Nedávno se ve naší laboratoři spojily dva zcela odlišné světy: svět levných rádiových transceiverů a svět velmi drahých systémů pro záznam širokopásmových rádiových signálů.
Nejprve se na nás obrátili naši dobří přátelé, abychom vytvořili software pro záznam signálu s šířkou pásma 500 MHz. Samozřejmě jsme nemohli odmítnout. Bylo třeba to udělat na desce společnosti „Instrumentální Systémy“, kterou znám již dlouho. Na počátku mé inženýrské kariéry jsem musel pracovat s jejich hardwarem a softwarem.
A pak přišel drahý přítel z a požádal o vytvoření systému polohování pro drony bez GPS. Říká, že je třeba pořádat show v halách. A ani venku dneska není žádoucí pouštět do vzduchu několik milionů korun na nespolehlivé GPS. Rušení a spoofing satelitní navigace .
Pro polohování bez satelitů s přesností lepší než deset centimetrů v oblasti do jednoho kilometru jsem nenašel nic jiného než technologii UWB. Již dlouho je na trhu společnost DecaWave, která vyrábí čip DW1000 a moduly na jeho základě. Čip je UWB transceiver standardu IEEE 802.15.4-2011. Mimochodem, je to unikátní zařízení, se dvojitým nebo dokonce trojitým dnem. Doufám, že se nám podaří proniknout do jeho hloubek v následujících několika letech a napsat o tom. Dříve určitě nestihneme.
Ale dnes se nebavíme o polohování, o tom v následujících epizodách.
Dnes provádíme záznam signálu DW1000. A šířka tohoto signálu je buď 1000 nebo 500 MHz, což je určeno číslem kanálu. „Naprostou náhodou“ na vedlejším stole stál počítač s deskou od „Instrumentálních Systémů“ s FMC mezaninem od Analog Devices.
Zde je třeba poznamenat „pro prokurátora“, že ADC AD9208 je dnes sankcionovanou technologií. Legálně ji nelze koupit do Ruska, i když se to občas hodně chce. Ale tento konkrétní modul byl zakoupen už dávno, když žádné sankce ještě nebyly. Je čistý jako duše novorozence. Doufám, že toto přiznání bude připojeno k případu a bude započítáno obžalovanému.
Nepojdeme nyní do podrobností o vývoji softwaru pro záznam toku měření do paměti počítače. Bohužel, zatím nemůžeme zveřejnit zdrojový kód aplikace pro Linux. Doufáme však, že získáme povolení k tomu příště. Je třeba poznamenat, že to nebylo jednoduché, i vzhledem k poskytovaným softwarovým pracím Nástrojových Systémů. Samotný A/D převodník a systém jeho taktování a vyhodnocení pomocí technologie JESD204B jsou poměrně složité na pochopení, a navíc se v modulu od AD ukázaly potřebné hardwarové patchy. Signál REFCLK je pro vstupní systém nezbytný, ale na modulu se dostává na nesprávné piny konektoru FMC a příslušně se nedostává na potřebné piny FPGA. Bylo nutné použít patch, který lze vidět na níže uvedené fotografii — dva červené vodiče. Samozřejmě existovaly pochybnosti o tom, zda to bude fungovat. Frekvence taktovacího signálu je vysoká — 375 MHz, a patch je hrozný. Ale systém to zvládl.
Celá kuchyň vypadá takto.
Zde můžete vidět počítač s dobrou vstupně-výstupní systémem, desku FMC126P, mezanín AD9208-3000EBZ. Z generatorů: generátor 3000 MHz pro taktování A/D převodníku, generátor 770 MHz pro REFCLK. Kabely s konektory SMA spojují generátory a dodávají vstupní signál.
Surová rychlost dat z výstupu A/D převodníku, pokud se budeme držet pravidla, dosahuje 12 GB/s ze dvou kanálů. Podle měření a prohlášení výrobce desky FMC126P je maximální rychlost příjmu 5 GB/s. Proto jsme v A/D převodníku použili pouze jeden kanál a prošli jsme ho vestavěným AD9208 DDC (Digitální Dolní Konvertor) se decimací na čtyři. Tímto způsobem dosáhl datový tok 3 GB/s (frekvence vzorkování 750 MHz, 16bitový složený signál).
Ověření, že systém stíhá zapisovat měření, je velmi jednoduché: stačí sledovat uvízlé bity stavu FIFO FPGA. Pokud přes noc nedošlo k žádné události FIFO Overflow, bit nebude aktivován. A my s radostí konstatujeme, že nedošlo k žádným ztrátám měření. Předtím samozřejmě zkontrolujeme, že se bity stavu registrují správně. Také zkontrolujeme tvar signálu z souboru, abychom se ujistili, že kvalita snímání signálu A/D převodníku odpovídá dokumentaci.
Ale jaký signál si zaslouží takový vstupní systém? Samozřejmě UWB ze sousedního stolu!
Naštěstí jsme pro systém určování polohy dronů zvolili frekvenci kanálu 4 GHz. To odpovídá kanálům 4 a 2 v terminologii DW1000 (Obrázek 13 datového listu). Vytvořili jsme vestavěnou anténu na tuto frekvenci, nebo přesněji řečeno, na toto pásmo. Slaďování ji v tak širokém pásmu nebylo jednoduché. Ale věc se povedla! Někteří říkají, že vypadá jako symbol… s uškama.
Signál 4 GHz s šířkou pásma 500 MHz spadá do třetího Nyquistova pásma a má dostatečné ochranné intervaly, aby se vyhnul překrývání spektra. Proto jsme jednoduše přivedli signál DW1000 přímo na vstup ADC AD9208.
Obdrželi jsme dva soubory: jeden s frekvencí PRF 64 MHz a druhý — 16 MHz. Rychlost přenosu byla nastavena na minimální pro DW1000 — 110 kbit/s.
To je soubor, to je . Pozor, soubory jsou obrovské!
V prvním souboru vidíme pakety trvající přibližně 750 vzorků nebo 1000 nanosekund.
Ve druhém souboru jsou pakety čtyřikrát kratší.
A to je zcela v souladu se standardem IEEE 802.15.4-2011 v části fyzické úrovně UWB:
Modulace uvnitř paketu připomíná fázovou, což také odpovídá specifikované v standardu BPSK. Samotný standard můžete najít online, hledejte „IEEE 802.15.4-2011“.
Pokud trochu rozšíříme časové okno pozorování, můžeme vidět i nepravidelnosti v posloupnosti paketů, což odpovídá popisu hybridní modulace IEEE 802.15.4-2011 UWB — pozicionálně-fázové (BPM-BPSK).
Obecně považuji čip DW1000 a modulaci tohoto UWB PHY za úžasnou, což může znamenat cokoliv, na úrovni vojenského JTIDS. To je moje nová vášeň. Pokračování příště!
Na jedné straně budeme zkoumat DW1000, na druhé straně budeme zjišťovat standard IEEE 802.15.4.
Zdroj: habr.com
