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Topic: Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX) (Read 1662 times)
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DD4WH
positron
alter Hase
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Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX)
« on: 07. February 2017, 11:46:42 »
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Hallo mcHF-Fans!
der mcHF basiert auf der Auswertung der durch die hardware produzierten I & Q - Signale, die idealerweise exakt gleiche Amplitude und exakt 90 Grad Phasenverschiebung haben sollten.
Haben sie aber nicht! (weil die hardware-Bauteile nicht perfekt sind). Das führt zu begrenzter mirror rejection, also Spiegelfrequenzunterdrückung, die ohne jegliche Korrektur so bei 35-40dB liegt.
Wir können aber in Software die Phase und Amplitude der IQ-Signale korrigieren. Dazu gibt es nun im mcHF neben der bekannten (und beliebten ;-)) händischen Korrektur im Config Menü die Möglichkeit der automatischen IQ-Korrektur.
Config Menü:
5. Seite: "RX IQ AUTO CORRECTION"
Wenn man die auf "ON" stellt, dann korrigiert der mcHF automatisch in Echtzeit die Amplitude und Phase der IQ-Signale.[die manuellen Einstellungen RX IQ Balance und RX IQ Phase werden dabei ignoriert]
Wie das funktioniert, wird in diesem paper erklärt:
Moseley, N.A. & C.H. Slump (2006): A low-complexity feed-forward I/Q imbalance compensation algorithm. in 17th Annual Workshop on Circuits, Nov. 2006, pp. 158–164. http://doc.utwente.nl/66726/1/moseley.pdf
Dort sind auch sehr schöne Abb. enthalten zur mirror rejection usw. Im paper wird behauptet, der Algorithmus könnte bis zu 65dB mirror rejection erreichen. Das bezweifle ich ein wenig, aber ich lasse mich mit guten Messergebnissen relativ schnell überzeugen ;-).
Fertig! Viel Spaß beim Testen!
Die meisten werden bei der Umstellung gar nichts feststellen, außer dass die Last des Prozessors ein klein wenig hochgeht. Wenn man die Effekte der automatischen Korrektur drastisch feststellen möchte, kann man folgendermaßen vorgehen:
NUR ZUM TESTEN, NICHT ERFORDERLICH FÜR DIE AUTOMATISCHE KORREKTUR:
[Achtung, man verstellt dabei wichtige und schwierig zu ermittelnde Werte !]
1. RX/TX Freq Translate auf RX +12kHz
2. Suchen eines starken Rundfunksenders: Frequenz F
3. Einstellen des mcHF auf F minus 24kHz
4. grobes Verstellen der manuellen IQ-Korrekturwerte auf extreme Werte: RX IQ Balance & RX IQ Phase
5. Nun sieht man (und evtl. hört man auch) die Spiegelfrequenz sehr gut 24kHz unter der Sendefrequenz des Senders
6. Einstellen im Config Menü: RX IQ AUTO CORRECTION auf ON
7. Die Spiegelfrequenz sollte jetzt völlig frei sein und keine Audio mehr zu hören von dem eigentlichen Sender, der 24kHz höher sendet.
Obige Prozedur ist nur für die ganz Neugierigen zur Demonstration. Der mcHF-Nutzer schaltet einfach RX IQ AUTO CORRECTION auf ON und die IQ phase und amplitude ist für immer gut eingestellt, AUCH wenn man die Hardware modifiziert, weil ständig in Echtzeit nachgeregelt wird! Nachteil: ständig eine kleine Prozessorlast.
Automatische IQ Korrektur für TX ist aus prinzipiellen Gründen NICHT möglich. Wer anderslautende Ideen/Infos hat, nur her damit ;-).
Viel Spaß mit dem mcHF!
73 de Frank DD4WH
P.S.: Vielen Dank, Danilo und Andreas für Eure Hilfe!
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| « Last Edit: 07. February 2017, 11:51:22 by DD4WH » |
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DD4WH
positron
alter Hase
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Re:Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX)
« Reply #2 on: 07. February 2017, 13:27:53 »
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Weiteres feature:
das twinpeaks-Syndrom kann nun von der Software automatisch identifiziert werden und darauf hin wird ein Codec Reset durchgeführt. --> ist nur aktiviert, wenn auch IQ AUTO CORRECTION aktiviert ist (erstmal fürs Testen, wenn es zuverlässig funktioniert, werde ich es dauerhaft aktivieren)
Das twinpeak-Syndrom sollte also ab heute Geschichte sein ;-).
Führt dazu, dass kurz nach dem Einschalten manchmal ein kurzes Flackern des spectrum auf dem display und ein kurzes leises Pipp in der Audio zu hören ist.
Danach sollte aber alles gut sein.
Bitte ausgiebig beobachten (von Testen kann man in diesem Fall nicht reden ;-)).
73 de Frank
P.S.: Vielen Dank, Danilo, für die initiale Idee hierzu (ist schon etwas länger her ;-)) und auch Dank an Andreas für die Hilfe bei der Implementierung.
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| « Last Edit: 07. February 2017, 13:31:14 by DD4WH » |
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Michael_K
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Re:Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX)
« Reply #3 on: 07. February 2017, 14:13:13 »
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Hallo,
wunderbare Sache.
Danke an alle Beteiligten
Zuwachs Prozessorlast 2%; also minimal wie Andreas schon geschrieben hat
vy 73 aus Erfurt
Michael_K
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DL8EBD
positron
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Re:Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX)
« Reply #4 on: 07. February 2017, 15:52:08 »
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auch aus JO31KK meinen besten Dank 
Läuft prima bei +2% Prozessorlast....
Wirklich super was ihr da in den letzten Wochen an neuen Features eingebaut habt.
Der mcHF läuft besser den je.
Ich bin begeistert!!!
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bitte keine technische Fragen oder Diskussionen via PN, dafür ist das Forum da.
vy73
Thomas
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hb9ewy
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Re:Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX)
« Reply #5 on: 07. February 2017, 18:36:31 »
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Frank,
das ist ein grossartiges Feature, es verbessert auch die Nachbausicherheit, ganz herzlichen Dank dafür.
Am Wochenende hatte ich die Beschreibung eines (ähnlichen/des selben?) Verfahrens zum automatischen IQ Abgleich gefunden und wollte es im Forum als Anregung posten - zu spät :-)
Der Artikel: https://www.tapr.org/pdf/DCC2007-SDR_ImageBalancing-N4HY.pdf
vy 73 de Yves
hb9ewy
P.S. Nachgemessen: die -65 dB werden bei mir erreicht.
Signal auf der Spiegelfrequenz mit -73 dBm wird unhörbar bei einem MDS von etwas besser als -130dBm @ 1.4 kHz BW, bei -63 dBm kaum hörbar.
Bei stärkeren Pegeln funktioniert die Unterdrückung der Spiegelfrequenz auch noch sehr gut, die Unterdrückung schwankt leicht was das Signal etwas subjektiv "auffälliger" macht.
Von Hand gehts nicht wirklich besser, vor allen Dingen ist die manuelle Einstellung stark Pegel- und Frequenzabhängig.
Nachteile bei schwachen Signalen könne ich nicht feststellen.
Ach ja, bei IF offset +6kHz getestet.
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| « Last Edit: 07. February 2017, 19:24:08 by hb9ewy » |
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DD4WH
positron
alter Hase
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Re:Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX)
« Reply #6 on: 07. February 2017, 19:49:22 »
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| Nachgemessen: die -65 dB werden bei mir erreicht. |
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Na, da bin aber wirklich platt! Das hätte ich wirklich nicht erwartet! Ich hatte die automatische IQ correction eigentlich eher als eine Art technische Spielerei gesehen, die den etwas fauleren mcHF-Benutzern hilft ;-). Dann gibt es wirklich kaum noch einen Grund, die manuelle Korrektur zu machen, das freut mich! (Dann hat man umso mehr Zeit und Muße, die IQ-Korrektur für TX zu machen!)
Vielen Dank für das paper, das kannte ich noch nicht! Lustigerweise hatte ich das erste Mal im Internet die automatische IQ correction genau von dem Autor erwähnt gesehen, aber die Erläuterung seines Verfahrens nicht gefunden!
Inhaltlich ist das paper für den mcHF unpassend, denn die Korrektur findet in der frequency domain statt und verwendet sehr große FFTs, die auf dem mcHF nur sehr langsam -wenn überhaupt- laufen würden. Aber für meinen Teensy SDR, der einen großen Teil der Audio-Verarbeitung in der frequency domain macht, wäre das eine Alternative, muss da mal tiefer einsteigen.
Die jetzt verwendete Methode im mcHF arbeitet in der time domain und funktioniert mit erstaunlich wenig Rechen-Aufwand. Bei der Recherche zu dem Thema war ich sehr erstaunt, wie viele verschiedene Verfahren es dazu gibt, man kann ohne Weiteres an einem Abend > 30 papers dazu finden mit vielen verschiedenen Ansätzen. Liegt daran, dass alle WLANs etc. offensichtlich nach dem IQ-SDR-Prinzip arbeiten . . .
Vielleicht experimentiere ich noch etwas mit dem lowpass-Filter, könnte sein, dass bei einer längeren Zeitkonstante die Schwankungen, die Du erwähnst, weniger werden.
EDIT: lowpass-Filter-Konstante ist jetzt länger eingestellt, scheint ein wenig das Schwanken zu dämpfen, aber die verbleibenden mirror-Signale sind so klein, dass ich das hier nicht richtig beurteilen mag . . .
73 de Frank
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| « Last Edit: 07. February 2017, 23:13:22 by DD4WH » |
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Michael_K
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Re:Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX)
« Reply #7 on: 08. February 2017, 17:32:54 »
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Guten Abend,
nur 'ne kurze Frage:
die letzte daily von heute läuft mit 50% Prozessorlast?
va 73 aus Erfurt
Michael_K
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Michael_K
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Re:Automatische I & Q imbalance correction (nur für RX)
« Reply #9 on: 08. February 2017, 17:38:14 »
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Danke Andreas,
trotz 3.2"-Display, brauche offensichtlich doch ne "Sehhilfe".
DSP war noch an
73 Michael_K
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