Добрый день! Есть проект в котором необходимо произвести децимацию сигнала вплоть до 16000. Столкнулся с тем что с определенного момента вижу артефакты в сигнале, хочу понять откуда они / их природу и можно ли с этим что-нибудь сделать. Объясню подробнее на упрощенном примере:
Есть необходимость децимировать сигнал с частотой дискретизации 96 МГц в 2^11 раз. Т.е. необходимо 11 фильтров с фактором децимации 2 (для того чтобы можно было посмотреть где начинают появляться артефакты).
Вход - 16 бит, внутренняя разрядность между каскадами - 18, коэффициенты фильтров - 18, выход каскада - 16. Так же производится скалирование между каскадами (усиление сигнала сдвигом к младшим разрядам выхода фильтра при усечении, при этом откидываются дублирующие знаковые биты).
Matlab модель каскада:
df_2_firs.zip ( 1.97 килобайт )
Кол-во скачиваний: 14Спектр входного сигнала (16 бит):
При этом наблюдаю некоторые артефакты / составляющие в сигнале которых не ожидаю на выходе каскада (выход 16 бит)
Под артефактами я имею ввиду этот "лес палок" над шумом. Уровень палок меняется.
Если выход сделать 18 бит, то спектр будет похож на то что ожидаю увидеть:
При этом эти артефакты появляются начиная с 9 фильтра (в 16 битном представлении выхода), выходы фильтров 8 и 9 соответственно:
Так же собрал проект в железе с этими фильтрами на ядрах Xilinx (+ добавил DDС на входе). В качестве округления при переходе между фильтрами каскада использовал округление к ближайшему целому (когда добавляется старший из отбрасываемых разрядов, модель я смотрел и с таким округлением, по сути ничего не меняется).
При подаче мощного сигнала (5 дБм) с генератора, на выходе каскада, подстраиваясь скейлерами получаю следующий сигнал (16 бит):
Т.е. сигнал такой каким я его ожидаю, но если не изменяя скейлеров уйти ниже по мощности (например с 5 дБм на -50 дБм на генераторе):
Правда тут артефакты начинают появляться начиная с 8 фильтра.
При этом этот же сигнал в представлении 18 бит выглядит ожидаемо:
Еще вопрос в том почему здесь палки похоже что стоят на тех же частотах, но не статичны и, судя по всему, перемещаются по частотам?
Структурная схема каскада в железе:
PS: если в модели подавать на вход не зашумленный сигнал, то эти палки будет отлично видно (16-битный выход последнего (11) фильтра в каскаде):
Получается что это спуры от синусоиды, которые частично закрывает шум?
Если смотреть на выход предпоследнего фильтра (10) в 16 битном виде:
Получается что они идут не со входа? Если построить спектр синусоиды (той же частоты что и на входе каскада и с частотой сэмплирования выхода фильтра) без awgn, то получится примерно такая же картина по спурам как и на выходах фильтров:
Код
Fs = 96e+6/2^11;
N = 2^14;
Fc = 15e+3;
t = 0:1/Fs:(N - 1)/Fs;
sig = complex(cos(2*pi*Fc*t), sin(2*pi*Fc*t)).';
% sig = awgn(sig, 65);
sig = sig / max(max(abs(real(sig))), max(abs(imag(sig))));
sig = round(sig * (2^(16 - 1) - 1));
data = sig;
figure(4); periodogram(data, blackmanharris(size(data, 1)), 'centered', 2^(nextpow2(size(data, 1))+1), Fs);
Надеюсь Вы прольете мне свет на этот вопрос.
Спасибо!
Артефакты в сигнале при децимации
Aug 6 2018, 10:50
