Nedavno sta se v našem laboratoriju združila dva popolnoma različna svetova: svet poceni radijskih sprejemnikov in svet dragih širokopasovnih sistemov za snemanje radijskih signalov.
Najprej so naši dobri prijatelji pristopili k nam za izdelavo programske opreme za snemanje signala v pasu 500 MHz. Mi seveda nismo mogli zavrniti. Navsezadnje je bilo to potrebno storiti na plošči podjetja "Instrumentalni sistemi", ki ga poznam že dolgo. Na začetku svoje inženirske kariere sem moral delati z njihovo strojno in programsko opremo.
In potem je prišel moj dragi prijatelj z dne in prosil za izdelavo sistema za določanje položaja za drone brez GPS-a. Nujno je, pravi, oddajo zagnati v zaprtih prostorih. In na ulici v teh dneh res ne želite izstreliti več milijonov dolarjev v nebo z nezanesljivim GPS-om. Motnje in ponarejanje satelitske navigacije .
Za pozicioniranje brez satelitov z natančnostjo, boljšo od desetih centimetrov v območju do kilometra, nisem našel drugega kot tehnologijo UWB. DecaWave je na trgu že dolgo, saj proizvaja čip DW1000 in module na njegovi osnovi. Čip je UWB oddajnik-sprejemnik standarda IEEE 802.15.4-2011. Mimogrede, stvar je edinstvena, z dvojnim ali celo trojnim dnom. Upam, da bomo lahko v naslednjih nekaj letih preučili njegove globine in pisali o tem. Prej zagotovo ne boste mogli.
Toda danes ne govorimo o pozicioniranju; o tem bomo govorili v naslednji seriji.
Danes snemamo signal DW1000. In pasovna širina tega signala ni niti več niti manj, ampak 1000 ali 500 MHz, kar je določeno s številko kanala. »Povsem po naključju« je bil na sosednji mizi računalnik s tiskanim vezjem iz "Instrumental Systems" s FMC mezzanine podjetja Analog Devices.
Tukaj je treba opozoriti "za tožilca", da je AD9208 ADC danes sankcionirana tehnologija. V Rusiji ga ne morete zakonito kupiti, čeprav si včasih to res želite. Toda ta poseben modul je bil kupljen zelo dolgo nazaj, ko še ni bilo sankcij. Čist je, kot otrokova duša. Upam, da bo to priznanje vloženo v zadevo in bo pripisano obdolžencu.
Zdaj se ne bomo spuščali v podrobnosti razvoja programske opreme za snemanje toka vzorcev v pomnilnik računalnika. Izvorne kode aplikacije za Linux žal še ne moremo objaviti. Vendar upamo, da bomo naslednjič dobili dovoljenje za to. Omeniti velja le, da to ni bilo enostavno, tudi ob upoštevanju zagotovljenega razvoja programske opreme Instrumental Systems. Sam ADC in sistem za taktiranje in izpisovanje vzorcev s tehnologijo JESD204B sta precej težko razumljiva, v modulu iz AD pa so bili potrebni tudi strojni popravki. Signal REFCLK je nujno potreben za vhodni sistem, vendar na modulu gre na napačne noge konektorja FMC in posledično ne gre na desne noge FPGA. Moral sem nalepiti obliž, kar se vidi na spodnji sliki - dve rdeči žici. Seveda so bili dvomi, da bo šlo. Takt je visok pri 375 MHz in popravek je grozen. Toda sistem je zdržal.
Celotna kuhinja izgleda takole.
Tukaj si lahko ogledate računalnik z dobrim V/I sistemom, ploščo FMC126P in mezzaninom AD9208-3000EBZ. Med generatorji: generator 3000 MHz za takt ADC, generator 770 MHz za REFCLK. Kabli s konektorji SMA povezujejo generatorje in zagotavljajo vhodni signal.
Hitrost neobdelanih podatkov iz izhoda ADC, če se ne spuščate v podrobnosti, je 12 GB/s iz dveh kanalov. Po meritvah in po deklaraciji proizvajalca plošče FMC126P je največja vhodna hitrost 5 GB/s. Zato smo v ADC uporabili samo en kanal in ga prenesli skozi DDC (Digital Down Converter), vgrajen v AD9208, z decimacijo za štiri. Tako je bil pretok podatkov 3 GB/s (frekvenca vzorčenja 750 MHz, 16-bitni kompleksni signal).
Preverjanje, ali ima sistem čas za snemanje vzorcev, je zelo preprosto: samo spremljati morate lepljive bite statusa FPGA FIFO. Če čez noč ni bilo dogodkov FIFO Overflow, bit ne bo nastavljen. In z veseljem trdimo, da ni prišlo do izgube odčitkov. Najprej seveda preverimo, ali statusni biti zaklepanja delujejo. Pogledamo tudi obliko signala iz datoteke, da se prepričamo, ali kakovost zajetega signala ADC ustreza dokumentaciji.
Toda kakšen signal bi bil vreden takšnega vhodnega sistema? Seveda UWB iz sosednje tabele!
Na srečo smo za sistem za določanje položaja drona izbrali frekvenco kanala 4 GHz. To ustreza kanaloma 4 in 2 v terminologiji DW1000 (slika 13 v podatkovnem listu). Za to frekvenco oziroma bolje rečeno za to območje smo naredili anteno vgrajeno v ploščo. Ni ga bilo lahko uskladiti v tako širokem pasu. Toda stvar se je izkazala za erotično! Nekateri pravijo, da izgleda kot simbol... z ušesi.
Signal 4 GHz s pasovno širino 500 MHz spada v tretji Nyquistov pas in ima dovolj zaščitnih intervalov, da se izognemo vzdevku. Zato smo preprosto priključili signal DW1000 neposredno na vhod AD9208 ADC.
Prejeli smo dve datoteki: eno s frekvenco PRF 64 MHz, drugo - 16 MHz. Hitrost prenosa je bila nastavljena na minimum za DW1000 - 110 kbit/s.
To datoteka, to . Pozor, datotek je ogromno!
V prvi datoteki vidimo pakete, ki trajajo približno 750 vzorcev ali 1000 nanosekund.
V drugi datoteki so paketi štirikrat krajši.
In to je popolnoma skladno s standardom IEEE 802.15.4-2011 glede fizičnega sloja UWB:
Modulacija znotraj paketa je podobna fazni modulaciji, ki prav tako ustreza tisti, določeni v standardu BPSK. Sam standard lahko najdete na internetu, poiščite "IEEE 802.15.4-2011".
Če nekoliko razširite časovno okno opazovanja, lahko opazite tudi neenakomernost paketov, kar ustreza opisu hibridne modulacije IEEE 802.15.4-2011 UWB - pozicija-faza (BPM-BPSK).
Na splošno se mi zdi čip DW1000 in modulacija tega UWB PHY bomba, karkoli že to pomeni, stvar, na ravni vojaškega JTIDS. To je moj novi hobi. Se nadaljuje!
Po eni strani bomo kopali DW1000, po drugi pa se bomo ukvarjali s standardom IEEE 802.15.4.
Vir: www.habr.com