WALET – czyli jak buduję sobie transceiver SDR

[SP6FRE]

Zanim o wodospadzie będzie napotkałem kolejny problem do przejścia dotyczący wizualizacji danych fft.
Najlepiej będzie jak pokażę to na filmie:

Problem z wizualizacją fft przy zmianie wstęgi

Osiągnąwszy poziom gdzie miałem do dyspozycji wszystkie dane z fft, zarówno biny dodatniej jak i ujemne, straciłem czujność i nie sprawdziłem jak wizualizacja zachowa sie podczas zmiany wstęgi. Oczywiście, pożądane jest aby taka zmiana nie wprowadzała zmiany w wizualizacji, prążek leżący poniżej częstotliwości odbioru powinien tam leżeć dalej a ten z większą częstotliwością również nie powinien zmieniać swojego miejsca na skali. Z filmu wynika, że zmiana wstęgi odwraca mi wykres lustrzanie. Nie muszę chyba dodawać, że podobne zjawisko mam w wodospadzie :-(
Mam wstępne podejrzenia co do natury tego zjawiska bo prawie na pewno związane jest ono ze sposobem w jaki powstaje odpowiednio dolna i górna wstęga. W przypadku Waleta za wstęgi odpowiedzialny jest mieszacz Tayloe tworzący sygnały I oraz Q a sama wizualizacja wymaga po prostu wbudowania do algorytmu wyświetlania reakcji na zmianę wstęgi.

cdn. lj

[SP6FRE]

FFT cd...
Jak przypuszczałem, problem z lustrzanym odbiciem wykresu fft wiąże się ze sposobem w jaki formowany jest w Walecie odbiór jednowstęgowy.

[Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/lsb_usb.jpg]
Rysunek pokazuje dwa sposoby jakie miałem do dyspozycji robiąc założenia dla Waleta. Sposób pierwszy to sumowanie lub odejmowanie od siebie sygnałów I oraz Q w węźle z prawej strony rysunku a sposób drugi to zmiana faz heterodyn sterujących mieszacz Tayloe.

Obie metody mają swoje wady i zalety. 
Metoda sumowania lub odejmowania sygnałów I oraz Q z pozoru wydaje się prosta i elegancka ale jeśli odbywa się w torze cyfrowym to po pierwsze dodatkowo wydłuża opóźnienie sygnału między wejściem a wyjściem części cyfrowej bo każdą próbkę z obu kanałów trzeba cyfrowo dodać lub odjąć ale po drugie, sumowanie lub odejmowanie sygnałów I oraz Q z jednej strony tłumi jedną ze wstęg ale drugą zwiększa w amplitudzie dwukrotnie co może doprowadzić do szybszej saturacji kanału cyfrowego. Sumowanie/odejmowanie sygnałów po stronie cyfrowej można byłoby przenieść do części analogowej ale z kolei wiąże się to z większym skomplikowaniem układu elektronicznego, który powinien zapewnić jednakowe warunki zarówno dla dodawania jak i odejmowania sygnałów.

W Walecie użyty został drugi z pokazanych sposobów polegający na zmianie faz sygnałów heterodyny zasilających mieszacz Tayloe. Warunkiem podstawowym działania takiego mieszacza jest przesunięcie wzajemne sygnałów heterodyn F0 i F1 tak, że F0 wyprzedza F1 o 90 stopni dla wytworzenia sygnałów I oraz Q.  Ale jeśli to F1 wyprzedza F0 o 90 stopni to sygnały I oraz Q zamieniają się miejscami na wyjściu mieszacza. Jednocześnie, w tej metodzie sygnały I oraz Q są wyłącznie sumowane w sumatorze rezystancyjnym zapewniając prostotę rozwiązania i dokładność działania.

Jak wspominałem wcześniej, tablica fft daje dla założonej dokładności analizy 255 częstotliwości wyniki w postaci:
0 - składowa stała, 1 - bin pierwszy dodatni, 2 - bin drugi dodatni, ...., 127 - ostatni bin dodatni, 128 - ostatni bin ujemny, .... 254 - drugi bin ujemny, 255 - pierwszy bin ujemny.
Zmieniając wstęgę dostajemy na wyjściu mieszacza Tayloe dane ułożone następująco:
0 - składowa stała, 1 - bin pierwszy ujemny, 2 - bin drugi ujemny, ...., 127 - ostatni bin ujemny, 128 - ostatni bin dodatni, .... 254 - drugi bin dodatni, 255 - pierwszy bin dodatni.
Efektem zmiany wstęgi jest pokazane wcześniej lustrzane odbicie sygnałów podczas ich wizualizacji.

Dlatego należy uwzględnić w algorytmie wizualizacji danych fakt zastosowania dolnej lub górnej wstęgi przez prostą podmianę wskaźników do tablicy z bin-ami co też zrobiłem.

Działanie skorygowanej procedury wizualizacji fft z uwzględnieniem odbieranej wstęgi

W wizualizacji fft pomija się bin 0 czyli składową stałą z oczywistego powodu. Jest ona z punktu widzenia operatora reagującego na sygnał o określonej częstotliwości nieistotna ale gdybyśmy na przykład chcieli dokonać analizy sygnału fft z prostownika sieciowego z jakąś filtracją to oczywiście interesowała by nas zarówno wartość prądu stałego na wyjściu (składowa stała) jak i zawartość harmonicznych po filtracji a więc biny 1,2....

W kolejnym poście pokażę jakiej metody, z dostępnych funkcji dla grafiki TFT_ESPI, użyłem do stworzenia wizualizacji fft jako wodospadu i jak to wyszło w praktyce.

cdn. lj

Github