最近关注的公众号提到了从事移动通信、卫星通讯等领域的FPGA、ASIC、信号处理算法等工程师可能需要关注的技术,有MVDR算法、高速基带芯片、RF芯片、毫米波有源相控阵天线、无线AI,以下做了一些基础的调研:
1 MVDR算法
声源定位是一个阵列信号处理的系统,因为只有一个麦克风接收声音我们是不可能得到声音的方向信息的。利用麦克风阵列可以实现声源到达方向估计(direction-of-arrival estimation),也称为DOA估计。DOA估计的其中一种方法是计算到达不同阵元间的时间差来进行处理的,这一种方法中的一个经典算法:是MVDR。
MVDR算法得基本思路是在频域/空间形成一个窄带滤波器,从此出发,可见MVDR不但对噪声有抑制作用,来对观察频率/角度之外的信号有抑制作用,所以MVDR的分辨率远高于常规的FFT/DBF算法。
(FFT算法:FFT是Fast Fourier Transform的缩写,即快速傅里叶变换的意思。它是对离散傅里叶变换(DFT)算法进行改进获得的。FFT并不是一种新的变换方法,而是DFT的一种快速实现算法。DFT在数字信号中起着重要作用,在语音信号处理、图像传递、雷达及地震波分析等信号处理方面都得到了广泛的应用
DBF算法:数字波束形成(DBF)算法是一种用于天线阵列信号处理的技术,它可以通过对接收到的信号进行加权和相位调控来实现信号的聚焦和定向)
原理:MVDR算法的原理基于最小方差准则,通过对干扰信号的空间协方差矩阵进行估计,并利用该估计来计算权重向量,从而实现对信号的抑制。其核心思想是通过调整权重向量。
应用:【信号检测】基于MVDR算法进行多个人体生命体征检测
MVDR方法在信号频率估计领域的应用:被用于无线定位技术中,可以为移动通信网中的用户提供位置信息。
与FPGA关联的有一篇学位论文:现代谱估计MVDR算法Burg算法FPGA技术 学位年度: 2016
2 高速基带芯片
应用:
根据FPGA的高速光纤通信基带板的规划,5G基站整体架构 BBU+AAU/RRU 2层架构。
5G BBU设备,未来可通过升级5nm/3nm工艺、优化ASIC设计、增强基带芯片能力、引入更高性能多核处理器、FPGA等芯片,提升载波与数据流处理能力,支持多模平台。
FPGA在通信领域用得很早。很多基站的处理芯片(基带处理、波束赋形、天线收发器等),都是用的FPGA。核心网的编码和协议加速等,也用到它。
3 RF芯片
对于通信、雷达等无线电行业相关,传统的架构是FPGA+AD/DA独立器件搭建的数字系统,新的技术是RF-FPGA芯片,它能给整个窄带系统带来诸多优势:
RF-FPGA的出现,使得DDC可以在RF-FPGA内部的RFADC硬核高速运行,处理的功效要高得多。
国产新一代RF-FPGA集成了RFADC,不需要ADC和FPGA之间的高速JESD204或者LVDS接口。直接通过内部并行接口AXI-STEAM接口互联,最大500MHz时钟周期,256位的并行接口。整个数字接收系统节省了大量的功耗和PCB面积,同时也减小了JESD204的接口的延时。
在硬件设计方面,数字DDC的使用提供了更高的灵活性。系统设计人员现在可以平台化ADC和FPGA相关硬件设计,然后只需进行细微的变更,重新配置系统软件便可适应不同的带宽,这也是未来软件无线电的主要方向。
4 毫米波有源相控阵天线
宽带卫星通信和5G毫米波通信的关键核心器件——毫米波相控阵芯片一直身价高昂,影响了其商用推广。
5 无线AI
无线AI是指无线人工智能,即内生于未来(6G)无线通信系统并通过无线架构、无线数据、无线算法和无线应用所呈现出来的新的人工智能技术体系
由此催生了无线AI技术的蓬勃发展。无线AI将是未来6G中渗透性最强的核心技术之一,涉及空口、网络、协议和算法的各个层面,也将深度影响感知、通信、计算、控制等网络功能。
AI/ML技术发展的同时,无线通信系统也在持续高速发展中。第5代移动通信(5G)支持增强移动通信(enhancedmobilebroadband,eMBB)、超高可靠低时延(ultra-reliablelowlatencycommunications,uRLLC)和海量机器类型通信(massivemachinetypecommunications,mMTC)等三大应用场景。
未来的无线通信系统必将向更大吞吐、更低时延、更高可靠性、更大连接数、更高频谱利用率等方向演进。已有的研究工作表明,AI在复杂未知环境建模、学习,信道预测,智能信号生成与处理,网络状态跟踪与智能调度,网络优化部署等许多方面具有重要的应用潜力。