הקלטת אותות UWB 802.15.4 רחב במיוחד על ציוד כמעט מוגן

לאחרונה התקבצו במעבדתנו שני עולמות שונים לחלוטין: עולם משדרי הרדיו הזולים ועולם מערכות הקלטת אותות רדיו רחב פס יקרות.

ראשית, חברינו הטובים פנו אלינו כדי ליצור תוכנה להקלטת אות עם פס 500 מגה-הרץ. לא יכולנו, כמובן, לסרב. הרי היה צורך לעשות זאת על לוח של חברת "מערכות אינסטרומנטליות", שאני מכירה כבר הרבה זמן. עם שחר הקריירה ההנדסית שלי, הייתי צריך לעבוד עם החומרה והתוכנה שלהם.

ואז הגיע ידידי היקר מיכאב של מופע מזל"טים וביקש לעשות מערכת מיקום לרחפנים ללא GPS. יש צורך, הוא אומר, להשיק את המופע בתוך הבית. וברחוב בימים אלה, אתה לא באמת רוצה לשגר כמה מיליוני דולרים לשמיים ב-GPS לא אמין. הפרעות ניווט בשבת וזיוף משגשגים.

עבור מיקום ללא לוויינים עם דיוק של יותר מעשרה סנטימטרים באזור של עד קילומטר, לא מצאתי שום דבר מלבד טכנולוגיית UWB. DecaWave קיימת בשוק כבר זמן רב, מייצרת את שבב DW1000 ומודולים המבוססים עליו. השבב הוא מקלט משדר UWB בתקן IEEE 802.15.4-2011. אגב, הדבר ייחודי, עם תחתית כפולה או אפילו משולשת. אני מקווה שנוכל לנבור לעומקו בשנים הקרובות ולכתוב על זה. אתה בהחלט לא תוכל לעשות את זה מוקדם יותר.

אבל היום אנחנו לא מדברים על מיצוב; על זה נדבר בסדרה הבאה.

היום אנו מקליטים את אות DW1000. ורוחב הפס של האות הזה הוא לא יותר ולא פחות, אלא 1000 או 500 מגה-הרץ, שנקבע על ידי מספר הערוץ. "במקרה לגמרי" היה מחשב עם לוח מעגלים על השולחן הסמוך FMC126P מ-"Instrumental Systems" עם ביניים FMC AD9208-3000EBZ ממכשירים אנלוגיים.

יש לציין כאן "עבור התובע" שה-AD9208 ADC היא טכנולוגיה מאושרת כיום. אתה לא יכול לקנות את זה באופן חוקי ברוסיה, למרות שלפעמים אתה באמת רוצה. אבל המודול הספציפי הזה נרכש לפני זמן רב מאוד, כשעדיין לא היו סנקציות. הוא טהור, כמו נשמתו של תינוק. אני מקווה שהודאה זו תוגש בתיק ותיזקף לזכות הנאשם.

לא ניכנס כעת לפרטים של פיתוח תוכנה להקלטת זרם דגימות לזיכרון המחשב. למרבה הצער, אנחנו עדיין לא יכולים לפרסם את קוד המקור של האפליקציה עבור לינוקס. אבל אנחנו מקווים לקבל אישור לכך בפעם הבאה. ראוי רק לציין שזה לא היה קל, אפילו אם לוקחים בחשבון את פיתוחי התוכנה שסופקו של ה-Instrumental Systems. ה-ADC עצמו והמערכת לשעון ויציאת דגימות באמצעות טכנולוגיית JESD204B די קשות להבנה, והיה צורך גם בתיקוני חומרה במודול מבית AD. האות REFCLK הוא הכרחי לחלוטין עבור מערכת הקלט, אבל במודול הוא עובר לרגליים הלא נכונות של מחבר ה-FMC ובהתאם, לא עובר לרגליים הימניות של ה-FPGA. נאלצתי למרוח תיקון, שניתן לראות בתמונה למטה - שני חוטים אדומים. היו, כמובן, ספקות שזה יעבוד. מהירות השעון גבוהה ב-375 מגה-הרץ והתיקון נוראי. אבל המערכת התמודדה.

כל המטבח נראה כך.

כאן תוכלו לראות מחשב עם מערכת קלט/פלט טובה, לוח FMC126P וקו ביניים AD9208-3000EBZ. בין הגנרטורים: גנרטור 3000 מגה-הרץ לשעון ה-ADC, מחולל 770 מגה-הרץ ל-REFCLK. כבלים עם מחברי SMA מחברים את הגנרטורים ומספקים את אות הכניסה.

מהירות הנתונים הגולמיים מפלט ה-ADC, אם לא תיכנס לפרטים, היא 12 GB/s משני ערוצים. על פי מדידות ועל פי הצהרת היצרן של לוח FMC126P, מהירות הכניסה המקסימלית היא 5 GB/s. לכן, השתמשנו רק בערוץ אחד ב-ADC והעברנו אותו דרך ה-DDC (Digital Down Converter) המובנה ב-AD9208 עם דצימציה של ארבעה. לפיכך, זרימת הנתונים הייתה 3 GB/s (תדר דגימה 750 MHz, אות מורכב של 16 סיביות).

בדיקה שלמערכת יש זמן להקליט דגימות היא פשוטה מאוד: אתה רק צריך לעקוב אחר הקטעים הדביקים של סטטוס FPGA FIFO. אם לא היו אירועי FIFO Overflow בן לילה, הביט לא יוגדר. ואנחנו מצהירים בשמחה שלא היו אובדן קריאות. תחילה אנו בודקים, כמובן, שסיביות מצב הנעילה פועלים. אנו גם מסתכלים על צורת האות מהקובץ כדי לוודא שהאיכות של אות ה-ADC שנלכד תואמת לתיעוד.

אבל איזה סוג של אות יהיה ראוי למערכת קלט כזו? כמובן UWB מהשולחן הבא!

למרבה המזל, בחרנו בתדר ערוץ 4 גיגה-הרץ עבור מערכת המיקום של הרחפנים. זה מתאים לערוצים 4 ו-2 בטרמינולוגיה של DW1000 (איור 13 של גיליון הנתונים). יצרנו אנטנה מובנית בלוח עבור התדר הזה, או, יותר נכון, עבור הטווח הזה. לא היה קל לתאם את זה על גבי להקה רחבה כל כך. אבל העניין התברר כאירוטי! יש אומרים שזה נראה כמו סמל... עם אוזניים.

אות 4 גיגה-הרץ ברוחב פס של 500 מגה-הרץ נופל ברצועת ה-Nyquist השלישית ויש לו מרווחי שמירה מספיקים כדי למנוע כינוי. לכן, פשוט חיברנו את האות DW1000 לכניסת AD9208 ADC ישירות.

קיבלנו שני קבצים: אחד עם תדר PRF של 64 מגה-הרץ, השני - 16 מגה-הרץ. מהירות השידור נקבעה למינימום עבור DW1000 - 110 kbit/s.

זה первый קובץ, זה שני. היזהר, הקבצים ענקיים!

בקובץ הראשון אנו רואים מנות שנמשכות כ-750 דגימות או 1000 ננו-שניות.

בקובץ השני, החבילות קצרות פי ארבעה.

וזה תואם לחלוטין את תקן IEEE 802.15.4-2011 מבחינת השכבה הפיזית UWB:

האפנון בתוך החבילה דומה לאפנון פאזה, התואם גם לזה שצוין בתקן BPSK. אתה יכול למצוא את התקן עצמו באינטרנט, חפש את "IEEE 802.15.4-2011".

אם תרחיב מעט את חלון זמן התצפית, תוכל לראות גם את חוסר האחידות של החבילות, התואם את התיאור של אפנון היברידי IEEE 802.15.4-2011 UWB - מיקום-פאזה (BPM-BPSK).

באופן כללי, אני מוצא את שבב DW1000 והאפנון של UWB PHY זה כפצצה, מה שזה לא אומר, דבר ברמה של JTIDS צבאי. זה התחביב החדש שלי. המשך יבוא!

מצד אחד נחפור את DW1000, מצד שני נעסוק בתקן IEEE 802.15.4.

מקור: www.habr.com