Recientemente, dos mundos completamente diferentes se unieron en nuestro laboratorio: el mundo de los receptores de radio asequibles y el mundo de los sistemas costosos de grabación de señales de radio de banda ancha.
Primero, nuestros buenos amigos se acercaron a nosotros para desarrollar un software para grabar señales en un ancho de banda de 500 MHz. Por supuesto, no pudimos negarnos. Era necesario hacerlo en la placa de la empresa "Sistemas de Instrumentos", que conozco desde hace tiempo. Al comienzo de mi carrera como ingeniero, trabajé con su hardware y software.
Y luego vino un querido compañero de y pidió que hiciéramos un sistema de posicionamiento para drones sin GPS. Se necesita, dice, hacer un espectáculo en interiores. Y tampoco es muy deseable lanzar al cielo varios millones de dólares en este tiempo, confiando en un GPS poco confiable. Las interferencias y el spoofing de las señales de navegación satelital .
Para posicionamiento sin satélites con una precisión mejor de diez centímetros en un área de hasta un kilómetro, no encontré nada más que la tecnología UWB. Hace tiempo, en el mercado existe una empresa llamada DecaWave que produce el chip DW1000 y módulos basados en él. El chip es un transceptor de corto alcance que cumple con el estándar IEEE 802.15.4-2011. Cabe mencionar que es una cosa única, con un fondo doble o incluso triple. Espero que podamos descubrir sus profundidades en los próximos años y escribir al respecto. Antes no hay tiempo.
Pero hoy no se trata de posicionamiento, hablaremos de eso en episodios futuros.
Hoy estamos grabando la señal del DW1000. Y el ancho de banda de esta señal es, ni más ni menos, de 1000 o 500 MHz, que se establece por el número de canal. "Casualmente" había un ordenador con la placa de "Sistemas de Instrumentos" con un mezzanino FMC de Analog Devices.
Aquí cabe señalar "para el fiscal" que el ADC AD9208 es hoy en día un equipo sancionado. No se puede comprar legalmente en Rusia, aunque a veces realmente se quisiera. Pero este módulo en particular se compró hace mucho tiempo, cuando aún no había sanciones. Está tan limpio como el alma de un bebé. Espero que esta confesión se adjunte al caso y sea tomado en cuenta para el imputado.
No vamos a entrar en detalles sobre el desarrollo de software para grabar el flujo de datos en la memoria del ordenador. Por ahora, lamentablemente, no podemos publicar el código fuente de la aplicación para Linux. Pero esperamos conseguir permiso para hacerlo en la próxima ocasión. Cabe destacar que no fue fácil, incluso con los programas proporcionados por Instrumental Systems. El propio ADC y el sistema de temporización y salida de datos siguen la tecnología JESD204B, que es bastante compleja, y además en el módulo de AD fue necesario aplicar parches de hardware. La señal REFCLK es imprescindible para el sistema de entrada, pero en el módulo entra en pines incorrectos del conector FMC y, por lo tanto, no llega a los pines adecuados del FPGA. Tuvimos que aplicar un parche, que se puede ver en la foto a continuación: dos cables rojos. Por supuesto, hubo dudas sobre si eso funcionaría. La frecuencia de la señal de reloj es alta: 375 MHz, y el parche es terrible. Pero el sistema logró soportarlo.
Así es como se ve toda la cocina.
Aquí se puede ver un ordenador con un buen sistema de entrada y salida, la placa FMC126P, el módulo AD9208-3000EBZ. Entre los generadores: un generador de 3000 MHz para sincronizar el ADC, un generador de 770 MHz para REFCLK. Los cables con conectores SMA conectan los generadores y proporcionan la señal de entrada.
La velocidad de datos en bruto desde la salida del ADC, sin ser demasiado meticulosos, es de 12 GB/s de dos canales. Según las mediciones y la declaración del fabricante de la placa FMC126P, la velocidad máxima de entrada es de 5 GB/s. Por lo tanto, en el ADC utilizamos solo un canal y lo pasamos por el DDC (Conversor Digital Descendente) integrado en AD9208 con decimación de cuatro. De este modo, el flujo de datos fue de 3 GB/s (frecuencia de muestreo 750 MHz, señal compleja de 16 bits).
La verificación de que el sistema está grabando datos es muy sencilla: solo hay que controlar los bits de estado atascados del FIFO del FPGA. Si no hubo ningún evento de desbordamiento FIFO durante la noche, el bit no se activará. Y nos alegramos de constatar que no hubo pérdida de datos. Por supuesto, verificamos previamente que la fijación de los bits de estado funciona. También revisamos la forma de la señal desde el archivo para asegurarnos de que la calidad de la señal del ADC corresponde a la documentación.
Pero, ¿qué señal será digna de tal sistema de entrada? ¡Por supuesto, UWB de la mesa de al lado!
Afortunadamente, para el sistema de posicionamiento de drones elegimos la frecuencia de canal de 4 GHz. Esto corresponde a los canales 4 y 2 en la terminología DW1000 (Figura 13 de la hoja de datos). Hicimos una antena integrada en la placa para esta frecuencia, o mejor dicho, para este rango. Acordar su funcionamiento en un ancho de banda tan amplio no fue fácil. ¡Pero el resultado es realmente atractivo! Algunos dicen que se parece a un símbolo... con orejas.
La señal de 4 GHz con un ancho de banda de 500 MHz cae en la tercera banda de Nyquist y tiene suficientes intervalos de protección para evitar la superposición del espectro. Por lo tanto, simplemente conectamos la señal DW1000 directamente a la entrada del ADC AD9208.
Recibimos dos archivos: uno con una frecuencia PRF de 64 MHz y el otro a 16 MHz. La velocidad de transmisión se estableció en el mínimo para DW1000 — 110 kbps.
Es archivo, esto es . ¡Cuidado, los archivos son enormes!
En el primer archivo vemos paquetes con una duración de aproximadamente 750 muestras o 1000 nanosegundos.
En el segundo archivo los paquetes son cuatro veces más cortos.
Y esto se ajusta bastante al estándar IEEE 802.15.4-2011 en lo que respecta a la capa física UWB:
La modulación dentro del paquete es similar a la de fase, lo que también coincide con la BPSK indicada en el estándar. Podrá encontrar el estándar en Internet, busque "IEEE 802.15.4-2011".
Si ampliamos un poco la ventana de observación, se pueden ver las irregularidades en la secuencia de paquetes, lo que corresponde a la descripción de modulación híbrida IEEE 802.15.4-2011 UWB — modulación de posición-fase (BPM-BPSK).
En general, considero que el chip DW1000 y la modulación de este PHY UWB son impresionantes, sea lo que sea que eso signifique, al nivel del JTIDS militar. Es mi nueva afición. ¡Continuará!
Por un lado, comenzaremos a explorar el DW1000, y por otro, profundizaremos en el estándar IEEE 802.15.4.
Fuente: habr.com
