Recentemente, două lumi complet diferite s-au întâlnit în laboratorul nostru: lumea transceiverelor radio ieftine și lumea sistemelor scumpe de înregistrare a semnalelor radio cu lățime de bandă largă.
La început, prietenii noștri buni ne-au contactat pentru a crea un software pentru înregistrarea semnalului cu o bandă de 500 MHz. Bineînțeles că nu am putut refuza. Trebuia să facem asta pe placa companiei „Instrument Systems”, pe care o cunosc de mult. La începutul carierei mele de inginer, a trebuit să lucrez cu echipamentele și software-ul lor.
Apoi, un drag prieten a venit din și a cerut să creăm un sistem de poziționare pentru drone fără GPS. Trebuie, zice, să lansăm un spectacol în interior. Și afară, în vremurile noastre, nu vrei să arunci în aer câteva milioane pe un GPS nesigur. Interferențele și spoofing-ul sistemelor de navigație prin satelit .
Pentru poziționarea fără sateliți cu o precizie mai bună de zece centimetri într-o zonă de până la un kilometru, nu am găsit nimic altceva, în afară de tehnologia UWB. De mult timp pe piață există compania DecaWave, care produce cipul DW1000 și module pe baza lui. Cipul este un transceiver UWB conform standardului IEEE 802.15.4-2011. Apropo, este o chestie unică, cu un fund dublu sau chiar triplu. Sper că vom putea explora adâncurile sale în următorii câțiva ani și scriem despre asta. Până atunci nu vom reuși.
Dar astăzi nu vorbim despre poziționare, despre asta în episoadele următoare.
Astăzi facem înregistrarea semnalului DW1000. Iar banda acestui semnal este nimic altceva decât 1000 sau 500 MHz, ceea ce este stabilit de numărul canalului. „Din întâmplare”, pe masa de alături se afla un computer cu placa de la „Instrument Systems” cu mezzanina FMC de la Analog Devices.
Aici se cuvine a se menționa „pentru procuror”, că ADC-ul AD9208 este astăzi o tehnologie supusă sancțiunilor. Nu poți să-l cumperi legal în Rusia, deși uneori foarte îți dorești. Dar acest modul anume a fost cumpărat cu mult timp în urmă, când nu existau sancțiuni. Este curat, ca sufletul unui copil. Sper că această mărturie va fi anexată la dosar și va fi luată în considerare pentru inculpat.
Să nu ne aventurăm acum în detalii despre dezvoltarea software-ului pentru înregistrarea fluxului de date în memoria computerului. Din păcate, nu putem publica acum codul sursă al aplicației pentru Linux. Dar sperăm să obținem permisiunea pentru asta data viitoare. Este important de menționat că a fost dificil, chiar și având în vedere materialele software furnizate de Instrumental Systems. Însuși ADC-ul și sistemul său de temporizare și de ieșire a datelor folosind tehnologia JESD204B sunt destul de complexe, iar modulul de la AD a necesitat și patch-uri hardware. Semnalul REFCLK este absolut necesar pentru sistemul de intrare, dar acesta nu se leagă la pinii corecți ai conectorului FMC și, prin urmare, nu ajunge la pinii necesari ai FPGA-ului. A fost necesar să aplicăm un patch, pe care îl puteți vedea în fotografia de mai jos — cele două fire roșii. Desigur, au fost îndoieli că acest lucru va funcționa. Frecvența semnalului de ceas este ridicată — 375 MHz, iar patch-ul este îngrozitor. Dar sistemul s-a descurcat.
Întreaga bucătărie arată astfel.
Aici se poate observa un computer cu un sistem bun de intrare/ieșire, placa FMC126P, mezzanina AD9208-3000EBZ. Din generatoare: un generator de 3000 MHz pentru temporizarea ADC-ului, un generator de 770 MHz pentru REFCLK. Cablurile cu conectori SMA conectează generatoarele și furnizează semnalul de intrare.
Viteza brută a datelor de la ieșirea ADC-ului, fără a exagera, este de 12 GB/s din două canale. Potrivit măsurătorilor și declarației producătorului plăcii FMC126P, viteza maximă de intrare este de 5 GB/s. De aceea, am folosit doar un canal în ADC și l-am trecut prin DDC-ul încorporat în AD9208 (Digital Down Converter) cu decimare de patru. Astfel, fluxul de date a fost de 3 GB/s (frecvența de eșantionare 750 MHz, semnal complex de 16 biți).
Verificarea faptului că sistemul reușește să înregistreze datele este foarte simplă: trebuie doar să monitorizăm biții de stare FIFO ai FPGA-ului. Dacă pe parcursul nopții nu a existat niciun eveniment FIFO Overflow, atunci bitul nu va fi ridicat. Și constatăm cu bucurie că nu au existat pierderi de date. În prealabil, desigur, verificăm că fixarea biților de stare funcționează. De asemenea, analizăm forma semnalului din fișier pentru a ne asigura că calitatea preluării semnalului ADC corespunde documentației.
Dar ce semnal va fi demn de un astfel de sistem de intrare? Desigur, UWB de pe masa de alături!
Din fericire, pentru sistemul de poziționare a dronelor am ales frecvența canalului de 4 GHz. Aceasta corespunde canalelor 4 și 2 în terminologia DW1000 (Figura 13 din fișa tehnică). Am realizat o antenă integrată pe această frecvență, sau, mai bine zis, pe acest interval. A fost dificil să o reglez într-un astfel de spectru larg. Dar rezultatul este atrăgător! Unii spun că seamănă cu un simbol… cu urechi.
Semnalul de 4 GHz cu o lățime de bandă de 500 MHz intră în a treia bandă Nyquist și are intervale de protecție suficiente pentru a evita suprapunerile spectrale. Prin urmare, am conectat pur și simplu semnalul DW1000 direct la intrarea ADC AD9208.
Am obținut două fișiere: unul cu o frecvență PRF de 64 MHz, iar celălalt — 16 MHz. Rata de transfer a fost setată la minimul pentru DW1000 — 110 kbit/s.
Aceasta fișier, este . Ciudat, fișierele sunt enorme!
În primul fișier vedem pachete cu o durată de aproximativ 750 de eșantioane sau 1000 de nanosecunde.
În al doilea fișier, pachetele sunt de patru ori mai scurte.
Și acest lucru corespunde în întregime standardului IEEE 802.15.4-2011 în ceea ce privește nivelul fizic UWB:
Modulația din interiorul pachetului este similară cu cea de fază, ceea ce corespunde specificației BPSK din standard. Puteți găsi standardul pe internet, căutați „IEEE 802.15.4-2011”.
Dacă extindem puțin fereastra temporară de observație, se pot observa și neregularitățile în secvența pachetelor, ceea ce corespunde descrierii modulației hibride IEEE 802.15.4-2011 UWB — modulația de poziție și fază (BPM-BPSK).
În general, consider că cipul DW1000 și modulația acestui UWB PHY sunt incredibile, indiferent ce ar însemna asta, la nivel militar JTIDS. Este noua mea pasiune. Continuarea urmează!
Pe de o parte, ne vom aprofunda în DW1000, pe de altă parte, ne vom ocupa de standardul IEEE 802.15.4.
Sursa: habr.com
