Базовая полоса

Диапазон частот, занимаемый немодулированным сигналом

Спектр сигнала основной полосы частот , энергия E на единицу частоты как функция частоты f . Полная энергия — это площадь под кривой.

В телекоммуникациях и обработке сигналов , полоса частот — это диапазон частот, занятый сигналом , который не был модулирован до более высоких частот. ^[1] Сигналы полосы частот обычно исходят от преобразователей , преобразующих некоторую другую переменную в электрический сигнал. Например, электронный выход микрофона — это сигнал полосы частот, который аналогичен применяемому голосовому аудио. В обычном аналоговом радиовещании сигнал полосы частот используется для модуляции несущего радиочастотного сигнала гораздо более высокой частоты.

Сигнал базовой полосы может иметь частотные компоненты, идущие вплоть до смещения постоянного тока , или, по крайней мере, он будет иметь высокую полосу пропускания . Модулированный сигнал базовой полосы называется сигналом полосы пропускания . Он занимает более высокий диапазон частот и имеет более низкую полосу пропускания и дробную полосу пропускания .

Различные применения

Сигнал основной полосы частот

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

Ширина полосы пропускания базовой полосы равна наивысшей частоте сигнала или системы или верхней границе таких частот, ^[3] например, верхней частоте среза фильтра нижних частот . Напротив, ширина полосы пропускания представляет собой разницу между наивысшей частотой и ненулевой наименьшей частотой.

Канал основной полосы частот

Канал основной полосы 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 фильтрованные по полосе пропускания провода аналоговой телефонной сети. Частотное мультиплексирование (FDM) позволяет аналоговому телефонному проводу передавать телефонный вызов основной полосы одновременно как один или несколько телефонных вызовов с модуляцией несущей.

Цифровая передача в полосе частот

Цифровая передача в полосе пропускания, также известная как линейное кодирование , ^[5] направлена ​​на передачу цифрового потока битов по каналу основной полосы пропускания, обычно 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, такому как местная линия телефонной сети или беспроводной канал с ограниченной полосой пропускания. ^[7]

Передача в полосе пропускания в Ethernet

Слово «BASE» в стандартах физического уровня Ethernet , например, 10BASE5 , 100BASE-TX и 1000BASE-SX , подразумевает передачу цифровой полосы частот (т.е. используются линейный код и нефильтрованный провод). ^{[8] [9]}

Процессор базовой полосы

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

Эквивалентный сигнал основной полосы частот

Слева находится часть передатчика, которая будет принимать поток данных IQ основной полосы и использовать его для амплитудной модуляции сигнала локального осциллятора, как стандартной синусоиды от гетеродина, так и версии, которая сдвинута по фазе на 90° (синфазно и квадратурно) - эти модулированные сигналы объединяются, чтобы сформировать представление промежуточной частоты IF. В типичном передатчике IF будет преобразовываться с повышением частоты, фильтроваться, усиливаться, а затем передаваться с антенны. (Они не показаны)
Справа мы видим аспект приемника. После некоторого усиления с низким уровнем шума, фильтрации и преобразования с понижением частоты (не показано) до IF сигнал смешивается с синфазным синусом от гетеродина, а также с квадратурной версией гетеродина, давая комплексное (или 2-мерное) представление сигнала. Затем эти данные IQ могут быть переданы в цифровой сигнальный процессор для извлечения символов или данных.

Эквивалентный сигнал основной полосы или эквивалентный сигнал нижних частот представляет собой комплексное представление модулированного физического сигнала (так называемый сигнал полосы пропускания или РЧ- сигнал). Это концепция в аналоговых и цифровых методах модуляции для (полосных) сигналов с постоянной или переменной несущей частотой (например, ASK , PSK QAM и FSK ). Эквивалентный сигнал основной полосы — это где — синфазный сигнал, квадратурный фазовый сигнал и мнимая единица. Этот сигнал иногда называют данными IQ . В цифровом методе 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 — угловая частота несущей в рад/с. ^[10] ${\displaystyle \omega }$

Модуляция

Сигнал в основной полосе частот часто используется для модуляции несущего сигнала более высокой частоты , чтобы его можно было передать по радио. Модуляция приводит к смещению сигнала на гораздо более высокие частоты (радиочастоты или РЧ), чем он изначально охватывал. Ключевым следствием обычной двухполосной амплитудной модуляции (АМ) является то, что диапазон частот, охватываемых сигналом (его спектральная полоса пропускания ), удваивается. Таким образом, полоса пропускания РЧ сигнала (измеренная от самой низкой частоты, а не от 0 Гц) в два раза больше его полосы пропускания основной полосы частот. Можно предпринять шаги для уменьшения этого эффекта, такие как однополосная модуляция . И наоборот, некоторые схемы передачи, такие как частотная модуляция, используют даже большую полосу пропускания.

На рисунке ниже показана АМ-модуляция:

Сравнение эквивалентной версии сигнала в основной полосе частот и его АМ-модулированной (двухполосной ) РЧ-версии, показывающее типичное удвоение занимаемой полосы частот.

Смотрите также

• Комплексная огибающая
• Широкополосный доступ
• Синфазные и квадратурные компоненты
• Узкополосный
• Широкополосный

Ссылки

1. Джефф Рутенбек, Технические термины: что должен знать каждый специалист в области телекоммуникаций и цифровых медиа , стр. 24, CRC Press, 2012 ISBN  1136034501
2. Стивен Алан Треттер (1995). Проектирование систем связи с использованием алгоритмов DSP: с лабораторными экспериментами для TMS320C30. Springer. ISBN 0-306-45032-1.
3. Миша Шварц (1970). Информация, передача, модуляция и шум: унифицированный подход к системам связи. McGraw-Hill. ISBN 9780070557611.
4. Крис С. Бисселл и Дэвид А. Чепмен (1992). Цифровая передача сигнала. Cambridge University Press. ISBN 0-521-42557-3.
5. Микаэль Густавссон и Дж. Джейкоб Викнер (2000). Преобразователи данных КМОП для связи. Спрингер. ISBN 0-7923-7780-X.
6. Ян В. М. Бергманс (1996). Цифровая передача и запись в основной полосе частот. Springer. ISBN 0-7923-9775-4.
7. "Обработка основной полосы - Navipedia". gssc.esa.int . Получено 2022-07-04 .
8. IEEE 802.3 1.2.3 Физический уровень и обозначение среды
9. "IEEE Get Program". IEEE . IEEE. Архивировано из оригинала 25 ноября 2010 г. Получено 29 марта 2017 г.
10. Прокис, Джон Г. Цифровые коммуникации , 4-е издание. McGraw-Hill, 2001. стр. 150