Onlangs kwamen in ons laboratorium twee totaal verschillende werelden samen: de wereld van goedkope radiozendontvangers en de wereld van dure breedbandradiosignaalregistratiesystemen.
Eerst benaderden onze goede vrienden ons om software te maken voor het opnemen van een signaal met een 500 MHz-band. Wij konden dit uiteraard niet weigeren. Het was tenslotte nodig om dit te doen op een bord van het bedrijf "Instrumental Systems", dat ik al lang ken. Aan het begin van mijn technische carrière moest ik met hun hardware en software werken.
En toen kwam mijn lieve vriend van en gevraagd om een positioneringssysteem te maken voor drones zonder GPS. Het is noodzakelijk, zegt hij, om de show binnenshuis te lanceren. En op straat wil je tegenwoordig niet echt een paar miljoen dollar de lucht in lanceren met een onbetrouwbare GPS. Interferentie en spoofing van satellietnavigatie .
Voor positionering zonder satellieten met een nauwkeurigheid van beter dan tien centimeter in een zone van maximaal een kilometer heb ik niets anders gevonden dan UWB-technologie. DecaWave is al lange tijd op de markt en produceert de DW1000-chip en de daarop gebaseerde modules. De chip is een UWB-transceiver van de IEEE 802.15.4-2011-standaard. Het ding is overigens uniek, met een dubbele of zelfs driedubbele bodem. Ik hoop dat we de komende jaren de diepte ervan kunnen peilen en erover kunnen schrijven. Eerder kun je het zeker niet doen.
Maar vandaag hebben we het niet over positionering; daar zullen we het in de volgende serie over hebben.
Vandaag nemen we het DW1000-signaal op. En de bandbreedte van dit signaal is niet meer of minder, maar 1000 of 500 MHz, wat wordt bepaald door het kanaalnummer. “Volkomen per ongeluk” stond er op de volgende tafel een computer met een printplaat van "Instrumental Systems" met FMC-mezzanine van analoge apparaten.
Hierbij moet worden opgemerkt “voor de aanklager” dat de AD9208 ADC tegenwoordig een gesanctioneerde technologie is. Je kunt het in Rusland niet legaal kopen, ook al wil je dat soms heel graag. Maar deze specifieke module is heel lang geleden aangeschaft, toen er nog geen sancties waren. Hij is puur, als de ziel van een baby. Ik hoop dat deze bekentenis bij de zaak wordt ingediend en aan de beklaagde wordt toegeschreven.
We zullen nu niet ingaan op de details van het ontwikkelen van software voor het opnemen van een stroom samples in het computergeheugen. Helaas kunnen we de broncode van de applicatie voor Linux nog niet publiceren. Maar we hopen de volgende keer hier toestemming voor te krijgen. Het is alleen de moeite waard om op te merken dat dit niet eenvoudig was, zelfs niet als we rekening hielden met de meegeleverde softwareontwikkelingen van de instrumentele systemen. De ADC zelf en het systeem voor het klokken en uitvoeren van samples met behulp van JESD204B-technologie zijn behoorlijk moeilijk te begrijpen, en er waren ook hardwarepatches nodig in de module van AD. Het REFCLK-signaal is absoluut noodzakelijk voor het invoersysteem, maar op de module gaat het naar de verkeerde pootjes van de FMC-connector en dus niet naar de rechterpootjes van de FPGA. Ik moest een pleister aanbrengen, die je op de onderstaande foto kunt zien: twee rode draden. Natuurlijk waren er twijfels of het zou werken. De kloksnelheid is hoog met 375 MHz en de patch is verschrikkelijk. Maar het systeem kon ermee omgaan.
De hele keuken ziet er zo uit.
Hier zie je een computer met een goed I/O-systeem, een FMC126P-bord en een AD9208-3000EBZ-mezzanine. Onder de generatoren: een 3000 MHz-generator voor het klokken van de ADC, een 770 MHz-generator voor REFCLK. Kabels met SMA-connectoren verbinden de generatoren en zorgen voor het ingangssignaal.
De ruwe datasnelheid van de ADC-uitvoer bedraagt, als je niet in detail gaat, 12 GB/s via twee kanalen. Volgens metingen en volgens de verklaring van de fabrikant van het FMC126P-bord bedraagt de maximale invoersnelheid 5 GB/s. Daarom hebben we slechts één kanaal in de ADC gebruikt en dit met een decimering van vier door de DDC (Digital Down Converter) gestuurd die in de AD9208 is ingebouwd. De datastroom bedroeg dus 3 GB/s (bemonsteringsfrequentie 750 MHz, 16-bits complex signaal).
Controleren of het systeem tijd heeft om samples op te nemen is heel eenvoudig: u hoeft alleen maar de sticky bits van de FPGA FIFO-status te controleren. Als er 's nachts geen FIFO-overloopgebeurtenissen hebben plaatsgevonden, wordt de bit niet ingesteld. En gelukkig stellen we vast dat er geen verlies aan metingen heeft plaatsgevonden. We controleren uiteraard eerst of de vergrendelende statusbits werken. We kijken ook naar de signaalvorm uit het bestand om er zeker van te zijn dat de kwaliteit van het vastgelegde ADC-signaal overeenkomt met de documentatie.
Maar welk soort signaal zou een dergelijk invoersysteem waardig zijn? Natuurlijk UWB uit de volgende tafel!
Gelukkig hebben we voor het drone-positioneringssysteem gekozen voor een kanaalfrequentie van 4 GHz. Dit komt overeen met kanalen 4 en 2 in de DW1000-terminologie (Figuur 13 van de datasheet). Voor deze frequentie, of beter gezegd, voor dit bereik, hebben we een antenne in het bord ingebouwd. Het was niet eenvoudig om dit over zo’n brede band te coördineren. Maar het ding bleek erotisch te zijn! Sommigen zeggen dat het op een symbool lijkt... met oren.
Een 4 GHz-signaal met een bandbreedte van 500 MHz valt binnen de derde Nyquist-band en heeft voldoende bewakingsintervallen om aliasing te voorkomen. Daarom hebben we het DW1000-signaal eenvoudigweg rechtstreeks op de AD9208 ADC-ingang aangesloten.
We hebben twee bestanden ontvangen: één met een PRF-frequentie van 64 MHz, de andere - 16 MHz. Voor DW1000 was de transmissiesnelheid op het minimum ingesteld - 110 kbit/s.
Het bestand, dit . Wees voorzichtig, de bestanden zijn enorm!
In het eerste bestand zien we pakketten van ongeveer 750 samples of 1000 nanoseconden.
In het tweede bestand zijn de pakketten vier keer korter.
En dit is volledig consistent met de IEEE 802.15.4-2011-standaard in termen van de fysieke UWB-laag:
De modulatie binnen het pakket is vergelijkbaar met fasemodulatie, die ook overeenkomt met de modulatie gespecificeerd in de BPSK-standaard. U kunt de standaard zelf op internet vinden, zoek naar “IEEE 802.15.4-2011”.
Als je het observatietijdvenster iets uitbreidt, kun je ook de oneffenheden van de pakketten zien, wat overeenkomt met de beschrijving van hybride modulatie IEEE 802.15.4-2011 UWB - positiefase (BPM-BPSK).
Over het algemeen vind ik de DW1000-chip en de modulatie van deze UWB PHY een bom, wat dat ook betekent, iets op het niveau van een militaire JTIDS. Dit is mijn nieuwe hobby. Wordt vervolgd!
Aan de ene kant zullen we DW1000 graven, aan de andere kant zullen we omgaan met de IEEE 802.15.4-standaard.
Bron: www.habr.com