Antennensystem mit geschlossenem Regelkreis für verbesserten Satellitenempfang

Das Projekt auf einen Blick:

Ein führender Hersteller mobiler Satellitenantennen beauftragte uns mit der Entwicklung von Algorithmen für einen Artix-7-FPGA von Xilinx/AMD, um den Signalempfang einer fahrzeugmontierten Antenne zu verbessern. Wir erreichten eine Reaktionszeit von 12 Mikrosekunden für die Berechnung von Korrekturen zur Antennensteuerung – 3 Mikrosekunden schneller als der vorgegebene Zielwert.

Dadurch kann unser Kunde die Antenne aus der Ferne justieren und nahezu in Echtzeit eine hohe Qualität des Satellitensignals gewährleisten.

Kunde & Herausforderung 

Vor der FPGA-Implementierung erfolgten die Signalanalyse und die Berechnung der Korrekturfaktoren auf einer CPU. Deren Reaktionsgeschwindigkeit war jedoch unzureichend: Von der Annahme eines Befehls zur Neuberechnung des Korrekturfaktors bis zur Ausgabe der neuen Daten an die Antenne vergingen mehr als 15 Mikrosekunden.   

Lösung

• Unsere Ingenieure implementierten die Grundfunktionen gemäß den technischen Spezifikationen und übergaben sie dem Kunden für Labor- und Feldtests.  
• Nach den Tests beauftragte uns der Kunde mit der Implementierung zusätzlicher Funktionen.  

1. Konzeptentwicklung 

Unsere Ingenieure beschrieben die Algorithmen, die auf dem FPGA implementiert werden sollten, um die wichtigsten Parameter der Phased-Array-Antenne im Festkommaformat zu berechnen.

Unsere Lösung funktioniert folgendermaßen: Die Antenne empfängt ein Signal, das von Algorithmen ausgewertet wird. Diese Algorithmen erzeugen Daten für den FPGA, der daraus einen Korrekturfaktor zur Verbesserung der Kommunikationsqualität berechnet und an die Antenne übermittelt. Die Antenne passt das Signal entsprechend an. Der Computer überwacht den Systemstatus, wählt einen neuen Korrekturfaktor aus und überträgt ihn an die Platine.

2. Hardwaredesign & Firmwareentwicklung 

Wir entwickelten die Hardwareplattform auf Basis des AMD/Xilinx Artix-7-FPGAs. Die Firmware berechnet anhand der über die SPI-Schnittstelle empfangenen Daten die wichtigsten Parameter für die Phased-Array-Antenne. Alle Berechnungen erfolgen im Festkommaformat. Anschließend werden die berechneten Werte über die Ausgangsleitungen im SPI-Format übertragen. Der PC empfängt das Signal, wertet es aus und gibt vier Signalparameter aus, die an die Platine übertragen werden. Auf Grundlage dieser Informationen berechnen wir die Korrekturfaktoren im FPGA neu: Phase, Amplitude, Phasenkorrektur und Amplitudenkorrektur. Diese Daten werden über die SPI-Schnittstelle an die HF-Einheit übertragen. Gemäß den Projektanforderungen muss die Ausgabe der berechneten Daten innerhalb von 15 Mikrosekunden nach dem Empfang der vier Parameter beginnen. Die ersten berechneten Daten müssen spätestens nach 15 Mikrosekunden bei der HF-Einheit ankommen. Tatsächlich erreichen wir eine Zeit von 12 Mikrosekunden.

Geschäftlicher Nutzen 

Weitere Leistungen im Bereich Satellitenkommunikation :

• Breitband-Satellitenmodem auf Basis von Software-Defined Radio: Wir entwickelten das Gerät in einem kompakten 1U-Formfaktor mit getrennten digitalen und analogen Platinen. 
• Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit SPDK- und DPDK-Lösungen: Erfahren Sie, wie wir eine leistungsstarke Datenverarbeitung implementieren, die zehnmal schneller ist als der Netzwerk-Stack des Linux-Kernels.
• Softwaremodule für ein HTS-Satellitenkommunikationssystem: Wir entwickelten TCP-PEP- und QoS-Module unter Einsatz von DPDK für ein HTS-Satellitenkommunikationssystem.