Nedavno su se u našoj laboratoriji spojila dva potpuno različita svijeta: svijet povoljnih radio-transivera i svijet skupljih sustava za snimanje širokopojasnih radio-signala.
Najprije su nam se obratili naši dobri prijatelji da napravimo softver za snimanje signala s propusnošću od 500 MHz. Naravno, nismo mogli odbiti. Trebalo je to realizirati na ploči kompanije 'Instrumentalne Sustave', koju poznajem već dugo. Na početku svoje inženjerske karijere radio sam s njihovim hardverom i softverom.
A onda je došao dragi prijatelj iz i zatražio izradu sustava za pozicioniranje dronova bez GPS-a. Mora se, kaže, prirediti show u zatvorenim prostorima. I vani, u naše vrijeme, nije baš poželjno slati nekoliko milijuna u zrak na nepouzdanom GPS-u. Smetnje i spoofing satelitske navigacije .
Za pozicioniranje bez satelita s točnošću boljom od deset centimetara u području do jednog kilometra, nisam našao ništa osim UWB tehnologije. Već dugo na tržištu postoji tvrtka DecaWave koja proizvodi čip DW1000 i module na njegovoj bazi. Čip je UWB-transiver standarda IEEE 802.15.4-2011. Usput, stvar je jedinstvena, s dvostrukim ili čak trostrukim dnom. Nadam se da ćemo moći zaroniti u njezine dubine u narednih nekoliko godina i pisati o tome. Ranije nećemo stići.
Ali danas nije riječ o pozicioniranju, o tome u sljedećim epizodama.
Danas radimo snimanje signala DW1000. A propusnost ovog signala iznosi 1000 ili 500 MHz, što se postavlja brojem kanala. 'Sasvim slučajno' je na susjednom stolu bio računar s pločom od 'Instrumentalnih Sustava' s FMC-mezaninom od Analog Devices.
Ovdje valja napomenuti 'za tužitelja', da je ADC AD9208 danas sankcionirana tehnika. Legalno ga nije moguće kupiti u Rusiji, iako bi to ponekad bilo vrlo poželjno. No, ovaj konkretni modul kupljen je davno, kada sankcija još nije bilo. On je čist kao duša novorođenčeta. Nadam se da će ovo priznanje biti priloženo predmetu i da će se smatrati od pomoći optuženom.
Nećemo se sada zanositi detaljima o razvoju softvera za zapisivanje protoka podataka u memoriju računala. Nažalost, trenutno ne možemo objaviti izvorni kod aplikacije za Linux. Međutim, nadamo se da ćemo dobiti dozvolu za to sljedeći put. Treba napomenuti da nije bilo jednostavno, čak i s obzirom na dostupne softverske radne materijale Instrumentalnih Sustava. Sam ADC i sustav njegovog taktiranja i izlaznih podataka po tehnologiji JESD204B su prilično složeni za razumijevanje, a još je u modulu od AD bilo potrebno primijeniti hardverske zakrpe. Signal REFCLK sustavu ulaza je obavezan, a on ulazi u modul na pogrešnim nogama konektora FMC i, shodno tome, ne dolazi na ispravne noge FPGA. Morali smo primijeniti zakrpu koju možete vidjeti na fotografiji ispod — dva crvena kabla. Naravno, bilo je sumnji u to hoće li to raditi. Frekvencija taktnog signala je visoka — 375 MHz, a zakrpa je strašna. No sustav se nosio.
Cijela kuhinja izgleda ovako.
Ovdje možemo primijetiti računalo s dobrom ulazno-izlaznom sustavom, ploču FMC126P, mezanin AD9208-3000EBZ. Od generatora: generator od 3000 MHz za taktiranje ADC-a, generator od 770 MHz za REFCLK. Kablovi s SMA konektorima povezuju generatore i dovode ulazni signal.
Siromašna brzina podataka s izlaza ADC-a, ako ne računamo sitnice, iznosi 12 GB/s s dva kanala. Prema mjerenjima i deklaraciji proizvođača ploče FMC126P, maksimalna brzina ulaza iznosi 5 GB/s. Stoga smo u ADC-u koristili samo jedan kanal i proveli ga kroz ugrađeni DDC (Digital Down Converter) u AD9208 s dekadentacijom na četiri. Na taj način, protok podataka iznosio je 3 GB/s (frekvencija uzorkovanja 750 MHz, 16-bitni kompleksni signal).
Provjera da sustav uspijeva zabilježiti podatke vrlo je jednostavna: samo treba nadgledati blokirane bitove statusa FIFO FPGA. Ako tijekom noći nije bilo nijednog događaja FIFO Overflow, bit se neće aktivirati. I radosno konstatiramo da nije bilo gubitka podataka. Naravno, prethodno provjeravamo da li funkcija fiksacije bitova statusa radi. Također pregledavamo oblik signala iz datoteke kako bismo bili sigurni da kvaliteta snimanja signala ADC-a odgovara dokumentaciji.
Ali kakav signal bi bio dostojan takvog ulaznog sustava? Naravno, UWB s susjednog stola!
Na sreću, za sustav pozicioniranja dronova odabrali smo frekvenciju kanala od 4 GHz. To odgovara kanalima 4 i 2 u terminologiji DW1000 (Slika 13 datasheeta). Izradili smo ugrađenu antenu na ovoj frekvenciji, ili bolje rečeno, na ovom opsegu. Usaglasiti ju je bio izazov unutar tako širokog spektra. Ali rezultat je bio izvanredan! Neki kažu da izgleda kao simbol... s ušima.
Signal od 4 GHz s opsegom od 500 MHz pada u treći pojas Nyquista i ima adekvatne zaštitne intervale kako bi izbjegao preklapanje spektra. Stoga smo jednostavno izravno poslali signal DW1000 na ulaz ADC-a AD9208.
Dobili smo dvije datoteke: jednu s frekvencijom PRF od 64 MHz, drugu — 16 MHz. Brzina prijenosa bila je minimalna za DW1000 — 110 kbps.
To datoteka, ovo . Pažljivo, datoteke su ogromne!
U prvoj datoteci vidimo pakete koji traju oko 750 uzoraka ili 1000 nanosekundi.
U drugoj datoteci paketi su četiri puta kraći.
I to se u potpunosti poklapa sa standardom IEEE 802.15.4-2011 u dijelu fizičke razine UWB:
Modulacija unutar paketa slična je faznoj, što također odgovara onoj navedenoj u standardu BPSK. Sam standard možete pronaći na internetu, tražite „IEEE 802.15.4-2011”.
Ako malo proširite vremensko okno promatranja, možete primijetiti i neujednačenosti u slijedu paketa, što odgovara opisu hibridne modulacije IEEE 802.15.4-2011 UWB — pozicijsko-faznoj (BPM-BPSK).
Uopće, smatram čip DW1000 i modulaciju ovog UWB PHY nevjerojatnom, bez obzira na to što to značilo, na razini vojnog JTIDS-a. Ovo je moja nova strast. Nastavlja se!
S jedne strane, proučit ćemo DW1000, s druge strane, istražit ćemo standard IEEE 802.15.4.
Izvor: habr.com
