信號(hào)頻譜與信道通頻帶

1、信號(hào)頻譜與信道通頻帶數(shù)字通信技術(shù) 信號(hào)頻譜與信道通頻帶1.1 頻譜 對(duì)信號(hào)的描述可以有兩種描述方法，即時(shí)域法和頻域法。信號(hào)在時(shí)間域和頻率域的特性是不同的。時(shí)間域主要研究信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的情況，可以用信號(hào)的時(shí)間波形來(lái)反映。頻率域研究的是信號(hào)幅度在頻率域中的分布情況，或者說(shuō)信號(hào)中所含的頻率成分在頻率域的分布，也可以理解為信號(hào)在頻率域的“波形”,可用信號(hào)的頻譜圖來(lái)反映。 可見(jiàn)所謂頻譜就是信號(hào)中所含的頻率成分在頻率域的分布情況。如音頻信號(hào)的頻率范圍大約是20Hz20kHz，即其頻譜分布在20Hz20kHz之間。1.2 周期信號(hào)頻譜 由數(shù)學(xué)知識(shí)知道，一個(gè)周期信號(hào)總是可以近似地用一直流分量、基波（與該周

2、期信號(hào)同頻率的正弦波）和一系列諧波（基波頻率的整數(shù)倍）頻率成分的線性疊加表示。這些頻率成分在頻率域的分布，就是該周期信號(hào)的頻譜。對(duì)于一個(gè)周期性的方波信號(hào)，可以把它看作為其基波和各次諧波的線性疊加，如圖1-9所示，圖中分別示出了含基波、3次諧波、5次諧波和7次諧波疊加波形的情況以及頻譜的大致分布情況。顯然隨著諧波次數(shù)的增加，波形越接近方波（圖中虛線所示）。圖1-9 方波及其諧波逼近、頻譜分布示意圖 由圖可知，周期信號(hào)的基波決定信號(hào)波形的大體形狀，諧波決定信號(hào)波形的細(xì)節(jié)。周期信號(hào)的頻譜具有三個(gè)特點(diǎn)： （1）離散性，頻譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍處，即各次諧波點(diǎn)上，且譜線間隔就是基頻。 （2）諧波性

3、，各次諧波幅度（譜線高低）隨諧波次數(shù)的增加而逐步減小。 （3）收斂性，諧波幅度的衰減速度與信號(hào)的時(shí)域波形有關(guān)，信號(hào)時(shí)域波形變化得越慢，頻譜衰減越快，說(shuō)明信號(hào)中高頻成分少。反之，信號(hào)時(shí)域波形變化越快，頻譜衰減越慢，說(shuō)明信號(hào)中高頻成分多。1.3 非周期信號(hào)頻譜 任何一個(gè)信號(hào)都具有頻譜，對(duì)于非周期信號(hào)，其頻譜具有連續(xù)性，非周期性的特點(diǎn)。但根據(jù)其頻譜分布范圍分為頻帶有限信號(hào)和頻帶無(wú)限信號(hào)。 頻帶有限信號(hào)又分為低通型信號(hào)和帶通型信號(hào)，如圖1-10所示。前面討論的基帶信號(hào)就是低通型信號(hào)，頻帶信號(hào)就是帶通型信號(hào)。圖1-10 低通型和帶通型信號(hào)頻譜分布示意圖1.4 信道通頻帶 要實(shí)現(xiàn)通信，信號(hào)必須經(jīng)由信道傳輸

4、，任何一種信道（不論是廣義信道還是狹義信道）都必然會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸有一定的影響，信道對(duì)信號(hào)的影響主要表現(xiàn)在兩方面： （1）對(duì)信號(hào)中不同頻率成分幅度的衰減，即信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后，信號(hào)幅度隨頻率變化的關(guān)系，又稱為信道的幅頻特性。 （2）對(duì)信號(hào)中不同頻率成分相位的延時(shí)，即信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后，信號(hào)的相位隨頻率變化的關(guān)系，又稱為信道的相頻特性。 信道對(duì)信號(hào)這兩方面的影響統(tǒng)稱為信道的頻率特性。經(jīng)過(guò)信道輸出的信號(hào)幅度與頻率變化之間的關(guān)系曲線叫頻率響應(yīng)曲線，簡(jiǎn)稱頻響曲線。 通常我們以信號(hào)輸出幅度最大值為標(biāo)準(zhǔn)，定義信號(hào)輸出幅度下降到最大值的70%時(shí)的頻率稱為截止頻率，上下截止頻率之間的頻段稱為信道的通頻帶。如果換算為分貝（dB），則上下截止頻率點(diǎn)正好是信號(hào)下降3分貝的頻率點(diǎn)，因此，工程上又稱信道通頻帶為3分貝帶寬。 實(shí)際工程上，對(duì)信道通頻帶的要求通常是帶寬盡量寬比較好，但有些情況