Recentemente due mondi completamente diversi si sono incontrati nel nostro laboratorio: il mondo dei radio-transceiver economici e quello dei costosissimi sistemi di registrazione di segnali radio a banda larga.
Inizialmente i nostri buoni amici ci hanno contattato per realizzare un software per la registrazione di segnali a banda 500 MHz. Naturalmente non abbiamo potuto rifiutare. Dovevamo farlo su un circuito della società "Strumenti e Sistemi", che conosco da molto tempo. All'inizio della mia carriera ingegneristica ho dovuto lavorare con le loro attrezzature e software.
E poi è arrivato un caro amico da e ha chiesto di realizzare un sistema di posizionamento per droni senza GPS. Dice che è necessario lanciare uno spettacolo in ambienti chiusi. E anche all'aperto, al giorno d'oggi, non è molto sicuro lanciare in cielo milioni di euro su un GPS inaffidabile. Interferenze e spoofing della navigazione satellitare .
Per il posizionamento senza satelliti con una precisione migliore di dieci centimetri in un'area fino a un chilometro, non ho trovato niente di meglio della tecnologia UWB. Da tempo sul mercato c’è l’azienda DecaWave, che produce il chip DW1000 e i moduli basati su di esso. Il chip è un transceiver UWB secondo lo standard IEEE 802.15.4-2011. A proposito, è un dispositivo unico, con un fondo doppio o addirittura triplo. Spero che nei prossimi anni riusciremo ad esplorare le sue profondità e scriverne. Prima non si può fare.
Ma oggi non si parla di posizionamento, di questo ne parleremo nei prossimi episodi.
Oggi stiamo registrando il segnale del DW1000. E la banda di questo segnale è pari a 1000 o 500 MHz, a seconda del numero di canale. "Completamente per caso" sul tavolo accanto c'era un computer con un circuito da "Strumenti e Sistemi" con mezzanino FMC di Analog Devices.
Qui va notato "per il procuratore", che l'ADC AD9208 è oggi un'attrezzatura sanzionata. Non è possibile acquistarlo legalmente in Russia, anche se a volte sarebbe molto utile. Ma questo specifico modulo è stato acquistato molto tempo fa, quando le sanzioni non c’erano ancora. È pulito come l'anima di un neonato. Spero che questa ammissione venga archiviata e venga considerata a favore dell'imputato.
Non entreremo ora nei dettagli dello sviluppo del software per la registrazione del flusso di campioni nella memoria del computer. Purtroppo, al momento non possiamo pubblicare il codice sorgente dell'applicazione per Linux. Tuttavia, speriamo di ottenere il permesso di farlo per la prossima volta. Va solo notato che non è stato facile, anche considerando il software fornito da Instrumental Systems. Il convertitore analogico-digitale (ADC) e il sistema di temporizzazione e output dei campioni secondo la tecnologia JESD204B sono piuttosto complessi da comprendere, e nel modulo di AD si sono rivelati necessari dei patch hardware. Il segnale REFCLK è essenziale per il sistema di input, ma nel modulo entra sui pin sbagliati del connettore FMC e, di conseguenza, non viene inviato sui pin corretti dell'FPGA. Abbiamo dovuto applicare un patch, che può essere visto nella foto qui sotto: due fili rossi. Naturalmente, ci sono stati dubbi sul fatto che funzionasse. La frequenza del segnale di clock è alta: 375 MHz, e il patch è orribile. Ma il sistema ha retto.
Tutta la cucina appare in questo modo.
Qui si può notare un computer con un buon sistema di input-output, la scheda FMC126P, e il mezzanino AD9208-3000EBZ. Dai generatori: un generatore da 3000 MHz per il clock dell'ADC, un generatore da 770 MHz per il REFCLK. I cavi con connettori SMA collegano i generatori e forniscono il segnale in ingresso.
La velocità grezza dei dati in uscita dall'ADC, senza essere troppo precisi, è di 12 GB/s da due canali. Secondo le misurazioni e la dichiarazione del produttore della scheda FMC126P, la velocità massima di input è di 5 GB/s. Pertanto, nell'ADC abbiamo utilizzato solo un canale e lo abbiamo passato attraverso il DDC (Digital Down Converter) integrato nell'AD9208 con una decimazione di quattro. In questo modo, il flusso di dati è stato di 3 GB/s (frequenza di campionamento di 750 MHz, segnale complesso a 16 bit).
Il controllo che il sistema riesca a registrare i campioni è molto semplice: è sufficiente monitorare i bit di stato FIFO dell'FPGA. Se durante la notte non ci sono stati eventi di overflow FIFO, allora il bit non sarà attivato. E possiamo constatare con gioia che non ci sono stati campioni persi. Ovviamente, controlliamo in anticipo che la registrazione dei bit di stato funzioni. Controlliamo anche la forma del segnale dal file per assicurarci che la qualità della registrazione del segnale dell'ADC sia conforme alla documentazione.
Ma quale segnale meriterà un sistema di input del genere? Certamente un UWB dal tavolo accanto!
Fortunatamente, per il sistema di posizionamento dei droni abbiamo scelto una frequenza di 4 GHz. Questo corrisponde ai canali 4 e 2 nella terminologia DW1000 (Figura 13 del datasheet). Abbiamo realizzato un'antenna integrata sulla scheda per questa frequenza, o meglio, per questa gamma. Accordarla su una banda così ampia non è stato facile. Ma il risultato è stato davvero accattivante! Alcuni dicono che assomiglia a un simbolo… con orecchie.
Il segnale a 4 GHz con una larghezza di banda di 500 MHz rientra nella terza banda di Nyquist e ha intervalli di protezione sufficienti per evitare sovrapposizioni spettrali. Pertanto, abbiamo semplicemente applicato il segnale DW1000 all'ingresso dell'ADC AD9208 direttamente.
Abbiamo ottenuto due file: uno con una frequenza PRF di 64 MHz, l'altro di 16 MHz. La velocità di trasmissione è stata impostata al minimo per DW1000: 110 kbit/s.
Questo file, questo è . Attenzione, i file sono enormi!
Nel primo file vediamo pacchetti della durata di circa 750 campioni o 1000 nanosecondi.
Nel secondo file i pacchetti sono quattro volte più brevi.
E questo è perfettamente in linea con lo standard IEEE 802.15.4-2011 per quanto riguarda il livello fisico UWB:
La modulazione all'interno del pacchetto è simile alla modulazione di fase, che corrisponde a quanto indicato nello standard BPSK. Potrete trovare il standard in Internet, cercate "IEEE 802.15.4-2011".
Se espandiamo leggermente la finestra temporale di osservazione, si possono vedere anche le irregolarità nella sequenza dei pacchetti, che corrisponde alla descrizione della modulazione ibrida IEEE 802.15.4-2011 UWB — modulazione posizione-fase (BPM-BPSK).
In generale, trovo che il chip DW1000 e la modulazione di questo PHY UWB siano eccezionali, qualunque cosa significhi, a livello della tecnologia militare JTIDS. Questa è la mia nuova passione. Continuate a seguirci!
Da un lato, ci concentreremo sul DW1000, dall'altro, ci occuperemo dello standard IEEE 802.15.4.
Fonte: habr.com
