FFT "Glätten" oder runter konvertieren?

2048 Punkte ist für den Anfang sportlich. Die Eigenschaften eines 
fft-Spektrums sind geläufig?

Wenn du bei der Berechnung nicht exakt auf den selben Datensatz 
aufsetzt, dann kann die Abweichung verschiedene Gründe haben. Oft 
passiert etwas bereits in der AD-Wandlung, sehr gerne wenn es ein S&H 
ADC ist und der HW-Entwickler die Ankopplung des AFE an den ADC nicht 
sauber auslegt. Oder bei einer differentiellen ADC die 
Filterkondensatoren billig (X5R o.ä.) sind. Oder, oder, oder....

Schaltplan / Bild wäre hilfreich.

Bei 1Msps ist sowohl die schaltungstechnische Auslegung als auch das 
Layout des ADC relativ kritisch wenn man korrekte Werte haben möchte und 
nicht irgendwelche Phantasieanzeigen.

@fft:

Danke für deine Rückmeldung.

Ja soweit sind die Eigenschaften geläufig, aber was mir nicht ganz klar 
ist, wieso die differenz der Werte zum Teil sehr stark schwankt, das 
heißt auch Ausschläge bis -120dBm sind vorhanden - bei dem PR100 
garnicht, das heißt es muss doch eine Art Smoothing eingesetzt werden um 
so einen Verlauf zu erreichen?
Die Effektivwerte sind mir weniger richtig, als die Vergleichbarkeit 
einer Messung.

Schaltplan kann ich Morgen nachreichen.
Danke!

Reinhard schrieb:

> Im Anhang das Bild eines PR100, und ein Bild der eigenen
> FFT Berechnung (ja bei dieser sind wesentlich stärkere
> Signale ersichtlich) aber Unabhängig davon ist es durchwegs
> viel variabler als beim PR100.

Fachfrage mit Rätsel"spaß": Was ist ein PR100?
Welches Spektrum stammt aus welcher Quelle?


Davon ganz abgesehen: Das gelbe Spektrum kommt mir nicht
völlig zufällig vor.

Ich würde wohl versuchen, ADC und FFT erstmal separat
zu testen, also die FFT systematisch mit synthetischen
Signalen zu traktieren und umgekehrt die Ausgangfolge
des ADC mit einer als zuverlässig bekannten FFT zu
analysieren.

Sorry ;).

Rohde & Schwarz PR100: 
https://www.rohde-schwarz.com/at/produkt/pr100-produkt-startseite_63493-9653.html

Das abfotografierte Bild - ist der R&S PR100.
Der Screenshot - die Eigenkonstruktion.

Beide verwenden ein Blackman Fenster.

@Possetitjel: Ja das Spektrum des gelben ist nicht ganz Zufällig das ist 
richtig, aber das ist nicht das Problem - im Anhang ein weiterer 
Screenshot bei "Ruhe", wie man sieht ist die starke Änderung auch hier 
sichtbar.

Was ich auch noch vergessen habe - die eigene Abtastung erfolgt mit 12 
Bit Auflösung - dargestellt auf der x Achse natürlich 0 - 500kHz ( 
analog zur 1MSPs Abtastung ).

Reinhard schrieb:

> Sorry ;).

Kein Problem, und danke für die Infos.

> @Possetitjel: Ja das Spektrum des gelben ist nicht ganz
> Zufällig das ist richtig, aber das ist nicht das Problem -
> im Anhang ein weiterer Screenshot bei "Ruhe", wie man sieht
> ist die starke Änderung auch hier sichtbar.

Hmm.

Ich finde dieses zweite Beispiel jetzt aber nicht direkt
beunruhigend. Der Hauptteil der Schwankungen liegt grob
geschätzt bei ungefähr 20dB; das finde ich durchaus
plausibel.
Bei Deinem ersten Beispiel war das Band WESENTLICH größer.

Rein aus dem Gefühl würde ich sagen, dass das PR100-Spektrum
geglättet ist; die winzigen Schwankungen kommen mir unnatürlich
vor. Schon Mittelung über 8 oder 16 Spektren bringt ziemlich
drastisch etwas. Es gibt sicher auch noch andere Rechentricks
(beispielsweise das Addieren eines minimalen Offsets, bevor
die Spektren in dB umgerechnet werden).

R&S wird die Kunst der Datenverschönerung einfach etwas besser
beherrschen als Du :)

Possetitjel schrieb:
> Reinhard schrieb:
>
>> Sorry ;).
>
> Kein Problem, und danke für die Infos.
>
>> @Possetitjel: Ja das Spektrum des gelben ist nicht ganz
>> Zufällig das ist richtig, aber das ist nicht das Problem -
>> im Anhang ein weiterer Screenshot bei "Ruhe", wie man sieht
>> ist die starke Änderung auch hier sichtbar.
>
> Hmm.
>
> Ich finde dieses zweite Beispiel jetzt aber nicht direkt
> beunruhigend. Der Hauptteil der Schwankungen liegt grob
> geschätzt bei ungefähr 20dB; das finde ich durchaus
> plausibel.
> Bei Deinem ersten Beispiel war das Band WESENTLICH größer.

Ja ungefähr 20dB. Unplausibel finde ich es grundsätzlich nicht - mir 
geht es nur darum wie man am Besten mitteln kann, um ein möglichst 
stabiles Spektrum zu erhalten - eben wie das des R&S.

> Rein aus dem Gefühl würde ich sagen, dass das PR100-Spektrum
> geglättet ist; die winzigen Schwankungen kommen mir unnatürlich
> vor. Schon Mittelung über 8 oder 16 Spektren bringt ziemlich
> drastisch etwas. Es gibt sicher auch noch andere Rechentricks
> (beispielsweise das Addieren eines minimalen Offsets, bevor
> die Spektren in dB umgerechnet werden).
>
> R&S wird die Kunst der Datenverschönerung einfach etwas besser
> beherrschen als Du :)

Das möchte ich auch hoffen, dass die das besser beherrschen :P Sonst 
wüsste ich nicht wofür man soviel bezahlt ;).

Das heißt bei R&S wird das Spektrum annäherend kontinuierlich gemessen, 
und gemittelt über zb. 30ms ausgegeben? Ich gebe natürlich nur alle 30ms 
ein 1x gemessenes Spektrum aus.
Oder meinst du werden am Spektrum selbst noch Verbesserungsalgorithmen 
angewendet?

Danke für deine Unterstützung

Reinhard schrieb:
> - mir
> geht es nur darum wie man am Besten mitteln kann, um ein möglichst
> stabiles Spektrum zu erhalten - eben wie das des R&S.

Sag doch mal warum. Was ist das Ziel der Übung? Soll schön aussehen oder 
wird für etwas Wichtiges gebraucht? Wenn letzteres, was?

Vielleicht noch wichtiger, definiere "stabiles Spektrum". Mit definieren 
meine ich eine Beschreibung gewünschter Eigenschaften in 
Fachterminologie und quantitative Angaben (Zahlen). Mit qualitativen 
Angaben wie "stabil" und "besser" kann man schlecht zielgerichtet 
arbeiten.

Reinhard schrieb:

>> Bei Deinem ersten Beispiel war das Band WESENTLICH größer.
>
> Ja ungefähr 20dB.

Mindestens. Eher noch mehr.


>> R&S wird die Kunst der Datenverschönerung einfach etwas
>> besser beherrschen als Du :)
>
> Das möchte ich auch hoffen, dass die das besser beherrschen :P
> Sonst wüsste ich nicht wofür man soviel bezahlt ;).

Naja, Du bezahlst Den berühmten Namen und die geringe
Stückzahl :)

> Das heißt bei R&S wird das Spektrum annäherend kontinuierlich
> gemessen, und gemittelt über zb. 30ms ausgegeben? Ich gebe
> natürlich nur alle 30ms ein 1x gemessenes Spektrum aus.

Ich weiss nicht, was sie tun.

Ich weiss nur (z.B. von den kleinen Tektronix-Oszis), dass
Mittelung mehrerer Spektren sehr wirksam ist. Auch
nichtlineare Filterung wäre denkbar (z.B. Median). -- Also
Du berechnest schon alle 30ms ein neues Spektrum, gibst das
aber nicht ungefiltert aus, sondern bestimmst (punktweise,
also für jede Frequenz einzeln) den Median aus dem neuen
und den vier vorhergehenden Spektren. Nur als Beispiel.

> Oder meinst du werden am Spektrum selbst noch
> Verbesserungsalgorithmen angewendet?

Würde ich vermuten. -- Eben probiert: Nicht direkt die
Messwerte in dB umrechnen, sondern einen kleinen Grundpegel
(in der Größenordnung des Grundrauschens) addieren. Das
wirkt sich ziemlich drastisch auf das Grundrauschen aus.

Dumdi D. schrieb:
> Bei wieviel Volt sind denn die 0dB? Vollausschlag adc? Meiner
> Meinung
> sind 55dB bei 12 bit gar nicht so schlecht. Sind das LeistungsdB? Also
> 20*log10 (fft U) (und dann NulldB normiert?)
>
> Edit: das R&S Ding sieht aber eher nach einem Spektrumanalysator aus.
> Aufbau ist da ein ganz anderer.

Das Spektrum ist bezogen auf 50 Ohm Abschluss, und 20*log ( fft U ). 
also 0dbm entspricht 224mV

Das R&S Ding macht eine FFT, siehe Datenblatt:
http://www.testmart.com/webdata/mfr_pdfs/RS/PR100_bro_en.pdf


Jack schrieb:
> Reinhard schrieb:
>> - mir
>> geht es nur darum wie man am Besten mitteln kann, um ein möglichst
>> stabiles Spektrum zu erhalten - eben wie das des R&S.
>
> Sag doch mal warum. Was ist das Ziel der Übung? Soll schön aussehen oder
> wird für etwas Wichtiges gebraucht? Wenn letzteres, was?

Ziel der Übung ist, die Amplitude an einer bestimmten Stelle im 
Frequenzband, wird akustisch dargestellt - bei 20dB und mehr 
"Schwankung" ist es aber zb. nicht brauchbar.
Hörbar gemacht werden sollen Änderungen der Amplitude - zb. bei einer 
Nahfeldsonde - wo bin ich näher am gewünschten Ort der 
Signalabstrahlung.


Possetitjel schrieb:
> Reinhard schrieb:
>
>>> Bei Deinem ersten Beispiel war das Band WESENTLICH größer.
>>
>> Ja ungefähr 20dB.
>
> Mindestens. Eher noch mehr.
>
>>> R&S wird die Kunst der Datenverschönerung einfach etwas
>>> besser beherrschen als Du :)
>>
>> Das möchte ich auch hoffen, dass die das besser beherrschen :P
>> Sonst wüsste ich nicht wofür man soviel bezahlt ;).
>
> Naja, Du bezahlst Den berühmten Namen und die geringe
> Stückzahl :)
>
>> Das heißt bei R&S wird das Spektrum annäherend kontinuierlich
>> gemessen, und gemittelt über zb. 30ms ausgegeben? Ich gebe
>> natürlich nur alle 30ms ein 1x gemessenes Spektrum aus.
>
> Ich weiss nicht, was sie tun.
>
> Ich weiss nur (z.B. von den kleinen Tektronix-Oszis), dass
> Mittelung mehrerer Spektren sehr wirksam ist. Auch
> nichtlineare Filterung wäre denkbar (z.B. Median). -- Also
> Du berechnest schon alle 30ms ein neues Spektrum, gibst das
> aber nicht ungefiltert aus, sondern bestimmst (punktweise,
> also für jede Frequenz einzeln) den Median aus dem neuen
> und den vier vorhergehenden Spektren. Nur als Beispiel.

Werde das heute mal einprogrammieren und mir die Ausgabe ansehen, danke 
für den Tipp!

Bzw. auch mal eine Mittelung von zb. 10 Spektren mir ansehen, ob das 
eine "Beruhigung" des Spektrums bewirkt.

>> Oder meinst du werden am Spektrum selbst noch
>> Verbesserungsalgorithmen angewendet?
>
> Würde ich vermuten. -- Eben probiert: Nicht direkt die
> Messwerte in dB umrechnen, sondern einen kleinen Grundpegel
> (in der Größenordnung des Grundrauschens) addieren. Das
> wirkt sich ziemlich drastisch auf das Grundrauschen aus.

Cool, hast du davon zufällig grafische Auswertungen als 
Gegenüberstellung parat?

Reinhard schrieb:
> Mir ist nur unklar, wieso die FFT so stark schwankt, bzw. ob dies bei
> professionellem Equipment irgendwie geglättet wird?

Die Anzeige im Display für RBW 313Hz steh für eine digitale
Filterung des digitalisierten Signals das in etwa einer
ZF-Bandbreite (analog-Filter) derselben Grössenordnung
entspricht. Ja, im FPGA wird nach der A/D Wandlung digital
gefiltert bevor in der Software angezeigt wird.

Da braucht man sich dann nicht wundern ....

Reinhard schrieb:
> ich mache von einer 1Msps Abtastung eine 2048 Punkt FFT und stelle sie
> grafisch dar.

Hoffentlich hast du entsprechend dem Abtasttheorem dein Signal
vor der A/D Wandlung bandbegrenzt, sonst sieht deine Bilanz
noch schlechter aus.

Arduinoquäler schrieb:
> Reinhard schrieb:
>> Mir ist nur unklar, wieso die FFT so stark schwankt, bzw. ob dies bei
>> professionellem Equipment irgendwie geglättet wird?
>
> Die Anzeige im Display für RBW 313Hz steh für eine digitale
> Filterung des digitalisierten Signals das in etwa einer
> ZF-Bandbreite (analog-Filter) derselben Grössenordnung
> entspricht. Ja, im FPGA wird nach der A/D Wandlung digital
> gefiltert bevor in der Software angezeigt wird.
>

Ja es befinden sich FIR / CIC Filter im Signalpfad hinter der A/D 
Wandlung, aber die stellen ja nur Bandpässe bzw. Tiefpässe dar, und 
sollten doch keinen (großen) Einfluss auf das von mir beschriebene 
Verhalten haben !?

Reinhard schrieb:
> (ja bei dieser sind wesentlich stärkere Signale ersichtlich)

Die einzelnen Linien (Erhöhungen)die sich abzeichnen sind
Störungen die aus deinem schlechten Aufbau herrühren.

Der hohe Pegel ergibt sich (auch rechnerisch) aus der vermutlich
hohen Bandbreite mit der du das Signal auf den A/D Wandler gibst.
Irgendwo müssten ein paar Brocken Signaltheorie vorhanden sein
wenn man so etwas macht.

Reinhard schrieb:
> und
> sollten doch keinen (großen) Einfluss auf das von mir beschriebene
> Verhalten haben !?

Solange du diese nicht spezifizierst (angibst) kann das alles
sein. "Sollte" sollte begründet werden.

Reinhard schrieb:
> Ja es befinden sich FIR / CIC Filter im Signalpfad hinter der A/D
> Wandlung

Und was befindet sich vor dem A/D Wandler?

Arduinoquäler schrieb:
> Hoffentlich hast du entsprechend dem Abtasttheorem dein Signal
> vor der A/D Wandlung bandbegrenzt

Reinhard schrieb:
> also 0dbm entspricht 224mV

OK. Und was ist Deine ADC Referenzspannung?

Um den Thread in Richtung der vom TO gestellten Frage voranzubringen: 
Ja, Mittelung ist üblich. Häufig wird im Bereich der spektralen 
Darstellung exponentielles Averaging genutzt. Dafür wird der Wert jedes 
einzelnen FFT-Bins mit einem IIR-Tiefpass 1. Ordnung (dem Äquivalent des 
RC-Tiefpassfilters) gefiltert, und der Ausgang dieser Filter 
dargestellt:

y[i] := alpha * x[i] + (1-alpha) * y[i-1]

Das benötigt wenig Speicher (man muss nicht die letzten X 
Transformationen mitteln) und die Geschwindigkeit / Glättungswirkung 
kann mit dem Parameter Alpha eingestellt werden. Zur Realisierung siehe 
[1]. Findet sich in der Form in vielen Spektrumanalysatoren, so ziemlich 
jeder Soundkarten-Spek-Analyse und den geläufigen SDR-Programmen.

[1] 
https://en.wikipedia.org/wiki/Low-pass_filter#Simple_infinite_impulse_response_filter

Mittler schrieb:
> Ja, Mittelung ist üblich.

Löst aber nicht das Problem dass schwache Signale im
Rauschen untergehen.

Durch das Zuviel an Bandbreite bekommt der TO jede Menge
Rauschleistung in seine Messung und wundert sich dass
sie nicht so aussieht wie bei einem anständigen Messgerät.