Nedavno su se u našem laboratoriju spojila dva potpuno različita svijeta: svijet jeftinih radio primopredajnika i svijet skupih širokopojasnih sustava za snimanje radio signala.
Prvo su nam se obratili naši dobri prijatelji da napravimo softver za snimanje signala u opsegu od 500 MHz. Mi, naravno, nismo mogli odbiti. Uostalom, to je bilo potrebno učiniti na ploči tvrtke "Instrumentalni sistemi", koju poznajem dugo vremena. Na početku svoje inženjerske karijere morao sam raditi s njihovim hardverom i softverom.
A onda je došao moj dragi prijatelj od i zatražili da naprave sustav za pozicioniranje dronova bez GPS-a. Potrebno je, kaže, emisiju pokrenuti u zatvorenom prostoru. A na ulici ovih dana, zapravo ne želite lansirati nekoliko milijuna dolara u nebo na nepouzdanom GPS-u. Smetnje i lažiranje satelitske navigacije .
Za pozicioniranje bez satelita s točnošću boljom od deset centimetara u zoni do kilometra nisam našao ništa osim UWB tehnologije. DecaWave je već dugo na tržištu, proizvodeći čip DW1000 i module temeljene na njemu. Čip je UWB primopredajnik standarda IEEE 802.15.4-2011. Usput, stvar je jedinstvena, s dvostrukim ili čak trostrukim dnom. Nadam se da ćemo u sljedećih nekoliko godina moći istražiti njegove dubine i pisati o tome. Ranije sigurno nećete moći.
Ali danas ne govorimo o pozicioniranju; o tome ćemo u sljedećoj seriji.
Danas snimamo signal DW1000. A propusnost ovog signala nije ni više ni manje, već 1000 ili 500 MHz, što je određeno brojem kanala. “Sasvim slučajno” na susjednom se stolu našlo računalo s pločicom iz "Instrumentalnih sustava" s FMC mezzaninom tvrtke Analog Devices.
Ovdje treba napomenuti "za tužitelja" da je AD9208 ADC danas odobrena tehnologija. Ne možete ga legalno kupiti u Rusiji, iako ponekad to stvarno želite. Ali ovaj određeni modul je kupljen jako davno, kada još nije bilo sankcija. On je čist, poput duše djeteta. Nadam se da će ovo priznanje biti uvršteno u predmet i da će biti pripisano optuženiku.
Nećemo sad ulaziti u detalje razvoja softvera za snimanje toka uzoraka u memoriju računala. Nažalost, još ne možemo objaviti izvorni kod aplikacije za Linux. Ali nadamo se da ćemo sljedeći put dobiti dozvolu za ovo. Vrijedi samo napomenuti da to nije bilo lako, čak ni uzimajući u obzir dostavljeni softverski razvoj Instrumentalnih sustava. Sam ADC i sustav za taktiranje i izlaz uzoraka pomoću JESD204B tehnologije prilično je teško razumjeti, a hardverske zakrpe također su bile potrebne u modulu iz AD-a. REFCLK signal je apsolutno neophodan za ulazni sustav, ali na modulu ide na pogrešne noge FMC konektora i, sukladno tome, ne ide na desne noge FPGA. Morao sam staviti flaster, što se vidi na slici ispod - dvije crvene žice. Postojale su, naravno, sumnje hoće li uspjeti. Radni takt je visok na 375 MHz, a zakrpa je užasna. Ali sustav se nosio.
Cijela kuhinja izgleda ovako.
Ovdje možete vidjeti računalo s dobrim I/O sustavom, FMC126P pločom i AD9208-3000EBZ mezzaninom. Među generatorima: generator od 3000 MHz za taktiranje ADC-a, generator od 770 MHz za REFCLK. Kabeli sa SMA konektorima povezuju generatore i daju ulazni signal.
Brzina sirovih podataka iz ADC izlaza, ako ne idete u detalje, je 12 GB/s iz dva kanala. Prema mjerenjima i prema deklaraciji proizvođača ploče FMC126P maksimalna ulazna brzina je 5 GB/s. Stoga smo koristili samo jedan kanal u ADC-u i propustili ga kroz DDC (Digital Down Converter) ugrađen u AD9208 s decimacijom za četiri. Tako je protok podataka bio 3 GB/s (frekvencija uzorkovanja 750 MHz, 16-bitni kompleksni signal).
Provjera ima li sustav vremena za snimanje uzoraka vrlo je jednostavna: samo trebate pratiti ljepljive bitove statusa FPGA FIFO. Ako nije bilo događaja FIFO Overflow tijekom noći, bit neće biti postavljen. I sa zadovoljstvom tvrdimo da nije bilo gubitka očitanja. Prvo, naravno, provjeravamo rade li statusni bitovi zaključavanja. Također gledamo oblik signala iz datoteke kako bismo bili sigurni da kvaliteta snimljenog ADC signala odgovara dokumentaciji.
Ali kakav bi signal bio vrijedan takvog ulaznog sustava? Naravno UWB sa susjednog stola!
Srećom, odabrali smo frekvenciju kanala od 4 GHz za sustav za pozicioniranje drona. To odgovara kanalima 4 i 2 u terminologiji DW1000 (Slika 13 podatkovne tablice). Napravili smo antenu ugrađenu u ploču za ovu frekvenciju, ili bolje rečeno za ovaj opseg. Nije bilo lako to koordinirati u tako širokom pojasu. Ali stvar je ispala erotska! Neki kažu da izgleda kao simbol... s ušima.
Signal od 4 GHz s pojasnom širinom od 500 MHz spada unutar trećeg Nyquistovog pojasa i ima dovoljne zaštitne intervale da se izbjegne aliasing. Stoga smo jednostavno spojili DW1000 signal na AD9208 ADC ulaz izravno.
Dobili smo dvije datoteke: jednu s PRF frekvencijom od 64 MHz, drugu - 16 MHz. Brzina prijenosa postavljena je na minimum za DW1000 - 110 kbit/s.
ovo datoteka, ovo . Budite oprezni, 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 je u potpunosti u skladu sa standardom IEEE 802.15.4-2011 u smislu UWB fizičkog sloja:
Modulacija unutar paketa slična je faznoj modulaciji, koja također odgovara onoj navedenoj u BPSK standardu. Sam standard možete pronaći na internetu, potražite “IEEE 802.15.4-2011”.
Ako malo proširite vremenski prozor promatranja, također možete vidjeti neujednačenost paketa, što odgovara opisu hibridne modulacije IEEE 802.15.4-2011 UWB - pozicija-faza (BPM-BPSK).
Općenito, smatram da je DW1000 čip i modulacija ovog UWB PHY bomba, što god to značilo, stvar, na razini vojnog JTIDS-a. Ovo je moj novi hobi. Nastavit će se!
S jedne strane, iskopat ćemo DW1000, s druge ćemo se baviti standardom IEEE 802.15.4.
Izvor: www.habr.com