Spectrum Estimator
Оцените спектр плотности энергии или спектр мощности
Библиотека
Оценка / Оценка Спектра мощности
dspspect3
Описание
Блок Spectrum Estimator выводит спектр мощности или спектр плотности энергии действительного или комплексного входного сигнала, с помощью валлийского метода усредненных модифицированных периодограмм и подхода набора фильтров.
Когда вы выбираете подход набора фильтров, блок использует аналитический набор фильтров, чтобы оценить спектр мощности. Подход набора фильтров производит спектральную оценку с более высоким разрешением, более точный уровень шума и другие точный peaks, чем валлийский метод, с низким или никакой спектральной утечкой. Они прибывают за счет увеличенного расчета и более медленного отслеживания.
Когда вы выбираете валлийский метод, блок вычисляет усредненные модифицированные периодограммы, чтобы вычислить спектральную оценку. Буфера блоков входные данные в перекрывающиеся сегменты. Используйте параметры блоков, чтобы установить длину сегментов данных, перекрытия объема данных между последовательными сегментами и других функций спектра мощности.
Для получения дополнительной информации о валлийском методе и методе набора фильтров, см. Алгоритмы.
Каждый столбец входного сигнала обработан как отдельный канал. Если вход является двумерным сигналом, первая размерность представляет длину канала (или формат кадра), и второе измерение представляет количество каналов. Если вход является одномерным сигналом, то он интерпретирован как один канал.
Параметры
Основная вкладка
- Method
Задайте спектральный метод оценки.
Filter bank(значение по умолчанию) — Аналитический набор фильтров разделяет широкополосный входной сигнал в несколько узких поддиапазонов. Блок вычисляет степень в каждом узком диапазоне частот, и вычисленное значение является спектральной оценкой по соответствующему диапазону частот.Welch— Блок использует валлийский усредненный модифицированный метод периодограмм, чтобы вычислить спектр мощности по узким поддиапазонам.
- Number of taps per band
Задайте количество коэффициентов фильтра или касания, для каждого диапазона частот. Это значение соответствует количеству коэффициентов фильтра на многофазную ветвь. Общее количество коэффициентов фильтра равно временам Number of taps per band длина БПФ.
Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Method на
Filter bank. Значение по умолчанию равняется 12.- Spectrum type
Тип спектра, чтобы вычислить. Можно установить этот параметр на:
Power(значение по умолчанию) — Вычисляет спектр мощности.Power density— Вычислите степень спектральная плотность.
Этот параметр является ненастраиваемым.
- Frequency resolution method
Метод разрешения частоты. Можно установить этот параметр на:
Auto(значение по умолчанию) — Блок Spectrum Estimator вычисляет пропускную способность разрешения (RBW) так, чтобы промежуток частоты соответствовал 1024 интервалам RBW.Валлийский метод — длина окна, winLen, вычисляется с помощью
. NENBW является эквивалентной шумовой полосой окна, и Fs является частотой дискретизации.Метод набора фильтров — длина БПФ является потолком отношения Sample rate (Hz) к вычисленной пропускной способности разрешения.
RBW— Задайте пропускную способность разрешения, которая используется, чтобы определить длину окна (валлийский метод) или длину БПФ (метод набора фильтров). Когда блок использует валлийский метод, поведение эквивалентно тому из блока Spectrum Analyzer. Длина окна вычисляется с помощью. NENBW является эквивалентной шумовой полосой окна, и Fs является частотой дискретизации. Длина БПФ равна потолку отношения Sample rate (Hz) к RBW (Hz).Window length— Задайте окно или длину сегмента, чтобы использовать в валлийском алгоритме. Эта опция появляется, когда вы устанавливаете Method наWelch.Number of frequency bands— Задайте количество многофазных ветвей аналитического набора фильтров. Это значение соответствует длине БПФ, которую использует набор фильтров. Эта опция появляется, когда вы устанавливаете Method наFilter bank.
Этот параметр является ненастраиваемым.
- RBW (Hz)
Пропускная способность разрешения, заданная как положительная скалярная величина в Гц. Значением по умолчанию является
5. Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Frequency resolution method наRBW. Потолок отношения промежутка частоты к RBW должен быть больше2.Этот параметр является ненастраиваемым.
- Number of bands source
Источник количества диапазонов частот. Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Method на
Filter bankи Frequency resolution method кNumber of frequency bands. Можно установить этот параметр на:Same as input frame length(значение по умолчанию) — Длина БПФ установлена в формат кадра входа.Specify on dialog— Длина БПФ является значением, которое вы задаете в Number of bands.
Этот параметр является ненастраиваемым.
- Number of bands
Количество диапазонов частот или длина БПФ набор фильтров используется для расчета степени спектральная оценка, заданная как положительная скалярная величина. Значением по умолчанию является
1024. Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Method наFilter bank, Frequency resolution method кNumber of frequency bands, и Number of bands source кSpecify on dialog. Этот параметр является ненастраиваемым.- Window length source
Источник значения длины окна. Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Method на
Welchи Frequency resolution method кWindow length. Можно установить этот параметр на:Same as input frame length(значение по умолчанию) — Длина окна установлена в формат кадра входа. Задайте эту опцию, чтобы получить поведение, эквивалентное тому из блока Periodogram.Specify on dialog— Длина окна является значением, которое вы задаете в параметре Window length.
Этот параметр является ненастраиваемым.
- Window length
Длина окна использовалась для расчета оценки спектра, заданной как положительный целочисленный скаляр, больше, чем
2. Значением по умолчанию является1024. Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Method наWelch, Frequency resolution method кWindow length, и Window length source кSpecify on dialog. Этот параметр является ненастраиваемым.- FFT length source
Источник значения длины БПФ. Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Method на
Welchи Frequency resolution method кWindow length. Можно установить этот параметр на:Auto(значение по умолчанию) — Блок устанавливает длину БПФ на формат кадра входа.Property— Блок устанавливает длину БПФ на значение, которое вы задаете в FFT length.
Этот параметр является ненастраиваемым.
- FFT length
Длина БПФ использовалась для расчета оценок спектра, заданных как положительный целочисленный скаляр. Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Method на
Welch, Frequency resolution method кWindow length, и FFT length source кProperty. Значением по умолчанию является1024. Этот параметр является ненастраиваемым.- Inherit sample rate from input
Когда вы устанавливаете этот флажок, частота дискретизации блока вычисляется как N/Ts, где N является форматом кадра входного сигнала, и Ts является шагом расчета входного сигнала.
Этот флажок применяется, когда вы выполняете одно из следующих действий:
Установите Method на
Welchи Frequency resolution method кWindow length.Установите Method на
Filter bankи Frequency resolution method кNumber of frequency bands.
Когда вы снимаете этот флажок, частота дискретизации блока является значением, которое вы задаете в Sample rate (Hz). По умолчанию этот флажок устанавливается. Этот параметр является ненастраиваемым.
- Sample rate (Hz)
Частота дискретизации входного сигнала, заданного как положительная скалярная величина. Значением по умолчанию является
44100. Этот параметр применяется, когда вы выполняете одно из следующих действий:Установите Frequency resolution method на
AutoилиRBW.Установите Method на
Welch, Frequency resolution method кWindow length, и снимите флажок Inherit sample rate from input.Установите Method на
Filter bank, Frequency resolution method кNumber of frequency bands, и снимите флажок Inherit sample rate from input.
Этот параметр является ненастраиваемым.
- Window function
Функция окна валлийское использование алгоритма, заданное как один из
Chebyshev|Flat Top|Hamming|Hann|Kaiser|Rectangular. Этот параметр появляется, когда вы устанавливаете Method наWelch. Значением по умолчанию являетсяHann. Этот параметр является ненастраиваемым.- Sidelobe attenuation of window (dB)
Затухание бокового лепестка окна, заданного как действительная положительная скалярная величина, больше, чем или равный
45, в дБ. Значением по умолчанию является60. Этот параметр появляется, когда вы устанавливаете Method наWelchи Window function кChebyshevилиKaiser. Этот параметр является ненастраиваемым.- Averaging method
Задайте метод усреднения как
RunningилиExponential. В рабочем методе усреднения блок вычисляет одинаково взвешенное среднее конкретного количества оценок спектра, заданных параметром Number of spectral averages. В экспоненциальном методе блок вычисляет среднее значение по выборкам, взвешенным экспоненциально фактором упущения затухания.- Number of spectral averages
Количество спектральных средних значений, заданных как положительный целочисленный скаляр. Значением по умолчанию является
1. Средство оценки спектра вычисляет текущую оценку спектра мощности путем усреднения последних оценок спектра мощности N, где N является количеством спектральных средних значений, заданных в Number of spectral averages. Этот параметр является ненастраиваемым.Этот параметр применяется, когда Averaging method установлен в
Running.- Specify forgetting factor from input port
Установите этот флажок, чтобы задать фактор упущения от входного порта. Когда вы не устанавливаете этот флажок, фактор упущения задан через параметр Forgetting factor.
Этот параметр применяется, когда Averaging method установлен в
Exponential.- Forgetting factor
Задайте экспоненциальный фактор упущения взвешивания как скалярное значение, больше, чем нуль и меньшее, чем или равный одному. Значением по умолчанию является
0.9.Этот параметр применяется, когда вы устанавливаете Averaging method на
Exponentialи очистите параметр Specify forgetting factor from input port.
Вкладка "Дополнительно"
- Window overlap (%)
Процент перекрытия между последовательными окнами данных, заданными как скаляр от
0и100Значение по умолчанию 0. Чтобы включить этот параметр, на Main Tab, устанавливают Method наWelch. Этот параметр является ненастраиваемым.- Reference load (ohms)
Загрузка, используемая в качестве ссылки, чтобы вычислить значения степени, заданные как действительная положительная скалярная величина, выраженная в Омах. Значением по умолчанию является
1. Этот параметр является ненастраиваемым.- Frequency range
Частотный диапазон средства оценки спектра. Можно установить этот параметр на:
One-sided— Средство оценки спектра вычисляет односторонний спектр действительного входного сигнала. Когда длина БПФ,NFFT, даже, оценка спектра имеет длину (NFFT/2) + 1и вычисляется по частотному диапазону[0 SampleRate/2].SampleRateчастота дискретизации входного сигнала. КогдаNFFTнечетно, оценка спектра имеет длину (NFFT+ 1)/2и вычисляется по частотному диапазону [0 SampleRate/2).Two-sided— Средство оценки спектра вычисляет двухсторонний спектр комплексного или действительного входного сигнала. Длина оценки спектра равна длине БПФ. Оценка спектра вычисляется по частотному диапазону [0 SampleRate), гдеSampleRateчастота дискретизации входного сигнала.Centered(значение по умолчанию) — Средство оценки спектра вычисляет двухсторонний спектр в центре комплексного или действительного входного сигнала. Длина оценки спектра равна длине БПФ. Оценка спектра вычисляется по частотному диапазону (-SampleRate/2 SampleRate/2] когда длина БПФ даже и(-SampleRate/2 SampleRate/2)когда длина БПФ нечетна.
Этот параметр является ненастраиваемым.
- Power units
Модули раньше измеряли степень. Можно установить этот параметр на:
'Watts'(значение по умолчанию) — Средство оценки спектра измеряет мощность в ваттах.'dBw'— Средство оценки спектра измеряет степень в децибелах-ваттах.'dBm'— Средство оценки спектра измеряет степень в милливаттах децибела.
Этот параметр является ненастраиваемым.
- Output max-hold spectrum
Когда вы устанавливаете этот флажок, блок вычисляет макс. - содержат спектр входного сигнала путем хранения, в каждом интервале частоты, максимальном значении всех оценок спектра мощности. По умолчанию этот флажок не устанавливается. Этот параметр является ненастраиваемым.
- Output min-hold spectrum
Когда вы устанавливаете этот флажок, блок вычисляет спектр хранения min входного сигнала путем хранения, в каждом интервале частоты, минимальном значении всех оценок спектра мощности. По умолчанию этот флажок не устанавливается. Этот параметр является ненастраиваемым.
- Output frequency vector
Когда вы устанавливаете этот флажок, блок выводит вектор частоты. По умолчанию этот флажок не устанавливается. Этот параметр является ненастраиваемым.
- Output effective RBW
Когда вы устанавливаете этот флажок, блок вычисляет эффективную пропускную способность разрешения. По умолчанию этот флажок не устанавливается. Этот параметр является ненастраиваемым.
- Simulate using
Тип симуляции, чтобы запуститься. Можно установить этот параметр на:
Code generation(значение по умолчанию) — Модель Simulate с помощью сгенерированного кода C. В первый раз, когда вы запускаете симуляцию, Simulink® генерирует код С для блока. Код С снова используется для последующих симуляций, пока модель не изменяется. Эта опция требует дополнительного времени запуска, но обеспечивает более быструю скорость симуляции, чемInterpreted execution.Interpreted execution— Симулируйте модель с помощью интерпретатора MATLAB®. Эта опция сокращает время запуска, но имеет более медленную скорость симуляции, чемCode generation.
Пример
Оцените Степень спектральную плотность (PSD) сигнала щебета использование блока Spectrum Estimator. Сравните данные PSD с Bluetooth® спектральная маска и определите, выполняют ли данные PSD маску.
Чтобы просмотреть полную модель, введите ex_psd_spectralmask в командной строке MATLAB.
Входной сигнал
Вход с блоком Spectrum Estimator является сигналом щебета, встроенным в Гауссов шум с нулевым средним значением и отклонением 0.01. Сигнал щебета усилен с усилением, включают область значений [0 1].
Спектральная маска
Спектральная маска создается с помощью блока MATLAB Function. Маска основана на стандарте Bluetooth, описанном в [5].
Живая обработка
Блок Spectrum Estimator оценивает PSD щебета. В этом примере данные PSD по сравнению со спектральной маской. Блок Display показывает 1 или 0В зависимости от того, являются ли спектральные данные в маске или нет. В процессе моделирования можно изменить степень во входном сигнале путем перемещения ползунка в блок Slider Gain. Одновременно, можно просмотреть это изменение в блоке Array Plot.
Поддерживаемые типы данных
| Порт | Поддерживаемые типы данных |
|---|---|
Входной параметр |
|
Вывод |
|
Алгоритмы
Набор фильтров
Средство оценки спектра использует аналитический набор фильтров, чтобы оценить спектр мощности. Количество касаний на диапазон частот задает количество коэффициентов фильтра для каждого диапазона частот набора фильтров. Общее количество коэффициентов фильтра равно количеству касаний во времена полосы длина БПФ.
Основанное на наборе фильтров средство оценки спектра разделяет широкополосный входной сигнал, x(n), в несколько узких полос и вычисляет степень в каждой полосе. Каждое значение становится оценкой степени по тому узкому диапазону частот. Степень во всех узких полосах усреднена одним из двух методов скользящего среднего значения: Выполнение или Экспоненциальное взвешивание. Выход операции усреднения формирует спектральный оценочный вектор. Для получения дополнительной информации на этих двух методах усреднения, смотрите Метод усреднения.
Для получения дополнительной информации об аналитическом наборе фильтров и как это реализовано, смотрите Больше Об и разделы Алгоритма в dsp.Channelizer.
Метод усреднения
Скользящее среднее значение вычисляется с помощью одного из двух методов:
Running— Для каждой системы координат входа насчитайте масштабируемые векторы Z последнего N, которые вычисляются алгоритмом. Переменная N является значением, которое вы задаете для количества спектральных средних значений. Если алгоритм не имеет достаточного количества векторов Z, алгоритм использует нули, чтобы заполнить пустые элементы.
Exponential— Скользящее среднее значение с помощью экспоненциального метода взвешивания вычисляется по текущему вектору Z и предыдущему вектору Z. Для получения дополнительной информации на расчете, см. Экспоненциальный Метод Взвешивания вdsp.MovingAverageобъект.
Ссылки
[1] Hayes, Монсон Х. Статистическая цифровая обработка сигналов и моделирование. Хобокен, NJ: John Wiley & Sons, 1996.
[2] Кей, Стивен М. Современная спектральная оценка: теория и приложение. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1999.
[3] Stoica, Петр и Рэндольф Л. Моисей. Спектральный анализ сигналов. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2005.
[4] Валлийский язык, P. D. “Использование Быстрого преобразования Фурье для Оценки Спектров мощности: Метод На основе Усреднения во времени По Коротким, Модифицированным Периодограммам”. Транзакции IEEE на Аудио и Электроакустике. Издание 15, № 2, июнь 1967, стр 70–73.
[5] Версия 4.2 Спецификации Bluetooth. SIG Bluetooth. Декабрь 2014, p. 217. Спецификация Системы Bluetooth