For nylig mødtes to helt forskellige verdener i vores laboratorium: verden af billige radio-transceivere og verden af dyre systemer til optagelse af bredbånds radiosignaler.
Først kontaktede vores gode venner os for at lave software til at optage signalet med en båndbredde på 500 MHz. Vi kunne selvfølgelig ikke nægte. Det var nødvendigt at gøre det på et kort fra 'Instrumentelle Systemer', som jeg har kendt i lang tid. I begyndelsen af min ingeniørkarriere arbejde jeg med deres hardware og software.
Og så kom en kære ven af og bad om at lave et positionssystem til droner uden GPS. Det er nødvendigt, sagde han, at udføre showet indendørs. Og ude i vores tid er det ikke særlig rart at sende flere millioner kroner op i luften med en usikker GPS. Forstyrrelser og spoofing af satellitnavigation .
Til positionering uden satellitter med nøjagtighed bedre end ti centimeter inden for en kilometer fandt jeg ikke andet end UWB-teknologi. Der har længe været et firma på markedet, DecaWave, der producerer mikroskabet DW1000 og moduler baseret på det. Mikroskabet er en Ultra-Høj Præcisions-transceiver efter standarden IEEE 802.15.4-2011. For at sige det ligeud, det er en unik sag, med dobbelt eller endda tredobbelt bund. Jeg håber, vi kan udforske dens dybder i de kommende år og skrive om det. Tidligere kan vi ikke nå det.
Men i dag handler det ikke om positionering, det kommer i næste afsnit.
I dag optager vi signalet fra DW1000. Og båndbredden for dette signal er ikke meget mere end 1000 eller 500 MHz, hvilket bestemmes af kanalenummeret. 'Helt tilfældigt' stod der en computer med et kort fra 'Instrumentelle Systemer' med en FMC-mézanin fra Analog Devices.
Her skal det nævnes 'til anklageren', at ADC AD9208 i dag er en sanktioneret teknologi. Det kan ikke lovligt købes i Rusland, selvom man nogle gange virkelig gerne ville. Men denne specifikke modul blev købt for lang tid siden, da der endnu ikke var sanktioner. Den er ren som sjælen af et spædbarn. Jeg håber, denne tilståelse vil blive arkiveret i sagen og tælle til fordel for den tiltalte.
Lad os ikke gå i detaljerne om udviklingen af software til optagelse af måledata i computerens hukommelse. Desværre kan vi lige nu ikke offentliggøre kildekoden til applikationen til Linux. Men vi håber at få tilladelse til dette næste gang. Det skal bare nævnes, at det var en udfordrende opgave, selv med de leverede softwaremoduler fra Instrument Systems. Selve ADC'en og systemet til taktering og output af målinger baseret på JESD204B-teknologi er ret komplekse at forstå, og der var desuden behov for hardwarepatches i modulet fra AD. REFCLK-signalet er absolut nødvendigt for indgangssystemet, men det kommer ind på de forkerte ben på FMC-stikket og når derfor ikke de nødvendige ben på FPGA'en. Vi måtte lave en patch, som man kan se på billedet nedenfor — to røde ledninger. Der var selvfølgelig tvivl om, om dette ville fungere. Taktsignalfrekvensen er høj — 375 MHz, og patchen er ikke pæn. Men systemet klarede det.
Hele køkkenet ser således ud.
Her kan man se en computer med et godt ind- og udgangssystem, et FMC126P-kort, og en mezzanin AD9208-3000EBZ. Fra generatorerne: en 3000 MHz generator til taktering af ADC'en, en 770 MHz generator til REFCLK. Kabler med SMA-stik forbinder generatorerne og tilfører inputsignal.
Den rå datahastighed fra ADC'ens udgang, hvis man ser bort fra finere detaljer, er 12 GB/s fra to kanaler. Ifølge målinger og producentens specifikationer for FMC126P-kortet er den maksimale indgangshastighed 5 GB/s. Derfor brugte vi kun én kanal i ADC'en og sendte den gennem den indbyggede DDC (Digital Down Converter) i AD9208 med en decimation faktor på fire. På den måde blev datastreamen 3 GB/s (samplefrekvens 750 MHz, 16-bit kompleks signal).
At kontrollere, om systemet kan registrere målinger, er meget enkelt: man skal blot overvåge de hængende FIFO statusbits i FPGA'en. Hvis der ikke har været nogen FIFO Overflow-begivenheder om natten, så vil biten ikke blive aktiveret. Og vi kan glædeligt konstatere, at der ikke har været tab af målinger. Først sikrer vi dog, at statusbit-fikseringen virker. Vi ser også signalets form fra filen for at sikre, at kvaliteten af ADC-signalet svarer til dokumentationen.
Men hvilket signal vil være værdig til et sådant indgangssystem? Selvfølgelig UWB fra det nærliggende bord!
Heldigvis valgte vi frekvensen 4 GHz til dronesystemets positionering. Det svarer til kanalerne 4 og 2 i DW1000-terminologien (figur 13 i databladet). Vi har lavet en indbygget antenne til dette frekvensområde. At justere den i så bredt spektrum var ikke nemt. Men det blev en lækker løsning! Nogle siger, den ligner et symbol... med ører.
4 GHz-signalet med en båndbredde på 500 MHz falder indenfor den tredje Nyquist-bånd og har tilstrækkelige sikkerhedsmargener til at undgå spektral overlapning. Så vi tilsluttede bare DW1000-signalet direkte til AD9208s ADC-indgang.
Vi modtog to filer: en med PRF-frekvensen på 64 MHz, og den anden med 16 MHz. Overførselsraten blev sat til minimum for DW1000 — 110 kbit/s.
Dette filen, det er . Vær forsigtig, filerne er enorme!
I den første fil ser vi pakker, der varer omkring 750 prøver eller 1000 nanosekunder.
I den anden fil er pakkerne fire gange kortere.
Og det svarer fuldt ud til standarden IEEE 802.15.4-2011 med hensyn til det fysiske lag UWB:
Modulationen inden i pakken ligner fase-modulation, hvilket også er i overensstemmelse med BPSK angivet i standarden. Du kan finde selve standarden på internettet, søg efter "IEEE 802.15.4-2011".
Hvis du udvider observationsvinduet lidt, kan du også se uregelmæssigheder i sekvensen af pakkerne, hvilket stemmer overens med beskrivelsen af hybridmodulation fra IEEE 802.15.4-2011 UWB — positions-fase-modulation (BPM-BPSK).
Generelt finder jeg DW1000-chippen og UWB PHY-modulationen virkelig imponerende, hvad det nu end betyder, og på niveau med militær JTIDS. Det er mit nye hobbyområde. Fortsættes!
På den ene side vil vi undersøge DW1000, på den anden side vil vi sætte os ind i standarden IEEE 802.15.4.
Kilde: habr.com
