数字信号处理（DSP）概念
数字信号处理(digital signal processing)，是以数字运算方法实现信号变换、滤波、检测、估值、调制解调以及快速算法等处理的一门学科。数字信号处理具有高精度、高可靠性、可程序控制、可时分复用、便于集成化等优点。其应用领域十分广泛。
实时频谱分析仪中的数字信号处理路径
图 2-3 显示了泰克 RSA 系列中使用的主要数字信号处理模块。来自 RF 输入的频段被转换成模拟 IF 信号，然后进行通带滤波和数字化。然后对采样的数据进行校正，校正信号路径的幅度平坦度、相位线性度和其它不理想特点。某些校正实时进行，其它校正则在信号处理路径较远的下行方向进行。
数字下变频和压缩过程把A/D样点转换成同相(I)和正交(Q)基带信号流，如图 2-4 所示。所需信号的这个 IQ 表示方式是所有 RSA 表示信号的基本形式。然后使用 DSP，执行所有进一步的信号调节和测量。RSA 同时使用实时 DSP 和批处理模式 DSP。
IF 数字转换器
RSA一般会数字化以中间频率(IF)为中心的一个频段。这个频段是可以进行实时分析的最宽的频率范围。在高IF上进行数字转换、而不是在DC或基带上进行数字转换，具有多种信号处理优势(杂散性能、DC 抑制、动态范围等)。选择的采样率应使所需的 IF 带宽落在内奎斯特区域内，如图2-5所示。
采样率必须至少是IF带宽的两倍。如果整个带宽落在0与1/2、1 1/2、2 3/2的采样频率之间，那么可以实现采样，而没有人工信号。IF 滤波器的实际实现方式要求典型的采样率至少是 IF带宽的 2.5 倍。
校正
RSA 幅度平坦度、相位线性和电平精度等指标远远超过构成信号路径模拟RF和IF信号调节部分的元件的性能。泰克 RSA 结合使用工厂校准和内部自行校准，补偿信号路径中的模拟元件变化(温度、容限、老化等等)。
出厂校准
RSA 在输入频率范围内的频响在出厂时测量。采集带宽中心的 RF 行为在某个温度范围内是可以预测的，在仪器老化时变化不大。在出厂测量后，RF 响应存储在校正表中，校正表装在非易失性存储器中。
内部对准
采集带宽中的响应受到构成IF处理路径的混频器、滤波器和放大器组成的影响。这些组件在RSA采集的宽带宽上可能会有细颗粒的幅度和相位波纹。内部对准过程测量相对于中心频率偏置的幅度和相位响应。对准在使用仪器的时间和地点完成，可以手动触发或相对于温度触发。这个响应存储在存储器中。
校正流程
RSA 校正过程把工厂中测量的 RF 响应与内部对准过程中测量的 IF 响应结合在一起，为一套校正滤波器生成FIR系数，补偿输入连接器和ADC之间整个路径的幅度平坦度和相位响应。这些校正滤波器在实时数字硬件中实现，或在基于软件的 DSP 中实现，具体视 RSA 型号而定，并应用到数字化 IQ 流中。
数字下变频器(DDC)
表示通带信号常用的、计算效率高的方式是使用波形的复数基带表示方式。即将射频（高频）或中频信号转换为基带信号。
想象一个高速ADC接收到一个很高频的信号，而我们要用的信号以某种复杂的方式调制在这个高频信号中。假如直接采样，则处理器的采样频率需要和ADC相匹配；但假如先用DDC对信号下变频，则可以大大降低采样率，同时得到有用的信号。所以使用DDC的最终目的是以较少的采样率得到有用的信号。
RSA 使用 Cartesian 复数形式，把时间采样的数据表示为信号的 I(同相)和 Q(正交)基带成分。这使用数字下变频器(DDC)实现，如图 2-3 所示。
一般来说，DDC 包含一个数字振荡器，数字振荡器在关心的中心频段上生成正弦和余弦。正弦和余弦以数字方式乘以数字化 IF，生成 I 和 Q 基带样点流，其中包含原始 IF 中包含的所有信息。DDC 不仅用来把数字化 IF 信号转换成基带信号，还用来在RSA中实现频率微调。
IQ 基带信号
图2-5显示了获得频段、并使用正交下变频把其转换到基带中的过程。在1.5倍采样频率和采样频率之间的空间中包含着原始IF信号。采样在零和1.5倍采样频率之间生成这个信号的像频干扰。然后信号乘以关心的传输频带中心的相干正弦和余弦信号，生成I和Q基带信号。基带信号是实数值，在原点两边对称。正负频率中包含着同样的信息。原始传输频带中包含的所有调制也包含在这两个信号中。每个信号要求的最低采样频率现在是原始频率的一半，然后可以两两压缩。
压缩
内奎斯特定理指出，对基带信号，只需以等于关心的最高频率两倍的速率采样。对通带信号，采样率至少是带宽的两倍。在所需的带宽小于最大值时，可以降低采样率。通过降低采样率或压缩，可以平衡频宽、处理时间、记录长度和存储器使用量。
例如，泰克 RSA6000系列在模数转换器上使用100 MS/s采样率，数字化40 MHz带宽或频宽。I和Q记录DDC之后的结果，这个40MHz频宽滤波和压缩的有效采样率是原始采样率的一半，即50MS/s。样点的总数没有变化：我们得到两个样点集合，每个集合的有效采样率是50MS/s，而不是速率为100MS/s的单集。对更窄的频宽将进一步进行压缩，导致对相同数量的样点得到更长的时间记录。降低有效采样率的缺点是降低了时间分辨率，优点是在时间记录一定时减少了计算工作，降低了存储器使用量。
压缩滤波
在压缩时，必须也遵守内奎斯特要求。如果数据速率下降两倍，那么数字信号的带宽也必须下降两倍。在降低采样率前，必须使用数字滤波器完成这一点，以防止出现假信号。泰克RSA使用多种压缩等级。每种等级都包含一个数字滤波器，然后减少样点数。压缩和滤波的另一个优势是在带宽下降时噪声下降，这种噪声下降通常称为处理增益。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-456747.html
把时域波形转换到频域
频谱分析也称为傅立叶分析，用来把一个输入信号的各种频率成分隔开。典型的频谱分析仪显示画面绘制各个频率成分相对于频率的电平。曲线开始频率和结束频率之差是频宽。在执行重复离散傅立叶变换(DFT)时，如果其执行方式使得信号处理与输入信号保持一致，那么我们把频谱分析称为实时频谱分析，如图2-6所示。
在没有严格满足实时要求时，还可以使用重复傅立叶变换，发现、捕获和分析频域中的偶发瞬态事件。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-456747.html
到了这里，关于实时频谱-2.2数字信号处理的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
