Der Design-Flow, der SDR revolutioniert

Es gibt eine beispiellose Nachfrage nach Technologie, die den Systemdesignern von heute hilft, voranzukommen, da die Gesellschaft immer mehr Geräte und Daten über Netzwerke verbindet und gemeinsam nutzt. Während Signalverarbeitungs- und Kommunikationsdesigner daran arbeiten, Algorithmen zu definieren, die dringende Herausforderungen in Bezug auf Bandbreite, Sicherheit, Energieeffizienz und Koexistenz überwinden, gibt es einen alarmierenden Mangel an Designern, die effektive Prototyping-Lösungen mit realen Signalen erstellen.

Während sich Industrie, Hochschulen und staatliche Labors dem softwaredefinierten Funk (SDR) zugewandt haben, um neue Designs mit realen Signalen und Bedingungen zu testen, ist der Prototyping-Prozess alles andere als effizient. Leider sind vorhandene Softwaretools oft ein Engpass für Innovationen; weil sie einen indirekten und unzusammenhängenden Designfluss bieten. Die Herausforderung ergibt sich zu einem großen Teil aus der Diskontinuität zwischen gut geeigneten Tools für das Algorithmendesign und denen, die zum Programmieren von SDR-Hardwarekomponenten benötigt werden. Genau diese Diskontinuität überbrückt das Softwarepaket LabVIEW Communications System Design Suite und bietet einen einheitlichen Designfluss vom Algorithmus bis zur Hardware. Die Designer von heute entscheiden sich für SDRs, weil die Flexibilität, die sie bieten, ein schnelles Prototyping verspricht. Diese Flexibilität ergibt sich hauptsächlich aus den Rechenelementen, die das Verhalten des generischen HF-Eingangs und der großen Bandbreite moderner SDRs bestimmen: Multicore-Prozessoren und große benutzerprogrammierbare FPGAs. Leider finden aktuelle Tools zum Programmieren von Prozessoren und FPGAs, dass SDRs jede Hoffnung auf wirklich schnelles Prototyping zunichte machen. Der Übergang vom Algorithmus zur Prozessor- und FPGA-Implementierung erfordert unterschiedliche Spezialisierungen und Werkzeuge. Hochmoderne menschliche Teams in verschiedenen Technologievektoren sind zwangsläufig größer als ideal und sehen sich langen und kostspieligen Designzyklen gegenüber. Das Ergebnis ist kein reibungsloser, iterativer Prototyping-Prozess, der zur Innovation beiträgt; Vielmehr behindert der Prozess die Effizienz und vereitelt Innovationen.

LabVIEW Communications bietet eine einheitliche Design-Pipeline für das Prototyping von Kommunikationssystemen. Es ist eine einzige kohärente Designumgebung, die sowohl auf den Prozessor als auch auf das FPGA wirken kann. Diese Hardware-bewusste Designumgebung umfasst System Designer, der es Designern ermöglicht, die Systemkonfiguration zu validieren, auf die Systemdokumentation zuzugreifen, die Systemarchitektur zu beschreiben, Systemkomponenten zu konfigurieren und Algorithmen auf Hardware zu partitionieren und bereitzustellen. Diese unübertroffene Hardware-Software-Integration bietet auch Zugriff auf E/A und Ressourcen, wodurch die Notwendigkeit einer Middleware- und Treiberentwicklung entfällt.

Darüber hinaus ermöglicht die fortschrittliche Kompilierungstechnologie von LabVIEW Communications eine große Flexibilität und macht Algorithmusbeschreibungen einfach zu diktieren, wie diese Algorithmen auf SDRs-Hardware abgebildet und ausgeführt werden. Als ein Beispiel für die Entwicklung von Signalverarbeitungsalgorithmen bietet das neue Multi-Rate-Diagramm (MRD) von LabVIEW Communications Entwicklern die Möglichkeit, sich in Prozesse einzuklinken, die mit unterschiedlichen Raten ausgeführt werden, ohne Protokollunordnung, Puffernutzung und Datenwarteschlangen zwischen Prozessen. Sobald Forscher die Signalkette in einem Diagramm mit mehreren Raten entworfen haben, können sie sich auf ein integriertes und interaktives datengesteuertes Tool verlassen, um das Design in Festkomma umzuwandeln und dann zu untersuchen, wie das Design unter verschiedenen Anforderungen funktionieren würde. Durch einfaches Definieren der Taktrate und Leistung des Algorithmus kann der zugrunde liegende Compiler die Implementierung parsen und Designern Timing- und Ressourcenschätzungen liefern, die für die SDR-Hardware spezifisch sind, auf der sie eingesetzt werden möchten. Designer müssen sich nicht mehr mit der Architektur der zugrunde liegenden Hardware befassen, auf der sie bereitstellen möchten. Sie müssen ein Design nicht mehr manuell sezieren, um Kompromisse zwischen verschiedenen Implementierungen zu verstehen. Der LabVIEW-Communications-Compiler übernimmt die oft komplexe Aufgabe, die Auswirkungen von Loop-Unwinding, Speicherpartitionierung, Änderung von Speicherzugriffsschemata und Auswahl unterschiedlicher FPGA- und Komponentenressourcen zu untersuchen. Der Designer kann basierend auf dem Feedback des Compilers mit der Implementierung fortfahren, die die Designanforderungen am besten erfüllt. Als zusätzlichen Vorteil können Forscher eine erhebliche Wiederverwendbarkeit erreichen, da die grundlegenden Algorithmen in Hochsprachen definiert sind und die Implementierung aus den Designanforderungen folgt, die an den Algorithmus gestellt werden.

Schließlich können sich Benutzer auf die neuen Anwendungs-Frameworks verlassen, die in LabVIEW Communications verfügbar sind, um ihren Designzyklus weiter zu beschleunigen. Die Application Frameworks stellen dokumentierten, modifizierbaren, auf Standards basierenden Quellcode für LTE- und 802.11-PHYs bereit. Designer können sich auf die spezifischen Komponenten konzentrieren, die sie für Verbesserungen gegenüber bestehenden LTE- und 802,11-Designs suchen, anstatt Zeit damit zu verbringen, die Infrastrukturanforderungen zu erstellen, die zum ordnungsgemäßen Testen neuer Algorithmen erforderlich sind.

Systemdesigner von heute benötigen einen Designablauf, der das wahre Potenzial von SDRs für Rapid Prototyping ausschöpft. LabVIEW Communications bietet einen nahtlosen Weg vom Algorithmus zum Prototyping und hilft Designern, schneller Innovationen zu entwickeln. Forscher haben Zugriff auf intuitive Hochsprachen, die ein effizientes Algorithmendesign und eine Systemvereinfachung ermöglichen. Die hardwarebewusste Art der Software im Falle von Hardware-SDRs ermöglicht eine präzise Integration von E/A aus der realen Welt.

LabVIEW Communications wird Designern dabei helfen, die Konkurrenz im Rennen zu überflügeln, um die Standards zu definieren, die 5G und anderen zukünftigen Kommunikationssystemen zugrunde liegen. Mit LabVIEW Communications werden Designer in der Lage sein, die Lösungen, die das Zeitalter des „Internets der Dinge“ einläuten, schneller zu erkennen.