信号频谱与信道通频带

1、信号频谱与信道通频带数字通信技术 信号频谱与信道通频带1.1 频谱 对信号的描述可以有两种描述方法，即时域法和频域法。信号在时间域和频率域的特性是不同的。时间域主要研究信号幅度随时间变化的情况，可以用信号的时间波形来反映。频率域研究的是信号幅度在频率域中的分布情况，或者说信号中所含的频率成分在频率域的分布，也可以理解为信号在频率域的“波形”,可用信号的频谱图来反映。 可见所谓频谱就是信号中所含的频率成分在频率域的分布情况。如音频信号的频率范围大约是20Hz20kHz，即其频谱分布在20Hz20kHz之间。1.2 周期信号频谱 由数学知识知道，一个周期信号总是可以近似地用一直流分量、基波（与该周

2、期信号同频率的正弦波）和一系列谐波（基波频率的整数倍）频率成分的线性叠加表示。这些频率成分在频率域的分布，就是该周期信号的频谱。对于一个周期性的方波信号，可以把它看作为其基波和各次谐波的线性叠加，如图1-9所示，图中分别示出了含基波、3次谐波、5次谐波和7次谐波叠加波形的情况以及频谱的大致分布情况。显然随着谐波次数的增加，波形越接近方波（图中虚线所示）。图1-9 方波及其谐波逼近、频谱分布示意图 由图可知，周期信号的基波决定信号波形的大体形状，谐波决定信号波形的细节。周期信号的频谱具有三个特点： （1）离散性，频谱线只出现在基波频率的整数倍处，即各次谐波点上，且谱线间隔就是基频。 （2）谐波性

3、，各次谐波幅度（谱线高低）随谐波次数的增加而逐步减小。 （3）收敛性，谐波幅度的衰减速度与信号的时域波形有关，信号时域波形变化得越慢，频谱衰减越快，说明信号中高频成分少。反之，信号时域波形变化越快，频谱衰减越慢，说明信号中高频成分多。1.3 非周期信号频谱 任何一个信号都具有频谱，对于非周期信号，其频谱具有连续性，非周期性的特点。但根据其频谱分布范围分为频带有限信号和频带无限信号。 频带有限信号又分为低通型信号和带通型信号，如图1-10所示。前面讨论的基带信号就是低通型信号，频带信号就是带通型信号。图1-10 低通型和带通型信号频谱分布示意图1.4 信道通频带 要实现通信，信号必须经由信道传输

4、，任何一种信道（不论是广义信道还是狭义信道）都必然会对信号传输有一定的影响，信道对信号的影响主要表现在两方面： （1）对信号中不同频率成分幅度的衰减，即信号经过信道后，信号幅度随频率变化的关系，又称为信道的幅频特性。 （2）对信号中不同频率成分相位的延时，即信号经过信道后，信号的相位随频率变化的关系，又称为信道的相频特性。 信道对信号这两方面的影响统称为信道的频率特性。经过信道输出的信号幅度与频率变化之间的关系曲线叫频率响应曲线，简称频响曲线。 通常我们以信号输出幅度最大值为标准，定义信号输出幅度下降到最大值的70%时的频率称为截止频率，上下截止频率之间的频段称为信道的通频带。如果换算为分贝（dB），则上下截止频率点正好是信号下降3分贝的频率点，因此，工程上又称信道通频带为3分贝带宽。 实际工程上，对信道通频带的要求通常是带宽尽量宽比较好，但有些情况