大话带宽
图1 FMCW雷达信号示意
图1所示为TI mmWave Studio
可视化工具界面Sensor Config
中的经典单音信号参数描述,在这张图中需要重点关注几个指标:Idle Time,ADC Sampling Time,Ramp End Time,Freq Slope
.
在谈上述指标之前,首先,引入下面距离相关的物理量:
最大可探测距离:(R_{max}=frac{ct}{2}=frac{c*IF_{max}}{2s})
距离分辨率:(R_{res}=frac{c}{2B})
在上式中,(t)可以理解为单音信号的能量持续时间,(IF_{max})可以理解为雷达可支持的最大中频带宽,(c)为光速,(s)为发射单音信号的斜率[Freq Slope
],(B)为扫描带宽。
通常,中频信号的最大带宽取决于ADC采样频率(f_{s a m p l i n g}),那这一点和图1中的哪个指标有关系呢?毋庸置疑,(f_{s a m p l i n g})由扫频斜率[Freq Slope
]和ADC Sampling Time
相关,采样时间通常由采样点数和单位采样周期(采样频率的倒数)的乘积所决定,也即:
]
OK,那可能有人就奇怪了,有人拿这个公式去计算中频带宽,为什么明明板子给的指标4G带宽等等却不符合呢?甚至很多论文里都写的是4G带宽,37.5MHZ的ADC
采样率等等!?怎么回事,是我在造假吗?
那我们再来看看和ADC Sampling Time
同时出现,或者说存在集合关系的还有另一个指标,Ramp End Time
,这个指标显然描述了完整单音信号的持续周期,那照理说与它对应应该也存在一种XX带宽(B),并且他的表达式应该形似中频带宽的表达式,如下:
]
那这个带宽(B)和上面的最大中频带宽(IF_{max})到底存在什么关系?事实上,带宽(B)表示的是理论带宽(也即厂家吹嘘的4G,但并不是能真正达到4G,这个就受限于你选择怎样的(s)和({t}_{ramp-end}),而(IF_{max})是实际的有效带宽,是在处理时真实消耗的带宽,那这个有效带宽能不能逼近理论带宽呢?当然是可以的,通过调整(f_{sampling})和(N_{ADC})是可以逼近的。
讲到这里,还要注意一点的就是,ADC
中频带宽存在冗余,其中的真实采样率满足下面的关系:
]
实模式和complex2x
模式下需对上式需要除以2,complex1x
模式则不需要。最大可检测距离受限于中频带宽,而中频带宽取决于ADC
采样率(f_{sample}),在complex1x模式中中频带宽为(0.9*f_{sample}),在complex2x
模式中中中频带宽为(0.9*f_{sample}/2), ADC
采样率(f_{sample})的板子约束为37.5MHZ【TI手册上声明,但实际测试时可以实现50MHZ】,对应需要修改和调整的是RAMP TIME
,RAMP TIME,ADC START TIME
这部分时间决定了实际可以进行ADC
有效采样的时间,对应决定了ADC
采样点数。
OK,到这里还剩下一个指标Idle Time没讲,为什么要设置这个指标呢?一点,保证硬件的稳定工作;另一点,抗干扰。
结合TI手册,可以知道AWR1243
实采样最大采样速率37.5MHz complex1x:
最大ADC采样速率37.5/2MHZ,complex2x:
37.5MHz。complex2x
和real
的最大采样率是complex1x
的两倍。
下面我们给出了一些手推和演示图,可以结合图片进行对比分析。
图2 手推证明
图3 实例演示1
图4 实例演示2
图5 实例演示3
图6 实例演示4
参考文献
[1]AWR1642 ES1.0 初探
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