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.
Открыть кейс »