Základní pásmo

Spektrum signálu v základním pásmu zobrazuje závislost energie na kmitočtu

Označení signál nebo přenos v základním pásmu se v telekomunikacích a v oboru zpracování signálu používá pro signály a systémy, jejichž kmitočtové pásmo začíná blízko kmitočtu 0 Hz, méně striktně pak pro signály s velkou relativní šířkou pásma.

Signál v základním pásmu je často považováno za synonymum k nemodulovaný signál, a protiklad k modulovanému nebo vysokofrekvenčnímu signálu, u kterého je signál převeden na vyšší kmitočet, například pro přenos pomocí kmitočtového multiplexu.

Použití

Šířka pásma signálu v základním pásmu

Šířka pásma signálu v základním pásmu je rovna nejvyššímu kmitočtu signálu nebo systému, horní mezi kmitočtů, například meznímu kmitočtu pásmové propusti. Naopak šířka pásma je rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším nenulovým kmitočtem.

Kanál v základním pásmu

Kanál v základním pásmu anglicky lowpass channel je komunikační kanál přenášející kmitočty, které jsou velmi blízko nulovému kmitočtu. Například přenosy pomocí sériového kabelu a lokální sítě (LANs), v protikladu k passband kanály jako vysokofrekvenční rádiové kanály a passband filtered wires analogová telefonní síť. Frekvenční multiplex (FDM) umožňuje, aby jeden analogový telefonní vodič přenášel telefonní hovor v základním pásmu současně s jedním nebo více telefonními hovory při použití systému nosné telefonie.

Digitální přenos v základním pásmu

Podrobnější informace naleznete v článku Linkový kód.

Digitální přenos v základním pásmu se označuje jako použití linkového kódu, umožňuje digitální přenos proudu bitů kanálem v základním pásmu, typicky vedením bez kmitočtového filtru. Opakem je přenos v přeloženém pásmu, také známý jako modulovaný přenos. Passband přenos umožňuje komunikaci přes kanál s pásmovým filtrem, jako je lokální smyčka v telefonní síti nebo bezdrátový kanál s omezenou šířkou pásma.

Běžné vedení bez kmitočtového filtru je v zásadě kanál s charakterem dolní propusti, zatímco linkový kód je diskrétní signál, který zabírá kmitočet spektra s nekonečnou šířkou pásma. Podle Nyquistova teorému vyžaduje bezchybná detekce linkového kódu, aby šířka kanálu byla Nyquistova rychlost, která je polovinou kódové rychlosti linkového kódu.

Přenos v základním pásmu v síti Ethernet

Označení „BASE“ ve Ethernetových standardech například 10BASE5, 100BASE-T a 1000BASE-SX, znamenají digitální přenos v základním pásmu, tj. použití linkového kódu na přenosovém médiu nepoužívajícím filtry.

Opakem je 10PASS-TS Ethernet, kde „PASS“ znamená použití signálu v přeloženém pásmu. Digitální přenos v přeloženém pásmu vyžaduje digitální modulační schéma, které je obvykle realizované modemem. U 10PASS-TS je použit standard VDSL, který je založen na diskrétní multitónové modulaci (DMT). Dalšími příklady technologie pro přístup k síti používající přeložené pásmo jsou bezdrátové sítě a kabelové modemy.

Baseband procesor

Baseband procesor je integrovaný obvod v bezdrátových komunikačních zařízeních jako jsou mobilní telefony, který provádí zpracování signálu a umožňuje zařízení rádiovou komunikaci v reálném čase.

Signál v základním pásmu

Signál v základním pásmu je signál, který obsahuje kmitočty ležící v porovnání s nejvyšším kmitočtem velmi blízko nuly (například akustický signál může být považován za signál v základním pásmu, zatímco rádiový signál nebo jiný modulovaný signál signálem v základním pásmu není).

Za signál „v základním pásmu“ je obvykle považován signál, u kterého je výkon kmitočtových složek blízko 0 Hz srovnatelný s výkonem složek v blízkosti nejvyššího kmitočtu signálu.

Signály, které mohou být popsány jako složení velkého množství různých kmitočtů. Zvláště v telekomunikacích se často část signálu s nízkými kmitočty „kopíruje“ na vyšší kmitočty pro účely přenosu, protože jen málo komunikačních médií umožňuje přenášet nízké kmitočty bez zkreslení. V těchto případech se původní nízkofrekvenční složky označují jako signál v základním pásmu. Typicky se vysokofrekvenční kopie označuje jako „RF“ (radio frequency, rádiový nebo vysokofrekvenční) signál. Signál v základním pásmu je nízkofrekvenční signál, který je po modulaci přenášen různými kanály.

Ekvivalentní signál v základním pásmu

Ekvivalentní signál v základním pásmu je v analogii s digitálními modulačními metodami s konstantním nosným kmitočtem (např. ASK, PSK a QAM, ale ne FSK) – komplexně ohodnocenou reprezentací modulovaného fyzického (vysokofrekvečního, anglicky passband nebo RF) signálu. Ekvivalentní signál v základním pásmu je $Z(t)=I(t)+jQ(t)\,$ kde $I(t)$ je soufázový signál, $Q(t)$ kvadraturní fázový signál a $j$ je imaginární jednotka. U digitálních modulačních metod, jsou složky $I(t)$ a $Q(t)$ pro každý modulační symbol vidět na konstelačním diagramu. Kmitočtové spektrum tohoto signálu obsahuje záporné i kladné kmitočty. Fyzický vysokofrekvenční signál signál odpovídá: $I(t)\cos(\omega t)-Q(t)\sin(\omega t)=\mathrm {Re} \{Z(t)e^{j\omega t}\}\,$
kde $\omega$ je nosný úhlový kmitočet v rad/s.

V ekvivalentním modelu v základním pásmu komunikačního systému je modulovaný signál nahrazen komplexně ohodnoceným ekvivalentním signálem v základním pásmu s nosným kmitočtem 0 Hz, a vysokofrekvenční kanál je nahrazen ekvivalentním kanálovým modelem v základním pásmu, u kterého je frekvenční odezva převedena na kmitočty v základním pásmu.

Modulace

Signál v základním pásmu se často používá pro modulaci nosné vlny s vyšším kmitočtem, aby bylo možné signál přenést pomocí rádiových vln. Výsledkem modulace je posun kmitočtu signálu k vyšším kmitočtům (rádiové kmitočty neboli RF). Při použití nejjednodušší amplitudové modulace se dvěma postranními pásmy zabírá výsledný signál dvojnásobnou šířku pásma než původní signál. Omezením nebo úplným odstraněním jednoho postranního pásma, případně i nosné (modulace s jedním postranním pásmem) lze potřebnou šířku pásma snížit. Některé způsoby modulace jako frekvenční modulace vyžadují ještě větší šířku pásma.

Obrázek ukazuje, co se děje při amplitudové modulaci:

Porovnání ekvivalentní verze signálu v v základním pásmu a jeho amplitudově modulované (s dvojím postranním pásmem) vysokofrekvenční verze ukazuje typické zdvojnásobení zabraného pásma.

U některých signálů je obtížné rozhodnout, zda se jedná o signál v základním pásmu nebo ne. Například analogová přípojka v klasické komutované telefonní síti omezuje kmitočtové pásmo pomocí pásmové propusti na 300 až 3400 Hz; protože signál neobsahuje kmitočty v rozsahu 0 až 300 Hz, neměl by být považován za signál v základním pásmu. Ale v telefonních systémech používajících kmitočtovou multiplexní hierarchii je obvykle považován za signál v základním pásmu na rozdíl od modulovaných signálů používaných pro přenosy na velké vzdálenosti. Spodní mezní kmitočet 300 Hz je v tomto případě považována za „téměř nulu“, protože se jedná o malý zlomek nejvyššího přenášeného kmitočtu.

Nejjednodušší definicí je, že signál v základním pásmu je signál před modulací nebo multiplexováním, nebo signál po demodulaci nebo demultiplexování.

Kompozitní video signál produkovaný většinou modernějších videorekordérů, herních kozolí a DVD přehrávačů obvykle používá signál základním pásmu.

Související články

• Broadband – znamená přenos dat pomocí signálu obsahujícího mnoho kmitočtů; termín je však často zneužíván ve smyslu vysokorychlostní připojení
• Širokopásmový přenos – komunikační médium nebo signál, který používá široké (spojité) pásmo kmitočtů nebo širší pásmo než jiné způsoby přenosu
• Úzkopásmový přenos – opak širokopásmového signálu

Reference

• V tomto článku byl použit překlad textu z článku Baseband na anglické Wikipedii.