Kürzlich trafen in unserem Labor zwei völlig unterschiedliche Welten aufeinander: die Welt der preiswerten Funk-Transceiver und die Welt der teuren breitbandigen Funksignal-Aufzeichnungssysteme.
Zuerst kamen unsere guten Freunde auf uns zu und wollten eine Software für die Aufzeichnung eines Signals im 500-MHz-Band entwickeln. Wir konnten das natürlich nicht ablehnen. Schließlich musste dies auf einem Board der Firma „Instrumental Systems“ geschehen, die ich schon lange kenne. Zu Beginn meiner Ingenieurskarriere musste ich mit ihrer Hardware und Software arbeiten.
Und dann kam mein lieber Freund von und gebeten, ein Positionierungssystem für Drohnen ohne GPS zu entwickeln. Es sei notwendig, sagt er, die Show drinnen zu starten. Und auf der Straße möchte man heutzutage nicht unbedingt mehrere Millionen Dollar mit einem unzuverlässigen GPS in den Himmel schießen. Störungen und Spoofing der Satellitennavigation .
Für die Positionierung ohne Satelliten mit einer Genauigkeit von besser als zehn Zentimetern in einem Bereich von bis zu einem Kilometer habe ich außer der UWB-Technologie nichts anderes gefunden. DecaWave ist schon lange auf dem Markt und produziert den DW1000-Chip und darauf basierende Module. Der Chip ist ein UWB-Transceiver des Standards IEEE 802.15.4-2011. Das Ding ist übrigens einzigartig, mit doppeltem oder sogar dreifachem Boden. Ich hoffe, dass wir in den nächsten Jahren in die Tiefe gehen und darüber schreiben können. Früher wirst du es definitiv nicht schaffen.
Aber heute reden wir nicht über Positionierung; darüber werden wir in der nächsten Serie sprechen.
Heute zeichnen wir das DW1000-Signal auf. Und die Bandbreite dieses Signals beträgt weder mehr noch weniger, sondern 1000 oder 500 MHz, was durch die Kanalnummer bestimmt wird. „Völlig zufällig“ stand auf dem Nebentisch ein Computer mit Platine von „Instrumental Systems“ mit FMC-Mezzanine von Analog Devices.
An dieser Stelle sei „für den Staatsanwalt“ darauf hingewiesen, dass es sich beim ADC AD9208 heute um eine sanktionierte Technologie handelt. In Russland kann man es nicht legal kaufen, obwohl man es manchmal wirklich möchte. Aber dieses spezielle Modul wurde vor sehr langer Zeit gekauft, als es noch keine Sanktionen gab. Er ist rein, wie die Seele eines Babys. Ich hoffe, dass dieses Geständnis zusammen mit dem Verfahren eingereicht und dem Angeklagten gutgeschrieben wird.
Wir werden jetzt nicht auf die Einzelheiten der Entwicklung von Software zum Aufzeichnen eines Sample-Stroms im Computerspeicher eingehen. Leider können wir den Quellcode der Anwendung für Linux noch nicht veröffentlichen. Aber wir hoffen, beim nächsten Mal die Erlaubnis dafür zu bekommen. Es ist nur erwähnenswert, dass dies selbst unter Berücksichtigung der bereitgestellten Softwareentwicklungen der Instrumentalsysteme nicht einfach war. Der ADC selbst und das System zum Takten und Ausgeben von Samples mithilfe der JESD204B-Technologie sind recht schwer zu verstehen, und auch im Modul von AD waren Hardware-Patches erforderlich. Das REFCLK-Signal ist für das Eingabesystem unbedingt erforderlich, geht aber auf dem Modul an die falschen Beine des FMC-Steckers und dementsprechend nicht an die rechten Beine des FPGA. Ich musste einen Patch anbringen, der auf dem Foto unten zu sehen ist – zwei rote Drähte. Es gab natürlich Zweifel, dass es funktionieren würde. Die Taktrate ist mit 375 MHz hoch und der Patch ist schrecklich. Aber das System hat es geschafft.
Die ganze Küche sieht so aus.
Hier sehen Sie einen Computer mit einem guten I/O-System, einem FMC126P-Board und einem AD9208-3000EBZ-Mezzanine. Unter den Generatoren: ein 3000-MHz-Generator zum Takten des ADC, ein 770-MHz-Generator für REFCLK. Kabel mit SMA-Steckern verbinden die Generatoren und stellen das Eingangssignal bereit.
Die Rohdatengeschwindigkeit vom ADC-Ausgang beträgt, wenn man nicht ins Detail geht, 12 GB/s aus zwei Kanälen. Laut Messungen und laut Herstellerangabe des FMC126P-Boards liegt die maximale Eingabegeschwindigkeit bei 5 GB/s. Deshalb haben wir nur einen Kanal im ADC verwendet und ihn mit einer Dezimierung um vier durch den im AD9208 eingebauten DDC (Digital Down Converter) geleitet. Somit betrug der Datenfluss 3 GB/s (Abtastfrequenz 750 MHz, 16-Bit-Komplexsignal).
Es ist sehr einfach zu überprüfen, ob das System Zeit zum Aufzeichnen von Proben hat: Sie müssen lediglich die Sticky-Bits des FPGA-FIFO-Status überwachen. Wenn über Nacht keine FIFO-Überlaufereignisse aufgetreten sind, wird das Bit nicht gesetzt. Und wir können mit Freude feststellen, dass es zu keinem Messwertverlust gekommen ist. Wir prüfen natürlich zunächst, ob die Latch-Statusbits funktionieren. Wir schauen uns auch die Signalform aus der Datei an, um sicherzustellen, dass die Qualität des erfassten ADC-Signals der Dokumentation entspricht.
Aber welche Art von Signal wäre eines solchen Eingabesystems würdig? Natürlich UWB vom Nebentisch!
Glücklicherweise haben wir für das Drohnenpositionierungssystem eine Kanalfrequenz von 4 GHz gewählt. Dies entspricht den Kanälen 4 und 2 in der DW1000-Terminologie (Abbildung 13 des Datenblatts). Für diese Frequenz, oder besser gesagt für diesen Bereich, haben wir eine in die Platine eingebaute Antenne gebaut. Es war nicht einfach, dies über einen so großen Bereich hinweg zu koordinieren. Doch die Sache erwies sich als erotisch! Manche sagen, es sieht aus wie ein Symbol ... mit Ohren.
Ein 4-GHz-Signal mit einer Bandbreite von 500 MHz fällt in das dritte Nyquist-Band und verfügt über ausreichende Schutzintervalle, um Aliasing zu vermeiden. Deshalb haben wir das DW1000-Signal einfach direkt mit dem AD9208-ADC-Eingang verbunden.
Wir haben zwei Dateien erhalten: eine mit einer PRF-Frequenz von 64 MHz, die andere mit 16 MHz. Die Übertragungsgeschwindigkeit wurde für DW1000 auf das Minimum eingestellt - 110 kbit/s.
Es Datei, diese . Seien Sie vorsichtig, die Dateien sind riesig!
In der ersten Datei sehen wir Pakete mit einer Dauer von etwa 750 Samples oder 1000 Nanosekunden.
In der zweiten Datei sind die Pakete viermal kürzer.
Und dies steht in vollem Einklang mit dem IEEE 802.15.4-2011-Standard in Bezug auf die physikalische UWB-Schicht:
Die Modulation innerhalb des Pakets ähnelt der Phasenmodulation, die auch der im BPSK-Standard spezifizierten entspricht. Den Standard selbst finden Sie im Internet, suchen Sie nach „IEEE 802.15.4-2011“.
Wenn man das Beobachtungszeitfenster etwas erweitert, erkennt man auch die Ungleichmäßigkeit der Pakete, was der Beschreibung der Hybridmodulation IEEE 802.15.4-2011 UWB – Position-Phase (BPM-BPSK) entspricht.
Im Allgemeinen halte ich den DW1000-Chip und die Modulation dieses UWB-PHY für eine Bombe, was auch immer das bedeutet, eine Sache auf dem Niveau eines militärischen JTIDS. Das ist mein neues Hobby. Fortsetzung folgt!
Einerseits werden wir DW1000 lieben, andererseits werden wir uns mit dem IEEE 802.15.4-Standard befassen.
Source: habr.com