DSP -SDR - I/Q-Signale - Stereo/Mono ? Theorie-Praxis Buch gesucht [Gelöst]

    Hallo,


    ich gestehe mal wieder mein Unverstaendnis. Irgendwie kann ich in der Praxis mit DSP, FFT-Analyse, Wasserfällen, SDR-Empfängern umgehen.


    Seit ein paar Tagen schlägt mein Unwissen mir auf den Magen. Wieso brauche ich für SDR einen Stereoeingang, damit die Soundkasrte diese I/Q Signale generieren kann, die dann irgendwie ausgewertet werden, während bei anderen Programmen WSPR, JT65, Programm Fldigi ein Monokanal ausreicht? Digitale Signalverarbeitung habe ich im Prinzip von der Programmierseite verstanden, aber irgendwo ist da noch eine riesige Unwissenheitslücke bis zu Anwendung.


    Ihr seht es an meiner Beschreibung: Eigentlich habe ich nichts verstanden, obwohl ich viel gelesen habe, aber irgendwie läuft es.


    Jetzt habe ich mich mal umgesehen, ob es ein gescheites Buch gibt, dass die Zusammenhänge darstellt, z.B. Discrete-Time Signal Processing.


    Aber noch ein Eingestaendnis: Meine mathematischen Faehigkeiten als Philologe sind sehr eingeschraenkt. Ich will es aber trotzdem (eingeschraenkt) verstehen.


    Also: Gibt es eine Buchempfehlung, kann natuerlich auch eine Webadresse sein, in welchem diese Verfahren systematisch dargestellt werden, ohne dass ich gleich aufgeben muss, weil die Mathematik das Killkriterium ist. Es muesste doch eine Darstellung geben, die auch anschaulich diese Verfahren erklärt. So versuche ich immer noch zu verstehen, wie das Audiosignal aussieht, wenn es "zerlegt" ist. Es geht mir nicht um die Howto Buecher, man nehme den Stecker A, und ...


    Lasst mich nicht ganz dumm sterben oder muss ich meine Mathematikkenntnisse aufbügeln und das Buch selber schreiben ;) In diesem Zusammenhang: Gibt es ein empfehlenswertes Mathematik - Howto zum selber(wieder) lernen/auffrischen?


    72 de Hajo

    Einmal editiert, zuletzt von dl1sdz ()

    Hallo Hajo,


    Dazu gibt es als Einstieg in die im wahrsten Sinne des Wortes "komplexe" Materie der Quadratursignalverarbeitung eine sehr verständlich geschriebene Zusammenfassung von VK6APH, die in der Radcom erschienen ist: "Watch your Is and Qs".


    Und wenn es dann noch etwas mehr mit der zugrunde liegenden Mathematik sein darf: hier gibt es verständlich gefasste Abhandlung von Richard Lyons: "Quadrature Signals, complex, but not complicated". DL6KBF hat diesen Artikel ins Deutsche übersetzt: "Quadratursignale, komplex aber nicht kompliziert (pdf)"


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Bitte korrigier mich wer wenn ich falsch bin.


    Das IQ Signal hat mit der übertragbaren/digitalisierbaren Bandbreite zu tun.
    Das Q signal ist ja um 90 Grad phasenverschoben zum I Signal. Bei der Auswertung weist du dadurch, ob der Wert den du
    grade misst ansteigend oder abfallend ist, und kannst so Rückschlüsse auf den tatsächlichen Kurvenverlauf machen.


    Bei PSK und anderen wird einfach nur mit 2-3 KHz abgetastet, nicht mit 48 KHz Das kann eine Soundkarte recht gut
    machen auch ohne I/Q verfahren.


    grüße


    Hans

    Zitat von OE1SRC

    Bitte korrigier mich wer wenn ich falsch bin


    Die Bandbreite wird von der Samplingrate bestimmt, mit der die I und Q Komponenten eines Signals gesampelt werden.


    Vereinfach kann man sagen: Mit den jeweils um 90° in der Phase versetzten I und Q (IN-Phase und Q-Quadratur) Sinus- und Cosinus Komponenten kann ein Signalprozessor nach den Regeln der Trigonometrie und der komplexen Rechnung nahezu alle denkbaren Modulationsarten zusammensetzen oder demodulieren. Alles gut beschrieben in den beiden oben genannten Links in Post #2.


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Günter
    Danke fuer die Hinweise. Den ersten Artikel habe ich gelesen und weitgehend verstanden. Eine Frage zum Artikel: Vom Bild 6b nach 6c: Habe ich das richtig verstanden?


    Die Werte werden in den beiden Kanaelen digitalisiert. Das geht aber nur sequentiell.


    1. Kanal 1: I(1) Amplitude wird digitalisiert = I1
    2. Kanal 2: Q(1) Amplitude " = Q1
    3. Ausgabe Amplitude D1 = wurzel((I1 * I1 ) + (Q1 * Q1))


    4. Kanal 1: I(2) Amplitude wird digitalisiert = I2
    5. Kanal 2: Q(2) Amplitude " = Q2
    6. Ausgabe Amplitude D2 = wurzel((I2 * I2 ) + (Q2 * Q2))
    7 ...

    Danke Hajo

    Zitat von dl1sdz

    Die Werte werden in den beiden Kanaelen digitalisiert. Das geht aber nur sequentiell.


    Beim SDR mit "halbanalogen" Quadratur-Mischer Frontend mit Basisbandaufbereitung für die Soundkarte, der die I und Q Aufteilung in eine Basisbandlage (z.B. 0.....48kHz) durch eine direkte und um ein um 90 Grad verschobes LO Signal ermischt, werden die Wert nicht sequentiell, sondern parallel digitalisiert. Darum nimmt man ja eine Stereo Soundkarte, die zwei unabhängige A/D Konverter hat.


    Auf dem linken Kanal steht z.B. das Inphase Signal in Basisbandlage, auf dem rechten Kanal, steht das gleiche, aber um 90 Grad verschobene Quadratur Signal in Basisbandlage. Nach der Wandlung stehen zum Abtastzeitpunkt t der I und der zugehörige Q Abtastwert im Speicher für die Weiterberechnung der digitalen Signalverarbeitung zur Verfügung.


    Ein Direktsampler wie der Perseus oder der Web-SDR in Twente, der einen Bereich von 100kHz bis 30 MHz mit hoher Abtastgeschwindigkeit direkt abtastet, kann die I und Q Komponenten aus dem digitalisierten Signal transformieren und dann weiterverarbeiten. Die erforderliche Rechenleistung ist natürlich beträchtlich.


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    @Danke Günter,


    bin schon beim zweiten Artikel auch noch gut lesbar ;)


    72 de Hajo

    Zitat von dl1sdz

    bin schon beim zweiten Artikel auch noch gut lesbar ;)


    Dann gibt es noch als empfehlenswerte Grundlagenartikelserie aus QEX von Gerald Youngblood, K5SDR: "A Software defined Radio for the Masses" Part 1-4
    https://sites.google.com/site/…ined-Radio-for-the-Masses


    Dort sind die Verfahren ziemlich umfassend beschrieben, inclusive der FFT und Hilbert Transformationen.


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Langsam Günter mit den alten Männern. Jetzt muss ich erst mal mit dem Hund raus und verdauen. :thumbup:
    Dank für die QEX-Artikel.


    72 de Hajo

    So Günter,


    den 2.Artikel habe ich durch und habe das Prinzip verstanden. Aber den muss ich nochmal in Ruhe lesen. Die QEX Artikel habe ich ueberflogen, und da nicht im Moment im Fokus zur späteren Lektüre auf den Stapel gelegt.


    Wenn ich es richtig verstanden habe, wird das Verfahren auch bei den Modes wie z.B. WSPR, die nur mit einem Kanal gefüttert werden, auch angewandt. Da hier aber die Bandbreite so gering ist z.B. 200 Hz kann die Analyse im Rechner CODEC gemacht werden. Bei WSPR wird der Stream erst gespeichert und dann in Ruhe in I und Q zerlegt und analysiert. Wahrscheinlich funktioniert dies auf jeden Fall bis zu einer Bandbreite von 2,7 kHz. Mehr bekommt man bei den Filtern am Empfaenger nicht heraus.


    Also fürs erste ist mein Interesse mal wieder befriedigt. Wenn noch Fragen auftachen. weiss ich an wen ich mich wenden kann.


    Schoenes Wochenende es
    72 de Hajo

    Hallo Hajo,


    der Beitrag von DL9GFA, Gerrit Buhe (CQ-DL 12/2003)
    "Grundlagen der Quadratur-Signalverarbeitung"
    zeigt sehr anschaulich mit vielen graphischen Darstellungen und
    ein Minimum an Mathematik die theoretischen Zusammenhänge.
    Schönes Wochenende!


    vy 73 Jakob, DL2GN


    (wenn alte CQ-DL nicht mehr vorhanden ist, schicke mir eine PN)

    Hallo und Dank
    an alle die mich innerhalb und ausserhalb des Forums mit Lesestoff versorgt haben. Mittlerweile habe ich ueber 900 Seiten auf meinem Buecherstapel liegen. Das duerfte fuer das Wochenende reichen :thumbup: und ich werde sie in den naechsten Tagen lesen.


    Ich glaube, bis auf die Frage weiter unten, das Verfahren weitgehend verstanden zu haben. Massgebend war eine Stelle im Artikel von Lyons, der aufzaehlt, wie das Problem in der mathematischen Fachliteratur dargestellt wird: (Auszug aus der sehr guten Übersetzung von Horst DL6KBF): Ableitung und Schreiweise komplexer Zahlen - Rechtwinklinge, Trigonometrische, Polare und Magnitude-Winkel Form. und zusammengefasst für meinen Kopf bleibt Pythagoras.


    So habe ich immer wenn Formelkram kam, bei der ich Mühe hatte die ganzen Variablen auch nur zu benennen, nur immer wieder meine einfache oder auch mal die trigonometrische Form gesehen. Und damit fiel es mir wie Schuppen von den Augen - oder böse ausgedrückt: Die Mathematiker muessen auch ihre Existenz durch Verschleierung beweisen (War nicht so gemeint.).


    Aber zum Beweis, dass ich immer noch nicht alles verstanden habe, eine praktisch-theoretische Frage: (Wenn ich etwas nicht verstehe, versuche ich immer einen softwareaehnlichen Flowchart zu machen.)


    Wie erzeuge ich eine 90 Grad Phasenverschiebung?
    Wenn ich eine Sinuskurve habe, muss ich 1/4 der Wellenlaenge warten, bis ich den 1. Wert der Phasenverschiebung habe, dann kann ich meine Berecnung machen. Parallel geht da nichts, ausser ich speichere eine gesamte Kurve und berechne dann. Dies waere eine Lösung.


    Wie erkenne ich zu Beginn der ACDC Umwandlung die Frequenz? Da ich nur mit ihr den Zeitpunkt der 90 Grad Verschiebung erkennen kann?


    Also immer noch die Frage nach sequentieller oder paralleler Verarbeitung?


    Mmmh ist eigentlich nicht so wichtig, da es irgendeiner irgendwie macht. Vielleicht muss ich doch mal in den Sourcecode gucken bzw. die Bücher s.o. lesen :whistling:


    72 de Hajo

    Zitat von dl1sdz

    Wie erzeuge ich eine 90 Grad Phasenverschiebung?
    ...Wenn ich eine Sinuskurve habe, muss ich 1/4 der Wellenlaenge warten, bis ich den 1. Wert der Phasenverschiebung habe, dann kann ich meine Berecnung machen...


    Welche Sinuskurve? Welche Wellenlänge? Es handelt sich bein dem Empfangssignal bei den Soundkarten SDR um ein 48 kHz oder 192kHz breites Signalgemisch aus sehr sehr vielen Sinussignalen, das nach der Digitalisierung z.B. durch eine FFT in seine zahlreiche Komponenten in der Frequenzebene transformiert wird. In der Betrachtung von periodischen Signalen gibt es strenggenommen auch keinen Anfang und kein Ende, für die weitere Qudratur-Signalverarbeitung nur maßgeblich, dass die beiden Komponenten relativ zueinander um 90° phasenverschoben sind.


    Analog erzeugt man zwei gegeneinander um 90 ° Grad phasenverschobene Signale, in dem ich sie mit einem Sinus und dem zugehörigen Cosinussignal multipliziere. Das macht man in dem man in zwei Mischerzügen das Signal in einem Zweig mit dem Local Oszillatorsignal mischt und parallel dazu in einem zweiten Zweig mit dem gleichen, aber um 90° phasenverschobenen Local Oszillatorsignal. Da ein Mischer bekanntlich eine Multiplikation vornimmt, übernimmt das gesamte Spektrum des Ausgangssignals am zweiten Mischer exakt die 90° Phasenverschiebung des 90° verschobenen LOs.


    Um genau 90° verschobene Local Oszillatorsignale erhalte ich am einfachsten aus der vierfachen Frequenz, die in einem entsprechend verschalteten Johnson Zähler durch 4 geteilt wird. In den meisten Soundkartenbasierten SDR Schaltungen findet man diesen meist mit einem 7474 Baustein realisierten Teiler. Wenn du nach den Begriffe "Softrock" oder "Tayloe Decoder" googelst wirst du reichlich fündig.


    Liegt ein Signal bereits digitalisiert vor, erhalte ich eine frequenzneutrale Phasenschiebung um 90° mit Hilfe einer DSP Rechenoperation, die man als diskrete Hilbert-Transformation bezeichnet. Mit der Hilbert Transformation kann ein ganzes Spektrum um einen bestimmten Winkel verschoben werden. Sie ist eine sehr häufig gebrauchte Operation in der digitalen Signalverarbeitung.


    Eine der meiner Ansicht nach besten Web-Seite mit aufschlussreichen Animationen zum Grundsatz der I/Q Quadraturdatenverarbeitung ist: "I Q Data for Dummies"


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    2 Mal editiert, zuletzt von DL4ZAO ()

    So dann nochmals Dank an alle,
    und besonders an Günter, der auch meine letzte Frage so schön beantwortete.
    (Anmerkung: Wenn man nicht genau weiss, was man sucht, laesst sich auch schwer googlen.)


    Jetzt habe ich aber wirklich genug zum Lesen.


    Allen, trotz bescheidenem Wetter, ein schoenes Wochenende.


    72 de Hajo