如何使用USRP数据计算功率谱密度？

Question

我想在平均功率谱密度（以dbm为单位）和频率（2.4 GHZ至2.5 GHZ）之间绘制图表。

我之前用于power vs freq plot的基本过程是存储由＆＃34; usrp_specteum_sense.py＆＃34;生成的数据。一段时间后再取平均值。

我可以根据＆＃34; usrp_spectrum_sense.py＆＃34;中使用的功率来计算PSD。 有没有办法直接从usrp数据计算PSD？
是否有任何其他apporch可用于使用USRP计算所需频率范围的PSD

PS：我最近在matplotlib中发现了psd（），可以用来解决我的问题吗？

Answer 1

我不确定是否将此问题标记为Retrieve data from USRP N210 device的副本;但是，由于这个问题的海报非常困惑，他的问题也是如此，让我们以简洁的方式回答这个问题：

像USRP这样的SDR设备可以为您提供数字样本。这些只不过是ADC（模数转换器）从它看到的电压中得到的结果。然后，这些数字受制于进行频移，抽取和适当滤波的DSP链。换句话说，来自USRP的离散复信号包络应该与ADC观察到的电压成比例。由于物理原因，这意味着这些样本的幅度平方应与ADC看到的信号功率成正比。

因此，你得到的值是＆＃34; dBFS＆＃34; （相对于满量程的dB），这是相对于信号处理链可能产生的最大值的任意度量。

现在，请注意两件事：

• 正如ADC所见非常重要。在ADC之前
  • 未知天线，a）效率未知，b）未知方向照射的未知辐射模式，
  • 连接到可能与天线阻抗完全匹配或可能不完全匹配的电缆，并且可能与USRP的RF前端阻抗完全匹配，
  • 可能是一组具有不同衰减的预选过滤器，
  • 低噪声前端放大器，取决于具有可调增益的器件/子板，在频率上具有非完全平坦的增益
  • 具有频率相关增益的混频器，
  • 基带和/或IF增益级和衰减器，可调节，
  • 基带滤波器，可以调节，
  • PCB，连接器，无源元件和有源元件的元件差异，温度相关的增益和互调，以及
  • ADC非线性，频率相关行为。
• 比例在这里很重要，因为在采样之后，会有
  • I / Q不平衡校正，
  • DC / LO泄漏消除，
  之前的抗锯齿过滤
  • 抽取，
  • 和位宽和数值类型更改操作。

总而言之，USRP是不校准的测量设备。它们非常好，如果为您的特定应用选择合适的一个，您可能只需要使用已知的外部电源进行一次校准，从天线直接输入您的系统到最后出现的采样率，正好是你想要观察的频率。知道＆＃34;好吧，当我输入x dBm的功率时，我看到了dBFS，因此在dBFS和＃34之间有这个因子（xy）dB，你现在已经为你的设备校准了一个配置由

组成

• 使用的硬件型号和单个设备，包括天线和电缆，
• 中心频率，
• 增益，
• 过滤设置，
• 抽取/采样率

请注意，进行此类校准，尤其是在2.4 GHz ISM频段中，需要进行＆＃34; RF静音＆＃34;房间 - 现在很难找到没有2.4 GHz设备的办公室或实验室，这些频率免费使用的原因是微波炉会干扰;然后有这样的事实：这些频率倾向于衍射和反射在建筑结构，PC箱，带有金属部件的家具上......换句话说：进入消声室，参考发射天线和发射电源并且做整个天线系统校准舞蹈，通常会产生方向性图，而是生成相对于发射功率的数字值＆＃34;测量。无论该测量是否真正代表您在实验室环境中如何使用USRP，都需要您的考虑。

这是任何微波设备的问题，不仅是USRPs - 在复杂环境中RF传播也不容易预测，接收系统的功率特性不是由单个组件决定的，但是整个系统在其预期的运营环境中。因此，校准必须要求您确切地知道您的天线，电缆，测量前端，数字化仪和DSP，并且可以进行数学计算，包括误差范围，或者您整体校准系统，然后尽可能少地改变。

所以：没有。这个世界中没有Matlab功能可以为这些数字中的数字赋予意义 - 对于绝对功率，你需要根据参考进行校准。

关于线性度的另一个词：USRP的全增益模拟硬件非常敏感 - 如此操作非常敏感同一房间内的WiFi设备就像是在耳边尖叫，消除较弱的信号，并将模拟信号链驱动为非线性。在这种情况下，不仅ADC观察到的电压与天线端口插入的电压失去线性关系，而且通常更糟糕的是放大器变成混频器，因此不需要的互调会在光谱位置引入能量。没有。因此，请确保您在充分利用信号动态范围的地方操作设备，而不会遇到非线性问题。