Рад приветствовать зашедших посмотреть что нового на этом канале. В этот раз вас ждет эксклюзивчик ибо материалов на эту тему в принципе не так много.Некоторое время назад мы начали разбираться в подробностях технологий, использующих радиосигналы. Информация передается через окружающее пространство путем изменения какого-либо из известных еще со школы параметров гармонического сигнала. На данном этапе мы заострили свое внимание на его фазе.
Совсем немного теории
В самой простейшей реализации фазовой модуляции используется один бит информации и только он решает с какой фазой будет генерироваться синусоида в определенный отрезок времени.
В основе фазоманипулированного сигнала лежит амплитуда огибающей, в которой и заложена передаваемая информация. Именно изменение амплитуды гармоники с -1 до 1 и обратно формирует скачки фазы гармоники.
Спектр сигнала
Поскольку огибающая гармоники это сигнал прямоугольной формы, то необходимо рассмотреть какой сюрприз он нам приготовил в спектральном представлении. Очень интересует как распределена его энергия по частотам. Прямоугольная форма довольно сложно представляется в виде суммы ограниченного числа гармоник на разных частотах, поэтому верно и обратное утверждение. При спектральном анализе сигналов прямоугольной формы мы обнаружим довольно продолжительное по частоте присутствие остатков мощности этих сигналов.
Наличие большого количества спектральных составляющих означает, что они будут искажать форму своих соседей в одном эфире. Эти соседи могут быть расположенных как ниже, так и выше по частоте. Новость прямо-таки сказать неприятная.
На картинке выше нужно увидеть главное, первый ноль в спектре сигнала расположен в точке, равной единица, деленная на ширину импульса. При равной длительности периодов посылок этот самый первый ноль показывает с какой частотой следуют эти самые посылки. При описании этой характеристики говорят о бодовой скорости информационного сигнала.
А теперь "реальный" сигнал
Давайте посмотрим на форму в самую малость зашумленного сигнала двухпозиционной фазовой модуляции. Прямоугольные сигналы уже перенесены на частоту несущей гармоники. Хорошо заметны скачки по фазе несущего гармонического колебания.
На спектре хорошо различим главный лепесток энергии, расположенный между впадинами. Это те самые первые нули, расположенные выше и ниже частоты несущей гармоники. В жизни мы никогда не увидим нули, ибо любой сигнал хоть немного, но зашумлен.
А теперь самое время разобраться что будет являться полосой сигнала, сколько их разных бывает и почему. Сперва отметим частоту несущей гармоники. При очень активной манипуляции фазы информационным сигналом никакого пика тут мы не заметим.
Первые нули расположены на расстоянии 500 герц от несущей частоты, что свидетельствует о скорости передачи информации 500 бит в секунду. Конечно же, точных значений на глазок не получить, но примерные представления о технических параметрах сигнал у нас уже появились.
Уровень половинной мощности
Первое определение ширины полосы сигнала это по уровню половинной мощности. Мощность, упавшая в два раза на частоте, стоящей немного в стороне от несущей это звучит понятно, и вроде как даже не должно сильно искажать соседний сигнал. Но это только кажется.
Мощность пропорциональна квадрату амплитуды, поэтому амплитуда помехи составит всего лишь 0,7 от амплитуды гармоники в центре. А это много? Я бы сказал очень много. Искажения соседей, находящихся в таком близком соседстве просто колоссальные.
По первым нулям спектра
Следующее широко используемое определение занимаемой полосы частот сигнала это по первым нулям спектра. Это довольно наглядно и кроме всего еще дает информацию о скорости передачи данных внутри.
Однако, это не значит, что соседним сигналам за этой границей будет комфортно. Каждый следующий лепесток всего-то на 13дБ ниже предыдущего. Вот как, например, на рисунке выше: главный проходит по уровню -24дБ, следующий по уровню -37дБ. -13дБ это уже более чем в четыре раза меньше по амплитуде, но это все равно еще довольно серьезная помеха.
По доле мощности в полосе частот
В зависимости от задач измерения, в определении ширины полосы сигнала может быть использована его мощность, заключенная в определенных частотных границах. Чисто математически спектр этого сигнала бесконечен в обе стороны, но в практических задачах такие абстракции ни к чему. Давайте, например, ограничимся полосой, в которой мощность сигнала составит 99% от реальной.
По уровню спектральной плотности
В некоторых случаях необходимо предусмотреть минимально допустимые искажения для соседних по частоте сигналов, поэтому используется определение ширины полосы сигнала по уровню спектральной мощности.
Нужно просто подсчитать какова будет амплитуда составляющих на этой границе. После нее все составляющие будут гарантированно меньше. Как можно заметить, прямоугольная форма огибающей довольно прожорливая и требует довольно значительной полосы частот.
Эпилог
Как можно заметить, в зависимости от прикладной задачи, даже хорошо понимающие друг друга с полуслова коллеги, съевшие не один килограмм шашлыка, отдыхая семьями на природе обязательно должны заранее обговорить что они будут понимать под термином "занимаемая сигналом полоса частот".
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.
Также не обойдите вниманием канал на YouTube. Подписки и лайки будут приятным ответом от аудитории.