Conversione I / Q grezza in dB

Ricevo dati I / Q da una radio definita dal software. Voglio fare alcune cose sui segnali nei dati, ma solo se supera un certo intervallo. Qual è la procedura generale per ottenere dB (dBm o altro) da questo tipo di dati? Programmi come SDR # lo fanno, ma non so cosa facciano esattamente così da poterli imitare.

Nozioni di base

L' ampiezza di un segnale IQ è solo la grandezza del vettore,$\sqrt{I^2 + Q^2}$.

La potenza di un segnale IQ è la grandezza quadrata,$I^2 + Q^2$.

Quando vedi un misuratore logaritmico (dB), di solito sta misurando il log della potenza, cioè $10 \log_{10}(I^2 + Q^2)$. (Questo può anche essere calcolato come$20 \log_{10}$ dell'ampiezza, ma a meno che tu non abbia già l'ampiezza che spreca un'operazione di radice quadrata.)

unità

Ricorda, dB è una cifra relativa. Se solo prendi$10 \log_{10}(I^2 + Q^2)$, quindi 0 dB corrisponde a un'ampiezza esattamente di 1. Se il driver hardware accetta la consueta convenzione in virgola mobile dei valori di campionamento estremi assoluti compresi tra -1 e +1, allora si può dire che i valori di potenza dB sono dBFS - decibel rispetto al fondo scala . Qualsiasi segnale più forte di quel livello verrà troncato , distorcendo il segnale.

dBm , decibel rispetto a un milliwatt di potenza, utilizza solo un diverso livello di riferimento. È possibile convertire in dBm semplicemente aggiungendo o sottraendo il valore di calibrazione corretto dal valore dBFS - ma è necessario conoscere quella calibrazione per il proprio hardware alla frequenza di interesse, ad esempio misurandola (utilizzando una fonte di segnale di potenza nota) ; è impossibile eseguire quella calibrazione esclusivamente nel software poiché i campioni digitali sono solo numeri senza unità intrinseche.

(Un errore che ho visto è fare riferimento ai valori del campione, o ai parametri che scalano secondo essi come una soglia di ampiezza, come in "volt"; questa è una totale assurdità a meno che il tuo ADC (e altro hardware) non sia effettivamente calibrato a un volt. Questo è irragionevolmente grande per un ricevitore radio.)

Applicazione pratica

Se stai solo cercando di ignorare segnali che non sono sufficientemente forti (questo è noto come carrier squelch o power squelch ), non importa quali unità usi, o anche se sono logaritmiche o lineari, perché sei sto solo facendo un confronto maggiore. L'unico componente critico è che inizi con$I^2 + Q^2$ (al contrario, diciamo, $I + Q$, che sarebbe semplicemente sbagliato).

Nota sulla larghezza di banda che probabilmente non è necessario leggere

Potrebbe anche essere rilevante notare che se si filtra un segnale, per definizione si sta rimuovendo parte della potenza del segnale, quindi la misurazione sarà più piccola.

In particolare, una FFT (come ad esempio la visualizzazione visiva primaria in strumenti come SDR #) può essere liberamente considerata come una grande raccolta di filtri estremamente nitidi; ogni "bin" di uscita raccoglie una frazione della potenza di ingresso. Di conseguenza, la potenza di ciascun contenitore dipende dalla larghezza del contenitore. Se dividi per la larghezza del cestino in hertz (tale valore è$\text{sample rate}/\text{FFT length}$) prima di prendere il logaritmo, quindi invece della potenza dB, si misura la densità spettrale della potenza dB , che ha il vantaggio di essere indipendente dalla larghezza del contenitore FFT se le funzionalità a cui tieni sono più ampie di un contenitore (ad esempio un segnale modulato a banda larga); se sono più stretti (ad es. toni puri), il valore di potenza è più utile.