Orolia在模块硬件上使用基于模型的设计和模拟设备系统构建紧急定位信标SDR接收机
挑战
在紧迫的期限内开发用于紧急定位信标的接收器硬件
解决方案
采用基于模型的设计方法,利用MATLAB和Simulink设计了专用的SDR,并在Analog Devices射频系统模块上实现
结果
- 分析和测试时间缩短了8个月
- FPGA实现时间减少至少50%
- 采用基于模型的设计开始了
“我们在我们的领域有丰富的经验,但在FPGA集成方面的经验很少。Simulink和HDL Coder使我们能够专注于为产品设计智能算法,而不是如何在特定的FPGA上运行这些算法。”
鲍里斯·范·阿莫隆根,奥罗拉亚
![Orolia公司的SecureFind™战斗救援信标。](http://www.ru-cchi.com/uk/company/user_stories/orolia-builds-emergency-locator-beacon-sdr-receiver-using-model-based-design-and-analog-devices-system-on-module-hardware/_jcr_content/imageEnhancedParsys/image.adapt.full.medium.jpg/1671213437713.jpg)
Orolia公司的SecureFind™战斗救援信标。
紧急定位信标使快速定位飞机、船只甚至遇险人员成为可能。一旦启动,信标向国际Cospas-Sarsat系统中的卫星发送406兆赫的无线电信号,该系统将信标的位置中继到地面站。信标还可以直接向配备信标监测设备的搜救队传输信号。
为了提高定位精度并降低功耗,第二代信标(sbs)将使用扩频技术和偏置正交相移键控(OQPSK)。Orolia已经构建了一个软件定义无线电(SDR)原型,用于接收、检测、处理和解码SGB信号。Orolia工程师使用基于模型的设计与MATLAB®和仿真软件®对接收器进行建模和模拟,并与MathWorks工程师合作,在Analog Devices上实现了它®SDR模块系统(SoM)。
Orolia公司研发部高级总监Boris Van Amerongen表示:“我们的Simulink模拟使我们能够在涉及硬件之前验证大多数设计元素,例如解调和解码。”“这种方法让我们对我们的接收算法有了很高的信心,使我们能够在短短12个月内交付完整的原型。”
挑战
SGB信号使用比第一代信标更复杂的扩频调制方案。Orolia团队意识到他们的传统模拟工具不足以测试SGB信号传输。此外,Orolia公司的工程师主要从事模拟发射机的设计,在设计和实现数字接收机方面几乎没有经验。
为了达到生产目标,公司设定了一个大胆的项目期限:团队要在一年内交付功能原型。团队希望将接收器实现为SDR,可以对其进行调整或修改以满足客户的要求。由于缺乏具有FPGA集成经验的工程师,团队需要一种在目标SoM上实现SDR设计的方法。
解决方案
Orolia公司使用MATLAB和Simulink的基于模型的设计加速了用于第二代紧急定位信标的SDR接收机的开发。
在MATLAB中,团队分析并可视化了通过泰克获得的SGB信号的同相积分(IQ)数据®频谱分析仪与仪器控制工具箱™。他们利用分析结果来表征芯片速率和其他信号参数,并指导接收机的设计。
该团队在Simulink中使用Communications Toolbox™对接收链进行了建模,包括用于Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH)解码、解调、频偏估计、解扩和同步的模块。他们进行了模拟,以测试每个单独的模块和完整的链条。使用Xilinx的通信工具箱支持包®Zynq®随后,该团队通过Zynq SoC捕获的真实射频信号验证了接收机设计。
Orolia团队与MathWorks工程师合作,在Analog Devices SDR SoM目标上实现了设计。这两个团队使用定点设计器(fixed -point Designer™)将初始的浮点模型转换为定点。他们使用HDL Coder™为SoC可编程逻辑生成了可合成的HDL。他们使用嵌入式编码器®为BCH解码器和其他设计元素生成C代码,这些代码更适合在SoC的ARM处理器上实现。
该小组使用HDL验证器™验证了同步和设计的其他方面,并进行了缩小范围的室内测试和现场测试,以演示SDR处理紧急定位信标发射机发出的SGB信号的能力。
结果
- 分析和测试时间缩短了8个月。“从零开始,我们能够在大约四个月的时间内分析和测试复杂的SGB信号,”Van Amerongen说。“如果没有MATLAB,我们要花三倍的时间。这个周转时间非常关键,因为它使我们能够启动接收器链的开发。”
- FPGA实现时间减少至少50%。“如果我们自己编写HDL代码,我们在FPGA上实现设计所需的时间将增加一倍,甚至三倍,”Van Amerongen指出。“使用HDL Coder从我们的Simulink模型生成HDL不仅更快,还使我们能够在不涉及FPGA专家的情况下完成项目——这是我们当时没有的资源。”
- 采用基于模型的设计开始了。“我们从MathWorks得到的支持非常出色,”Van Amerongen说。“基于模型的设计对我们来说是全新的,SDR和接收机设计也是如此。MathWorks支持的可用性和响应性使我们能够从一开始就快速前进。”