans, adının anlamına gelir, orta frekans sinyal şeklini anlatır. Orta frekans baz grubu ve radyo frekansı sinyallerine bağlı. Orta frekans bir ya da daha fazla seviye sahip olabilir ve bu, baz grubu ve radyo frekansı arasındaki köprüdür.

FPGA

Şekil 1'de gösterildiği gibi, orta frekans bölümü dijital orta frekans olarak bilinen dijital şekilde uygulandırılır. Dijital IF teknolojisi genelde yukarı düşük frekans dönüşünü (DUC/DDC), en yüksek faktör düşürmesini (CFR) ve dijital predistortyon (DPD) dahil eder.

DUC/DDC

DUC Baseband sinyalinden Passband sinyaline dönüştürüyor. İçeri kompleks üssband sinyalinin örnek oranı relativ düşük, genelde dijital modulasyonun sembol hızı. Temel grubu sinyali filtr edildi ve sonra NCO'nun IF taşıyıcıs ı frekansına daha yüksek bir örnek oranına dönüştü.

DUC genelde bir Puls düzenlemesi tamamlaması gerekiyor ve sonra ortalama frekans taşıyıcısını DAC üzerinden geri analog dönüştürücünü sürmek için modüle etmesi gerekiyor.

Genelde FIR tarafından, kanal filtrü tarafından tüm frekans spektrumu sinyal sayısı gerçekleştirilir. Interpolasyon, CIC veya FIR tarafından ulaşabileceği sinyal örnek oranı değiştirme ve filtreleme parçasıyla işaretlendirir. Kısa grup sinyali için, eğer yüksek örnek oranı değiştirmesi gerekirse, CIC çok uygun olacak ve performans ya da kaynaklı kurtarma konusunda FIR'e daha üstün olacak.

NCO, aynı zamanda DDS olarak bilinen sayısal kontrol oscillatörüdür. Spektral değişimi tamamlamak için (örnek hızını arttırmak için) baz grubun sinüyle karıştırılan (örnek hızını arttırmak) sinüs ve kosin taşıyan sinüs sinüsü üretmek için kullanılabilir.

DUC'in karşısında, DDC basit olarak şu şekilde yapıyor:

1. Spektrum Aşağı Hareket: ADC'nin dijital sinyalini orta frekans ortasından faydalı spektruma taşıyın

2. Örnek hızı düşürme: ADC'nin yüksek örnek hızından frekans değiştirme verilerini değerlendirmeye uygun bir örnek hızı seviyesine azaltın.

3. Kanal Filtering: I/Q sinyalleri işlemek için baz gruba gönderilmeden önce aFPGAin filtrelemesi gerekiyor.

Aslında, dijital yukarı dönüştürme teknolojisi geniş olarak uygulanıyor ve bu kablo televizyon ağı (Cable Modem), dijital televizyon yayınlaması (DVB), tıbbi görüntü ekipmanları (ultrasound) ve askeri alanlarda gerekli bir fonksiyondur.

CFR

Şu anda, WCDMA, WiMAX gibi birçok kablosuz iletişim sistemi, frekans sinyali genellikle birkaç bağımsız üssü grubu sinyallerinden oluşturulmuş. Sintezleştirilmiş IF sinyali büyük bir Peak-to-average RaTIo ve FPGAussian dağıtımına uyuyor. Genelde, güç amplifikatörü (PA) s ınırlı bölgesi ve büyük PAR'nin orta frekans sinyaline uygun PA çalışma menzili düşürülecek ve PA etkileşimliliğine düşürülecek. Bu nedenle PA'den önce IF sinyalinin PAR'ünü azaltmak çok önemli. Bu fonksiyonu gerçekleştirmek için Peak faktör azaltma (CFR) kullanılır. PA çıkışının linearitesini sağlamak, grupdan dışarı radyasyonu azaltmak ve PA etkileşimliliğini geliştirmek için yardımcı olacak.

Şu anda IF'de kullanılan CFR algoritmaları en yüksek çarpma (Clip), en yüksek çarpma (Peak Windowing) ve en yüksek azaltma (Peak CancellaTIon) içeriyor. En yüksek tartışma yönteminin performansı ve gerçekleşebileceği ortamdır. Yüksek düşürmenin en yüksek düşürmesinden daha iyi grup dışında özellikleri var, fakat alan otobüsünün daha fazla kaynakları gerekiyor.

DPD

Kablosuz iletişim sistemlerinde, PA çıkışı sık sık zaman hava arayüz standartlarının ciddi ihtiyaçlarını yerine getirmek için yüksek linearite sahip olması gerekiyor. Çizgi genişletici çok pahalıdır. Çıkış etkinliğini geliştirmek ve PA'nin maliyetini mümkün olduğunca azaltmak için PA'nin lineariti olması düzeltmelidir. PA girdi sinyalinin önündeki bozulma işleme iyi bir seçimdir.

DPD uygulamaları iki kategoriye düşer: tablo (LUT) ve polynomial arama. İki algoritmin avantajları ve sıkıntıları 1. tablinde gösterilir.

FPGA Parallel Processing Based on Digital Intermediate Frequency Design

FPGA üzerinde uygulama önemlileri

FPGA tarafından Dijital Ortam Frekansiyonun uygulaması

WiMAX/LTE gibi broadband kablosuz iletişim teknolojisinin büyülenmesi ile, kablosuz aygıtların dijital orta frekans bandwidth için de artıyor. Aynı zamanda MIMO gibi çoklu anten teknolojileri geniş olarak kullanılır ve dijital ortalama frekansların sayısı da hızlı artıyor.

Böyle büyük bir bandwidth şartı için, birçok DSP işlemci pratik uygulamalarına uygulamak zordur. Büyük çip (ASSP) ile uyumlu fleksibilitçe eksik. Dijital orta frekans (IF) FPGA kullanarak uygulanıyor. Bu, işleme gücü ve elaksiyeti arasındaki çatışmayı iyi koordine edebilir. Aynı zamanda Altera, 3G/4G uygulamaları için çok sayıda dijital IF referans tasarımları ve IP'i geliştirdi. Bu tasarımcıların geliştirme zorluklarını kolaylaştırır ve tasarım döngüsünü kısaltır.

Donanımın özelliği, yüksek hızlı ve uygunsuz mantıklı ilişkisi ile veri yolu uygulaması için uygun olması.

Önceki DDC ve DUC fonksiyonlarının analizi üzerinde, DDC/DUC için ana modüller ve operasyonlar CIC/FIR filtrü, NCO, interpolasyon/değerlendirme, karıştırılma olduğunu bulduk. Bu süreçler basit olarak basit ama hesaplama hızlı ve alan programcısının uygulaması için çok uygun.

On the other hand, the advantage of a parallel architecture over a DSP processor is a FPGA. DDC/DUC modüli tamamlandığında, basit bir kopyalama ile çoklu DDC/DUC'e uzatılabilir. Aynı zamanda, bir ADC/DAC cihazı DC/DUC'ın çoklu kanallarını bağlayabilir. Bu da çoklu taşıyıcı (MulTI-taşıyıcı) sistemlerini desteklemek kolay olabilir.

Ama bazen alan otobüsünün iç kaynakları sınırlı. Multiplex DDC/DUC hatta zaman bölümü çarpma yapabilir ve DDC/DUC devresini paylaşır. Elbette, devrelerin çalışma saati, alan otobüsünün yapılması mümkün olduğu sürece bir çoktan arttırılması gerekiyor. Altera'nın WCDM A, TD-SCDMA ve WiMAX dahil olması için destekleyen referans tasarımları var.

CFR devreleri, TD-SCDMA gibi bilgisayarlı şiddetlidir, 61,44MHz'den 92.16MHz'e kadar örnek oranları ile. FPGA tabanlı paralel işlem kolayca tamamlanabilir.

Polynomial DPD ileri ve tersi modullara bölüler. İleri modülü bir önistortördür ve çoklu FIR filtrelerinden oluşur. FPGA'daki donanım uygulaması için çok uygun. Altera'nın IP çekirdeği mükemmel FIR desteği sağlayabilir. Dönüş modüller, LMS, RLS ve Altera gibi özel konvergence algoritmaları için referans tasarımlarını sağlar. RLS için Altera'nın referansı tasarımı QR parçalamasını kullanır, bu da konverģenci zamanı kısaltır ve algoritmin stabiliyetini geliştirir.

Altera tarafından verilen kaynaklar

Altera, IP çekirdeğinde çok şey yaptı, yapıştırma logiğini kontrol etti, arayüz logiğini, tasarım araçlarını ve süreçlerini ve referans tasarımını, ayrıca cihaz tasarımında dijital IF uygulamalarının gerçek durumunu kabul etmek üzere.

Altera'nın Siklon ve Stratix serisi, bölge programlı FPGAte alanında aygıtların kaynaklarına dair sayı ve hızlılığında da büyük geliştirildi ve çoğaltıldı.

DSP'nin IP çekirdek komponentlerinin a çısında, Altera FIR, NCO, CIC, CORDIC, etc. gibi fonksiyonları sağlayabilir. Kullanıcı dostu sistem integrasyonu için bu modülleri arasındaki bağlantı için de birleştirilmiş bir arayüz var: Avalon Streaming (Avalon-ST) arayüzü. Ayrıca, çokanallı yeniden kullanım ve demultipleksiyonu için Altera, çokanallı yeniden kullanım ve demultipleksiyonu için çıkışta tek ya da çoklu Avalon-ST kanalları arasındaki zaman ve uzay arayüzlerini sağlayan Avalon-ST arayüzü için bir paket formatı dönüştürücüsü tasarladı.

Diğer alanlarda, DPD gibi, Altera's Nos II içerisindeki işlemci çalışıyor. Örneğin, DPD'nin geri dönüş yolunda kullanıcıların kendi interpolasyon rutinlerini elastik artırmasına yardım edebilir. Nios II içerisindeki işlemci sisteme de bazı veri istatistikleri, parametreleri yeniden ayarlama ve diğer yönetim çalışmalarına yardım edebilir.

Altera, MATLAB/Simulink+DSP Yapıcı+Quartus II'nin integral tasarım sürecinin önüne bastırıyor. Şekil 3'de gösterildiği gibi.

Simülasyon aynı zamanda ModelSim ve FPGA üzerinde içerikli mantıklı analiz çözücüsü SignalTap- II'i de sistem simülasyonunda kullanıcılara yardım etmek için birleştirebilir. Ayrıca, Loop (Hardware In Loop) fonksiyonu kullanıcıların tasarım algoritmini gerçek donanımda değerlendirme hızını hızlandırmaya yardım edebilir.

Referans Tasarımı

WiMAX DUC/DDC

Altera'nın WiMAX DDC/DUC referans tasarımı 1024 nokta FFT OFDM üzerinde, 10 MHz çalışan bandwidth ile temel edildi. Temel grubun sinyallerinin örnek hızı 11,424 MSp veya sembol hızı. IF sinyallerinin örnek oranı 91,392 MSp. Temel grubundan orta frekanslara kadar, örnek oranı değişikliğinin toplamı 8 kere gerekiyor.

Daha önce bahsettiğimiz gibi, CIC sadece 8 katlı değişiklikler gerektiği kısa grup yüksek güç değişiklikleri için uygun ve kullanışlı sinyal bandwidth 10MHz'dir, yani FIR değerlendirme ya da interpolasyon filtreleme için daha iyi bir seçim.

Funksiyonları bölünerken, uygulamanın kaynaklarını ve etkinliğini düşünüyoruz, yeniden yeniden yapılan filtrü ve değerlendirme interpolasyon filtrünü tasarlamak için üç FIR'e bölüyoruz: G(z) spektral yeniden yapılması için sorumlu, genelde kök yükselen kosin filtrü (RRC); Q( z) iki değerlendirme ya da interpolasyon filtrelemesi sorumlu; P(z) dördüncü değerlendirme ya da interpolasyon filtrelemesi sorumlu.

Saha otobüsünün kaynaklarını kurtarmak ve performansını geliştirmek için çalışma frekansiyonun G(z) 111 düzenli FIR olarak tasarlanmıştır. Q( z) ikinci, sıra 79; P(z) sadece 39 sıra ve çalışma frekansı var. Şekil 5'de gösterilen üç filtrelerin birleşmiş cevabı, WiMAX tarafından gereken örnek (Maske) ile tamamen uyuyor.

Saha otobüsünün özel uygulamasında, I/Q'nin filtr özelliklerinin aynı olduğunu düşünüyoruz. Aygıt kaynaklarını kurtarmak için, I/Q'nin üç fazla FIR'ini çarpıyoruz. Görüntü 6.

DDC'de ilk defa 91,392 MSps IF sinyalini NCO ile birleştireceğiz. Önümüzdeki 2 saat döngüsünde 182,784 MSp ile birleştireceğiz. Sonra üç fazla FIR'den, 11,424 MSp ile iki I/Q sinyali alıyoruz.

DUC'da FIR 22,848 MSp, 45,696 MSp ve 182,784 MSp'de çalışıyor. İki IQ frekanslarını karıştırma sinyallerini eklerek, bir grup gerçek sayı sinyali 91,392 MSp'in örnek hızı ile alınır.

Çoklukanallı yeniden kullanma/demultiplexing üzerinde, Altera'nın Valon-ST Paket Formatları Modülü (PFC) bağlantıs ı için kullanırız.

WiMAX üssü istasyonunda tipik bir gerekli iki anten gönderir ve dört anten alır. Bu referans tasarımı da iki gönderen anten ve dört anten alır.

DUC'ın relativ yıldız hatası (Relative Star Error) referans tasarımının simülasyonu doğrulaması üzerinden belirtilen değerden çok daha iyidir. Örneğin, 64QAM 3/4 hızında, ölçülü RCE -55.29dB. DDC'nin kabul duyarlığı ve Adjacent kanalı reddetme indikleri beklenmekten çok daha iyi.

WiMAX CFR

WiMAX sistemi CFR için yüksek ihtiyaçları var. 64QAM modülasyonu yüzünden, Hata Vektörü Amplikadı (EVM) yüzde 3 gerekiyor. Bu da Peak-to-Average Ratio (PAR) ve Komşu Kanal Yayırma Ratio (ACLR) için daha sert ihtiyaçları vardır. Altera'nın WiMAX CFR tasarını Georgia Bilim ve Teknoloji Enstitüs ü'nün sınırlı Clipping algoritmini kullanır. EVM 3%, PAR Küçülmesi 5dB ve çok küçük grup dışında yayılmış.

FPGA Parallel Processing Based on Digital Intermediate Frequency Design

FPGA Parallel Processing Based on Digital Intermediate Frequency Design

WiMAX DPD

WiMAX'in orta frekans bandgenişliği 10MHz'den fazlasıdır ve LMS/RLS gibi uyum algoritmaları, Tüm DPD modülü için yüksek derece DSP işleme yeteneğini ve fleksibiliğini talep ediyor. Tasarım ihtiyaçları Altera'nın "in-chip processor NIOS II+FPGA donanım işleme birimi" kullanarak iyi uygulanabilir.

FPGA Parallel Processing Based on Digital Intermediate Frequency Design

Görüntü 8'de gösterilen gibi, ön modül bir önistortördür ve çoklu FIR filtrelerinden oluşur. Ters ilişimde örnek Cache'de 64 örnek topluyoruz. İçinde, Nios içerikli işlemci CORDIC girişini hesaplamaya yardım edebilir ve CORDIC hızlandırıcısı QR çözümlenmesini gerçekleştirir. Nios'un ön bağlantısında FIR filtrelerin koefislerini güncellemek için dönüştürücü bir dönüştürücü yapıyor. QRD_RLS'in üst üçgenin matris operasyonunu tamamlamak için yumuşak işlemci NIOS+CORDIC hızlandırıcısını kullanarak, tersini artırmak için CORDIC hızlandırıcılarının sayısını ayarlayabiliriz. Modüle veri aracılığı.