Onlangs kwamen twee totaal verschillende werelden samen in ons laboratorium: de wereld van goedkope radio-transceivers en de wereld van dure systemen voor het registreren van breedbandsignalen.
In eerste instantie maakten onze goede vrienden een verzoek om software te maken voor het opnemen van een signaal met een bandbreedte van 500 MHz. Natuurlijk konden we dat niet weigeren. We moesten het namelijk doen op een bord van het bedrijf "Instrument Systems", dat ik al lange tijd ken. In het begin van mijn ingenieurscarriĆØre moest ik werken met hun hardware en software.
En toen kwam een goede vriend uit en vroeg om een positioneringssysteem voor drones zonder GPS. Ik moet een show binnenshuis draaien, zegt hij. En bovendien wil je niet zomaar miljoenen in de lucht gooien met een onbetrouwbare GPS. Storing en spooking van satellietnavigatie .
Voor positionering zonder satellieten met een nauwkeurigheid van beter dan tien centimeter in een bereik van tot een kilometer heb ik niets gevonden behalve de UWB-technologie. Al geruime tijd is er een bedrijf DecaWave op de markt dat de chip DW1000 en modules op basis daarvan produceert. De chip is een UWB-transceiver volgens de IEEE 802.15.4-2011 standaard. Overigens, het is een uniek ding, met een dubbele of zelfs drievoudige bodem. Ik hoop dat we de diepten ervan in de komende jaren kunnen verkennen en daarover kunnen schrijven. Eerder zal het niet lukken.
Maar vandaag gaat het niet over positionering, daarover in de volgende afleveringen.
Vandaag registreren we het signal van de DW1000. En de bandbreedte van dit signaal is niet meer en niet minder dan 1000 of 500 MHz, afhankelijk van het kanaalnummer. "Toevallig" stond er op de naastgelegen tafel een computer met een bord van "Instrument Systems" met een FMC-mezzanine van Analog Devices.
Hierbij moet worden opgemerkt, "voor de aanklager", dat de ADC AD9208 momenteel onder sancties valt. Het is legaal onmogelijk om hem in Rusland aan te schaffen, hoezeer je dat soms ook zou willen. Maar dit specifieke module is heel lang geleden gekocht, toen er nog geen sancties waren. Hij is schoon, als de ziel van een pasgeborene. Ik hoop dat deze verklaring aan de zaak zal worden gehecht en in het voordeel van de beklaagde zal worden geteld.
Laten we nu niet in details treden over de ontwikkeling van de software voor het opnemen van onderbrekingen in het geheugen van de computer. Helaas kunnen we voorlopig de broncode van de applicatie voor Linux nog niet publiceren. Maar we hopen hiervoor toestemming te krijgen voor de volgende keer. Het is alleen vermeldenswaard dat het niet eenvoudig was, zelfs met de aangeboden software-onderdelen van Instrument Systems. De ADC zelf en het systeem voor synchronisatie en output volgens JESD204B-technologie zijn behoorlijk complex te begrijpen, en bovendien bleken er hardwarepatches nodig te zijn in de module van AD. Het REFCLK-signaal is absoluut noodzakelijk voor het invoersysteem, maar het komt op de verkeerde pinnen van de FMC-connector binnen en komt daardoor niet op de juiste pinnen van de FPGA. We moesten een patch aanbrengen, die je op de foto hieronder kunt zien ā twee rode draden. Er waren natuurlijk twijfels of dit zou werken. De kloksnelheid is hoog ā 375 MHz, en de patch is verschrikkelijk. Maar het systeem heeft het gered.
Zo ziet de keuken eruit.
Hier zie je een computer met een goed input-output systeem, de FMC126P-kaart en de mezzanine AD9208-3000EBZ. Van de generators: een 3000 MHz generator voor het synchroniseren van de ADC, een 770 MHz generator voor REFCLK. SMA-kabels verbinden de generators en leveren het ingangssignaal.
De ruwe dataverSnelheid van de output van de ADC, als we het niet al te moeilijk maken, bedraagt 12 GB/s over twee kanalen. Volgens metingen en de specificaties van de fabrikant van de FMC126P-kaart bedraagt de maximale invoersnelheid 5 GB/s. Daarom hebben we in de ADC slechts Ć©Ć©n kanaal gebruikt en deze door de ingebouwde DDC (Digital Down Converter) van de AD9208 geleid met decimering met een factor vier. Op deze manier bedraagt de datastroom 3 GB/s (samplesnelheid 750 MHz, 16-bits complex signaal).
De controle of het systeem op tijd de samples opslaat is heel eenvoudig: je moet gewoon de vastlopende FIFO-statusbits van de FPGA in de gaten houden. Als er 's nachts geen enkele FIFO Overflow gebeurtenis was, wordt de bit niet gezet. En we zijn blij te kunnen concluderen dat er geen samples verloren zijn gegaan. Vooraf controleren we natuurlijk dat de vastlegging van de statusbits werkt. We bekijken ook de signaalvorm uit het bestand om te verzekeren dat de kwaliteit van het signaal dat door de ADC is vastgelegd voldoet aan de documentatie.
Maar welk signaal is waardig voor zo'n invoersysteem? Natuurlijk UWB van de naburige tafel!
Gelukkig hebben we voor het positioneringssysteem van de drones de frequentieband van 4 GHz gekozen. Dit komt overeen met de kanalen 4 en 2 in de terminologie van DW1000 (Figuur 13 van de datasheet). We hebben een ingebouwde antenne op deze frequentie gemaakt, of beter gezegd, op dit bereik. Het afstemmen in zo'n brede band was niet eenvoudig. Maar het resultaat is mooi! Sommigen zeggen dat het op een symbool lijkt... met oortjes.
Het 4 GHz-signaal met een bandbreedte van 500 MHz valt binnen de derde Nyquist-band en heeft voldoende beschermende intervallen om overlap van het spectrum te vermijden. Daarom hebben we simpelweg het DW1000-signaal rechtstreeks naar de ingang van de ADC AD9208 gestuurd.
We hebben twee bestanden gekregen: het ene met een PRF-frequentie van 64 MHz, het andere met 16 MHz. De transmissiesnelheid was minimaal ingesteld voor DW1000 - 110 kbit/s.
Dit is bestand, dit is . Voorzichtig, de bestanden zijn enorm!
In het eerste bestand zien we pakketten met een duur van ongeveer 750 samples of 1000 nanoseconden.
In het tweede bestand zijn de pakketten vier keer korter.
En dit komt behoorlijk overeen met de IEEE 802.15.4-2011 standaard met betrekking tot het fysieke niveau UWB:
De modulatie binnen het pakket lijkt op fase-modulatie, wat ook overeenkomt met de gespecificeerde BPSK in de standaard. U kunt de standaard online vinden; zoek naar "IEEE 802.15.4-2011".
Als we het tijdsvenster van observatie iets uitbreiden, zijn er ook ongelijkheden in de volgorde van de pakketten te zien, wat overeenkomt met de beschrijving van hybride modulatie in IEEE 802.15.4-2011 UWB - positioneel-fase (BPM-BPSK).
Over het algemeen vind ik de chip DW1000 en de modulatie van deze UWB PHY geweldig, wat dat ook mag betekenen, op het niveau van militaire JTIDS. Dit is mijn nieuwe hobby. Vervolg volgt!
Aan de ene kant gaan we de DW1000 onderzoeken, aan de andere kant gaan we de standaard IEEE 802.15.4 bestuderen.
Bron: habr.com
