Основная полоса

Диапазон частот, занимаемый немодулированным сигналом

Спектр модулирующего сигнала , энергия E на единицу частоты как функция частоты f . Полная энергия – это площадь под кривой.

В телекоммуникациях и обработке сигналов основная полоса частот — это диапазон частот, занимаемый сигналом , который не был модулирован до более высоких частот. ^[1] Частотные сигналы обычно исходят от преобразователей , преобразующих некоторую другую переменную в электрический сигнал. Например, электронный выходной сигнал микрофона представляет собой групповой сигнал, аналогичный применяемому голосовому звуку. В обычном аналоговом радиовещании основной аудиосигнал используется для модуляции радиочастотного несущего сигнала гораздо более высокой частоты.

Модулирующий сигнал может иметь частотные составляющие, вплоть до смещения постоянного тока , или, по крайней мере, он будет иметь широкую полосу пропускания . Модулированный сигнал основной полосы называется сигналом полосы пропускания . Он занимает более высокий диапазон частот и имеет более низкое соотношение и дробную полосу пропускания .

Различные варианты использования

Базовый сигнал

Сигнал основной полосы частот или сигнал нижних частот — это сигнал, который может включать в себя частоты, очень близкие к нулю, по сравнению с его самой высокой частотой (например, звуковой сигнал можно рассматривать как сигнал основной полосы частот, тогда как радиосигнал или любой другой модулированный сигнал нет). ^[2]

Полоса пропускания основной полосы равна самой высокой частоте сигнала или системы или верхней границе таких частот, ^[3] например, верхней частоте среза фильтра нижних частот . Напротив, полоса пропускания представляет собой разницу между самой высокой частотой и ненулевой самой низкой частотой.

Основной канал

Канал основной полосы частот или канал нижних частот (или система , или сеть ) — это канал связи , который может передавать частоты, очень близкие к нулю. ^[4] Примерами являются последовательные кабели и локальные сети (LAN), в отличие от каналов полосы пропускания , таких как радиочастотные каналы и провода с фильтром полосы пропускания аналоговой телефонной сети. Мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM) позволяет аналоговому телефонному проводу передавать телефонный вызов в основной полосе частот одновременно в виде одного или нескольких телефонных вызовов с модулированной несущей.

Цифровая передача в основной полосе частот

Цифровая передача в полосе частот, также известная как линейное кодирование , ^[5] направлена ​​на передачу цифрового потока битов по каналу в полосе частот, обычно по нефильтрованному проводу, в отличие от передачи в полосе пропускания , также известной как передача с модуляцией несущей . ^[6] Передача в полосе пропускания делает возможной связь по каналу с полосовой фильтрацией, например, по локальной телефонной сети или по беспроводному каналу с ограниченной полосой пропускания. ^[7]

Основная полоса передачи данных в Ethernet

Слово «BASE» в стандартах физического уровня Ethernet , например 10BASE5 , 100BASE-TX и 1000BASE-SX , подразумевает цифровую передачу в основной полосе частот (т. е. использование линейного кода и нефильтрованного провода). ^{[8] [9]}

Базовый процессор

Процессор основной полосы частот, также известный как BP или BBP, используется для обработки цифрового сигнала, преобразованного с понижением частоты, для получения необходимых данных для беспроводной цифровой системы. Блок обработки основной полосы в приемниках GNSS отвечает за предоставление наблюдаемых данных: то есть кодовых псевдодальностей и измерений фазы несущей, а также навигационных данных. ^[7]

Эквивалентный групповой сигнал

Слева находится часть передатчика, которая принимает поток данных IQ и использует его для амплитудной модуляции сигнала гетеродина, как стандартной синусоидальной волны от гетеродина, так и версии со сдвигом фазы на 90°. (синфазный и квадратурный) - эти модулированные сигналы объединяются, чтобы сформировать представление ПЧ промежуточной частоты . В типичном передатчике ПЧ преобразуется с повышением частоты, фильтруется, усиливается, а затем передается с антенны.
Справа мы видим аспект приемника. После некоторого малошумящего усиления, фильтрации и преобразования с понижением частоты до промежуточной частоты сигнал разделяется на две части, и один аспект смешивается с синфазным синусоидальным сигналом гетеродина, а другой — с квадратурной версией, что дает сложную (или двумерное) представление сигнала. Эти данные IQ затем могут быть переданы в процессор цифровых сигналов для извлечения символов или данных.

Эквивалентный сигнал основной полосы частот или эквивалентный сигнал нижних частот представляет собой комплексное представление модулированного физического сигнала (так называемый сигнал полосы пропускания или радиочастотный сигнал). Это концепция методов аналоговой и цифровой модуляции для сигналов (полосы пропускания) с постоянной или изменяющейся несущей частотой (например , ASK , PSK QAM и FSK ). Эквивалентный групповой сигнал - это синфазный сигнал, квадратурный фазовый сигнал и мнимая единица измерения. Этот сигнал иногда называют данными IQ . В методе цифровой модуляции сигналы и каждого символа модуляции очевидны из диаграммы созвездия . Частотный спектр этого сигнала включает как отрицательные, так и положительные частоты. Физический сигнал полосы пропускания соответствует ${\displaystyle Z(t)=I(t)+jQ(t)\,}$ ${\displaystyle I(t)}$ ${\displaystyle Q(t)}$ ${\displaystyle j}$ ${\displaystyle I(t)}$ ${\displaystyle Q(t)}$

${\displaystyle I(t)\cos(\omega t)-Q(t)\sin(\omega t)=\mathrm {Re} \{Z(t)e^{j\omega t}\}\,}$

где – несущая угловая частота в рад/с. ^[10] ${\displaystyle \omega }$

Модуляция

Сигнал основной полосы частот часто используется для модуляции сигнала несущей более высокой частоты , чтобы его можно было передавать по радио. Модуляция приводит к смещению сигнала на гораздо более высокие частоты (радиочастоты или RF), чем он первоначально охватывал. Ключевым следствием обычной двухполосной амплитудной модуляции (АМ) является то, что диапазон частот, охватываемый сигналом (его спектральная полоса пропускания ), удваивается. Таким образом, полоса пропускания радиочастотного сигнала (измеренная от самой низкой частоты, а не от 0 Гц) вдвое превышает полосу пропускания основной полосы частот. Для уменьшения этого эффекта могут быть приняты меры, например однополосная модуляция . И наоборот, некоторые схемы передачи, такие как частотная модуляция, используют еще большую полосу пропускания.

На рисунке ниже показана модуляция AM:

Сравнение эквивалентной версии сигнала в основной полосе частот и его радиочастотной версии с AM-модуляцией (двухполосной ) , показывающее типичное удвоение занимаемой полосы пропускания.

Смотрите также

• Сложный конверт
• Широкополосный доступ
• Синфазные и квадратурные составляющие
• Узкополосный
• Широкополосный

Рекомендации

1. Джефф Рутенбек, Технические термины: что должен знать каждый профессионал в области телекоммуникаций и цифровых медиа , стр. 24, CRC Press, 2012 ISBN  1136034501
2. Стивен Алан Треттер (1995). Проектирование системы связи с использованием алгоритмов DSP: с лабораторными экспериментами для TMS320C30. Спрингер. ISBN 0-306-45032-1.
3. Миша Шварц (1970). Информация, передача, модуляция и шум: унифицированный подход к системам связи. МакГроу-Хилл. ISBN 9780070557611.
4. Крис К. Бисселл и Дэвид А. Чепмен (1992). Цифровая передача сигнала. Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-42557-3.
5. Микаэль Густавссон и Дж. Джейкоб Викнер (2000). Преобразователи данных КМОП для связи. Спрингер. ISBN 0-7923-7780-Х.
6. Ян В.М. Бергманс (1996). Цифровая передача и запись основной полосы частот. Спрингер. ISBN 0-7923-9775-4.
7. "Обработка основной полосы - Навипедия" . gssc.esa.int . Проверено 4 июля 2022 г.
8. IEEE 802.3 1.2.3 Физический уровень и нотация носителя
9. "Программа получения IEEE" . Standards.ieee.org . ИИЭЭ . Проверено 29 марта 2017 г.
10. Проакис, Джон Г. Цифровые коммуникации , 4-е издание. МакГроу-Хилл, 2001. стр. 150.