关键字 |
| MATLAB仿真软件,数字信号处理,实时数字信号处理,RTDX。 |
介绍 |
| 宽带无线OFDM通信系统都很流行的频谱效率和能力OFDM传输高数据率在宽带无线信道频率选择性衰落。因为它的好处,OFDM技术已经采用各种标准包括欧洲电信标准协会(ETSI)地面电视,IEEE 802.11 a / g无线局域网标准操作在比特率54 Mb / s和IEEE 802.16 a / d的人在比特率高达70 Mb / s。快速增加的晶体管密度,它已成为可行的保持功能完全可编程数字信号处理器(DSP),允许更快的变化和升级[1]。然而,最近的DSP技术尚未满足的需求高速通信标准。特别是,正交频分复用(OFDM)需要在狭窄的乐队,实现高速数据传输需要执行几百或几千点的快速傅里叶变换(FFT)几几十微秒。商用DSP芯片还没有达到这些要求[2],[3]。高速FFT /传输线计算可能的一个主要研究课题为下一代有线/无线通信。最初TMS320C5402 DSP starter Kit (DSK5402)是用于[4]和[5],C和汇编编程语言的结合。后者的主要编程语言是组装。因为汇编语言编程可能变得非常繁琐,所以需要现成的汇编代码段,他们只需要完成和修改进度的实现。 A entirely different approach for creating DSP projects is presented by Gan et al. [6, 7]. Instead of concentrating on C (or Assembly) programming, the students are working with Matlab and Simulink. The powerful Real-time workshop and Embedded Target for TI C6000 DSP toolboxes [8] are used to translate a DSP system to real time hardware. However, in the above references the idea is only shortly exemplified and no attempt is made to create a lab which is entirely based on the Simulink-DSP hardware connection. We describe a technique based on Simulink and Texas Instruments DSK C6713.In this technique we are using Simulink in conjunction with DSP hardware and further expands and enhances it. First, the use of Simulink enables the creation of sophisticated algorithms in an intuitive toplevel design. Simultaneously, this approach gives the opportunity to conduct hands-on experiments with real signals and hardware. We tried to focus the efforts on the DSP problems themselves rather than on the actual programming. |
相关工作 |
| 半双工OFDM系统的实现提出了迈克尔Loughlin先生出版社[9]使用数字信号处理(DSP)实验室由德州仪器2000包。多输入多输出(MIMO)正交频分复用(OFDM)系统中基于多核的德州仪器(TI) C64x +数字信号处理器(DSP)提出了简·陈出版社[10]。系统实现采用实时数据交换(RTDX)和连续快速的输入/输出(SRIO)通信接口技术在个人电脑(PC)和DSP之间。一个完整的系统的仿真和实现DSP处理器通过一个图形化的编程语言,这是模型提出的吉汉Gomah哈姆萨出版社。[11]。这使得接收机架构中的每一部分很清楚和容易理解,遵循、修改和调试 |
正交频分复用 |
| 一个可以生成OFDM信号作为N-point逆离散傅里叶变换(IDFT)。在实践中,可以实现IDFT的计算效率快速傅里叶逆变换(传输线)见图1.1。让{? ? ? ?,? ?= 1,2、3、………? ?N}代表一块复杂的数据符号数据块的IDFT产生timedomain序列{? ? ? ?,? ?= 1、2、3、4、……,? ?}。 |
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| 减轻的影响ISI通道延迟传播造成的,每一块N的传输线系数通常是之前循环前缀(CP)或一个警卫区间组成的? ? ? ?样本,循环前缀只是重复过去的? ? ? ?传输线系数。另外,循环后缀可以附加到年底的N传输线系数块是重复第一? ? ? ?传输线系数。保护间隔的长度? ? ? ?是一个会损失一定的功率和带宽开销,因为它包含冗余符号。 |
| 然而,警卫间隔是有用的接收机的实现时间和频率同步功能,自卫兵区间包含重复已知样本间隔符号。一个OFDM符号的时间(? ?+ ? ? ? ?)倍单载波的调制符号系统。 |
接收机,接收到的复杂的基带信号与ADC采样,通常用一个采样间隔,Δ? ?= ? ? ? ?? ?。有时使用部分抽样,样本期在哪里 ,M是一个大于1的整数。为简单起见,假设M = 1。结合DAC的发射机,波形通道和ADC在接收方创建一个整体离散时间信道抽头间隔。ADC后,? ? ? ?样品收到的保护间隔期间每个OFDM符号被丢弃在循环前缀;对于循环后缀吗? ? ? ?收到样品在一个OFDM符号替换为? ?收到样品的OFDM符号。条件下,? ? ? ?≥? ? ? , the linear convolution of the transmitted sequence of IFFT coefficients with the discrete-time channel is converted into a circular convolution. As a result, the effects of the ISI are completely and easily removed. After removal of the guard interval, each block of N received samples is converted back to the frequency domain using an FFT as shown in Fig. 1.2. The FFT operation performs baseband demodulation. |
| 频域均衡(FDE)然后应用到N FFT系数。类似于OFDM,每个FFT FDE只是繁殖系数由一个复杂的标量执行zero-forcing或最小均方误差均衡。后来,平衡的样本被转换回时域使用? ?分传输线并应用于计算机设备或度量的决定。整个系统SC-FDE与OFDM的复杂性。主要的区别在于,OFDM使用一个传输线在发射机和接收机的FFT,虽然在发射机SC-FDE不执行任何转换,但雇佣的FFT /传输线对接收机。 |
与TMS320C6713 DSP STARTER KIT (DSK)浮动点处理器 |
| 数字信号处理器等TMS320C6x (C6x)处理器家族就像快专门化类型的专用微处理器体系结构和指令集适合信号处理。C6x符号是用来指定一名德州仪器(TI) TMS320C6000系列数字信号处理器。C6x数字信号处理器的体系结构非常适合数字密集型计算。基于very-long-instruction-word (VLIW)架构,C6x被认为是最强大的处理器。TMS320C6713 (C6713)非常适合数字密集型算法。内部程序内存结构,这样总共8指令可以获取每个周期。例如,时钟频率为225 MHz, C6713能够抓取八32位指令每1 / (225 MHz)或4.44 ns。C67xx(如C6701、C6711 C6713)属于家族C6x浮点处理器,而C62xx和C64xx属于家族C6x定点处理器。C6713能够固定和浮点处理。 |
系统规范 |
| OFDM系统实现使用一个16点正交调幅(16-QAM)使用查找表。映射四个数据位到一个复值符号以及灰色编码是实现相邻符号只有一点不同。传入的数据位流映射到一个复数代表副载波的振幅和相位。此外,64点快速傅里叶变换(FFT)和逆FFT实现。 |
DSP板的细节: |
| •TMS320C6713 DSP - 225兆赫,浮点,256 Kb的内部RAM /缓存。 |
| •CPLD可编程的“粘合剂”逻辑。 |
| •外部SDRAM - 16 mb、32位的接口。 |
| •外部Flash - 512 k字节,8位接口(256 kb可用)。 |
DSP实现 |
| 框图如图1.3特征与MATLAB仿真软件的接口模型和CCS(代码组成工作室)IDE中指定的目标模型。这里我们使用的目标是TMS320C6713 DSP设备见图。环球套票和嵌入式目标编码器工具模型自动生成ANSI C代码拷贝到CCS集成开发环境。 |
DSP软件 |
| TI C6713卡恩,像个人电脑一样,也需要加载软件建立其行为和功能。这些软件可以在各种各样的设计方法。实时实现的设计方法将遵循如图1.4所示。设计师将与他们想要的东西的概念开始,计划。下一步是模型的概念与块模型的预编blocksets大集合。基本上,一个框图模型使用仿真软件构建的概念。如果一个特定的块要求不包括在模型blocksets,设计师可以选择使用Matlab从头开始编写自己的街区。此时的设计还不操作任何专门的硬件设计。为此,设计师使用C6x目标和环球套票生成(或创建)ANSI C代码用于TI C6713卡恩。C6x目标然后自动将生成的ANSI C代码并使用TI CCS工具编制特定的机器代码,最后加载目标机器代码的TI C6713 DSK硬件。 For the experienced designer, they may choose to directly write the ANSI C code. |
代码作曲家工作室 |
| CCS技术提供了一个IDE将软件工具。CCS包括代码生成工具,如C编译器、汇编和链接器。图形功能,支持实时调试。它提供了一个易于使用的软件工具来构建和调试程序。C编译器编译的C源程序扩展C与extension.asm产生汇编源文件。汇编程序组装一个.asm源文件生成一个机器语言与扩展.obj对象文件。链接器将对象文件和对象库作为输入与扩展.out生成一个可执行文件。这个可执行文件代表一个有关公共对象文件格式(COFF),在基于unix的系统和流行几个制造商采用数字信号处理器(12、13)。这个可执行文件可以加载和运行直接在C6713处理器。与扩展.sa线性汇编源文件,是一种介于C和汇编代码。 A linear optimizer optimizes this source file to create an assembly file with extension .asm (similar to the task of the C compiler). |
| 创建一个应用程序项目,一个人可以“添加”适当的文件到项目。可以很容易地指定编译器和链接器选项。大量可用的调试特性,包括设置断点和观察变量;查看内存、寄存器和混合C和汇编代码;图形结果;和监控执行时间。一个以不同的方式可以通过一个程序步骤(进入,或出去)。 |
| 实时分析可以执行使用实时数据交换(RTDX)。RTDX允许主机电脑之间的数据交换和目标卡恩,以及实时分析没有停止的目标。关键统计数据可以实时监控和性能。通过联合团队行动小组(JTAG),与片上通信仿真支持发生控制和监视程序执行。C6713 DSK板包括一个JTAG接口通过USB端口。 |
软件实现 |
| 有几个重要的扩展,提高了实时DSP编程特性的MATLAB / Simulink仿真工具。它们包括: |
| •TI C6000 DSP嵌入式目标C6000处理器上执行实时原型和系统部署。 |
| •MATLAB代码链接作曲家在德州仪器嵌入式软件验证和验证的C2000, C5000、C6000 OMAP和TMS470处理器。 |
| 这些工具是高效工作的主要特征可以生成C代码直接从仿真软件设计如图1.4所示。这大大加快了开发DSP应用程序。持续改进这些工具将导致生成更高效的代码,在记忆方面,速度和功耗。最新的产品,车间实时嵌入式编码器,使用户能够生成、测试和部署实时嵌入式系统中使用的C代码。此外,它允许手写C代码添加到仿真软件仿真系统为独立应用程序和代码生成。 |
| 这些最新的工具箱说明了实时应用程序设计,并验证DSP算法的强大研究平台。然而,生成更高效的代码,微调,低级编程和使用库函数优化嵌入式DSP芯片制造商仍需要的应用程序。最新的工具开发的另一个趋势是MATLAB环境的集成与代码开发软件的DSP芯片供应商。例如,作曲家的MATLAB链接代码允许MATLAB之间传输的数据和德州仪器公司的DSP处理器。数据也可以收购的I / O通道DSP板MATLAB进行进一步分析。 |
| 基于模型/代码的设计需要以下步骤: |
| 1)仿真软件提供了一个探索和验证工具对浮点和定点DSP系统和应用程序。 |
| 2)模型与代码作曲家工作室通过实时的车间。 |
| 3)代码作曲家工作室与卡恩通过嵌入式USB主机接口的JTAG仿真器。 |
| 4)Matlab与CCS作曲家工作室通过链接代码。 |
| 模型采用基于块的算法设计和实现方法。实时的车间将这些模型模型转化为ANSI C / c++代码可以编译使用CCS。TI C6000 DSP的嵌入式目标提供了实时的车间所需的api来生成代码专门为C6000平台。链接CCS是用于调用代码构建过程在CCS来构建一个可执行的。这段代码可以下载目标DSP上运行。目标上的数据是通过链接访问在CCS或Matlab CCS或通过实时数据传输(RTDX)。这个工作主要是使用RTDX目标DSP访问数据。 |
硬件实现 |
| 以下步骤都需要实时实现: |
| 1。连接你的电脑或笔记本电脑的USB电缆。 |
| 2。包括5 v电源适配器砖连接到交流电源使用AC电源线。 |
| 3所示。当权力应用于董事会权力自我测试(POST)将运行。led 0 - 3将flash。当后完成所有led闪烁,然后继续。在这一点上你的卡恩功能和你现在可以完成USB驱动程序安装。 |
| 4所示。卡恩连接到你的电脑或笔记本电脑使用包括USB。几秒后窗口将启动“添加新硬件向导”和提示的位置DSK的司机。 |
| 5。卡恩连接到你的电脑或笔记本电脑使用包括USB。几秒后窗口将启动“添加新硬件向导”和提示的位置DSK的司机。 |
| 6。按照屏幕上的说明,让Windows dsk6713找到USB驱动程序文件”。正”和“sdusb2em。sys”卡恩cd - rom。 |
| 7所示。对于测试卡恩和USB连接可以按开始按钮C6713 DSK诊断运行诊断。在大约30秒屏幕测试指标应该变绿。 |
| 8。现在启动代码作曲家工作室C6713卡恩。 |
| 9。大多数DSP-based应用程序的开发流程包含四个基本阶段:应用程序设计、代码创建、调试和分析/调优。 |
| 10。图1.4显示了程序开发的基本程序和技术流使用代码作曲家工作室。 |
结论 |
| 实时实现OFDM发射机和接收机在AWGN信道已成功使用MATLAB仿真软件,实现代码作曲家工作室,环球套票,卡恩6713 DSP处理器。图1.6显示了MATLAB和simulink的快照和图1.7显示了CCS的建立即笔记本电脑与MATLAB实时实现,仿真软件CCS和硬件卡恩6713套件。 |
| 下面的结果: |
| •图1.8显示了输入/输出信号和输入/输出信号的星座图AWGN信道的信噪比= 50分贝。 |
| •图1.9显示了输入/输出信号和输入/输出信号的星座图AWGN信道的信噪比= 20分贝。 |
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数据乍一看 |
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| 图1.1 |
图1.2 |
图1.3 |
图1.4 |
图1.5 |
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| 图1.6 |
图1.7 |
图1.8 |
图1.9 |
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引用 |
- j . Glossner j·莫雷诺,m . Moudgill j . Derby e . Hokenek d·梅尔泽Shvadron,和m .器皿”趋势在Compilable DSP体系结构中,“Proc。IEEE车间信号处理系统,181 - 199年,2000页。
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- J.G.表哥,m . Denoual d Saille, o . Sentieys”快速ASIP合成和功率估计DSP应用程序中,“Proc。IEEE车间信号处理系统,591 - 600年,2000页。
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菜单
,M是一个大于1的整数。为简单起见,假设M = 1。结合DAC的发射机,波形通道和ADC在接收方创建一个整体离散时间信道抽头间隔。ADC后,? ? ? ?样品收到的保护间隔期间每个OFDM符号被丢弃在循环前缀;对于循环后缀吗? ? ? ?收到样品在一个OFDM符号替换为? ?收到样品的OFDM符号。条件下,? ? ? ?≥? ? ? , the linear convolution of the transmitted sequence of IFFT coefficients with the discrete-time channel is converted into a circular convolution. As a result, the effects of the ISI are completely and easily removed. After removal of the guard interval, each block of N received samples is converted back to the frequency domain using an FFT as shown in Fig. 1.2. The FFT operation performs baseband demodulation.
