Forum: HF, Funk und Felder ZF Digitalisieren und Spektrumanalyse


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von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Es geht um dieses Gerät: 
Beitrag "R&S TSMU Radio Network Analyzer"
Das dort verbaute Analoge Frontend ist identisch mit den FSH3 
Spektrumanalyzer von dem das Blockschalbild stammt.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/455198/FSH3_Block_Diagram.PNG
Die Idee ist nun den ganzen Dongle und Option Kram zu umgehen und das 
Frontend direkt ansteuern.
Von HF und Signalverarbeitung habe ich  nicht viel Ahnung und als 
Rentner mit 70 lernt man nicht mehr so schnell wie man gerne möchte ;-).

Die Mischer liefern nach der letzten Stufe eine ZF von 31,25Mhz mit 
einer BW von 2MHz. Auf diese ZF wird noch ein Rauschen von 100KHz 
aufmoduliert
um die ADC Auflösung von 12 Bit auf 14 Bit zu bringen.
Zum Ansteuern hätte ich hier ein Nucleo Stm32H743ZI.
1.Frage
Wenn ich die 31,25 Mhz nun mit 25MHz abtaste und dann über 16 Samples 
mittle was ist dann die effektive Abtastrate und wo finde ich mein 
Frequenzband ?

Der H7 hat Hardware mässig sinc Filter und Mittelwertbildung und kann 
über DMA mit 16Bit die Daten emfangen. Laut Datenblatt verträgt die 
Einheit aber nur 20MHz. Wenn ich aber ins Datenblatt schaue bezieht sich 
das auf die seriellen Eingänge.

2. Frage
Angenommen der H7 kann parallel die 25Mhz nicht könnte ich die 100Mhz 
nicht durch 4 sondern durch 5 teilen und hätte dann 20Mh Abtastung.
Nach den üblichen Formeln hätte ich bei 25Mhz n=2 und die 25Mhz würden 
schön in der Mitte liegen. Bei 20Mhz und n=3 würde ich am Rand des 
Bereiches liegen. Das ist wahrscheinlich nicht so gut weil es keine 
idealen Bandfilter gibt oder ?.

3. Frage würde es etwas bringen die sinc Filter HW vom H7 zusätzlich als 
Tiefpassfilter zu nutzen ?.

von W.S. (Gast)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Die Idee ist nun den ganzen Dongle und Option Kram zu umgehen und das
> Frontend direkt ansteuern.

Gegenfrage:
Hast du so ein Teil und willst du lediglich die digitale Strecke auf 
eigene Faust durch etwas Eigenes ersetzen  - oder willst du das ganze 
Ding irgendwie nachempfinden/nachbauen?

zur 1. Frage: ob du nun mit 25 MHz oder 32 MHz wandelst, ist eigentlich 
egal in dem Sinne, daß du in einem µC ohnehin nicht die Zeit hast, um 
die dadurch entstehende Datenflut auszuwerten. Ziel ist ja, per Software 
die finale Bandbreite zu erzielen, hier wohl durch ne FFT. Deshalb 
solltest du ins Auge fassen, dir einen 14 Bit ADC (oder einen mit 16 
Bit) zuzulegen, der mit den 25 MHz wandelt. Sowas gibt's. Im Prinzip 
erfaßt du damit einen Alias (32 MHz - 25 MHz --> 7 MHz), der aber 
deshalb benutzbar ist, weil das Basisband durch das Filter entfernt 
worden ist. Eine Mittelwertbildung würde ich nicht als sinnvoll sehen, 
einen Tiefpaß hingegen schon.

Aber: für die Auswertung der Daten so eines ADC solltest du dich mit 
FPGA's vertraut machen. Die können sowas parallel erledigen - sofern die 
zentralen Bestandteile wie MAC-Funktionen per echter HW dort mit auf dem 
Chip sind.
Nachteil des ganzen: der ADC ist teuer und das FPGA ist noch teurer.

Und wenn dann die fertigen Ergebnisse der FFT aus deinem FPGA 
herauskommen, reicht ein etwas popligerer µC aus, um das Ganze auf ein 
Display zu kriegen.

zu den anderen Fragen: die erübrigen sich, denn dein µC schafft das 
alles nicht wirklich.

W.S.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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ich habe sogar 4 davon und es sind noch ca 20 andere im Umlauf, bei 
Leuten, die auch gerne etwas damit machen würden. Der ADC mit 12Bit und 
die 25 MHz sind Bestandteil des Frontendes von R&S. Den Filter und die 
Mittelung macht der H7 in Hardware und dann kommt nur noch 25MHz/16 
hinten raus und das könnte ich erstmal locker an einen pc übertragen. 
Aber auch für einem MC mit 480MHz Taktfrequenz und double FPU dürfte das 
nicht so problematisch sein.

: Bearbeitet durch User
von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Das ganze ist reines Hobby, soll kein Produkt werden und auch nicht in 
Preisregionen landen wo man einen fertigen Spektrumanalyzer kaufen 
könnte.

Wenn man die Unterabtastung als (reinen) Mischer verstehen kann hätte 
ich bei 25Mhz Abtastung ein Band von 5.25Mhz bis 27.25Mhz und eines von 
55.25Mhz bis 57.25MHz. Das zweite Band kann ich über Tiefpass (sinc) 
Filter herausfiltern und dann bleibt nur das erste Band übrig. Wenn ich 
jetzt das ganze Digital nochmal mache und mit 5.25Mhz mische (=abtaste?) 
lande ich im Basisband von 0 bis 2Mhz. Brauche aber nochmal einen 
Tiefpass um die Frequenzen von 10.5MHz bis 12.5Mhz zu entfernen. ist das 
so richtig ?

Wenn ja wie macht man digitales mischen (Stichwort) ?
Das 100KHz Rauschen wird dabei nicht transfomiert sondern bleibt 
erhalten ?
Ist es richtig, das die Decimation mit oder ohne Mittelung keinen 
Einfluss auf das Frequenzspektrum hat sondern nur auf die Auflösung der 
Amplitude hat?
Spricht etwas dagegen die Mittelung schon nach dem ADC und Tiefpass zu 
machen  um die Datenrate abzusenken ?

von Staubtrockner (Gast)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Von HF und Signalverarbeitung habe ich  nicht viel Ahnung und als
> Rentner mit 70 lernt man nicht mehr so schnell wie man gerne möchte ;-).

ein anderes Hobby suchen?

von Staubtrockner (Gast)


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vergiss mein Kommentar

-nachdem Du Dir zwei Geräte bei eBay kauftest, wünsch ich Dir das Glück, 
daß sich Dir jemand annimmt.

Ich wünsch mir, in zehn Jahren wenns soweit kommt, keine Geräte mehr zu 
besitzen, die ich nicht mehr aus dem FF beherrschen werde.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Vielleicht sollte ich als anonymer Dummschwätzer neu anfangen ...
Das ist hier ein sehr beliebtes Hobby.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Staubtrockner schrieb:
> vergiss mein Kommentar
>
> -nachdem Du Dir zwei Geräte bei eBay kauftest, wünsch ich Dir das Glück,
> daß sich Dir jemand annimmt.
>
> Ich wünsch mir, in zehn Jahren wenns soweit kommt, keine Geräte mehr zu
> besitzen, die ich nicht mehr aus dem FF beherrschen werde.

Ich habe sogar 4 Geräte und meine laufen als eizige. Ich könnte micht 
natürlich jetzt zurücklegen und sagen die anderen mit solchen Geräten 
interessieren mich nicht ...

von Guido C. (guidoanalog)


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Hallo Hans-Georg,

Hans-Georg L. schrieb:
> Vielleicht sollte ich als anonymer Dummschwätzer neu anfangen ...

nein, bitte nicht. Davon gibt es hier schon genug.

Mit freundlichen Grüßen
Guido

von Frank Norbert Stein S. (franknstein)


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Staubtrockner schrieb:
> ein anderes Hobby suchen?

Du jämmerlicher Ignorand, ich wäre ehrlich froh, wenn ich nur einen 
Bruchteil dessen vorhalten könnte, was  Hans-Georg L. (h-g-l) hier 
veröffentlicht.

von Gustl B. (-gb-)


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Moin, ich habe mir jetzt mal beide Threads durchgelesen.

Dieses Gerät hat eine Platine mit FPGA (Virtex 2), RAM und 
Firewireinterface. Und dann ist da noch die HF-Platine mit Frontend und 
ADC.

Was könnte man da jetzt machen?

a) Die bisherige FPGA-Platine weiter nutzen. Dazu müsste man entweder 
einen Schaltplan bekommen oder die Verbindungen durchklingeln. Ob das 
aber eine so gute Idee ist weiß ich nicht, denn statt Firewire würde man 
jetzt USB2/3 verwenden.

b) Die FPGA Platine ersetzen durch eine neue Platine, aber ebenfalls mit 
FPGA. Dann aber mit USB2/3 und sonstigen Features die man gerne noch 
hätte. Features wie FFT Rechnerei kann man gut an den PC auslagern denn 
über schnelles USB kann man die ADC Samples locker übertragen.

Ich sehe aber keinen Grund wieso man mit einem anderen ADC Signale von 
der HF-Platine abgreifen wollen würde. Ja, mehr Bits sind schön, aber 
das muss ja auch zum Rest passen oder bringt eben keinen Gewinn wenn am 
ADC Eingang schon zu viel Rauschen ankommt. Zu dem AD9235 gibt es leider 
keine Pin-kompatiblen (TSSOP-28) Modelle die mehr Auflösung bieten.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Es gibt eine Lösung die Geräte, so wie es gedacht war  zu betreiben ;-)
Nachteile:  Windows XP (32Bit) und Firewire Schnittstelle sowie die 
entspechenden Option-Keys.
Wer das Gerät zum Messen der Qualität von Funknetzen betreiben will ist 
damit bestens bedient.
Das Analoge Frontend ist scheinbar bis auf  Bestückungsvarianten mit dem 
FSH3 identisch und für den Gebrauch als Spektrumanalyzer  geeignet.  Die 
Original Software bietet für diesen speziellen Punkt weniger als die 
Hardware könnte.  Z.B.  feste Bandbreite  von 80Khz und Unterteilung des 
Spektrums in 2 Fenster für UP/DOWN-links.
Ich selbst hätte ein Zync  ZED-Board mit einem HMCAD1520 FMC Eval Board 
das kann 14Bit bei 105M Sample/s das würde sicher funktionieren aber als 
Nachbauprojekt zu teuer. Deshalb meine Idee mit dem 25€  STM32H7 Nucleo 
Board.
Das Frontend liefert die Daten mit 25M Samples/s und kann via DMA an die 
Filterhardware übergeben werden. Dort kann das  unerwünschte Band über 
Tiefpassfilter entfernt werden und über 16 Samples gemittelt werden und 
alles ohne die CPU zu belasten. Danach habe ich eine Datenrate von nur 
noch 1,6M Samples/s, das entspricht 3,2Mbyte/s. Das ist für USB 
FullSpeed noch zu schnell aber über die 100Mbit  Ethernet Schnittstelle 
kein Problem die Daten auf einen PC zu schaufeln.
Dann  kann man sich noch Überlegen ob der H7 auch für ein  stand-alone 
Gerät geeignet wäre.
(Geschwindigkeit und Speicher).

: Bearbeitet durch User
von Hp M. (nachtmix)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Die Mischer liefern nach der letzten Stufe eine ZF von 31,25Mhz mit
> einer BW von 2MHz. Auf diese ZF wird noch ein Rauschen von 100KHz
> aufmoduliert

Also beträgt die Bandbreite 2,2MHz, von 30,15 bis 32,35.

Hans-Georg L. schrieb:
> Wenn man die Unterabtastung als (reinen) Mischer verstehen kann hätte
> ich bei 25Mhz Abtastung ein Band von 5.25Mhz bis 27.25Mhz und eines von
> 55.25Mhz bis 57.25MHz.

Nein, bei 25MHz Abtastfrequenz bekommst du die Bänder
0..12,5MHz Normallage
25..12,5 Spiegelfrequenz
25..37,5 Normallage
50..37,5 gespiegelt
usw.
Interessant ist hier das Band 3 mit der Mittenfrequenz 31,25MHz.
Das passt also genau. Die anderen Frequenzen enthalten wegen der 
analogen Filterung der ZF keine Energie, tragen also auch nicht zum 
Rauschen bei.

Auch wenn du nun ca. 10 MHz scheinbar unnütz digitalisierst, so würde 
ich die Werte nicht wegwerfen oder den ADC nur noch mit 5MHz laufen 
lassen, denn in den vielen Werten, die der ADC heranschaufelt, steckt ja 
Information, und je mehr Meßwerte du hast, umso schmaler kannst du die 
Bins der FT wählen, also die Auflösung erhöhen.

von ~Mercedes~  . (lolita)


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Mischen kann man durch zum Beispiel Multiplizieren.

Aber wenn ich den Thread so les, wird mir schlecht. :-(((
Ja, das Radiobasteln wird bald immer digitaler, und es wird total
eingehen, da der Nachwuchs wegbleiben wird.

Alles wird cryptologisiert und verdongelt, und keiner
von den Hasen ist bereit, dem Nachwuchs unter die Arme zu greifen,
um den ganzen mathematischen Kram volkstümlich zu erklären! ;-(((

Schade um die Elektronikkompetenz in Europa! ;-(((


mfg

von W.S. (Gast)


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~Mercedes~  . schrieb:
> Aber wenn ich den Thread so les,...

willkommen im Club. So weit war ich mental vor etwa 7 Jahren - und es 
wird nichts besser. Im Gegenteil: die nachfolgenden Generationen sind 
an Funktechnik in zunehmendem Maße desinteressiert. Allenfalls 
interessiert sie noch die Bandbreite der Datenflüsse in ihr 
Mobiltelefon. Das war's dann.

W.S.

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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~Mercedes~  . schrieb:
> Mischen kann man durch zum Beispiel Multiplizieren.

Oder durch Unterabtastung von Bandpasssignalen. Das nennt sich dann 
Bandpassunterabtastung: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Bandpassunterabtastung.

> Aber wenn ich den Thread so les, wird mir schlecht. :-(((
> [...]
> den ganzen mathematischen Kram volkstümlich zu erklären! ;-(((

Wieso? Bandpassunterabtastung ist vom Prinzip und der dahinterstehenden 
Mathematik nicht grundsätzlich schwieriger als analoges multiplikatives 
Mischen. Für letzteres braucht man immerhin Fourier-Reihen. Und wenn man 
Dinge wie Intercept-Punkte von Ringmischern in Abhängigkeit des 
LO-Pegels verstehen will, wird die Rechnerei schnell ein wenig 
umständlich.

> Ja, das Radiobasteln wird bald immer digitaler, und es wird total
> eingehen

Ich würde sagen, man bekommt neue Möglichkeiten. Sowohl im analogen als 
auch im digitalen Sektor.

von ~Mercedes~  . (lolita)


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Mario meinte:

> Ich würde sagen, man bekommt neue Möglichkeiten. Sowohl im analogen als
> auch im digitalen Sektor.

Mein Prof hat mir ja, als ich ihn um LTSpice angehauen hab,
auch den Schlüssel des Fachbuchschranks um den Hals gehängt. ;-O
Da ist ne Menge Litheratur zur Schallbearbeitung drinne.

Nur...

Was die Szene braucht, ist ein digitaler "Heinz Richter",
einer der den Kram, wie ich schon schrieb, volkstümlich
rüberbringt...


mfg

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