Récemment, deux mondes complètement différents se sont croisés dans notre laboratoire : celui des transceivers radio abordables et celui des coûteux systèmes d'enregistrement des signaux radio à large bande.
D'abord, nos bons amis nous ont contactés pour développer un logiciel d'enregistrement de signaux sur une bande de 500 MHz. Bien sûr, nous n'avons pas pu refuser. Il fallait le faire sur une carte de la société « Systèmes Instrumentaux », que je connais depuis longtemps. Au début de ma carrière d'ingénieur, j'ai dû travailler avec leur matériel et leur logiciel.
Puis est venu un cher ami de et a demandé de créer un système de positionnement pour les drones sans GPS. Il faut, dit-il, lancer un spectacle en intérieur. De plus, de nos jours, il n'est pas très souhaitable de laisser s'envoler plusieurs millions avec un GPS peu fiable. Les interférences et le spoofing de la navigation par satellite .
Pour un positionnement sans satellites avec une précision meilleure que dix centimètres sur une zone allant jusqu'à un kilomètre, je n'ai trouvé rien d'autre que la technologie UWB. Cela fait un moment qu'il existe sur le marché une entreprise appelée DecaWave qui produit la puce DW1000 et des modules basés sur celle-ci. La puce est un transceiver à large bande conforme à la norme IEEE 802.15.4-2011. À propos, c'est une chose unique, avec un double ou même un triple fond. J'espère que nous pourrons explorer ses profondeurs dans les prochaines années et écrire à ce sujet. Avant, il sera impossible de le faire.
Mais aujourd'hui, nous ne parlons pas de positionnement, ce sera pour les prochains épisodes.
Aujourd'hui, nous allons enregistrer le signal DW1000. Et la bande de ce signal n'est pas moins que 1000 ou 500 MHz, ce qui est déterminé par le numéro de canal. « Par pure coïncidence », il y avait un ordinateur sur la table voisine avec une carte de « Systèmes Instrumentaux » avec un mezzanine FMC d'Analog Devices.
Il convient de noter pour le « procureur » que l'ADC AD9208 est aujourd'hui une technologie sous sanctions. On ne peut pas l'acheter légalement en Russie, même si parfois on en a très envie. Mais ce module en particulier a été acheté il y a longtemps, quand il n'y avait pas encore de sanctions. Il est aussi pur que l'âme d'un nouveau-né. J'espère que cette déclaration sera jointe au dossier et sera prise en compte pour l'accusé.
Nous ne nous attarderons pas sur les détails du développement d'un logiciel de capture de flux de données en mémoire. Malheureusement, nous ne pouvons pas encore publier le code source de l'application pour Linux. Mais nous espérons obtenir l'autorisation de le faire la prochaine fois. Il convient de noter que cela n'a pas été facile, même compte tenu des ressources logicielles fournies par Instrumental Systems. Le convertisseur analogique-numérique (CAN) et son système d'horloge et de sortie des données via la technologie JESD204B sont assez complexes à comprendre, et le module d'AD a également nécessité des correctifs matériels. Le signal REFCLK est indispensable pour le système d'entrée, mais il n'arrive pas sur les bonnes broches du connecteur FMC, et donc ne parvient pas aux bonnes broches de la FPGA. Nous avons dû appliquer un correctif que vous pouvez voir sur la photo ci-dessous — deux fils rouges. Bien sûr, il y avait des doutes quant à son bon fonctionnement. La fréquence du signal d'horloge est élevée — 375 MHz, et le correctif est une horreur. Mais le système a réussi.
Toute la cuisine ressemble à cela.
Ici, on peut voir un ordinateur avec un bon système d'entrée-sortie, une carte FMC126P, et un module mezzanine AD9208-3000EBZ. En ce qui concerne les générateurs : un générateur de 3000 MHz pour horloger le CAN, et un générateur de 770 MHz pour le REFCLK. Des câbles avec des connecteurs SMA relient les générateurs et fournissent le signal d'entrée.
La vitesse de données brute à la sortie du CAN, si l'on ne veut pas chipoter, est de 12 Go/s depuis deux canaux. Selon les mesures et la déclaration du fabricant de la carte FMC126P, la vitesse d'entrée maximale est de 5 Go/s. Par conséquent, nous avons utilisé seulement un canal dans le CAN, en le passant à travers le DDC (Digital Down Converter) intégré à l'AD9208 avec une décimation de quatre. Ainsi, le flux de données a atteint 3 Go/s (fréquence d'échantillonnage de 750 MHz, signal complexe de 16 bits).
La vérification de la capacité du système à enregistrer les échantillons est très simple : il suffit de surveiller les bits d'état du FIFO de la FPGA. Si, pendant toute la nuit, il n'y a pas eu d'événement de débordement FIFO, le bit ne sera pas activé. Et nous constatons avec joie qu'il n'y a pas eu de pertes d'échantillons. Au préalable, nous vérifions bien sûr que la capture des bits d'état fonctionne. Nous examinons également la forme du signal à partir du fichier pour nous assurer que la qualité de la capture du signal du CAN est conforme à la documentation.
Mais quel signal pourrait bien convenir à un tel système d'entrée ? Évidemment, UWB de la table d'à côté !
Heureusement, pour le système de positionnement des drones, nous avons choisi la fréquence de canal de 4 GHz. Cela correspond aux canaux 4 et 2 dans la terminologie DW1000 (Figure 13 de la fiche technique). Nous avons intégré une antenne sur cette fréquence, ou mieux dit, dans cette bande. L'adapter à une si large bande n'a pas été facile. Mais le résultat est sensationnel ! Certains disent que cela ressemble à un symbole… avec des petites oreilles.
Le signal de 4 GHz avec une largeur de bande de 500 MHz tombe dans la troisième bande de Nyquist et dispose de suffisamment d'intervalles de protection pour éviter le chevauchement du spectre. Ainsi, nous avons simplement envoyé le signal DW1000 directement à l'entrée de l'ADC AD9208.
Nous avons obtenu deux fichiers : un avec une fréquence PRF de 64 MHz, l'autre de 16 MHz. Le débit était réglé au minimum pour le DW1000 - 110 kbps.
C'est fichier, c'est . Attention, les fichiers sont énormes !
Dans le premier fichier, nous voyons des paquets d'une durée d'environ 750 échantillons ou 1000 nanosecondes.
Dans le second fichier, les paquets sont quatre fois plus courts.
Et cela correspond tout à fait à la norme IEEE 802.15.4-2011 concernant la couche physique UWB :
La modulation à l'intérieur du paquet ressemble à de la modulation de phase, ce qui correspond également à ce qui est spécifié dans la norme BPSK. Vous pourrez trouver la norme sur Internet en recherchant « IEEE 802.15.4-2011 ».
Si l'on élargit un peu la fenêtre temporelle d'observation, on peut voir des irrégularités dans la succession des paquets, ce qui correspond à la description de la modulation hybride IEEE 802.15.4-2011 UWB - à modulation de phase et de position (BPM-BPSK).
En fait, je trouve la puce DW1000 et la modulation de ce PHY UWB incroyable, ce que cela signifie. C'est un niveau de technologie militaire JTIDS. C'est ma nouvelle passion. À suivre !
D'une part, nous allons explorer le DW1000, d'autre part, nous allons nous pencher sur la norme IEEE 802.15.4.
Source : habr.com
