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电磁波的信号加载

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WK520077778|  楼主 | 2023-12-5 00:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 WK520077778 于 2023-12-5 12:16 编辑

     电磁波的信号加载
     电磁波(Electromagnetic wave)是由同相振荡 且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性,其粒子形态称为光子,电磁波与光子不是非黑即白的关系,而是根据实际研究的不同,其性质所体现出的两个侧面。由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。电磁波在真空中速率固定,速度为光速。
QQ截图20231204232951.jpg
     在1865年James Clerk Maxwell提出了电磁基本方程(麦克斯韦方程)预测了电磁波的存在,并指出电磁波是由波动的电场和磁场构成,传播速度可通过自由空间的基本电磁属性来计算。
QQ截图20231205000013.jpg
     电磁场包含电场与磁场两个方面,分别用电场强度E或电位移D及磁通密度B(或磁场强度H)表示其特性;E和H在空间上都是正弦变化的。在相位上,电场和磁场相互垂直,并且都垂直于传播方向。每秒通过某特定位置的波峰的个数成为频率(f),可用每秒的周期数来量度(赫兹Hz)。在雷达系统中,频率通常指载波的频率。两个相邻波峰之间的距离成为波长λ。波长与频率的关系:λ=c/f=2π/λ=2πf/c。瞬时的能量通量密度(w/m2)为|S|=E×H,S为波印亭矢量。
QQ截图20231204233020.jpg
      载波信号单位Hz,就是把普通信号(声音、图象)加载到一定频率的高频信号上,在没有加载普通信号的高频信号时,高频信号的波幅是固定的,加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化(调幅),还可以调相,调频。载波信号一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽,频率越高,对应着电磁波的波长越短,能量越高,衰减越快,穿透性越差,散射越少,对人体伤害越大。
     幅度调制 Amplitude Modulation,这种调制方式改变的是信号的幅度或者强度。幅度调制是第一种用于广播声音的调制类型。
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     频率调制Frequency modulation,这种调试方式改变的是信号的频率。频率调制的优点是可以限制信号上的幅度噪声,因为只有频率变化才能携带所需的信息。这可以通过使信号通过一个进入限制的阶段来实现,从而消除可能是噪声和一般信号变化的结果的幅度变化。
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     相位调制Phasemodulation,相位调制根据调制信号改变载波的相位。相位调制和频率调制有许多相似之处并且是相互联系的——一个是另一个的差分。
调制组合可以使用结合幅度和角度调制分量的调制形式。以这种方式可以获得性能的增强。
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     正交幅度调制QAM,Quadrature Amplitude Modulation是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。这两个载波通常是相位差为90度(π/2)的正弦波,因此被称作正交载波。 在接收器处,由于它们的正交特性,两个波可以相干分离(解调)。 另一个关键属性是,与载波频率相比,调制是低频/低带宽波形,这被称为窄带假设。
    幅度相位调制APSK,AmplitudePhaseShiftKeying:是一种幅度相位调制方式,与传统方型星座QAM(如16QAM、64QAM)相比,在卫星信道中使用高阶调制方式,显然也意味着在抗噪声接收方面的技术进步。 与 QAM 相比,使用 APSK,可以安排星座以优化峰值与平均功率比,并且可以设置更少的幅度级别。    正交频分复用OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing通过整合调制技术和复用技术来提高频谱效率。传输信道被分成许多较小的子信道或子载波。选择副载波频率和间距时需使它们成正交关系。
     信号带宽:定义了在给定无线电频谱段内可以容纳的信道数量。随着无线电频谱压力的增加,无线电信号带宽是任何类型无线电发射或传输的重要特征。可分为模拟信道和数字信道。无线调幅广播以载波频率为中心频率,将原始信号作为两个相同带宽的边带(上下边带)寄载到该载波上,调制后的该调幅信号总带宽为原始信号的2倍。
    数据速率和波特率:香农-哈特雷定律,理论上的最大数据速率或信道容量(C)(单位为bits/s)是信道带宽(B)信道(单位为Hz)和信噪比(SNR)的函数:
  C = B log2 (1 + SNR)
      最大数据速率与带宽成正比,与SNR成对数比。在误码率(BER)一定的情况下,噪声会大幅降低数据速率。
  另一个关键因素是波特率,即每秒传送的调制符号数。调制符号这个术语是指正弦载波信号的一种具体状态。它可以是振幅、频率、相位或者这些参数的某种形式的组合。基本的二进制传输模式采用每个符号一比特的机制。  
  影响频谱效率的因素:
  正向纠错(FEC)技术:可以大幅改进BER。这种编码方式可以增加额外的比特数,因此可以检测和纠正错误。额外的编码比特会增加信号的开销,从而降低数据的净比特率,不过这往往是CNR的一位数dB改进的一个可以接受的折衷因素。如今几乎所有的无线系统都有这种编码增益。
  数字压缩的技术:要发送的数字数据易受用来大幅减少信息量的压缩算法的影响。这样就可以减少数字信号量,以便这些信号以更短更慢的数据流进行传输。比如,数字手机和互联网协议语言(VoIP)电话的语言信号就是经过压缩的。MP3或AAC文件的音乐经过压缩后可以获得更快的传输速度,并且所需的存储空间也更小。视频经过压缩后,高分辨率的图像可以更快地传输或者在带宽有限的系统中传输。
  多输入多输出(MIMO)技术,该技术使用多个天线和收发器来传送两个或多个比特流。单个高速率流被分成两个并行流,并同时以相同的带宽进行传输。通过对流及其独特的通路特性进行编程,接收器可以对每个流进行识别和解调,并将其重编成原始的流。因此,MIMO可以提升数据速率、噪声性能和频谱效率。802.11n和802.11ac/ad等更新的无线LAN (WLAN)标准以及LTE和WiMAX等蜂窝标准都采用MIMO技术。




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598330983| | 2023-12-5 20:01 | 显示全部楼层
带动图,好资料。

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cmyldd| | 2023-12-6 09:16 | 显示全部楼层
这些理论知识是大学专业专科的课程啊,涉及面挺广的

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WK520077778 2023-12-6 12:24 回复TA
现在5g,6g信号芯片的设计制造,就建立在这些基础理论上,量子通信也属于基础理论 
OliviaSH| | 2023-12-13 08:55 | 显示全部楼层
好像感觉学过,哈哈哈哈知识都还回去

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cooldog123pp| | 2023-12-20 08:28 | 显示全部楼层
这个动图很给力啊,很形象啊,我已经收藏了,不懂的时候拿出来看看复习一下!

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WK520077778 2023-12-20 21:36 回复TA
加油 
OliviaSH| | 2023-12-27 18:54 | 显示全部楼层
上学时候就没学会

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WK520077778 2023-12-27 19:50 回复TA
什么时候学习都不晚啊 
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