Wideband-Spectrum mit Funcube Dongle für GnuRadio

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3 Funktionsweise der Prozedur erlaubt einen Plot der Frequenzen von 144-146 MHz. 2.3 Aufrufparameter zusätzliche Aufrufparameter werden bei Bedarf zusätzlich zu den beiden Frequenzgrenzen angegeben: args beschreibt die Hardwareadresse des genutzten FunCube Dongle als Soundkartenadresse des Systems samp_rate ist beim FCD auf 96 kSample/s vorgegeben gain Stellt die Verstärkung des Low Noise Ampliers (LNA) Vorverstärkers ein (in dB) tune-delay Verzögerungszeit nach Einstellen der neuen Frequenz beim Durchlaufen des gewählten Frequenzbereichs dwell-delay Verweilzeit auf der jeweiligen eingestellten Mittenfrequenz; dient dazu, die in den Puern noch bendlichen Abtastwerte der letzten Frequenzeinstellung für die neue Frequenz ausreichend sicher zu ersetzen. t-size gibt vor, mit wie vielen FFT-Bins (Frequenzpunkte) die Frequenztransformation vorgenommen wird. Diese Zahl ist vorher als zeitliche Abstastpunkte vom FCD mit 96 kSample/s zu liefern. show-disp Zeigt während der Messung die gerade gemessene Mittenfrequenz sowie Mittel- und Maximalwert zusätzlich auf StandardOUT an. num-tests gibt die Zahl der Wiederholungen von gesamten Durchläufen durch das gewählte Frequenzband an 3 Funktionsweise der Prozedur Für einen zu untersuchenden Frequenzbereich von min_freq bis max_freq wird dieser in kleinen Schritten durchlaufen. Die Schrittweite ∆f step beträgt ∆f step = 3 4 f samp_rate = 3 96 kHz = 72 kHz (1) 4 Sie führt zur Überlappung der einzelnen Messabschnitte. Mit einer Samplerate von 96 kHz wird die Frequenz für jede Messung um 72 kHz versetzt. Es werden im einzelnen nun t_len = 256 Abastwerte mit einer Abtastrate von 96 kHz aufgenommen und in den Frequenzbereich transformiert. Vor dieser Fouriertransformation wird ein Blackman-Harris-Fenster auf die zeitliche Messung angewendet, um somit ein möglichst fehlerfreies Signal im Frequenzbereich zu erhalten und Fehler durch eine Rechteckfensterung zu verringern. Es enstehen nach der Transformation 256 Frequenzpunkte - sogenannte Bins. Diese haben einen Frequenzabstand ∆f bin = f samp_rate fft len = 96 kHz 256 = 375 Hz (2) und beinhalten nun die Signalleistung in diesem Frequenzband von ∆f bin Breite. Aus dem errechneten Spektrum mit 256 Werten wird der Mittelwert des Betrages und das Maximum aller FFT-Bins als logarithmischer Wert ermittelt. Bezugsgröÿe (0 dB) ist ein Sinussignal mit voller Aussteuerung nach Behandlung mit der Fensterfunktion. Es wird die Leistung dargestellt. Die Werte werden mit dem mittelsten Wert des aktuell gerade gemessenen Frequenzbandes von 96 kHz in eine Zeile geschrieben. (3 aufeinander folgende Zeilen hier dargestellt) 2
3 Funktionsweise der Prozedur # Frequenz/Hz Mittelwert /dB Maximalwert/dB 85108000.0 −61.0323811229 −52.6974319553 85180000.0 −60.5301315731 −51.3511142129 85252000.0 −60.6840445172 −52.3867772847 Nach dem vollständigen Durchlauf von der kleinsten bis zur gröÿten Frequenz werden alle Messwerte, die während der Messung in die Datei fcd-measure-power.dat geschrieben worden sind auf die Datei fcd-measure-plot.dat umkopiert. Damit wird es möglich, schon während der nächsten Messung dieser neue Datei zu plotten. Das geschieht mittels Gnuplot und dem Skript plot-wideband-spectrum.gp. (Wenn wir die Messdatei noch weiter auswerten wollen, ist jetzt Zeit, diese Datei zu kopieren oder umzubenennen). Die Prozedur ist der im Gnuradio verfügbaren Prozedur usrp_spectrum_sense.py ähnlich. Die Funktionsweise dieser Prozedur ist in dem Beitrag [1] weiter beschrieben. An dieser Stelle soll auf die Parameter für Gnuplot nicht weiter eingegangen sondern auf die Programmhilfe zu Gnuplot verwiesen werden. Mit den gewählten Parametern entsteht ein Plot, der die Messpunkte mit Linien verbindet. Insbesondere bei einer hohen Anzahl von Messpunkten (mehr als 300) kann ein solcher Übergang von einer Darstellung mit Punkten und den verbindenden Linien hin zu einer Darstellung mit verbindenden Linien ohne explizit ausgezeichnete Messpunkte die Darstellung verbessern. Abbildung 1: Beispiel für einen Plot der Mittelwerte von 66 bis 122 MHz in Bremen Das Bild 1 zeigt einen Frequenzausschnitt der Mittelwerte im Frequenzbereich zwischen 66 und 122 MHz. dabei wurde eine Innenantenne mit einem Draht von 30 cm Länge (nicht resonant im dargestellten Frequenzbereich) in Bremen verwendet. Deutlich sichtbar sind gröÿere Amplituden auf den Frequenzen der lokalen UKW-Stationen, aber auch im Bereich von 115 bis 122 MHz Teile des lokalen Flugfunks (bei relativ geringem Abstand des Messortes zum Flughafen). Durch Änderung der Parameter im Plot-Skript kann Mittelwert und Maximum gemeinsam dargestellt werden. Der deutlich unterschiedliche Amplitudenwert von Mittelwert und Maximum (zwischen 10 und 20 dB) im Frequenzbereich von 88-108 MHz entsteht durch die Modulation der in diesem Frequenzbereich bendlichen Sender sowie dadurch, dass bei einer Samplerate von 96 kHz das 3
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Seite 5 und 6: 4 Listings Abbildung 3: Frequenzgan

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