信號處理減小有效帶寬的物理意義


​有效帶寬

週期信號的頻譜由幅度譜和相位譜組成。頻譜的包絡線每隔一個角頻率時,通過零點。在某一個零點之後,諧波的幅度逐漸減小。通常將包含主要諧波分量的這段頻率範圍稱為信號的有效頻帶寬度,簡稱“有效帶寬”。信號的有效帶寬與信號時域的持續時間 成反比。注意:有效帶寬是是針對週期信號。

物理意義

信號的有效帶寬是信號頻率特性中的重要指標,具有實際應用意義。在信號的有效帶寬內,集中了信號的絕大部分諧波分量。換句話說,若信號丟失有效帶寬以外的諧波成分,不會對信號產生明顯影響。同樣,任何系統也有其有效帶寬。當信號通過系統時,信號和系統的有效帶寬必須“匹配”。若信號的有效帶寬大於系統的有效帶寬,則信號通過此係統時,就會損失許多重要成分而產生較大失真;若信號的有效帶寬遠小於系統的有效帶寬,信號可以順利通過,但對系統資源是巨大浪費。


信號處理減小有效帶寬的物理意義


信號的帶寬越寬,一般意味著信息量越大(在同樣的調製方式時),要求信號處理設備越高。所以我們應該明白另外為什麼要減小有效帶寬了。


那麼我們在實際的工程當中該如何減小信號的有效帶寬呢?


答:在基帶處理帶通信號。


正交信號也叫複數信號,簡稱覆信號。實際上信號的傳輸只能是實信號,而在信號處理時採用的覆信號。在數字通信中在基帶處理帶通信號,可以使有效帶寬減少一半,從而降低了對AD 採樣率的要求,以及FFT的處理能力等都有改善。一般的AD的採樣率是有限的,越高的採樣率價格越貴,只有降低了有效帶寬才能降低AD的採樣率,從而達到節約成本的目的。


對於AD採樣率要求降低這一點只有大家參與到實際的工程項目中才能體會到,比如雷達信號處理方面就經常用到正交信號。


怎麼說在基帶處理帶通信號有效帶寬就降低了呢?


對於最高頻率為 fm 的基帶信號,如果調製到載波上,則正頻率部分的帶寬為32m ;而如果對於基帶信號構造其解析信號後再調製到載波上,則帶寬僅為fm ,從這個意義上解析信號可以使帶寬減半,可以降低帶通信號的採樣頻率。


我們來證明一下:


正交採樣是雷達信號處理實現採樣比較多的方式,其原理如下面圖所示。天線的接收信號由前置低噪聲放大器放大後進行第一次混頻至中頻,帶通濾波後經AGC(自動增益控制)電路處理,然後由正交的第二混頻器混頻至兩個正交的基帶(零中頻)信號 I\\Q,最後由ADC採樣得到數字信號。


信號處理減小有效帶寬的物理意義


經過第一次混頻後的信號頻譜圖如圖所示,第二次混頻後對該信號進行低通通濾波濾除高頻分量,得到的就是零中頻的兩個基帶信號(基帶處理帶通信號的含義),即:


信號處理減小有效帶寬的物理意義

因為兩個實基帶信號均是通過兩譜相加或相減得到的,故最後均變為正負頻率對稱的實信號頻譜了,其帶寬為 B/2,所以對 I\\Q進行採樣則採樣速率設為B即可,即正交採樣時採樣率可以降低為非正交採樣的一半,但需要兩片ADC,這可以說是利用多片AD才換取到低的採樣率要求。


信號處理減小有效帶寬的物理意義

到這裡,大家應該明白了。沒有明白的,多看幾遍。


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