Скачать PDF

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.