Recentemente nel nostro laboratorio si sono incontrati due mondi completamente diversi: il mondo dei ricetrasmettitori radio economici e il mondo dei costosi sistemi di registrazione del segnale radio a banda larga.
Innanzitutto, i nostri buoni amici ci hanno contattato per realizzare un software per la registrazione di un segnale con una banda di 500 MHz. Ovviamente non potevamo rifiutare. Dopotutto, è stato necessario farlo su una scheda dell'azienda "Instrumental Systems", che conosco da molto tempo. Agli albori della mia carriera da ingegnere, dovevo lavorare con il loro hardware e software.
E poi è arrivato il mio caro amico di e ha chiesto di realizzare un sistema di posizionamento per droni senza GPS. È necessario, dice, lanciare lo spettacolo al chiuso. E oggigiorno per strada non vorrai davvero lanciare diversi milioni di dollari in cielo con un GPS inaffidabile. Interferenze e spoofing nella navigazione satellitare .
Per il posizionamento senza satellite con una precisione migliore di dieci centimetri in una zona fino a un chilometro, non ho trovato altro che la tecnologia UWB. DecaWave è sul mercato da molto tempo e produce il chip DW1000 e i moduli basati su di esso. Il chip è un ricetrasmettitore UWB dello standard IEEE 802.15.4-2011. A proposito, la cosa è unica, con un doppio o addirittura triplo fondo. Spero che potremo scandagliarne le profondità nei prossimi anni e scriverne. Sicuramente non sarai in grado di farlo prima.
Ma oggi non parliamo di posizionamento, ne parleremo nella prossima serie.
Oggi stiamo registrando il segnale DW1000. E la larghezza di banda di questo segnale non è né più né meno, ma 1000 o 500 MHz, che è determinata dal numero del canale. “Completamente per caso” sul tavolo accanto c'era un computer con un circuito stampato da “Impianti Strumentali” con soppalco FMC da dispositivi analogici.
Va notato qui “per il pubblico ministero” che l’ADC AD9208 è oggi una tecnologia sanzionata. Non puoi acquistarlo legalmente in Russia, anche se a volte lo desideri davvero. Ma questo particolare modulo è stato acquistato molto tempo fa, quando ancora non esistevano sanzioni. È puro, come l'anima di un bambino. Spero che questa confessione venga archiviata nel caso e venga accreditata all'imputato.
Non entreremo ora nei dettagli dello sviluppo del software per registrare un flusso di campioni nella memoria del computer. Sfortunatamente non possiamo ancora pubblicare il codice sorgente dell'applicazione per Linux. Ma speriamo di ottenere il permesso per questo la prossima volta. Vale solo la pena notare che questo non è stato facile, anche tenendo conto degli sviluppi software forniti dai Sistemi Strumentali. L'ADC stesso e il sistema per il clock e l'emissione di campioni utilizzando la tecnologia JESD204B sono piuttosto difficili da comprendere e nel modulo di AD erano necessarie anche patch hardware. Il segnale REFCLK è assolutamente necessario per il sistema di input, ma sul modulo va ai piedini sbagliati del connettore FMC e, di conseguenza, non va ai piedini giusti dell'FPGA. Ho dovuto applicare una toppa, come puoi vedere nella foto sotto: due fili rossi. Naturalmente c'erano dubbi sul fatto che avrebbe funzionato. La velocità di clock è elevata a 375 MHz e la patch è terribile. Ma il sistema ha resistito.
Tutta la cucina è così.
Qui puoi vedere un computer con un buon sistema I/O, una scheda FMC126P e un soppalco AD9208-3000EBZ. Tra i generatori: un generatore da 3000 MHz per il clock dell'ADC, un generatore da 770 MHz per REFCLK. I cavi con connettori SMA collegano i generatori e forniscono il segnale di ingresso.
La velocità dei dati grezzi dall'uscita ADC, se non entri nei dettagli, è di 12 GB/s da due canali. Secondo le misurazioni e secondo la dichiarazione del produttore della scheda FMC126P, la velocità di ingresso massima è di 5 GB/s. Pertanto, abbiamo utilizzato un solo canale nell'ADC e lo abbiamo fatto passare attraverso il DDC (Digital Down Converter) integrato nell'AD9208 con decimazione per quattro. Pertanto, il flusso di dati è stato di 3 GB/s (frequenza di campionamento 750 MHz, segnale complesso a 16 bit).
Controllare che il sistema abbia il tempo di registrare i campioni è molto semplice: basta monitorare gli sticky bit dello stato FIFO dell'FPGA. Se durante la notte non si sono verificati eventi di overflow FIFO, il bit non verrà impostato. E confermiamo con gioia che non vi sono state perdite di letture. Per prima cosa controlliamo, ovviamente, che i bit di stato del latch funzionino. Osserviamo anche la forma del segnale dal file per assicurarci che la qualità del segnale ADC catturato corrisponda alla documentazione.
Ma quale tipo di segnale sarebbe degno di un simile sistema di input? Ovviamente UWB dal tavolo successivo!
Fortunatamente, abbiamo scelto una frequenza del canale di 4 GHz per il sistema di posizionamento dei droni. Ciò corrisponde ai canali 4 e 2 nella terminologia DW1000 (Figura 13 della scheda tecnica). Abbiamo realizzato un'antenna integrata nella scheda per questa frequenza, o per meglio dire, per questa gamma. Non è stato facile coordinarlo su una fascia così ampia. Ma la cosa si è rivelata erotica! Alcuni dicono che assomigli ad un simbolo... con le orecchie.
Un segnale da 4 GHz con una larghezza di banda di 500 MHz rientra nella terza banda di Nyquist e presenta intervalli di guardia sufficienti per evitare aliasing. Pertanto, abbiamo semplicemente collegato direttamente il segnale DW1000 all'ingresso ADC AD9208.
Abbiamo ricevuto due file: uno con una frequenza PRF di 64 MHz, l'altro di 16 MHz. La velocità di trasmissione per DW1000 è stata impostata al minimo - 110 kbit/s.
Essa file, questo . Attenzione, i file sono enormi!
Nel primo file vediamo pacchetti della durata di circa 750 campioni ovvero 1000 nanosecondi.
Nel secondo file i pacchetti sono quattro volte più corti.
E questo è pienamente coerente con lo standard IEEE 802.15.4-2011 in termini di livello fisico UWB:
La modulazione all'interno del pacchetto è simile alla modulazione di fase, che corrisponde anch'essa a quella specificata nello standard BPSK. Puoi trovare lo standard stesso su Internet, cercare "IEEE 802.15.4-2011".
Se allarghi leggermente la finestra del tempo di osservazione, puoi anche vedere l'irregolarità dei pacchetti, che corrisponde alla descrizione della modulazione ibrida IEEE 802.15.4-2011 UWB - posizione-fase (BPM-BPSK).
In generale, trovo che il chip DW1000 e la modulazione di questo PHY UWB siano una bomba, qualunque cosa significhi, una cosa, al livello di un JTIDS militare. Questo è il mio nuovo hobby. Continua!
Da un lato scaveremo DW1000, dall'altro ci occuperemo dello standard IEEE 802.15.4.
Fonte: habr.com