标签: 信号采集

来源：德思特测量测试 德思特方案｜MIMO测试方案，全方位探索无线通信新维度 原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/yrb5kdhUV_s-0fn_3a5vEg 欢迎关注虹科，为您提供最新资讯！ #信号采集 #信号处理 #MIMO 在当前的无线通信环境中，多输入多输出（MIMO）技术已经成为提高网络性能和容量的关键技术。然而，实际应用中，工程师们常常面临着一些挑战，如多通道信号采集/输出/输入同步、设计和优化通信系统时需要进行无线衰落仿真和无处不在的信号功率测试等。为了解决这些问题，我们提出了以下的MIMO测试方案。 01 MIMO多路信号同步采集方案 ● 方案背景 在6G时代，MIMO（多输入多输出）技术将发挥至关重要的作用，实现分布式超大规模MIMO要将数据和信道状态信息在参与传输的站点之间进行实时的交互，要求站点之间具有高速连接，且各个通道间需要具有很高的同步精度。针对信号同步的数字化采集需求，德思特提出了多路信号同步数字采集的方案。 ● 方案优势 ✓5 GS/s高速信号采集，1.5 GHz带宽 ✓数据传输速率3.4 GByte/s，并支持GPU海量数据传输 ✓小尺寸模块化易于集成 ✓面板/上位机/远程命令灵活控制 ✓免费分析处理软件，多通道监测 ● 方案流程 1）多张板卡集成更多输入通道： 对多路信号输入需要非常多的通道，一张板卡的通道数不足以覆盖所有的输入信号。因此德思特同步采集方案使用德思特特有的Star-Hub模块，连接多块数字化仪。 2）对多张板卡实现高精度同步： Star-Hub在所有板之间分配触发和时钟信息。因此，所有连接的板都使用相同的时钟和相同的触发器运行，任何通道之间都没有相位延迟。所有触发源可以通过逻辑或组合，并允许所有卡的所有通道同时成为触发源。 3）多通道观察分析： 每一个通道的上位机有许多数值分析工具，包括快速傅立叶变换（FFT）和有限脉冲响应（FIR）滤波，提取脉冲调制波形的包络等。 02 大规模MIMO无线衰落仿真 ● 方案背景 无线衰落仿真可以帮助通信工程师在设计和优化通信系统时考虑到多径衰落及相关的解决方案。同时在实施新的通信方案之前，可能需要验证其可行性。通过无线衰落仿真，可以预测新方案在实际无线信道中的性能，从而评估其可行性。针对无线衰落仿真方案，德思特提出以下解决方案： ● 方案优势 ✓灵活通道数，高至512通道 ✓灵活搭配开关矩阵，具有极快切换速度 ✓每通道可编程控制衰减，精度高至0.1dB ✓广泛应用于WIFI，4G，5G的测试 ● 方案原理 在信号输入端，通常有各种各样的信号，以及不同的信号可能需要不同的组合来进行无线衰落模拟，所以在信号输入与衰减矩阵之间，可以根据客户应用，加上或者去掉此开关矩阵。信号通过衰减矩阵时，可以通过编程，任意衰减每一通道的信号强度，以此模拟信号幅度的衰落。 ● 实际案例展示 客户需要测试他们多端口WIFI信号接收模块的性能，使用衰减器模拟环境中信号的衰减，当路由器信号被衰减器衰减后，信号通过天线或者线缆到接收测试模块，客户通过编程衰减曲线，模拟真实衰减，同时测试当前信道情况的WIFI信号的数据传输速率。 03 无线信号MIMO功率测试方案 ● 方案背景 在当今发展的趋势下，无线通信协议变得越来越复杂。具有多个输入和输出（MIMO）、高达320 MHz的带宽以及高达4096 QAM的调制方案。而EN300 328和EN301 893标准描述了无线电以及2.4 GHz和5 GHz宽带信号的频谱参数。德思特的TS-RPR3008W系列功率计能够根据EN300 328和EN301 893标准进行测量。此外，该功率计能够测量高达8 GHz的频率，因此适用于 5G，6G，WiFi6甚至WiFi7的7.125 GHz 测量。 ● 方案优势 ✓符合无线通信背景的MIMO功率测试方案 ✓专用触发端口，实现多通道总功率和单功率测量 ✓优越动态范围：-60 dBm~+10 dBm ✓可覆盖到8 GHz，满足WLAN的的测试 ●方案介绍 1）设备连接： 功率计的连接如下图，功率计可以通过USB口连接到PC，并可以以高数据速率将存储的样本传输到PC。为了同步多个功率计，可以使用链式来连接多个功率计。这种布置使用专用触发端口，允许同时与多达16个功率计进行同步测量。 2）功率计算： 对于具有多个端口的设备的测量，EN300 328标准规定，在任何给定时刻，必须计算并存储功率总和。但总功率的计算不是由功率计本身执行的。功率计本身存储平均RMS值以及开始和停止时间。通过链式连接和触发功率计，实现同步。使用RadiMation软件免费版本管理每个功率计的触发、采样率一半的时间内的同步以从每个功率计检索存储的数据。

来源：德思特测量测试 德思特干货｜如何使用SBench 6对数字化仪采集信号进行处理？（三）——快速傅立叶变换（FFT） 原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/mYS1iDXFNVfReCGGtF78mw 欢迎关注虹科，为您提供最新资讯！ #信号采集 #信号处理 #测量测试 上一篇文章介绍了德思特SBench 6的平均运算功能。本章将继续为大家介绍SBench 6的快速傅立叶变换（FFT）。 前文回顾：https://mp.weixin.qq.com/s/j-iN_2Jrn9ZHGMaaAYsDJg 快速傅立叶变换（FFT） 快速傅立叶变换（FFT）将获取的波形从时域（幅度对时间）映射到频谱域（幅度对频率）。这使得用户可以观察构成信号的频率成分。FFT本身并不能直接改善信号质量，但它能显示信号的频率成分结构，并提供了如何移除不需要的频谱成分的信息。 FFT产生的频谱有一个离散的时间轴，就像时域信号有离散的采样时间一样。频谱中的谱线，通常称为“bins”或“cells”，每个谱线之间由分辨率带宽（f）隔开，而分辨率带宽与采集到的原始信号长度成反比，因此，要增加FFT频谱的频率分辨率，必须增加采集的原始信号长度。而频谱显示的总频率范围，或者说频率跨度，是原始信号采样率的一半，因此，要增加总频率跨度，也必须增加采样率。 在德思特SBench 6软件中，FFT结果的纵轴缩放可以设为线性单位伏特，也可以是对数单位分贝（dB）。对数刻度可以参考数字化仪的满偏刻度（dBFS）、1 毫瓦（dBm）、1 微伏（dbμV）或设为针对假定载波频谱中的最大峰值（dBc）。 （1）权重函数 理论上的傅立叶变换假设输入记录的长度为无穷大。有限的采样长度则会在频域边缘引入不连续性，为频域引入伪频率，并一定程度扭曲实际的频谱。例如，当信号的开始和结束相位不同，或者信号频率落在两个相邻的谱线之间时，使频谱变宽。 频谱展宽，以至于扩展到许多相邻的频带，称为泄漏。对于这种问题的理论应对方法是确保在显示网格内包含整数个周期，或在边缘处不出现不连续性。两者都需要信号波形频率和数字化采样率之间非常精确的同步，并且需要准确地设置采集长度，这通常只可能在实验室中实现，而不能作用于真实世界的信号。另一种方法是使用窗函数（加权）来平滑信号的边缘。 为了尽量减少这些负面影响，对获取的信号应用加权函数，使记录的端点为零。德思特SBench 6软件中的FFT功能为用户提供八种加权函数的选择，而这些加权函数则可以改变谱线的形状。对此没什么概念的读者，可以把它想象为组合到一起的一些列并行的理想带通滤波器，这些滤波器之间的频率间距为分辨率带宽，而加权函数则会影响滤波器频率响应的形状。图1比较了四种最常用的加权函数对应的频率响应。 图1：四种最常用的加权函数的谱形状比较 理想情况下，主瓣应尽可能窄，且两侧平坦，以代表真实的频谱成分，而所有旁瓣应无限衰减。窗函数类型定义了在FFT处理中使用的等效滤波器的带宽和形状。表1中展示了频谱响应的最大旁瓣幅度。较大的旁瓣电平将有助于区分密集的频谱成分。 表1：不同加权函数的关键特性 如前所述，FFT结果的频率轴是离散的，具有以分辨率带宽的倍数间隔的频点。如果输入信号频率落在两个相邻的谱线之间，能量将被分配到两个谱线中，且峰值幅度将降低。这被称为栅栏效应或波浪状效应，而扩宽频谱响应可以减少幅度变化。表1中的栅栏损失列给出了不同加权函数该效应幅值。 同时，加权函数还会影响频谱响应的带宽。等效噪声带宽（ENBW）说明了相对于矩形窗加权带宽的相对变化。将功率谱归一化到测量带宽（功率谱密度）需要将功率谱除以ENBW与分辨率带宽的积（f✖️ENBW）。 相干增益描述了给定加权函数相对于矩形窗加权的频谱幅度变化。这是一个应用在所有频率上的固定增益，可以很容易地归一化。 矩形窗加权函数是采集信号没有任何加权的响应。它具有最窄的带宽，但旁瓣幅值则相当高。由于采集时域记录中的所有点的幅度响应都是均匀的，它常用于具有瞬态性质的信号（或相对记录总长短得多的信号）。当需要以最佳频率精度进行分析时，也会使用它。 Hanning和Hamming加权函数具有良好的通用的频率响应，能提供较好的频率分辨率以及合理的旁瓣响应。Blackman-Harris则旨在获得最佳幅度精度和优秀的旁瓣抑制。 （2）FFT应用实例 图2展现了一个典型的FFT应用实例。在该实例中，我们使用宽带的仪器级麦克风和德思特TS-M4i系列14位数字化仪，获得了超声波测距仪的信号。 图2：40 kHz的超声波脉冲（左）及其FFT结果（右下全频段，右上局部放大） 采集到的时域信号在左窗格中。时域记录包含了在3.90625 MS/s采样率下采集到的16384个样本点，持续时间为4.2毫秒。得到的FFT结果（右窗格）共有8192条谱线，每条谱线之间间隔238 Hz分辨率带宽（记录时长的倒数），总频率跨度为1.95 MHz（采样率的一半）。其中，右下角的频谱是全频段总览图，右上角则是局部放大视图，只显示了前100 kHz频率范围的内容，以便更好地观察主要频谱成分。 FFT能帮助我们更好地理解构成这个信号的成分。首先我们看时域，可以知道这是一个持续时间小于采集记录长度的瞬态信号，在这种情况下我们选用了矩形窗进行加权。FFT结果中幅值最大的频率成分，明显就是我们的主要信号——40 kHz左右的脉冲。而在80 kHz附近频率的一个小峰，则是40 kHz信号成分的二次谐波。其幅度大约比40 kHz信号成分低45 dB。此外，在0~10 kHz之间也有很多低频干扰成分，其中最高的、接近DC的那部分，对应的是设备所在房间中的环境噪声。 在该实例中，我们的目标是能够测量发射脉冲和40 kHz回波之间的时延。为了实现这一点，我们需要改进这个测量过程。第一步，我们希望移除频谱中40 kHz成分之外的其它成分。现在我们将带着这个目标，来进行滤波器的设置。 （3）滤波 在德思特SBench 6专业版软件中，我们提供了低通、带通或高通选项的有限冲激响应(FIR)数字滤波器。通过输入所需的滤波器类型、截止频率或频率，以及滤波器阶数，用户可以直接在图形界面中创建这些滤波器。SBench 6软件会在滤波器无法实现时给出提示，并提出解决建议。或者，您也可以输入从其他来源获取的滤波器系数。我们将这些滤波器应用于采集到的信号，然后将滤波结果与原始采样结果或平均采样结果进行比较。在图3中，应用的带通FIR滤波器截止频率为30和50 kHz，以帮助提取目标信号。 图3：原始波形和滤波后信号及其FFT结果的对比 左上角的窗格显示了原始波形，下面对应我们之前看到的原始信号FFT结果。右上角的窗格则为通过带通滤波后的波形，滤波信号的FFT结果在右下角的窗格中。可以发现，带通滤波器消除了低频拾取噪声和80 kHz位置的二次谐波。滤波后的信号在时间域视图现在有了一个相对平坦的基线，从而能使反射信号更清楚地分辨出来，而这就是我们滤波处理的目标。由此我们也可以看出FFT对深入了解信号提供的帮助。 结论 使用德思特SBench 6软件提供的信号处理工具，如模拟运算、平均值、FFT、滤波和直方图等，将有助于加深对采集信号的见解，此外，还能生成一系列有利于进一步分析的二级信号波形。

来源：德思特测量测试 德思特干货丨如何使用SBench6软件对数字化仪采集信号进行处理？（二）——平均运算功能 原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/j-iN_2Jrn9ZHGMaaAYsDJg 欢迎关注虹科，为您提供最新资讯！ 上一篇文章介绍了了德思特SBench 6为板卡式数字化仪提供的波形算术运算及直方图功能。本章将继续为大家SBench 6的平均运算功能。 前文回顾：https://mp.weixin.qq.com/s/whJUKFsskQbr5DXzBE4hfA 4 平均运算 平均运算是信号处理的常用工具，一般用于减少获取信号中噪声和非同步周期杂波的影响。这需要多次重复采集和稳定的触发机制。包括随机噪声在内的，与触发时序不同步的信号成分，其幅度在平均后会降低。降低的程度取决于波形特性以及参与到平均运算的采样次数。 在本文中使用的德思特SBench 6软件，能像大多数示波器那样，执行系综平均（Ensemble Averaging），在这种运算中，多次获取到的具有相同样本位置的信号会被放到一起做平均运算。当触发足够稳定，得到的平均值中，随机噪声成分会低于单次采样样本中的随机噪声成分。 求和平均 求和平均使用一定次数的采样样本，将相同触发位置的连续波形数据的直接相加，权重相等，然后取平均。当达到最大扫描次数时，平均过程要么停止，要么自动重置然后重新开始。图4展示了系综平均的实现方式。 图6：求和平均法 在图6中，假设箭头所指的就是第n点。每次采集的第n点的振幅值相加，然后将得数除以采集的次数，最终确定第n个点的平均值。这发生在获取组中的所有样点上。得到的平均波形与每个获取的波形具有相同数量的点。 平均处理同时适用于正常采集和分段采集模式。分段平均计算允许对多段采集到的波形数据进行平均。 可预期的改善 当信号被平均处理时，加性宽带高斯噪声将减小平均次数的平方根倍。因此，平均四次采得信号可以将信噪比提高到原来的2倍。同时，非同步周期信号也将在平均中减少。减少的程度取决于从多次采样之间干扰信号的相位变化。而与触发同步的信号干扰，如畸变失真的幅度则不会因平均而减少。 平均运行算应用实例 图7展示了一个有效运用平均的典型的实例。采集到的原始信号（左窗格）是一个具有加性垂直噪声的线性阻尼正弦波。由于噪声幅度是固定存在的，而正弦波的幅度会线性减小，最终，正弦波会消失在噪声中。通过对1024次采样数据进行平均，则可将信噪比提高到足以在整个波形中分辨出正弦波的程度。 图6：使用求和平均来提高信噪比的一个例子 求和系综平均法的主要限制在于：它需要多次重复的波形，并且需要有足够稳定的稳定的触发。 移动平均 移动平均，有时也被称为Boxcar平均、门控积分平均器或平滑，它会取用户设置数量的、对称分布在两侧的相邻样本的平均值。对于样本大小为5的情况，该平均过程的数学定义如下： 参与平均的样本点数量必须与波形中的变化周期相匹配，否则移动平均可能会降低窄区特征的幅度。 图7的左侧窗格展示了使用50个相邻样本进行移动平均的示例。相比起右窗格中显示的原始波形，明显更加平滑，噪声也得到了一定程度的消除。 图7：使用50个相邻样本点进行移动平均的一个例子 END 本篇文章为大家介绍了德思特SBench 6为板卡式数字化仪提供的平均运算功能。下一章将介绍快速傅立叶变换（FFT）功能。

2014年年初推出的 Pentek Flexor 5973 3U OpenVPX FMC  载波板 ， 预示千兆级背板开始采用光互连的未来方向已经成型。这款主板集成有支持开放多协议交换(OpenVPX)的VITA66.4光互连标准背板，可为背板或其它板对板高速率数据连接提供12倍光学双工通道。 以下为Pentek主板图片：     VITA66.4光纤连接器在主板左侧，在标明“VPX P2.”的地方。 光纤连接器形状为金属包头，用来固定光纤。在主板底部，有两个连接器，标明为“Samtec FireFly Optical MT Driver Sites Dual 12x.”，这两个连接器支持Samtec FireFly ECUO Active Optical Micro Flyover Cable Assemblies 。Pentek Flexor Model 5973主板使用12通道FireFly Tx模块，以及一个12通道FireFly Rx模块。这些模块的光纤被架在主板顶部（因此这些模块叫作“高架”模块），与主板MT包头连接，连接点在VPX P2。各个FireFly通道的数据传输速率为14Gbps，光纤互连总的系统数据传输速率为336Gbps。（顺便说下，这速度真够快的！） 以下为Pentek Flexor 5973 OpenVPX FMC载波板方框图：   Pentek Flexor 5973 3U OpenVPX FMC Carrier主板图片 请注意，Pentek用的是赛灵思 Virtex-7 VX330T 或VX690T FPGA上的SerDes端口（Pentek主板适用于这两个设备）以驱动Samtec FireFly optical Tx 和Rx组件。Virtex-7 FPGA集成13.1Gbps收发器。Virtex-7 VX330T上集成了其中28个13.1GHz SerDes收发器，VX690T上集成了80个13.1GHz SerDes收发器。 原文链接：http://xilinx.eetrend.com/news/6751

摘要：        针对现代数据采集领域的网络化趋势,设计出一种新型线阵CCD信号采集系统.采用FPGA为核心控制器,产生每个模块所需要的驱动时序.模拟前端处理器将采集到的CCD信号经过信号调理和A/D转换后,通过高速网络接口芯片W5300传送至PC机,PC机最终将采集到的CCD信号显示在接收软件上.不仅能够解决片上、专用的问题,而且使机器视觉技术结合网络技术,实现了高速、实时、网络化的信号采集系统.实践表明:该采集系统可以做到在任何有网络的地方都可以使用,有后期研究价值. 作者：何云龙 彭章君 李众丽 作者单位： 西南科技大学计算机科学与技术学院，西南科技大学信息工程学院    期刊：仪表技术与传感器   来自：万方数据知识服务平台 感谢关注！ 更多信息与我们交流： WIZnet邮箱：wiznetbj@wiznet.co.kr WIZnet主页：http://www.wiznet.co.kr WIZnet企业微博：http://e.weibo.com/wiznet2012