decawave что это такое

Запись сверх-широкополосных сигналов стандарта 802.15.4 UWB на почти санкционной технике

Недавно два совершенно разных мира сошлись в нашей лаборатории: мир недорогих радио-трансиверов и мир дорогущих систем записи широкополосных радио-сигналов.

Сначала к нам обратились наши хорошие друзья, чтобы сделать софт для записи сигнала полосой 500 МГц. Мы, конечно, не смогли отказать. Ведь нужно было сделать это на плате компании «Инструментальные Системы», которых я знаю давно. На заре инженерной деятельности мне пришлось работать с их железом и софтом.

А потом пришел дорогой товарищ mikkab из Шоу Дронов и попросил сделать систему позиционирования для дронов без GPS. Нужно, говорит, запускать шоу в помещениях. Да и на улице в наше время запускать в небо несколько миллионов денег на ненадежной GPS не очень хочется. Помехи и спуффинг спутниковой навигации процветают.

Для позиционирования без спутников с точностью лучше десяти сантиметров в зоне до километра я не нашел ничего, кроме технологии UWB. Уже давно на рынке есть компания DecaWave, которая выпускает микросхему DW1000 и модули на ее базе. Микросхема — СШП-трансивер стандарта IEEE 802.15.4-2011. К слову, штука уникальная, с двойным или даже тройным дном. Я надеюсь, мы сможем освоить ее глубины в следующие несколько лет и написать об этом. Раньше точно не успеть.

Но речь сегодня не о позиционировании, об этом в следующих сериях.

Сегодня мы делаем запись сигнала DW1000. А полоса этого сигнала ни много, ни мало, а 1000 или 500 МГц, что устанавливается номером канала. «Совершенно случайно» на соседнем столе стоял компьютер с платой FMC126P от «Инструментальных Систем» с FMC-мезанином AD9208-3000EBZ от Analog Devices.

Здесь следует отметить «для прокурора», что АЦП AD9208 является сегодня санкционной техникой. Легально купить его в Россию нельзя, хоть иногда и очень хочется. Но данный конкретный модуль был куплен очень давно, когда санкций еще не было. Он чист, как душа младенца. Надеюсь, это признание будет подшито к делу и зачтется подсудимому.

Не будем сейчас вдаваться в подробности разработки софта для записи потока отсчетов в память компьютера. Пока, к сожалению, мы не можем опубликовать исходный код приложения для Linux. Но надеемся добиться разрешения на это для следующего раза. Стоит только отметить, что это было непросто, даже с учетом предоставленных программных наработок Инструментальных Систем. Сам АЦП и система его тактирования и вывода отсчетов по технологиии JESD204B довольно сложны для понимания, так еще и в модуле от AD оказались необходимы аппаратные патчи. Сигнал REFCLK системе ввода нужен обязательно, а он на модуле заходит не на те ноги разъема FMС и, соответственно, не попадает на нужные ноги ПЛИС. Пришлось наложить патч, который можно увидеть на фото ниже — два красных провода. Были, конечно, сомнения в том, что это будет работать. Частота тактового сигнала высокая — 375 МГц, а патч ужасен. Но система справилась.

Вся кухня выглядит так.

Здесь можно заметить компьютер с хорошей системой ввода-вывода, плату FMC126P, мезанин AD9208-3000EBZ. Из генераторов: генератор 3000 МГц для тактирования АЦП, генератор 770 МГц для REFCLK. Кабели с разъемами SMA соединяют генераторы и подают входной сигнал.

Сырая скорость данных с выхода АЦП, если не мелочиться, составляет 12 ГБайт/с с двух каналов. По измерениям и по декларации производителя платы FMC126P максимальная скорость ввода составляется 5 ГБайт/с. Поэтому в АЦП мы использовали только один канал и пропускали его через встроенный в AD9208 DDC (Digital Down Converter) с децимацией на четыре. Таким образом, поток данных составил 3 ГБайт/с (частота дискретизации 750 МГц, 16 разрядный комплексный сигнал).

Проверка того, что система успевает записывать отсчеты очень простая: нужно просто контролировать залипающие биты статуса FIFO ПЛИС. Если за ночь не было ни одного события FIFO Overflow, то бит не будет взведен. И мы радостно констатируем, что потерь отсчетов не было. Предварительно мы, конечно, проверяем, что фиксация битов статуса работает. Форму сигнала также просматриваем из файла, чтобы убедиться, что качество снятия сигнала АЦП соответствует документации.

Но какой же сигнал будет достоин такой системы ввода? Конечно UWB с соседнего стола!

К счастью, для системы позиционирования дронов мы выбрали частоту канала 4 ГГц. Это соответствует каналам 4 и 2 в терминологии DW1000 (Figure 13 даташита). Мы сделали встроенную в плату антенну на эту частоту, или, лучше сказать, на этот диапазон. Согласовать ее в такой широкой полосе было непросто. Но штука получилась эротичная! Некоторые говорят, что похожа на символ… с ушками.

Сигнал 4 ГГц с полосой 500 МГц попадает в третью полосу Найквиста и имеет достаточные защитные интервалы, чтобы избежать наложения спектра. Поэтому мы просто подали сигнал DW1000 на вход АЦП AD9208 напрямую.

Мы получили два файла: один с частотой PRF равной 64 МГц, другой — 16 МГц. Скорость передачи была установлена минимальная для DW1000 — 110 кбит/с.

Это первый файл, это второй. Осторожно, файлы огромные!

В первом файле мы видим пакеты, длительностью около 750 отсчетов или 1000 наносекунд.

Во втором файле пакеты в четыре раза короче.

И это вполне соответствует стандарту IEEE 802.15.4-2011 в части физического уровня UWB:

Модуляция внутри пакета похожа на фазовую, что тоже соответствует указанной в стандарте BPSK. Сам стандарт вы сможете найти в Интернете, ищите «IEEE 802.15.4-2011».

Если немного расширить временное окно наблюдения, то видны и неравномерности следования пакетов, что соответствует описанию гибридной модуляции IEEE 802.15.4-2011 UWB — позиционно-фазовой (BPM-BPSK).

Вообще, я нахожу чип DW1000 и модуляцию этого UWB PHY бомбической, что бы это ни значило, штукой, на уровне военной JTIDS. Это мое новое увлечение. Продолжение следует!

С одной стороны, будем копать DW1000, с другой, будем разбираться со стандартом IEEE 802.15.4.

Источник

ScenSor следит за тобой. UWB-навигатор компании DecaWave

DecaWave DW1000

Помнится, было время, когда для определения местонахождения нужно было изучать карты и пользоваться хитроумными инструментами. С появлением навигационных радиосистем ориентироваться стало гораздо проще, а системы спутниковой навигации, ставшие доступными для всех, сейчас не использует разве что принципиальный ретроград. Кажется, что навигационные технологии стали глобальными настолько, насколько это вообще возможно – но нет. В масштабах Интернета вещей рациональнее применять иные методы навигации, основанные на беспроводных сетях передачи данных. RTLS (системы позиционирования в реальном времени) гораздо проще и точнее и, что самое главное, позволяют отображать положение всех объектов на интерактивной карте. Объектами могут быть как вещи, например, товары или инструменты на складе, так и транспорт (электрокары, тележки) и даже люди – к примеру, в больницах часто требуется знать, где находится нужный врач.

RTLS (Real-time Locating System) может быть развёрнута в помещении, здании или на практически любой площади, где есть возможность разместить инфраструктуру системы и организовать её работу. Основа RTLS – сеть из базовых станций, чьи координаты известны. Объекты, которые нужно отследить, оснащаются активными радиометками, сигнал с которых улавливается базовыми станциями. Обрабатывая данные со всех станций, определяют положение всех меток в зоне охвата сети RTLS.

Несмотря на простые принципы работы, при реализации RTLS возникают различные трудности: кроме поиска компромиссов между числом отслеживаемых объектов, мощностью базовых станций, методами обработки информации, потреблением и т.д. нужно уделять внимание созданию аналоговой радиочастотной части устройств и протоколам обмена данными.

Помочь создателям RTLS взялась компания DecaWave, выпустив радиочип DW1000 ScenSor. Несмотря на то, что расшифровка этого названия похожа на речи сломанного робота-завоевателя (Seek Control Execute Network Sense Obey Respond – буквально «искать-контролировать-запускать-сеть-чувствовать-подчиняться-отвечать»), DW1000 вполне дружелюбен. В его 48-выводном корпусе уютно разместились цифровой приёмопередатчик со всеми необходимыми аналоговыми модулями (включая антенный переключатель), MAC-блок, последовательный интерфейс и модуль управления питанием (см. рисунок).

Рис. Структура чипа DW1000.

Приёмопередатчик чипа совместим со стандартом IEEE802.15.4-2011. Инженеры DecaWave намеренно отказались от разработки проприетарных протоколов, так как это лишь усложнило бы разработку, в то время как стандартные, уже зарекомендовавшие себя решения, будут поддерживаться всей промышленностью и обеспечат совместимость оборудования различных производителей. Оригинальный стандарт IEEE 802.15.4 был создан в 2006 году и включает спецификации популярного протокола беспроводного обмена данными на малых дистанциях ZigBee. В 2011 году этот стандарт был, в частности, дополнен ультраширокополосной технологией связи (UWB). UWB-cигналы представляют собой очень короткие импульсы, с относительной шириной спектра от 25 до 100%. Это несёт с собой несколько важных преимуществ: возможность очень точно определять расстояние до объектов, низкое потребление передатчика и эффективное подавление отражённых сигналов.

Но инженеры DecaWave не остановились на этом. Метод когерентного приёма, реализованный в DW1000, позволяет распознавать более слабые по сравнению с некогерентным приёмом сигналы, и, как следствие, увеличить дальность связи. Это особенно важно в обычных для помещений с множеством комнат ситуациях, когда приёмник и передатчик не находятся в зоне прямой видимости.

Наконец, запатентованная технология производства микросхем позволила создать самый маленький совместимый с UWB IEEE802.15.4-2011 чип на рынке. Причём, размер – не единственный выигрыш: чем меньше кристалл микросхемы, тем дешевле его производство и, в итоге, сама микросхема.

А закончить описание этого, безусловно, заслуживающего внимания продукта лучше всего цифрами. Итак, основные характеристики чипа DecaWave таковы:

Система RTLS, построенная на основе DW1000, способна определять местоположение объектов с точностью до 10 см и отслеживать в режиме реального времени до 11000 (!) радиометок в радиусе 20 м.

О компании

Компания DecaWave (Дублин, Ирландия) – разработчик интегральных схем для UWB-навигации в помещениях. Первый продукт компании – чип ScenSor – объединяет стандарт обмена данными IEEE802.15.4-2011 и собственные разработки компании, благодаря чему достигнута совместимость и надежность вкупе с высокой точностью навигации, экономичностью и низкой стоимостью изделия.

Источник

POWERING INNOVATION

Our technology is not only adding key location functionality to existing applications, it’s enabling a completely new
class of emerging products and services, and delivering new revenue streams across several industries.

CONSUMER

We enable our customers to design context-based user interfaces and experiences for the home, robots and drones, and sports wearables.

INDUSTRIAL

We enable operational efficiencies and improved safety across a range of industrial applications including factories, logistics, hospitals, construction, retail, and agriculture.

AUTOMOTIVE

We enable better security for keyless car access and accurate navigation and safety for automated parking applications.

YOUR COMPLETE SOLUTION

We deliver a comprehensive tool kit to ease the development of your micro-location solutions.

SEMICONDUCTORS

Our UWB-based ICs deliver centimeter accuracy and highly reliable measurements while operating from coin cell batteries, making this an affordable solution for any type of application.

SOFTWARE

We deliver comprehensive software packages – from embedded networking stacks and location engines to reference designs for Android/Linux app and sensor integration.

MODULES

From prototyping to manufacturing, our modules can help you reduce the complexity and cost of your design as well as your time to market.

REFERENCE DESIGNS

We provide hardware, software and RF reference designs for various applications and MCU platforms so that you can focus on your own area of expertise and reduce your time to market.

ABOUT DECAWAVE

Decawave develops semiconductor solutions, software, modules and reference designs that enable real-time, ultra-accurate, ultra reliable local area micro-location services. Decawave is headquartered in Ireland, with regional headquarters in California and China, and a presence in South Korea, France and Japan.

REGISTERED OFFICE

Adelaide Chambers, Peter Street, Dublin, D08 T6YA, Ireland

QUICK LINKS

EMAIL UPDATES

Источник

КМОП-чип DecaWave способен определить местоположение с точностью 10 см

Бесфабричная полупроводниковая компания DecaWave перешла от прототипов к проверенному в кремнии чипу и теперь представляет свое первое одночиповое решение для точного позиционирования и коммуникаций внутри помещения.

Интегральная схема ScenSor DW1000 позволяет определить точное расстояние до любого объекта, человека или предмета с точностью 10 см в реальном времени.

Благодаря тому, что ИС потребляет ток 31 мА в режиме передачи (64 мА в режиме приема), 2 мкА в режиме сторожевого таймера и 100 нА в режиме глубокого сна, микросхема может работать несколько лет от батареи или от устройства сбора энергии (от одного источника напряжением от 2,8 В до 3,6 В).

ScenSor может либо заменить, либо дополнить технологии радиочастотной идентификации (RFID) и Wi-Fi, используемые сейчас для отслеживания объектов внутри помещения (там где сигналы GPS недоступны). ScenSor позволяет получать более точную, ежеминутную информацию о местоположении дорогих товаров на небольшом удалении, даже через препятствия, и обеспечивает большую точность, чем это было ранее возможно. ScenSor открывает новые возможности для многих отраслей, включая дальнейшее применение технологии в смартфонах и планшетах.

Для демонстрации технологии компания разработала модуль DWM1000, поддерживающий скорости передачи данных 110 кбит/с, 850 кбит/с и 6,8 Мбит/с в шести частотных диапазонах от 3,5 ГГц до 6,5 ГГц. Разработанный для сетей беспроводных датчиков, модуль с размерами 23х13х2,9 мм обеспечивает дальность связи до 290 м, благодаря методу когерентного приема.

DecaWave утверждает, что малая длительность пакетов поддерживает высокую плотность тегов: до 11000 в радиусе 20 м. Имеется также тестовая плата устройства DecaWave с функцией двунаправленной связи “DecaRanging”, установленной в стандартной комплектации.

Читайте также: ikea сити что это

Источник

ScenSor следит за тобой

RTLS (Real-time Locating System) может быть развёрнута в помещении, здании или на практически любой площади, где есть возможность разместить инфраструктуру системы и организовать её работу. Основа RTLS – сеть из базовых станций, чьи координаты известны. Объекты, которые нужно отследить, оснащаются активными радиометками, сигнал с которых улавливается базовыми станциями. Обрабатывая данные со всех станций, определяют положение всех меток в зоне охвата сети RTLS.

Рис. Структура чипа DW1000

Приёмопередатчик чипа совместим со стандартом IEEE802.15.4-2011. Инженеры DecaWave намеренно отказались от разработки проприетарных протоколов, так как это лишь усложнило бы разработку, в то время как стандартные, уже зарекомендовавшие себя решения будут поддерживаться всей промышленностью и обеспечат совместимость оборудования различных производителей. Оригинальный стандарт IEEE 802.15.4 был создан в 2006 году и включает спецификации популярного протокола беспроводного обмена данными на малых дистанциях ZigBee. В 2011 году этот стандарт был, в частности, дополнен ультраширокополосной технологией связи (UWB). UWB-cигналы представляют собой очень короткие импульсы, с относительной шириной спектра от 25 до 100%. Это несёт с собой несколько важных преимуществ: возможность очень точно определять расстояние до объектов, низкое потребление передатчика и эффективное подавление отражённых сигналов.

Демонстрация измерения расстояния до объекта

Счастливая семья: RTLS в обыденной жизни

О компании

6.5GHz). Обеспечивает точность позиционирования до 10 см, обслуживание до 11000 меток в радиусе 20 метров.

Источник