使用WSA-408仪器捕获IQ数据

引言

麒博拓力的WSA-408产品是捕获大块高质量连续IQ数据流的绝佳工具。IQ数据流来自本机仪器级的16位双通道ADC，采样率Fs为2^k * 125 MHz，其中k = 0,1,...,7。具体速率取决于所选的跨度（带宽）。

捕获的IQ数据首先以专有但非常高效的二进制数据格式保存，该格式不仅包含原始ADC数据，还包含后分析IQ数据所需的所有必要硬件信息。此类专有数据存储在扩展名为“.iqr”的文件中。示例文件名如“IQraw20260416153505.iqr”，其中数字字符串代表时间戳（年-月-日-小时-分钟-秒）。此“.iqr”文件可以使用Sage Instruments提供的免费PC应用软件解码，也可以使用WSA GUI软件内置的解码实用程序解码。无论哪种方式，从一个“.iqr”文件解码后，您将得到两个文件，例如“IQhdr20260416153505.txt”和“IQraw20260416153505.dat”。“.txt”文件包含描述IQ数据流的可读头部信息，“.dat”文件包含实际的1mW归一化32位浮点IQ交错数据流。它是1mW归一化的，意味着IQ流中幅度1.0代表1 mW（0 dBm）；幅度0.1代表-20 dBm，依此类推。一旦您通过本文档末尾的具体文件示例深入了解，所有这些细节都会变得清晰。

IQ捕获不需要锁定GPS，但是，如果WSA-408锁定到GPS，则捕获的IQ数据将包含精确的GPS位置信息（纬度、经度、海拔）、UTC时间戳以及来自GPS接收器的1PPS（每秒一个脉冲）的精确时间偏移（第一个数据样本）。精确的时间偏移（和时间戳）可用于对齐从不同WSA仪器捕获的IQ数据，以用于潜在的TDOA类型应用。为简单起见，这里我们假设不需要启用GPS锁定。GPS锁定启用程序在另一份文档中描述。

PC解码实用程序软件在另一份文档中描述。这里我们假设用户将使用内置的解码实用程序，这在WSA-408上使用更方便。

虽然可以在许多不同的测试下执行IQ数据捕获，但最好在BDPX（块数字磷光显示）测试下进行，您可以在其中选择精确的时间块长度和跨度（带宽，以MHz为单位）。

‌步骤1，进入BDPX（块DPX）模式。‌ 开机后，WSA-408/308将运行默认的实时频谱分析测试，如图1所示。
通过按下此按钮输入以MHz为单位的数字，或直接在显示区域向左或向右滑动来调整中心频率至您应用感兴趣的频率。
然后按下此MODE按钮选择BDPX测试。

图1，首次开机后WSA-408/308上的默认频谱分析仪功能。按下图1中的MODE按钮后，您将看到如图2所示的功能选择。

                                                                 图2，菜单选择。
一旦进入“BDPX”测试（如图3所示），将“跨度”调整为您感兴趣的带宽，例如“20 MHz”，并将块长度调整为例如2000毫秒。

                     图3，块DPX测试，您可以在其中指定确切的跨度和块长度，然后开始IQ捕获。

选择适当的跨度、跨度模式和块长度‌
在“跨度”选择下，确保“跨度模式”切换为“CM: Full-band”模式，如图4所示。

                                            图4，“跨度”和“跨度模式”选择。
如图3所示选择“跨度=20 MHz”后，“块长度”选择对话框将如图5所示出现。
图5，当“跨度=20 MHz”时可选择的“块长度”。此处的选择表明最大时间持续时间为2秒。

       图5，当“跨度=20 MHz”时可选择的“块长度”。此处的选择表明最大时间持续时间为2秒。

启动IQ捕获过程‌
一旦选择了所需的时间长度，就可以继续开始IQ捕获。但请记住，如果选择了较大的块长度，例如“2000毫秒”，显示更新会显得非常慢。这是正常的。按下图3中的左侧第6个按钮，您将看到如图6所示的对话框。在开始IQ捕获之前，建议您移除所有可能已插入WSA-408 USB端口或操作WSA-308时插入PC USB端口的U盘。没有U盘，IQ数据将被迫首先进入内部PC的硬盘驱动器，这正是我们在此想要的，随后数据将在解码过程中导出到U盘。
按下此处开始IQ捕获过程。

                                                  图6，用于启动“IQ捕获”的对话框。

在图6中启动IQ捕获过程后，IQ数据流将持续发送到主机PC。在此过程中，左侧、右侧和底部的所有软按钮都将变灰，以防止用户尝试更改任何设置，如图7所示。
按下此处解码“.iqr”数据文件。
所有软按钮将保持灰色，直到指定的IQ数据长度全部发送到PC。
此处的状态按钮将持续显示已发送到PC的数据包数量。

图7，IQ数据捕获进行中。一旦DSP发送的所有数据包都被PC接收并存储到文件中，图7中的所有软按钮将重新激活，如图3所示。

导出和解码捕获的数据‌
图6和图7中捕获的数据以专有的“.iqr”文件格式存储在WSA408内部嵌入式PC的硬盘驱动器上。要使用它，您需要解码并将文件转换为另一种格式，并导出到外部U盘。首先，您需要将一个容量和速度足够的U盘插入WSA-408的USB端口，然后按下图7中重新激活后的左侧第7个按钮。之后，您将看到如图8所示的对话框。然后选择“Export/Manage Files”项。
选择此项以导出和解码“.iqr”数据文件。

图8，按下图7中左侧第7个按钮后弹出的对话框，用于导出和解码“.iqr”数据文件。

在图8中进行选择后，您将看到图9中的对话框。

图9，选择“IQ捕获文件”。
在图9中进行选择后，您将看到图10中的对话框。在此步骤中，您必须确保已为WSA-408仪器插入U盘。

                           图10，存储在PC硬盘驱动器内的“.iqr”文件列表。

如上所示，所有捕获的“.iqr”文件都将列出，您可以根据时间戳点击任何您希望导出和解码的文件。选择文件后，您将看到图11中的对话框。
为“.iqr”文件选择此操作。您必须确保已在WSA408的USB端口上插入U盘。

图11，为所选文件选择操作。
之后，WSA GUI将如图12所示。请记住，对于大文件，这可能需要一段时间。一个2秒的数据文件可能需要长达20秒来解码并导出到U盘。您必须耐心等待此步骤完成。
当此警告标志亮起时，请勿进行任何更改。当此标志熄灭时，解码和导出过程完成。

                                          图12，“.iqr”文件解码和导出进行中。

理解解码后的头部信息‌
在图12中解码后，单个“.iqr”文件将在U盘中生成两个文件，如图13所示，一个以“.txt”结尾，另一个以“.dat”结尾。

           图13，每个“.iqr”文件将被解码为两个文件，一个“.txt”文件和一个“.dat”文件。

“.txt”文件是可读的头部文件，包含理解随附的“.dat”文件所需的所有信息，如图14所示。

图14，可读的头部“.txt”文件包含中心频率（本例中Fc=939 MHz）、采样率（本例中Fs=62.5 MHz）、可用带宽（此处为20 MHz）、GPS信息（当GPS锁定时，否则将为“无GPS信息”）、时间戳和数据长度（以IQ对为单位）的信息。
图14中的时间戳是UTC时间，单位为毫秒。例如，上述数据是在UTC+8时区获得的，因此本地时间为24246001/(10006060)+8=14.735小时，大约是当地时间下午2:45。额外的26271纳秒时间偏移是根据第一个IQ数据样本与GPS接收器1PPS位置之间的时间差计算得出的。

‌理解解码后的“.dat”文件‌
图13中显示的解码后的“.dat”文件（IQraw20260416144029.dat文件）包含实际的IQ数据。这些数据以32位浮点数据存储，IQ交错排列。数据已经过增益补偿、校准，并进行了1 mW和50欧姆阻抗归一化，因此IQ幅度1.0对应1 mW（0 dBm），幅度0.1对应0.01 mW（-20 dBm）。理解数据的最佳方式是查看图15所示的MATLAB脚本示例。
打开文件进行读取。
仅读取4096个浮点数据。
关闭文件句柄。
将交错数据数组转换为复数数据数组。
执行移位和归一化FFT。
转换为dBm刻度。
生成匹配的频率轴。
绘制频谱图。

图15，一个示例MATLAB脚本，从解码后的“.dat”文件中读取一小段数据。
由图15生成的频谱如图16所示。

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                        图16，使用图15中的MATLAB脚本从解码的IQ数据生成的频谱。