Základnová stanice TETRA, která jde na hranu fyzikálních limitů

V té době bylo použití technologie FPGA poměrně inovativní řešení

Zákazník nás oslovil v roce 2012 s tím, že by potřeboval rozšířit vlastní tým odborníků. Proto bylo na nás navrhnout vhodnou architekturu systému, včetně simulace rádiového modulu. V té době jsme začali přijímačovou částí. Co na projektu už v té době bylo poměrně inovativní, bylo použití technologie FPGA (programovatelného hradlového pole) pro digitální zpracování signálů a jedno jádro ARM procesoru zajišťujícího linkovou vrstvu TETRA a TEDS v reálném čase. Jiné jádro ARM procesoru pak hostilo OS Linux a aplikace pro monitorování a řízení stanice.

Bylo to jedno z poměrně časných řešení softwarově definovaných rádií, která používají digitální zpracování signálu, jsou široce konfigurovatelná, a dají se transparentně zapojit do rozsáhlé sítě.

„Tím jsme si usnadnili implementaci různých dalších podpůrných protokolů – například řídícího protokolu SNMP,“ vzpomíná na začátky spolupráce Martin Tesař ze společnosti Consilia, která měla atypickou výzvu na starost.

Architektura zahrnuje návrh cesty signálu z antény, úpravu vysokofrekvenčního signálu, frekvenční směšování, AD převodník, zpracování signálu v FPGA a návrh HAL (Hardware Abstraction Layer) pro Linux. Digitální část je založena na platformě Zynq.

Po úspěchu indoorové základnové stanice se rozjel projekt i outdoorové

„Základem produktové řady byla indoorová základnová stanice, která je poměrně rozměrná. Je to vlastně sada modulů vestavěných do pojízdného racku v budově dispečinku a od ní vedou kabely k anténám na střeše. Po vývoji této základnové stanice jsme navrhli vlastní testovací systém pro typové a certifikační zkoušky. Následně jsme vytvořili testovací skripty používané na výrobní lince. Později zákazník na základě dobrých zkušeností s námi rozjel projekt outdoorové základnové stanice. Ta je primárně určena pro mobilní využití ve větších vozidlech – policejních, hasičských – a také na hromadných akcích, například na obrovských koncertech nebo akcích podobného rázu, kde jsou zvýšené požadavky na zajištění bezpečnosti a zdravotnické podpory. V takových případech se stanice montuje typicky na stožár v blízkosti antény,“ doplňuje Martin Tesař.

Unikátní oscilátory a úsporný výkonový zesilovač

Největší výzvou při vývoji bylo podle Martina Tesaře najít ideální řešení výkonového zesilovače ve vysílači, který musel být navíc schopen fungovat v úsporných energetických režimech při současném dodržení požadované linearity. Koncový výkonový stupeň měl v případě indoorové stanice špičkový výkon 300 W, aby tím poskytl dostatečnou rezervu pro činitel výkyvu modulací PSK a QAM. Vynikající spektrální čistota vysílače zajišťuje shodu s přísnými regulativními normami.

„Stanice také obsahuje unikátní oscilátory, které poskytují čistý signál s nízkým šumem - tomu říkáme spektrální maska. Čím má oscilátor nižší šum spektrální masky, tím je odolnější vůči různým druhům rušení.

To byla docela unikátní věc, protože běžně dostupné součástky nebo moduly, které se dají koupit u distributorů elektronických součástek, nebyly vhodné. Proto jeden z našich kolegů vyvinul oscilátory řízené napětím pomocí rezonátorů, což nám umožnilo dosáhnout poměrně zajímavých parametrů.

Naše oscilátory na míru spolu s vynikající energetickou účinností našeho řešení koncového vysílacího stupně řadí tento výrobek na špičku mezi konkurenčními produkty.“

Vestavěný software řídí rádiovou komunikaci

Vestavěný software je založen na operačním systému Linux, pro který tým vytvořil speciální řídící a monitorovací aplikace. Ty si spolu navzájem vyměňují data na striktně definovaných rozhraních prostřednictvím mezi-procesové komunikace. Obdobně je řešeno spojení s vnějším světem, například s řídícími jednotkami pro správu sítě.

„Pro vývoj vestavěného softwaru jsme implementovali, ladili a testovali aplikace v jazyce C++ na procesoru ARM Cortex-A9. Navrhli jsme hardwarovou abstraktní vrstvu za použití objektově orientovaných technik a modelování v jazyce UML. Na cílový procesor řady ARM jsme naportovali distribuci Arch Linux. Vyvinuli jsme také hardwarový emulátor a nakonfigurovali softwarové profilování, abychom zjistili případné nestability při maximálním datovém provozu,“ vysvětluje Martin Tesař.

Od prvního výkopu až po otestovaný výrobek

Inženýři společnosti Consilia rovněž zajišťovali podporu při výrobě prvních sérií v čínském výrobním závodě. Během vývoje inženýři společnosti Consilia úzce spolupracovali s mnoha týmy, včetně systémových inženýrů, softwarových inženýrů, inženýrů pro návrh desek plošných spojů, nákupčích a podpory výrobních linek.

První koncepční fázi jsme zahájili v roce 2012. V roce 2013 jsme pokračovali s prototypy vnitřních jednotek a v roce 2014 jsme je uvedli do výroby. V období 2015-2017 jsme navrhli koncepci a provedli realizaci venkovní jednotky, včetně uvedení do výroby.

„Jsem přesvědčený, že produkt morálně nezastarává a stále se řadí mezi absolutní špičku toho, čeho je se současnými technologiemi vůbec možné dosáhnout,“ uzavírá Martin Tesař.