freq_xlating_fir_filter
Eines der Block-Tests-Unterverzeichnisse (siehe ../README.md
für die Übersicht). Testet Freq Xlating FIR Filter (Variante ccf:
komplexer Ein-/Ausgang, reelle Taps) — den Block, der Frequenzverschiebung,
Tiefpassfilterung und Dezimierung in einem einzigen, optimierten Schritt
kombiniert (siehe Einsatz im USB-Empfänger).
Testaufbau
test_freq_xlating_fir_filter.py erzeugt ein synthetisches IQ-Signal mit
drei Tönen (1 MHz Abtastrate):
plus komplexes weißes Rauschen. Der Block wird mit center_freq=100 kHz
(verschiebt den Zielton exakt auf 0 Hz), decim=10 (Ausgangsrate
100 kHz) und einem Tiefpass (Grenzfrequenz 40 kHz, Übergangsbreite
10 kHz, Hamming-Fenster) konfiguriert.
Ausführen
python3 test_freq_xlating_fir_filter.py
python3 test_freq_xlating_fir_filter.py
Verifiziert (GNU Radio 3.10.12.0, tatsächlich ausgeführt):
=== Block-Parameter (Freq Xlating FIR Filter, Variante ccf) ===
center_freq (Frequenzverschiebung): +100.0 kHz
decim (Dezimierungsfaktor): 10
Eingangs-Abtastrate: 1.000 MHz
Ausgangs-Abtastrate: 100.0 kHz
Tiefpass-Grenzfrequenz: 40.0 kHz
Uebergangsbreite: 10.0 kHz
Fenster: Hamming
Anzahl Filter-Taps: 241
Gruppenlaufzeit (Taps // 2): 120 Samples bei 1.000 MHz = 120.00 us
relative_rate() (GNU-Radio-intern): 0.1000 (erwartet 1/10 = 0.1000)
Eingangs-Samples: 200000, Ausgangs-Samples: 20000 (erwartet ca. 20000)
=== Messung: Unterdrueckung der Stoerer ===
Zielton vorher (bei 100 kHz): 62.8 dB
Zielton nachher (bei 0 Hz): 63.3 dB
Stoerer 1 vorher (bei -300 kHz): 61.3 dB
(Stoerer liegen nach der Dezimierung ausserhalb des Ausgangsbands - vom Filter samt Alias-Schutz entfernt, siehe PNG.)
=== Block-Parameter (Freq Xlating FIR Filter, Variante ccf) ===
center_freq (Frequenzverschiebung): +100.0 kHz
decim (Dezimierungsfaktor): 10
Eingangs-Abtastrate: 1.000 MHz
Ausgangs-Abtastrate: 100.0 kHz
Tiefpass-Grenzfrequenz: 40.0 kHz
Uebergangsbreite: 10.0 kHz
Fenster: Hamming
Anzahl Filter-Taps: 241
Gruppenlaufzeit (Taps // 2): 120 Samples bei 1.000 MHz = 120.00 us
relative_rate() (GNU-Radio-intern): 0.1000 (erwartet 1/10 = 0.1000)
Eingangs-Samples: 200000, Ausgangs-Samples: 20000 (erwartet ca. 20000)
=== Messung: Unterdrueckung der Stoerer ===
Zielton vorher (bei 100 kHz): 62.8 dB
Zielton nachher (bei 0 Hz): 63.3 dB
Stoerer 1 vorher (bei -300 kHz): 61.3 dB
(Stoerer liegen nach der Dezimierung ausserhalb des Ausgangsbands - vom Filter samt Alias-Schutz entfernt, siehe PNG.)
Einordnung des Ergebnisses
Oben das Eingangsspektrum (drei deutliche Peaks über dem Rauschteppich),
unten das Ausgangsspektrum: Der Zielton sitzt exakt bei 0 Hz, beide
Störer sind komplett verschwunden — sie lägen nach der Verschiebung bei
−400 kHz bzw. +250 kHz, weit außerhalb sowohl des Filterdurchlassbereichs
als auch der Nyquist-Grenze der dezimierten 100-kHz-Ausgangsrate (±50 kHz).
Der Block erledigt Tuning, Anti-Alias-Filterung vor der Dezimierung und die
Dezimierung selbst in einem Durchgang.
Der Rauschteppich im Ausgangsspektrum ist keine flache Linie, sondern steigt zur Mitte hin leicht an ("Huckel"-Form um den 63-dB-Zielton). Das ist kein Filterfehler, sondern spektrales Leckage der Fensterfunktion (Blackman-Harris) bei der FFT-Analyse: Ein derart starker, schmalbandiger Ton hinterlässt auch mit gutem Fenster einen sichtbaren Leckage-"Skirt" in benachbarten Bins. Kontrollmessung ohne Ton (nur Rauschen durch denselben Filter): Rauschteppich flach bei ca. −16 dB im Durchlassbereich, Abfall auf ca. −45 dB im Sperrbereich — der eigentliche Frequenzgang des Filters ist also einwandfrei flach, nur die Analyse-Darstellung neben dem starken Ton täuscht das optisch an.
Was die einzelnen Parameter bedeuten