

Широкополосный спутниковый SDR-модем
Заказчик
Европейский разработчик программного обеспечения для наземного сегмента спутниковой связи. Работает с производителями оборудования и поставщиками услуг широкополосной связи и мультимедиа.
Задача
Разработать программно-аппаратную платформу спутникового модема. Это будет первое устройство под брендом заказчика, который решил расширить свою линейку программных продуктов, добавив в нее собственное аппаратное решение.
Решение
Мы разработали устройство в форм-факторе 1U, разделив его на две платы: цифровую и аналоговую. Подобный подход позволил заложить наибольшую универсальность: при необходимости развития устройства можно перепрофилировать только плату аналогового фронт-энда.
Программное обеспечение разработано на платформе Zynq Ultrascale+. Реализация функционала распределена между ОС Linux и программируемой логикой.
Наши инженеры разработали специализированный фронт-енд с применением высокоскоростных преобразователей АЦП/ЦАП и современных высокочастотных аналоговых модуляторов/демодуляторов.
Блок-схема устройства приведена ниже:
Для высокоскоростного обмена данными между сервером и устройством используются четыре интерфейса 10G, фреймворк DPDK. Передача данных ведется по специально разработанному протоколу MCP который обеспечивает надежную передачу данных поверх UDP.
В ходе работы активно применялись следующие инструменты разработки:
- Mentor Pads для разработки аппаратного обеспечения
- Vivado для прошивки ПЛИС
- MATLAB/Simulink для разработки модема и управляющего программного обеспечения.
Системная модель модемного тракта была реализована с применением модельно ориентированного проектирования: полная реализация системы связи в Simulink с последующей генерацией HDL кода. Этот подход позволил добиться следующих преимуществ:
- Быстрое проектирование и верификация
- Обработка нескольких отсчетов АЦП за такт (parallelization, unrolling, pre-calc)
- Перевод в фиксированную точку
- Модель канала
- Оценка BER на этапе проектирования
Также в ходе проекта были опробованы новые подходы к реализации АРУ и калибровке аналогового фронт-энда. Подсистема АРУ была полностью реализована в виде модели Simulink на основании которой был сгенерирован HDL код.
Использованный инструментарий:
- Simulink State Flow
- HDL coder
- AXI4-Lite Write Master model
Аппаратные блоки в демодуляторе (LTC5586), ЦАП (DAC37J82) и АЦП (ADS54J60) были применены для компенсации следующих эффектов:
- IQ дисбаланса в приемном тракте;
- IQ дисбаланса в передающем тракте;
- утечки несущей;
- групповой задержки сигнала.
Для поиска оптимальных параметров на заданном режиме работы применялся метод оптимизации Surrogate optimization. В качестве пространства параметров выступали регистры микросхем. В качестве целевых функций: подавление зеркального канала TX & RX и подавление несущей.
Также в ходе работы над проектом было разработано графическое приложение для настройки прибора и измерения параметров сигнала.
Результат
Мы спроектировали для заказчика спутниковый модем со следующими характеристиками:
- рабочий диапазон частот: 300 МГц –2 ГГц;
- рабочая полоса: до 500 МГц;
- схема ZERO-IF;
- два приемных тракта (ADC 1 Gsps) и и один передающий (1xDAC 1.5Gsps);
- 4 х 10G Ethernet-интерфейса для передачи данных;
- платформа Zynq Ultrascale+
Поддерживаемые режимы работы:
- PSK, QAM-манипуляции.
- Сверточные и блочные помехоустойчивые коды LDPC.