Скоро в нашата лаборатория се събраха два напълно различни свята: свят на евтини радио-трансивери и свят на скъпи системи за запис на широколентови радио-сигнали.
Първо, нашите добри приятели се обърнаха към нас, за да създадат софтуер за запис на сигнал с честота 500 МГц. Разбира се, не можахме да откажем. Трябваше да направим това на платка на компанията „Инструментални системи“, която познавам отдавна. В началото на инженерната си кариера ми се наложи да работя с тяхното оборудване и софтуер.
След това дойде скъп мой приятел от и поиска да направим система за позициониране за дронове без GPS. Трябва, казва, да стартираме шоу в закрити помещения. А и навън не е много приятно да пускаш в небето милиони пари на ненадежден GPS. Интерференцията и spoofing на спутниковата навигация .
За позициониране без спътници с точност по-добра от десет сантиметра в радиус до километър, не намерих нищо освен UWB технологията. На пазара отдавна съществува компания DecaWave, която произвежда микрочипа DW1000 и модули на неговата база. Микрочипът е СШП-трансивер стандарт IEEE 802.15.4-2011. Между другото, устройството е уникално, с двойно или даже тройно дъно. Надявам се, че ще можем да овладеем дълбините му в следващите години и да пишем за него. По-рано определено не успявах.
Но днес не става въпрос за позициониране, за това в следващите епизоди.
Днес записваме сигнала на DW1000. А честотната лента на този сигнал е точно 1000 или 500 МГц, в зависимост от канала. „Съвсем случайно“ на съседното бюро стоеше компютър с платка от „Инструментални системи“ с FMC мезанин от Analog Devices.
Тук следва да се отбележи „за прокурора“, че АЦП AD9208 е сега санкционирана техника. Легално да го купиш в Русия е невъзможно, макар че понякога много ми се иска. Но конкретният модул беше купен много отдавна, когато санкции все още нямаше. Той е чист, като душата на новородено бебе. Надявам се, че това признание ще бъде прикрепено към делото и ще бъде зачетено от подсъдимия.
Няма да се впускаме в подробности относно разработката на софтуер за запис на поток от данни в паметта на компютъра. За съжаление, в момента не можем да публикуваме изходния код на приложението за Linux. Надяваме се обаче да получим разрешение за това при следващата възможност. Струва си да се отбележи, че не беше лесно, дори и с предоставените софтуерни разработки от Инструментални Системи. Самият АЦП и системата за тактирование и изход на данни чрез технологията JESD204B са доста сложни за разбиране, а в модула от AD се оказаха необходими и хардуерни патчи. Сигналът REFCLK е задължителен за системата за въвеждане, но той не попада на правилните pини на конектора FMC и, съответно, не достига нужните pини на ПЛИС. Прихода да наложим патч, който може да се види на снимката по-долу — два червени проводника. Имаше, разбира се, съмнения че това ще проработи. Честотата на тактовия сигнал е висока — 375 MHz, а патчът е ужасен. Но системата се справи.
Цялата кухня изглежда така.
Тук можем да видим компютър с добра система за вход и изход, платка FMC126P, мезанин AD9208-3000EBZ. Генераторите: генератор от 3000 MHz за тактирование на АЦП, генератор от 770 MHz за REFCLK. Кабелите с конектори SMA свързват генераторите и подават входния сигнал.
Суровата скорост на данни от изхода на АЦП, ако не се нарушаваме, е 12 GB/s от две канала. Според измерванията и декларацията на производителя на платката FMC126P максималната скорост на въвеждане е 5 GB/s. Затова в АЦП използвахме само един канал и го пропуснахме през вграденото в AD9208 DDC (Digital Down Converter) с децимация на четири. По този начин потокът от данни възлиза на 3 GB/s (честота на дискретизация 750 MHz, 16-битов комплексен сигнал).
Проверката дали системата успява да записва данните е много проста: необходимо е просто да следим за блокираните битове на статуса на FIFO ПЛИС. Ако през нощта не е имало нито едно събитие FIFO Overflow, битът няма да бъде активиран. И можем радостно да потвърдим, че загуба на данни не е имало. Предварително, разбира се, проверяваме, че фиксацията на битовете на статуса работи. Формата на сигнала също преглеждаме от файла, за да се уверим, че качеството на изчитане на сигнала от АЦП отговаря на документацията.
Но какъв сигнал би бил достоен за такава система за въвеждане? Разбира се, UWB от съседната маса!
За щастие, за системата за позициониране на дронове избрахме честота на канала 4 GHz. Това съответства на каналите 4 и 2 в терминологията на DW1000 (Фигура 13 от спецификацията). Създадохме вградена в платката антена на тази честота, или по-добре казано, на този диапазон. Да я настроим в такъв широк диапазон беше предизвикателство. Но устройството стана впечатляващо! Някои казват, че прилича на символ… с ушички.
Сигналът 4 GHz с широчина 500 MHz попада в третия Nyquist интервал и има достатъчно защитни интервали, за да избегне припокриване на спектъра. Затова просто подадохме сигнала на DW1000 директно на входа на АЦП AD9208.
Получихме два файла: един с честота PRF 64 MHz, друг — 16 MHz. Скоростта на предаване беше зададена на минималната за DW1000 — 110 kbit/s.
Това файл, това . Внимание, файловете са огромни!
В първия файл виждаме пакети с продължителност около 750 проби или 1000 наносекунди.
Във втория файл пакетите са четири пъти по-кратки.
И това напълно съответства на стандарта IEEE 802.15.4-2011 за физическия слой UWB:
Модулацията в пакета е подобна на фазова, което също съответства на определения в стандарта BPSK. Вие можете да намерите самия стандарт в интернет, търсете „IEEE 802.15.4-2011“.
Ако малко разширим времевия прозорец на наблюдение, ще се видят и неравномерности в последователността на пакетите, което съответства на описанието на хибридната модулация IEEE 802.15.4-2011 UWB — позиционно-фазова (BPM-BPSK).
Въобще, намирам чипа DW1000 и модулацията на този UWB PHY за изключителна, независимо какво означава това, на ниво на военен JTIDS. Това е новото ми хоби. Продължението следва!
От една страна, ще разглеждаме DW1000, от друга, ще проучваме стандарта IEEE 802.15.4.
Източник: habr.com
