FFT 能量檢測(cè)流圖 - 頻譜檢測(cè)的方法和原理詳細(xì)介紹

因?yàn)?USRP 帶寬的限制，一個(gè)時(shí)間內(nèi)前端只能檢測(cè)到 8MHz 的射頻信號(hào)如果要檢測(cè)大于 8MHz 帶寬的信號(hào)我們需要通過不斷的 RF 前端步進(jìn)調(diào)頻以達(dá)到檢測(cè)大范圍頻譜的目的，雖然檢測(cè)到的頻譜并不是實(shí)時(shí)的。USRP（或者程序）每個(gè)時(shí)刻對(duì)一段范圍的頻率進(jìn)行檢測(cè)，然后步進(jìn)調(diào)頻到下一段頻率，這樣就能掃頻掃過大段的頻率。

要是頻率調(diào)頻已經(jīng)完成步進(jìn)調(diào)頻，我們需要在每一個(gè)步進(jìn)時(shí)刻結(jié)束時(shí)——即已獲得這段頻率的數(shù)值時(shí)，發(fā)送一個(gè)調(diào)頻指令到 USRP。調(diào)頻控制由 gr.bin_statistics_f sink 程序?qū)崿F(xiàn)，bin_statistics 在以下的函數(shù)解釋中有詳細(xì)解釋。

當(dāng)我們命令 USRP 的 RF 子板改變中心頻率時(shí)，我們必須等待 ADC 的采樣到達(dá) FFT處理器并判斷完是否屬于需要的中心頻率。在這個(gè)過程中需要經(jīng)過很多重的延時(shí)比如從FPGA，USB，計(jì)算延時(shí)。這樣我們必須在調(diào)節(jié)到下一步進(jìn)頻率時(shí)進(jìn)行延時(shí)，以保證上一步進(jìn)頻率的采樣能正確的被 FFT 處理器處理。

程序主要驅(qū)動(dòng)部分由 bin_statistics sink 函數(shù)組成。整個(gè)流程如圖 4-3

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bin_statistics主要控制 USRP 的調(diào)頻控制，并根據(jù)步進(jìn)頻率帶寬的大小決定延時(shí)時(shí)間即 FFT 處理器忽略掉 N 個(gè)向量（向量長(zhǎng)度由計(jì)算決定）這里也可以詳細(xì)解釋，當(dāng)進(jìn)行完 FFT 處理后，bin_statistics 將處理后的信息組合成 message，并將此 message 插入message queue。message 的每個(gè)內(nèi)容由 FFT 后的每個(gè)最大頻率的向量組成。

每一步進(jìn)的延時(shí)需要計(jì)算得出，延時(shí)包括調(diào)頻延時(shí)和計(jì)算延時(shí)，其中調(diào)頻延時(shí)是最主要的延時(shí)。

調(diào)頻延時(shí)由 RF 前端的 PLL 到主板的時(shí)間再加上管道中排隊(duì)的時(shí)間，我們所用的RFX 系列延時(shí)差不多是 1ms。

調(diào)頻延時(shí)轉(zhuǎn)化為 FFT 計(jì)算時(shí)忽略的向量個(gè)數(shù)的計(jì)算公式是

tune_delay_passed_to_bin_statistics=
int(round(required_tune_delay_in_sec*usrp_rate/fft_size))

其中：

required_tune_delay_in_sec= 10e-3 ；usrp_rate = 1M (decimation =64)；
fft_size= 256
可得出tune_delay_passed_to_bin_stats = 4 (FFT Frames)

這表示，我們延時(shí) 1ms 我們將跳過 4 個(gè)輸入的 FFT 向量個(gè)數(shù)，來獲得真實(shí)的向量數(shù)據(jù)。延時(shí)時(shí)間還包括計(jì)算延時(shí)，我們需要收集處理 N 個(gè) FFT 采樣，如果 DR=8 那將用時(shí) 128us，還應(yīng)該加上計(jì)算機(jī)處理這 N 個(gè)采樣的時(shí)間，這個(gè)需要根據(jù)實(shí)際計(jì)算機(jī)的處理能力通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)置步進(jìn)頻率為 3MHz，設(shè)置 3M 是為了能盡可能精確的對(duì)小范圍的頻率進(jìn)行能量測(cè)算，而我們通信時(shí)占用的頻寬也大概是 2M 多，加上半衰保護(hù)，差不多即是 3M。而且步進(jìn)頻率 3M 可節(jié)省每一步進(jìn)的運(yùn)算時(shí)間，是個(gè)均衡的選擇。這樣 USRP及相關(guān)程序的初始化就完成了。

以下是完成 FFT 運(yùn)算的流圖，其搭建一個(gè)完整的軟件無線電結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)最終寫入message。流圖如下圖：
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