关于采样和无线网络

信息处理 采样
2022-02-02 17:10:49

无线网络以高频率运行,例如几千兆赫。信号真的是在那么高的频率下采样的吗?如果我理解正确,信号传输中有一些调制/解调,这会以某种方式影响这种情况吗?

2个回答

您描述的是直接采样架构。这些对于使用高达 30MHz 频率的无线电爱好者来说实际上是可用的。他们还积极研究以开放更高频率的使用。此处研究了许多有趣的主题(例如,利用混叠效应对信号进行欠采样),并且这些接收器的可能性很大。但是,这些可能需要很长时间才能在 WiFi 频率范围内实际可用。

但是,您的 WiFi 收发器很可能是直接转换架构。在它的数字域中,产生了携带数据的信号。对于 802.11n,它是一个 OFDM 调制信号,带宽高达 20/40MHz。该信号以 0Hz 为中心,因此无法按原样传输。该信号称为基带信号。

在数字/模拟转换之后,在一个称为混频器的阶段,该信号然后被上变频到 2.4GHz 左右的最终载波频率。在频谱中,信号实际上从 0Hz 的中心频率移动到 2.4GHz 的中心频率。此时,信号称为通带(或带通)信号。放大后,该信号通过天线传输。

在接收方,反过来也一样。还有另一个混频器将通带信号从 2.4GHz 中心频率下变频到 0Hz 中心频率的基带信号。此时,信号的带宽仅为 20/40MHz,可以很容易地在 A/D 转换器中进行采样。

接下来是解调、纠错和其他数字处理,最终在浏览器中向您展示可爱的小猫图片。

正如您所建议的,大多数无线系统都在发送端包含调制,在接收端包含解调。调制移动基带信号x(t)具有(两侧)带宽B到所需的载波频率ω0

y(t)=x(t)cos(ω0t)
直接采样接收到的信号y(t)需要采样频率fsω0/(2π)+B/2在载波频率在千兆赫范围内的许多系统中,这是不切实际的高。因此,在对接收信号进行采样之前应用解调:
r(t)=y(t)cos(ω0t)=12x(t)+12cos(2ω0t)x(t)
注意r(t)必须在采样前进行低通滤波,以去除射频部分并避免混叠。所得信号的带宽为B/2并且可以采样率fsB.

随着数模和模数转换器的能力不断提高,模拟调制和解调被数字创建的y(t)在某些系统中,在 tx 端和 rx 端以高速率采样。尤其是所谓的软件定义无线电 (SDR) 系统使用这种技术。

模拟调制/解调引入了一些进一步的要求:载波频率ω0必须在发送端恢复,因为 tx 和 rx 中的两个振荡器永远不会以完全相同的频率运行。在相位调制系统中,还需要相位恢复。当然,SDR 系统中的采样频率也是如此。