Nemrég két teljesen különböző világ találkozott a laboratóriumunkban: az olcsó rádióátviteli eszközök világa és a drága szélessávú rádiójelek rögzítésének világa.
Először a jó barátaink kerestek meg minket, hogy készítsünk szoftvert 500 MHz sávú jel rögzítésére. Természetesen nem tudtunk nekik nemet mondani. Ezt az «Eszközrendszerek» cég lapkáján kellett végrehajtanunk, akivel régóta ismerjük egymást. Mérnöki pályafutásom hajnalán én is dolgoztam a hardverükkel és szoftverükkel.
Aztán jött egy drága barátunk a és azt kérte, hogy készítsünk GPS nélküli pozicionáló rendszert a drónok számára. Azt mondja, belső térben kell rendezni a show-t. És manapság nem túl kívánatos több millió forintot az égre bocsátani megbízhatatlan GPS segítségével. A műholdas navigációt zavaró tényezők és spoofingok .
A GPS nélküli, tíz centiméternél pontosabb pozicionáláshoz, egy kilométeres zónán belül nem találtam mást, mint az UWB technológiát. A piacon már régóta létezik a DecaWave cég, amely a DW1000 chipet és az azt tartalmazó modulokat gyártja. A chip egy IEEE 802.15.4-2011 szabványú szélessávú transzceiver. Érdemes megjegyezni, hogy ez egy különleges eszköz, kettős vagy akár hármas aljzattal. Remélem, a következő néhány évben el tudjuk mélyíteni a vele kapcsolatos ismereteinket és írni róla. Korábban ezt biztosan nem tudjuk teljesíteni.
De ma nem a pozicionálásról van szó, erről a következő epizódokban lesz szó.
Ma a DW1000 jel rögzítését végezzük. Ennek a jelnek a sávszélessége pedig nem kevesebb, mint 1000 vagy 500 MHz, amit a csatornaszám határoz meg. „Teljesen véletlenül” egy számítógép állt a szomszédos asztalon az az «Eszközrendszerek» cégtől FMC-mezzaninnal az Analog Devices-től.
Itt meg kell jegyezni „a ügyésznek”, hogy az AD9208 A/D átalakító ma szankcionált technikának számít. Legálisan nem lehet megvásárolni Oroszországba, még akkor sem, ha néha nagyon szeretnénk. De ez a konkrét modul nagyon régen lett megvásárolva, még a szankciók előtt. Tiszta, mint egy kisbaba lelke. Remélem, ez a vallomás a nyilvántartásba kerül, és számít a vádlott számára.
Nem részleteznénk most a szoftverfejlesztést, amely a memóriába érkező adatok rögzítésére szolgál. Sajnos jelenleg nem tudjuk közzétenni a Linux alkalmazás forráskódját. De reméljük, hogy a következő alkalommal engedélyt kapunk rá. Csak meg kell említeni, hogy ez nem volt egyszerű, még a Munkaeszközök Rendszere által biztosított programanyagok figyelembevételével sem. Magának az ADC-nek és a mintavételező és adatátviteli rendszerének a JESD204B technológia szerint elég bonyolult a megértése, és az AD modulban szükség volt hardveres javításokra is. A belső egységhez szükséges a REFCLK jel, ami viszont nem a megfelelő tűkön érkezik a FMC csatlakozón, így nem jut el a megfelelő FPGA tűkre. Kellett egy javítás, amit az alábbi képen látható — két piros vezeték. Persze voltak kétségeink afelől, hogy ez így működni fog. A órajelek frekvenciája magas — 375 MHz, a javítás pedig rémes. De a rendszer megoldotta.
Az egész konyha így néz ki.
Itt látható egy számítógép jó bemeneti-kimeneti rendszerrel, FMC126P kártyával, AD9208-3000EBZ mezzaninnal. Generátorok közül: 3000 MHz-es generátor az ADC óráztatására, 770 MHz-es generátor a REFCLK számára. SMA csatlakozókkal ellátott kábelek kötik össze a generátorokat, és továbbítják a bemeneti jelet.
Az ADC kimenetéről érkező nyers adatsebesség, ha nem vagyunk szétszórtak, 12 GB/s két csatornából. A mérések és a FMC126P kártya gyártójának nyilatkozata szerint a maximális bemeneti sebesség 5 GB/s. Ezért az ADC-nél csak egy csatornát használtunk, amelyet az AD9208 belső DDC-n (Digitális Lefele Átkonvertáló) keresztül futtattunk, négyes decimálással. Így az adatfolyam 3 GB/s-ra csökkent (mintavételezési frekvencia 750 MHz, 16 bites komplex jelek).
A rendszer adatgyűjtési sebességének tesztelése nagyon egyszerű: csak figyelni kell a FIFO FPGA állapotbitek hibaállapotát. Ha éjszaka nem történt FIFO Overflow esemény, akkor a bit nem lesz aktiválva. És boldogan megállapítjuk, hogy nem történt adatreszelés. Előzetesen persze ellenőrizzük, hogy az állapotbitek rögzítése működik. A jel formáját is ellenőrizzük a fájlból, hogy megbizonyosodjunk róla, hogy az ADC jel megszerzése megfelel a dokumentációnak.
De milyen jel érdemelne egy ilyen bemeneti rendszert? Természetesen az UWB a szomszéd asztalról!
Szerencsére a drónok pozicionáló rendszeréhez a 4 GHz-es csatorna frekvenciát választottuk. Ez megfelel a DW1000 terminológiájában a 4-es és 2-es csatornáknak (a 13. ábra adatlapján). Egy beépített antennát készítettünk erre a frekvenciára, vagy inkább erre a sávra. Nehéz volt összehangolni egy ilyen széles tartományban, de a végeredmény igazán vonzó lett! Néhányan azt mondják, hogy hasonlít egy szimbólumra… fülökkel.
A 4 GHz-es jel, 500 MHz-es sávszélességgel, a Nyquist harmadik sávjába esik, és elegendő védőintervallumot kínál a spektrum átfedésének elkerülésére. Ezért közvetlenül a DW1000 jelet közvetlenül az AD9208 ADC bemenetére küldtük.
Két fájlt kaptunk: az egyik 64 MHz PRF frekvenciával, a másik pedig 16 MHz. A DW1000 számára a minimális átviteli sebességet 110 kbit/s-ra állítottuk be.
Ez fájl, ez . Vigyázz, a fájlok hatalmasak!
Az első fájlban körülbelül 750 mintányi, vagyis 1000 nanomásodperc hosszúságú csomagokat látunk.
A második fájlban a csomagok négyszer rövidebbek.
Ez teljesen megfelel az IEEE 802.15.4-2011 szabványnak az UWB fizikai szintjével kapcsolatban:
A csomagon belüli moduláció hasonló fázishoz, ami szintén megfelel a szabványban leírt BPSK-nak. Magát a szabványt az interneten megtalálhatja, keressen "IEEE 802.15.4-2011".
Ha egy kicsit kibővítjük a megfigyelési időablakot, láthatóvá válnak a csomagok követési egyenlőtlenségei, ami megfelel az IEEE 802.15.4-2011 UWB hibrid moduláció leírásának — pozíció-fázis moduláció (BPM-BPSK).
Összességében én a DW1000 chipet és ezt az UWB PHY modulációt bombasztikusnak találom, bármi is legyen ez, a katonai JTIDS szintjén. Ez az új hobbim. Folytatása következik!
Egyrészt a DW1000 mélyebbre ásunk, másrészt pedig a szabvánnyal foglalkozunk, az IEEE 802.15.4-el.
Forrás: habr.com
