Recientemente, en nuestro laboratorio se han unido dos mundos completamente diferentes: el mundo de los transceptores de radio económicos y el mundo de los costosos sistemas de grabación de señales de radio de banda ancha.
Primero, nuestros buenos amigos se acercaron a nosotros para crear un software para grabar una señal en una banda de 500 MHz. Por supuesto, no podíamos negarnos. Después de todo, era necesario hacer esto en un tablero de la empresa “Instrumental Systems”, que conozco desde hace mucho tiempo. En los albores de mi carrera de ingeniería, tuve que trabajar con su hardware y software.
Y luego vino mi querido amigo. de y pidió hacer un sistema de posicionamiento para drones sin GPS. Es necesario, afirma, lanzar el espectáculo en el interior. Y hoy en día, en la calle, no apetece lanzar al cielo varios millones de dólares con un GPS poco fiable. Interferencias y suplantación de identidad en la navegación por satélite .
Para posicionar sin satélites con una precisión superior a diez centímetros en una zona de hasta un kilómetro, no he encontrado nada más que tecnología UWB. DecaWave lleva mucho tiempo en el mercado, produciendo el chip DW1000 y los módulos basados en él. El chip es un transceptor UWB según el estándar IEEE 802.15.4-2011. Por cierto, es una cosa única, con un fondo doble o incluso triple. Espero que podamos sondear sus profundidades en los próximos años y escribir sobre ello. Definitivamente no podrás hacerlo antes.
Pero hoy no estamos hablando de posicionamiento; hablaremos de eso en la próxima serie.
Hoy estamos grabando la señal del DW1000. Y el ancho de banda de esta señal no es ni más ni menos, sino 1000 o 500 MHz, que viene determinado por el número de canal. “Completamente por casualidad” en la mesa de al lado había un ordenador con una placa de circuito impreso de "Sistemas Instrumentales" con mezzanine FMC de dispositivos analógicos.
Cabe señalar aquí "para el fiscal" que el ADC AD9208 es una tecnología autorizada en la actualidad. No puedes comprarlo legalmente en Rusia, aunque a veces tienes muchas ganas de hacerlo. Pero este módulo en particular fue adquirido hace mucho tiempo, cuando aún no había sanciones. Es puro, como el alma de un bebé. Espero que esta confesión se presente con el caso y se le acredite al acusado.
No entraremos ahora en detalles sobre el desarrollo de software para grabar un flujo de muestras en la memoria de la computadora. Lamentablemente, todavía no podemos publicar el código fuente de la aplicación para Linux. Pero esperamos obtener permiso para esto la próxima vez. Sólo vale la pena señalar que esto no fue fácil, incluso teniendo en cuenta los desarrollos de software proporcionados por los Sistemas Instrumentales. El ADC en sí y el sistema de sincronización y salida de muestras utilizando la tecnología JESD204B son bastante difíciles de entender, y también se necesitaban parches de hardware en el módulo de AD. La señal REFCLK es absolutamente necesaria para el sistema de entrada, pero en el módulo va a las patas equivocadas del conector FMC y, en consecuencia, no va a las patas derechas del FPGA. Tuve que aplicar un parche, que se puede ver en la foto de abajo: dos cables rojos. Por supuesto, había dudas de que funcionara. La velocidad del reloj es alta a 375 MHz y el parche es terrible. Pero el sistema se las arregló.
Toda la cocina queda así.
Aquí puedes ver una computadora con un buen sistema de E/S, una placa FMC126P y un mezzanine AD9208-3000EBZ. De 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 sin procesar de la salida ADC, si no entra en detalles, es de 12 GB/s desde dos canales. Según mediciones y según declaración del fabricante de la placa FMC126P, la velocidad máxima de entrada es de 5 GB/s. Por lo tanto, utilizamos solo un canal en el ADC y lo pasamos a través del DDC (Digital Down Converter) integrado en el AD9208 con una reducción de cuatro. Por tanto, el flujo de datos fue de 3 GB/s (frecuencia de muestreo 750 MHz, señal compleja de 16 bits).
Comprobar que el sistema tiene tiempo para registrar muestras es muy sencillo: sólo hay que controlar los bits adhesivos del estado del FPGA FIFO. Si no hubo eventos de desbordamiento FIFO durante la noche, el bit no se establecerá. Y afirmamos con alegría que no hubo pérdida de lecturas. Por supuesto, primero comprobamos que los bits de estado de enclavamiento funcionan. También observamos la forma de la señal del archivo para asegurarnos de que la calidad de la señal ADC capturada corresponda con la documentación.
Pero, ¿qué tipo de señal sería digna de un sistema de entrada de este tipo? ¡Por supuesto UWB de la mesa de al lado!
Afortunadamente, elegimos una frecuencia de canal de 4 GHz para el sistema de posicionamiento del dron. 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. No fue fácil coordinarlo en una franja tan amplia. ¡Pero la cosa resultó ser erótica! Algunos dicen que parece un símbolo... con orejas.
Una señal de 4 GHz con un ancho de banda de 500 MHz se encuentra dentro de la tercera banda de Nyquist y tiene suficientes intervalos de guarda para evitar el aliasing. Por lo tanto, simplemente conectamos la señal DW1000 directamente a la entrada ADC AD9208.
Recibimos dos archivos: uno con una frecuencia PRF de 64 MHz y el otro con 16 MHz. La velocidad de transmisión se ajustó al mínimo para DW1000: 110 kbit/s.
Lo archivo, este . ¡Cuidado, los archivos son enormes!
En el primer archivo vemos paquetes que duran aproximadamente 750 muestras o 1000 nanosegundos.
En el segundo archivo, los paquetes son cuatro veces más cortos.
Y esto es totalmente consistente con el estándar IEEE 802.15.4-2011 en términos de capa física UWB:
La modulación dentro del paquete es similar a la modulación de fase, que también corresponde a la especificada en el estándar BPSK. Puede encontrar el estándar en Internet, busque "IEEE 802.15.4-2011".
Si amplía ligeramente la ventana de tiempo de observación, también puede ver la desigualdad de los paquetes, que corresponde a la descripción de la modulación híbrida IEEE 802.15.4-2011 UWB - posición-fase (BPM-BPSK).
En general, considero que el chip DW1000 y la modulación de este UWB PHY son una bomba, sea lo que sea que eso signifique, una cosa al nivel de un JTIDS militar. Este es mi nuevo pasatiempo. ¡Continuará!
Por un lado, analizaremos el DW1000, por el otro, nos ocuparemos del estándar IEEE 802.15.4.
Fuente: habr.com