Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP / Machine Learning I/Q-Detektor


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von Bert2 (Gast)


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Hallo

ich habe zwei Signale, die Frequenzmässig zwischen 1 Hz und ca. 20 Hz 
liegen können. Beide Signale haben aber dieselbe Frequenz. Ich möchte 
die Signale nach Magnitude und Phase vergleichen, also die 
Phasenverschiebung der beiden ermitteln sowie den Unterschied in der 
Amplitude. Da die Frequenzen ja sehr niedrig sind, sollte es mit einem 
Mikrocontroller recht gut möglich sein.
Ich dachte mir, dass ich die beiden Signale mit einem Stereo ADC sample 
und dann in Software einen IQ Mischer implementiere.
Aber funktioniert das auch, wenn die Samplingfrequenz nicht exakt 
synchron zu der Signalfrequenz ist?
eigentlich müsste das Abtasten ja synchron zum Signal erfolgen, das kann 
aber hier nicht garantiert werden, weil die Signalfrequenz ja nicht 
konstant ist.

von Uwe Bonnes (Gast)


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Extra Stereo ADC? Hat Dein uC keine ADCs? Dann solltest Du erstmal ueber 
den uC nachdenken. Ein IQ Modulator vergleicht ein unbekanntes Signal 
mit einem Signal bekannter Frequenz. Willst Du eines der beiden Signale 
als Referenz nehmen? Dann wirst Du Probleme haben, das Signal sinnvoll 
aufzubereiten. Vermutlich muesstest Du mit einer PLL erst einmal ein 
sinnvolles Referenzsignal erzeugen. Langt nicht einfach 
Nulldurchgangserkennung und Spitzenwertdetektion? Oder der RMS Wert 
ermittelt ueber jeweils einer Periode?

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Uwe Bonnes schrieb:
> Extra Stereo ADC? Hat Dein uC keine ADCs? Dann solltest Du erstmal ueber
> den uC nachdenken.

Der Vorteil eines echten Stereo-ADC besteht darin, dass er beide 
Eingangssignale gleichzeitig abtasten kann. Bei einem "normalen ADC" mit 
Eingangsmultiplexer muss man hingegen genau hinschauen, ob er mehrere 
S/H-Stufen besitzt.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Da musste dir halt "gschwind" z.b. sowas hier programmieren, um den 
Traeger deines Signals zu erfassen:

https://en.wikipedia.org/wiki/Costas_loop

Gruss
WK

von Uwe Bonnes (Gast)


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Wie "gleichzeitig" soll es den sein? Viele moderne uCs haben mehr als 
eine  ADC und Abtastraten mi MHz Bereich.

von Dieter (Gast)


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Bert2 schrieb:
> IQ Mischer

Zum IQ-Detektor sei nur erwähnt, desto mehr man sich dem Bereich des 
Regierungstadtzentrums nähert, desto kleiner würden die Signale. Ob das 
Minimum im Bereich der Klebenden liegt, oder doch unter der Kuppel, wäre 
noch zu erforschen. ;o)

Noch einen schönen Freitag!
Habe ich den Freitagsthread von heute übersehen, oder fehlte dieser?

von Grummler (Gast)


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Bert2 schrieb:

> ich habe zwei Signale, die Frequenzmässig zwischen 1 Hz
> und ca. 20 Hz liegen können. Beide Signale haben aber
> dieselbe Frequenz.

D.h. ich kann mir das als EINE Quelle vorstellen, deren
Signal sich auf zwei Wegen ausbreitet?


> Ich möchte die Signale nach Magnitude und Phase vergleichen,
> also die Phasenverschiebung der beiden ermitteln sowie den
> Unterschied in der Amplitude. Da die Frequenzen ja sehr
> niedrig sind, sollte es mit einem Mikrocontroller recht gut
> möglich sein.

Klingt vernünftig.


> Aber funktioniert das auch, wenn die Samplingfrequenz nicht
> exakt synchron zu der Signalfrequenz ist?

Warum soll das nicht funktionieren?
Das Abtasttheorem gilt auch, wenn das Signal nicht synchron
zur Abtastung ist...


> eigentlich müsste das Abtasten ja synchron zum Signal
> erfolgen, das kann aber hier nicht garantiert werden, weil
> die Signalfrequenz ja nicht konstant ist.

???
Ist etwa bei der CD das Signal synchron zur Abtastung?

von Dieter (Gast)


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Bert2 schrieb:
> Aber funktioniert das auch, wenn die Samplingfrequenz nicht exakt
> synchron zu der Signalfrequenz ist?

Das funktioniert in dem Falle auch. Es gibt aber eine paar kleine 
Abstriche hinzunehmen. Wenn die Abtastung nicht ganz synchron sein 
sollte, dann wird es ungenauer. Hättest Du nur 10 Abtastpunkte über eine 
ganze Periode der Schwingung, sind bis zu 5% zusätzliche Ungenauigkeiten 
möglich. Mit 100 Abtastpunkten über eine Periode wären das nur noch 
0,5%.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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>Beide Signale haben aber dieselbe Frequenz.
genau dieselbe?
Dann ist deren Überlagerung eine einzige Sinusschwingung, die kann auch 
irgendein I/Q oder Costas nicht auseinander dividieren.
Und eine Phasenlage kann man auch nicht mehr angeben, denn es gibt keine 
weitere Bezugsphase.
Erst wenn die Frequenzen nicht ganz übereinstimmen kann man etwas 
machen.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Christoph db1uq K. schrieb:
> Dann ist deren Überlagerung eine einzige Sinusschwingung

Wieso sollte die jemand ueberlagern wollen?

Gruss
WK

von W.S. (Gast)


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Bert2 schrieb:
> Ich dachte mir, dass ich die beiden Signale mit einem Stereo ADC sample
> und dann in Software einen IQ Mischer implementiere.

Und was willst du damit erreichen?
Nur planloser Aktionismus?

Die Amplituden der Signale kannst du ermitteln, indem du die jeweiligen 
Beträge für eine bestimmte Zeit addierst und das Ergebnis durch die Zeit 
teilst. Also vulgo "Beträge integrieren".

Die Phasenlage kannst du ermitteln, indem du die Nulldurchgänge beider 
Signale errechnest und deren zeitliche Abstände in Relation setzt zu 
einem Nulldurchgang eines Signales, den du als quasi Nullpunkt 
festlegst. Das Ganze dann mehrmals (so oft wie es dir sinnvoll möglich 
erscheint) und den Mittelwert über die Ergebnisse bilden.

W.S.

von Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)


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Bert2 schrieb:
>> Ich dachte mir, dass ich die beiden Signale mit einem Stereo ADC sample
> und dann in Software einen IQ Mischer implementiere.

Wahrscheinlich verstehe ich was nicht, aber meiner Ansicht nach brauchst 
du zwei I/Q-Mischer an einem Samplingsignal. Für jedes Signal einen 
I/Q-Mischer. Damit kannst du für jedes Signal die Phasenlage relativ zum 
Samplingsignal bestimmen. Damit hast du auch die Phasenlager der zwei 
Signale relativ zueinander.

Nur ein Mischer und einfach ein Signal auf I und eins auf Q geben ergibt 
eine I/Q-Modulation. Was willst du mit dem modulierten Signal?

: Bearbeitet durch User
von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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>ueberlagern
ja das ist auch so ein undefinierter Begriff wie "Mischung"

Es gibt den Überlagerungsempfang, da werden zwei Frequenzen (Antenne und 
LO) gemischt, eigentlich multipliziert. Eine nichtlineare Operation.

Und es gibt die einfache Addition wie im Mischpult, auch Überlagerung 
genannt, z.B. mit der Operationsverstärkerschaltung "Addierer". Eine 
lineare Operation.
Letztere meinte ich hier.

Es sind hier zwei Sinusschwingungen derselben Frequenz, die aufaddiert 
werden. Diese Summe ist auch wieder eine Sinusschwingung derselben 
Frequenz.

Erst wenn sich die Frequenzen leicht unterscheiden gibt es eine immer 
noch lineare Überlagerung. Spektral gesehen sind das nur zwei Peaks, 
sonst nichts, keine Mischprodukte.
Im Oszillogramm sehen die aber aus wie eine mit einer niederfrequenten 
Schwebungsfrequenz amplitudenmodulierte einzige Sinusschwingung.

Man könnte die beiden Peaks im Spektrum als Träger und ein Seitenband 
der sinusförmigen Modulationsfrequenz (SSB) betrachten, aber es hat 
keine nichtlineare Operation stattgefunden.

: Bearbeitet durch User
von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Christoph db1uq K. schrieb:
> Es sind hier zwei Sinusschwingungen derselben Frequenz, die aufaddiert
> werden.
Also gut: Wieso sollte die jemand aufaddieren wollen?

Gruss
WK

von W.S. (Gast)


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Dergute W. schrieb:
> Also gut: Wieso sollte die jemand aufaddieren wollen?

Weil er eigentlich die Amplituden beider Signale und deren Phasenversatz 
ermitteln will, aber ihm nix anderes als ein I/Q-Mischer eingefallen 
ist. Und so ist er bei der schlichten Addition der beiden Signale 
gelandet.

W.S.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

W.S. schrieb:
> Und so ist er bei der schlichten Addition der beiden Signale
> gelandet.

Woher weisst du, wo der TO gelandet ist? Ich sehe von ihm hier exakt ein 
Posting. Und zwar das erste.

Gruss
WK

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Ja die Eingangsfrage hatte ich wohl falsch verstanden, ich dachte, die 
beiden Schwingungen kommen schon auf derselben Leitung an und sollen 
dann irgendwie verglichen werden.

Wie genau soll die Phasenmessung sein?
http://ulrich-bangert.de/AMSAT-Journal.pdf
Er beschreibt mehrere Schaltungskonzepte zu hochpräzisen 
Phasenmessungen, allerdings nicht im Infraschallbereich. 
Kapitelüberschrift "Messmethoden für Stabilität"

von Jürgen S. (engineer) Benutzerseite


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Uwe Bonnes schrieb:
> Extra Stereo ADC? Hat Dein uC keine ADCs?

Die Audio-DACs sind vermutlich schon ein guter Ansatz, weil es die in 
GUT sehr billig gibt.

Und den IQ-Prozessor finde ich auch nicht so falsch.

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