Recentemente, dous mundos completamente diferentes xuntáronse no noso laboratorio: o mundo dos transceptores de radio baratos e o mundo dos custosos sistemas de gravación de sinais de radio de banda ancha.
Primeiro, os nosos bos amigos achegáronse a nós para facer un software para gravar un sinal cunha banda de 500 MHz. Nós, por suposto, non podíamos rexeitar. Despois de todo, era necesario facelo nun taboleiro da empresa "Instrumental Systems", que coñezo desde hai moito tempo. Nos comezos da miña carreira de enxeñeiro, tiven que traballar co seu hardware e software.
E entón veu o meu querido amigo de e pediu facer un sistema de posicionamento para drons sen GPS. É necesario, di, poñer en marcha o espectáculo en interiores. E na rúa nestes días, realmente non queres lanzar varios millóns de dólares ao ceo cun GPS pouco fiable. Interferencia e suplantación da navegación por satélite .
Para posicionar sen satélites cunha precisión superior a dez centímetros nunha zona de ata un quilómetro, non atopei outra cousa que a tecnoloxía UWB. DecaWave leva moito tempo no mercado, producindo o chip DW1000 e módulos baseados nel. O chip é un transceptor UWB do estándar IEEE 802.15.4-2011. Por certo, a cousa é única, con dobre ou incluso triplo fondo. Espero que poidamos sondar as súas profundidades nos próximos anos e escribir sobre iso. Seguro que non poderás facelo antes.
Pero hoxe non falamos de posicionamento; diso falaremos na próxima serie.
Hoxe gravamos o sinal DW1000. E o ancho de banda deste sinal non é nin máis nin menos, senón 1000 ou 500 MHz, que ven determinado polo número da canle. "Completamente por accidente" había un ordenador cunha placa de circuíto na mesa ao lado de "Instrumental Systems" con FMC mezzanine de Analog Devices.
Cabe sinalar aquí "para o fiscal" que o AD9208 ADC é unha tecnoloxía sancionada na actualidade. Non podes compralo legalmente en Rusia, aínda que ás veces realmente queres facelo. Pero este módulo en concreto foi adquirido hai moito tempo, cando aínda non había sancións. É puro, como a alma dun bebé. Espero que esta confesión sexa arquivada co caso e se acredite ao acusado.
Non entraremos agora nos detalles do desenvolvemento de software para gravar un fluxo de mostras na memoria do ordenador. Desafortunadamente, aínda non podemos publicar o código fonte da aplicación para Linux. Pero esperamos obter permiso para iso a próxima vez. Só cabe sinalar que isto non foi doado, mesmo tendo en conta os desenvolvementos de software proporcionados por Instrumental Systems. O propio ADC e o sistema para marcar e emitir mostras mediante a tecnoloxía JESD204B son bastante difíciles de entender, e tamén se necesitaban parches de hardware no módulo de AD. O sinal REFCLK é absolutamente necesario para o sistema de entrada, pero no módulo vai ás patas incorrectas do conector FMC e, en consecuencia, non vai ás pernas dereitas da FPGA. Tiven que aplicar un parche, que se pode ver na foto de abaixo: dous fíos vermellos. Había, por suposto, dúbidas de que funcionase. A velocidade do reloxo é alta en 375 MHz e o parche é terrible. Pero o sistema fixo fronte.
Toda a cociña ten este aspecto.
Aquí podes ver un ordenador cun bo sistema de E/S, unha placa FMC126P e un mezzanine AD9208-3000EBZ. Entre os xeradores: un xerador de 3000 MHz para sincronizar o ADC, un xerador de 770 MHz para REFCLK. Os cables con conectores SMA conectan os xeradores e proporcionan o sinal de entrada.
A velocidade de datos en bruto da saída ADC, se non entra en detalles, é de 12 GB/s desde dúas canles. Segundo as medicións e segundo a declaración do fabricante da placa FMC126P, a velocidade máxima de entrada é de 5 GB/s. Polo tanto, usamos só unha canle no ADC e pasámola a través do DDC (Digital Down Converter) integrado no AD9208 con decimación en catro. Así, o fluxo de datos foi de 3 GB/s (frecuencia de mostraxe 750 MHz, sinal complexo de 16 bits).
Comprobar que o sistema ten tempo para gravar mostras é moi sinxelo: só precisa supervisar os bits pegajosos do estado FIFO da FPGA. Se non houbo eventos de desbordamento FIFO durante a noite, o bit non se establecerá. E afirmamos con alegría que non houbo perdas de lecturas. Primeiro comprobamos, por suposto, que os bits de estado de bloqueo funcionan. Tamén observamos a forma do sinal do ficheiro para asegurarnos de que a calidade do sinal ADC capturado corresponde á documentación.
Pero que tipo de sinal sería digno dun sistema de entrada deste tipo? Por suposto UWB da seguinte mesa!
Afortunadamente, escollemos unha frecuencia de canle de 4 GHz para o sistema de posicionamento do dron. Corresponde ás canles 4 e 2 da terminoloxía DW1000 (Figura 13 da folla de datos). Fixemos unha antena integrada na placa para esta frecuencia, ou, mellor dito, para este rango. Non foi doado coordinalo nunha banda tan ampla. Pero a cousa resultou erótica! Algúns din que parece un símbolo... con orellas.
Un sinal de 4 GHz cun ancho de banda de 500 MHz atópase dentro da terceira banda de Nyquist e ten intervalos de garda suficientes para evitar o aliasing. Polo tanto, simplemente conectamos o sinal DW1000 á entrada AD9208 directamente.
Recibimos dous ficheiros: un cunha frecuencia PRF de 64 MHz, o outro - 16 MHz. A velocidade de transmisión estableceuse como mínimo para DW1000 - 110 kbit/s.
El arquivo, isto . Teña coidado, os ficheiros son enormes!
No primeiro ficheiro vemos paquetes cunha duración duns 750 mostras ou 1000 nanosegundos.
No segundo ficheiro, os paquetes son catro veces máis curtos.
E isto é totalmente consistente co estándar IEEE 802.15.4-2011 en canto á capa física UWB:
A modulación dentro do paquete é similar á modulación de fase, que tamén corresponde á especificada no estándar BPSK. Podes atopar o propio estándar en Internet, busca "IEEE 802.15.4-2011".
Se amplía lixeiramente a xanela de tempo de observación, tamén se pode ver a irregularidade dos paquetes, que se corresponde coa descrición da modulación híbrida IEEE 802.15.4-2011 UWB - posición-fase (BPM-BPSK).
En xeral, creo que o chip DW1000 e a modulación deste UWB PHY son unha bomba, sexa o que iso signifique, unha cousa ao nivel dun JTIDS militar. Esta é a miña nova afección. Continuará!
Por unha banda, escavaremos DW1000, por outra, trataremos o estándar IEEE 802.15.4.
Fonte: www.habr.com