{"id":53485,"date":"2019-12-03T00:00:00","date_gmt":"2019-12-02T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/zapis-sverh-shirokopolosnyh-signalov-standarta-802-15-4-uwb-na-pochti-sanktsionnoj-tehnike"},"modified":"2020-02-18T14:01:23","modified_gmt":"2020-02-18T11:01:23","slug":"zapis-sverh-shirokopolosnyh-signalov-standarta-802-15-4-uwb-na-pochti-sanktsionnoj-tehnike","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/zapis-sverh-shirokopolosnyh-signalov-standarta-802-15-4-uwb-na-pochti-sanktsionnoj-tehnike","title":{"rendered":"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/68562b5e0b1849cba03dac91ba8e763f.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>K\u00fcrzlich sind zwei v\u00f6llig unterschiedliche Welten in unserem Labor aufeinandergetroffen: die Welt der g\u00fcnstigen Radio-Transceiver und die Welt der teuren Systeme zur Aufzeichnung von Breitbandsignalen. <\/p>\n<p><noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><\/p>\n<p>Zun\u00e4chst haben sich unsere guten Freunde an uns gewandt, um eine Software zur Aufzeichnung eines Signals mit einer Bandbreite von 500 MHz zu erstellen. Nat\u00fcrlich konnten wir nicht ablehnen. Schlie\u00dflich musste dies auf einer Karte der Firma &#171;Instrumentelle Systeme&#187; geschehen, mit deren Hardware und Software ich schon lange vertraut bin. Zu Beginn meiner Ingenieurt\u00e4tigkeit musste ich mit deren Ger\u00e4ten arbeiten.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Und dann kam ein gesch\u00e4tzter Freund <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/users\/mikkab\/\" class=\"user_link\">mikkab<\/a><\/noindex> aus <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/droneswarm.ru\/\">Drohnen-Show<\/a><\/noindex> und bat um ein Positionsbestimmungssystem f\u00fcr Drohnen ohne GPS. Er sagt, man m\u00fcsse die Shows in Innenr\u00e4umen starten. Und auch drau\u00dfen m\u00f6chte man heutzutage nicht mehrere Millionen f\u00fcr ein weniger zuverl\u00e4ssiges GPS ausgeben. St\u00f6rungen und Spoofing bei der Satellitennavigation <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/337608\/\">wuchern.<\/a><\/noindex>.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>F\u00fcr die Positionsbestimmung ohne Satelliten mit einer Genauigkeit von besser als zehn Zentimetern in einem Bereich von bis zu einem Kilometer habe ich nichts anderes als die UWB-Technologie gefunden. Es gibt schon lange ein Unternehmen namens DecaWave auf dem Markt, das den Chip DW1000 und Module auf seiner Basis produziert. Der Chip ist ein UWB-Transceiver des Standards IEEE 802.15.4-2011. \u00dcbrigens ist das ein einzigartiges Teil, mit doppeltem oder sogar dreifachem Boden. Ich hoffe, wir werden in den n\u00e4chsten Jahren die Tiefen davon erforschen und dar\u00fcber schreiben k\u00f6nnen. Fr\u00fcher wird es sicher nicht klappen.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Aber heute geht es nicht um die Positionsbestimmung, dar\u00fcber wird in den n\u00e4chsten Episoden gesprochen.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Heute nehmen wir das DW1000-Signal auf. Und die Bandbreite dieses Signals betr\u00e4gt nicht mehr und nicht weniger als 1000 oder 500 MHz, je nach Kanalnummer. &#171;Ganz zuf\u00e4llig&#187; stand auf dem benachbarten Tisch ein Computer mit einer Karte <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"http:\/\/insys.ru\/fmc\/fmc126p\">FMC126P<\/a><\/noindex> von &#171;Instrumentellen Systemen&#187; mit FMC-Mezzanine. <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.analog.com\/ru\/design-center\/evaluation-hardware-and-software\/evaluation-boards-kits\/eval-ad9208.html\">AD9208-3000EBZ<\/a><\/noindex> von Analog Devices.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Hier sei &#171;f\u00fcr den Staatsanwalt&#187; angemerkt, dass der ADC AD9208 heutzutage eine sanktionsbehaftete Technik ist. Man kann ihn nicht legal nach Russland kaufen, auch wenn man manchmal sehr gerne m\u00f6chte. Aber dieses spezifische Modul wurde vor langer Zeit gekauft, als es noch keine Sanktionen gab. Es ist rein wie die Seele eines Kindes. Ich hoffe, dieses Gest\u00e4ndnis wird der Akte beigeheftet und dem Angeklagten angerechnet.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Lass uns nicht im Detail auf die Entwicklung der Software zur Speicherung der Messdaten im Arbeitsspeicher des Computers eingehen. Leider k\u00f6nnen wir den Quellcode der Anwendung f\u00fcr Linux derzeit nicht ver\u00f6ffentlichen. Wir hoffen jedoch, beim n\u00e4chsten Mal die Genehmigung daf\u00fcr zu erhalten. Es sei nur erw\u00e4hnt, dass es nicht einfach war, selbst bei den zur Verf\u00fcgung gestellten Softwarekomponenten von Instrumental Systems. Der ADC selbst und das System seiner Taktung und Datenausgabe nach der JESD204B-Technologie sind ziemlich komplex zu verstehen, und zus\u00e4tzlich waren im Modul von AD notwendige Hardware-Patches erforderlich. Das Signal REFCLK wird von dem Eingabesystem unbedingt ben\u00f6tigt, kommt aber im Modul nicht an den richtigen Beinen des FMC-Anschlusses an, und entsprechend gelangt es nicht zu den erforderlichen Pins des FPGA. Es musste ein Patch angebracht werden, den man auf dem Foto unten sehen kann - zwei rote Dr\u00e4hte. Nat\u00fcrlich gab es Bedenken, dass dies funktionieren w\u00fcrde. Die Taktrate ist hoch - 375 MHz, und der Patch sieht schrecklich aus. Aber das System hat es geschafft.<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/1d4d728d3c8b3b69c91d3b21b1d5c60c.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Die gesamte K\u00fcche sieht so aus.<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/4dc96f0194c69b3c9bd1fa9adfefd002.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Hier kann man einen Computer mit einem guten Ein- und Ausgabesystem, das Board FMC126P und das Mezzanin AD9208-3000EBZ bemerken. Von den Generatoren: ein 3000 MHz Generator f\u00fcr die Taktung des ADC, ein 770 MHz Generator f\u00fcr REFCLK. SMA-Kabel verbinden die Generatoren und liefern das Eingangssignal.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Die Rohdatenrate vom Ausgang des ADC betr\u00e4gt, wenn man es nicht zu genau nimmt, 12 GB\/s \u00fcber zwei Kan\u00e4le. Laut Messungen und den Angaben des Herstellers des FMC126P-Boards betr\u00e4gt die maximale Eingabegeschwindigkeit 5 GB\/s. Daher haben wir im ADC nur einen Kanal verwendet und diesen durch den im AD9208 integrierten DDC (Digital Down Converter) mit einer Dezimation von vier geleitet. Dadurch betrug die Datenrate 3 GB\/s (Abtastrate 750 MHz, 16-Bit komplexes Signal).<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Die \u00dcberpr\u00fcfung, ob das System in der Lage ist, die Messwerte aufzuzeichnen, ist ganz einfach: Es muss nur die h\u00e4ngen gebliebenen Statusbits des FIFO des FPGAs \u00fcberwacht werden. Wenn es \u00fcber Nacht kein einziges FIFO Overflow-Ereignis gab, wird das Bit nicht gesetzt. Und wir k\u00f6nnen erfreut feststellen, dass es keine Datenverluste gab. Vorab pr\u00fcfen wir nat\u00fcrlich, ob die Erfassung der Statusbits funktioniert. Auch die Form des Signals wird aus der Datei \u00fcberpr\u00fcft, um sicherzustellen, dass die Qualit\u00e4t des ADC-Signals der Dokumentation entspricht.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Aber welches Signal wird denn ein solches Eingabesystem verdienen? Nat\u00fcrlich UWB von dem benachbarten Tisch!<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Gl\u00fccklicherweise haben wir f\u00fcr das Positionierungssystem der Drohnen eine Kanalfrequenz von 4 GHz gew\u00e4hlt. Dies entspricht den Kan\u00e4len 4 und 2 in der Terminologie des DW1000 (Abbildung 13 des Datenblatts). Wir haben eine integrierte Antenne auf diese Frequenz, oder besser gesagt, auf dieses Frequenzband, entworfen. Es war nicht einfach, sie in einem so breiten Spektrum abzustimmen. Aber das Ergebnis sieht erotisch aus! Einige sagen, es \u00e4hnelt einem Symbol\u2026 mit Ohren.<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/b553369fa20552e7fc852d63b325664e.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Das Signal von 4 GHz mit einer Bandbreite von 500 MHz f\u00e4llt in das dritte Nyquist-Band und hat ausreichende Schutzintervalle, um Spektral\u00fcberlappungen zu vermeiden. Deshalb haben wir das DW1000-Signal einfach direkt an den Eingang des AD9208-ADC angelegt.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Wir haben zwei Dateien erhalten: eine mit einer PRF-Frequenz von 64 MHz, die andere mit 16 MHz. Die \u00dcbertragungsrate wurde auf das Minimum f\u00fcr DW1000 eingestellt \u2013 110 kbit\/s.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Das ist <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/drive.google.com\/open?id=1sEgkDhkqKLpKFxTKilRB2po3ZPBkTOor\">der erste<\/a><\/noindex> Datei, das ist <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/drive.google.com\/open?id=1jsSVK_rPT0IuVGuV3gmdCvPWgMnKceZ2\">der zweite<\/a><\/noindex>. Vorsicht, die Dateien sind riesig!<\/p>\n<p><\/p>\n<p>In der ersten Datei sehen wir Pakete mit einer Dauer von etwa 750 Abtastungen oder 1000 Nanosekunden.<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/b2d583d9e45d75bde63e44b43a0e3970.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>In der zweiten Datei sind die Pakete viermal k\u00fcrzer.<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/12e85d2b8d68e2398b637aaa9ebfb84c.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Und das entspricht durchaus dem IEEE 802.15.4-2011 Standard im Hinblick auf die physikalische Ebene UWB:<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/671d8002c7cadeea61f2bb32964fcb51.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Die Modulation innerhalb des Pakets \u00e4hnelt der Phasenmodulation, was ebenfalls dem im Standard angegebenen BPSK entspricht. Den Standard selbst finden Sie im Internet, suchen Sie nach &#171;IEEE 802.15.4-2011&#187;.<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Wenn wir das Beobachtungsfenster etwas erweitern, sind auch Ungleichm\u00e4\u00dfigkeiten im Paketfolge sichtbar, was der Beschreibung der hybriden Modulation beim IEEE 802.15.4-2011 UWB entspricht \u2013 positionell-phasisch (BPM-BPSK).<\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/d9be4fac08b080efb714a4df071ea786.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Aufzeichnung von UWB-Super-Breitband-Signalen des Standards 802.15.4 auf nahezu sanktionierten Ger\u00e4ten\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/2e3a5dbb4902a52acd305100f52a9ac1.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><\/p>\n<p><\/p>\n<p>Ich finde den DW1000-Chip und die Modulation dieses UWB PHY bombastisch, was auch immer das bedeuten mag, auf dem Niveau von milit\u00e4rischem JTIDS. Das ist mein neues Hobby. Fortsetzung folgt!<\/p>\n<p><\/p>\n<p>Einerseits werden wir den DW1000 untersuchen, andererseits werden wir uns mit dem Standard IEEE 802.15.4 auseinandersetzen.<\/p>\n<p>Quelle: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/478140\/\">habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>\u041d\u0435\u0434\u0430\u0432\u043d\u043e \u0434\u0432\u0430 \u0441\u043e\u0432\u0435\u0440\u0448\u0435\u043d\u043d\u043e \u0440\u0430\u0437\u043d\u044b\u0445 \u043c\u0438\u0440\u0430 \u0441\u043e\u0448\u043b\u0438\u0441\u044c \u0432 \u043d\u0430\u0448\u0435\u0439 \u043b\u0430\u0431\u043e\u0440\u0430\u0442\u043e\u0440\u0438\u0438: \u043c\u0438\u0440 \u043d\u0435\u0434\u043e\u0440\u043e\u0433\u0438\u0445 \u0440\u0430\u0434\u0438\u043e-\u0442\u0440\u0430\u043d\u0441\u0438\u0432\u0435\u0440\u043e\u0432 \u0438 \u043c\u0438\u0440 \u0434\u043e\u0440\u043e\u0433\u0443\u0449\u0438\u0445 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