如何在调制中使用带宽

信息处理 解调 带宽
2022-01-25 04:24:43

在美国典型的数字有线电视环境中,频谱分为 6MHz 频段。当调谐器锁定到 800MHz 的信号时,我会假设该信号的频带是 797 - 803 MHz。信号经过 QAM 调制。我想知道为什么需要 6 MHz 频段?如果我可以锁定到 800MHz 的信号,那是否足以重建原始传输信号?从几年前我对 dsp 课程的记忆中,我知道我们需要乐队,但我一生都记不起为什么。指向该理论的指针将不胜感激

1个回答

理想的正弦波确实具有零带宽,但发送一个正弦波并没有用,因为它也将零信息传递给接收器。一旦接收器知道什么是正弦相位,它就可以完美地预测信号的其余部分——因此,不会接收到更多信息。

对于要传输的信息,必须有一个“不知道”的元素。对于数字通信,这通常意味着不知道下一位是 1 还是 0。我将尝试说明使用 BPSK 的带宽来自何处,但完全相同的原理也适用于 QAM。

方波

上面的 BPSK 示例是理想的,因为接收器很容易恢复。接收器可以对符号内任何位置的波形进行采样(“符号”是数字位的波形表示)并获得完整的符号功率。您可以将上面的示例 BPSK 波形建模为一组不同宽度和位置(及时)相加的单独方波。如果您回想一下傅立叶理论,平方的傅立叶变换就是 sinc 函数。因此,在频域中,总信号是一堆不同宽度的 sinc 函数加在一起。这使得生成的波形的频谱看起来很像 sinc 函数(请注意,这不是 100% 正确的,因为会发生一些破坏性干扰,但为了讨论,让我们忽略它)。

不幸的是,Sinc 函数在带宽方面并不算太好。下图显示了 sinc 函数的绝对值。

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在您查看能量的对数标度之前,这看起来还不错,如下所示。

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从上图中可以看出,在信号的潜在最近邻位置处,sinc 函数仅下降约 13 dB。从那里的滚降非常缓慢,在第五旁瓣仅下降约 21 dB。这会给相邻信号带来很多干扰,当您的接收器滤除相邻信号时,它也会滤除您的大量发射功率,从而浪费功率。

发射器采用脉冲整形,使方波的粗糙过渡变得圆润,并使 BPSK 波形看起来更像正弦曲线。以下是相同的 BPSK 波形,但使用了升余弦脉冲整形。

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这是升余弦脉冲的能量与频率视图。

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升余弦和方波的主瓣基本相同。不同之处在于旁瓣的滚降。

长话短说(为时已晚!)带宽来自“随机”传输的 1 和 0。最小带宽由符号周期决定(周期越短,带宽越宽),主带宽之外的旁瓣通过脉冲整形最小化。