Gehen Informationen verloren, wenn Sie eine HF-Frequenz herunterkonvertieren?

Die Sache, die Sie hier erkennen müssen, ist, dass, wenn Sie einen sinusförmigen Träger nehmen und ihn ein- und ausschalten, seine Amplitude, Frequenz ändern oder ihn auf irgendeine Weise modulieren, mathematisch, aber etwas kontraintuitiv gezeigt werden kann, was Sie sind Dabei werden sinusförmige Komponenten bei anderen Frequenzen eingeführt. Tatsächlich kann jede periodische Wellenform als Summe von Sinuswellen dargestellt werden. Nehmen Sie zum Beispiel die Rechteckwelle hier:

Das mathematische Werkzeug, das diese Transformation ermöglicht, ist die Fourier-Transformation . Hier im Fall der Rechteckwelle können wir sehen, dass sie aus der Grundfrequenz plus all ihren ungeraden Harmonischen besteht. Selbst wenn das Signal, das uns wichtig ist, nicht streng periodisch ist (normalerweise nicht), können wir ein Segment des Signals auswählen, das periodisch oder meistens periodisch ist, und es analysieren.

In ähnlicher Weise führt Ihr Beispiel zum Ein- und Ausschalten eines Trägers auch höherfrequente Komponenten ein als Ihr Träger. Tatsächlich erzeugt jede schnelle Abweichung von einer perfekten Sinuswelle hochfrequente Komponenten. Dies erklärt, warum Informationen nicht verloren gehen: Diese Hochfrequenzkomponenten werden ebenfalls herunterkonvertiert und von Ihrem SDR erkannt, vorausgesetzt, es verfügt über eine ausreichende Bandbreite, um sie alle zu sehen.

Es erklärt auch, warum dieses Modulationsschema in der Praxis nicht verwendet wird: Jedes Ein- und Ausschalten würde viel Rauschen weit weg vom Trägerspektrum erzeugen. Tatsächlich könnte dies eines der ältesten Modulationsprobleme im Radio sein: CW (die übliche Art, Morsecode zu modulieren, indem man einfach einen Träger ein- und ausschaltet) ist genau das, was Sie beschreiben, wenn auch mit einer viel langsameren Rate. Während es konzeptionell am einfachsten wäre, den Träger hart ein- und auszuschalten, erzeugt dies sogenannte „Tastenklicks“, unerwünschte Interferenzen auf anderen Frequenzen sowie ein hörbares „Klicken“, das sich aus der Herunterkonvertierung dieser Hochfrequenzkomponenten ergibt Audiofrequenzen. Folglich wird der Träger tatsächlich langsam ein- und ausgefahren, um die von dem Signal belegte Bandbreite zu reduzieren. Die Verjüngung ist schnell genug es '

Praktisch gehen bei einem richtig gestalteten Abwärtskonvertierungsprozess keine Informationen verloren, aber das liegt daran, dass das HF-Signal selten so verwendet wird, wie Sie es vorschlagen (und wenn dies der Fall ist, würden Sie es nicht abwärts konvertieren).

Nehmen Sie den von Ihnen beschriebenen Prozess: Hinzufügen von Informationen zu einem 400-MHz-Träger – dieser Prozess wird als Modulation bezeichnet . Das einfache Ein- oder Ausschalten des Trägers für einen gesamten Zyklus ist dasselbe wie das Umschalten seiner Amplitude auf 0 % oder 100 % in "Aus"- oder "Ein"-Zyklen; und dies ist ein Schema, das " Amplitudenmodulation " genannt wird.

Nun, stark vereinfacht bedeutet dies, dass das Signal nicht mehr nur ein 400-MHz-Träger ist; der Beförderer allein trägt keine Informationen. Es hat eine Bandbreite, die von (carrier - max modulation frequency)alias „unterem Seitenband“ bis (carrier + max modulation frequency)alias „oberes Seitenband“ reicht, und wenn Sie 400 Mbits darüber übertragen, bedeutet dies 0 bis 800 MHz oder 800 MHz Bandbreite. Alle anderen Signale zwischen 0 und 800 MHz stören Ihre Übertragung.

(Es gibt Kommunikationssysteme namens „ Spread Spectrum “, die tatsächlich so funktionieren, aber wir werden sie ignorieren. Mit der gebotenen Sorgfalt können Sie auch N Bits als Ein-Aus-Signale in N/2-Bandbreite übertragen und mehr Pegel zum Reduzieren verwenden Bandbreite weiter, aber konzentrieren wir uns auf das Wesentliche: Informationen brauchen Bandbreite).

Wenn Sie es herunterkonvertieren, würde das untere Seitenband von -399 bis 1 MHz laufen, das obere von 1 bis 401 MHz. Der Teil der "negativen Frequenz" wird auch als "spektrale Faltung" bezeichnet und führt zu einem Signal bis zu 399 MHz, das, da es dem oberen Seitenband überlagert ist, sehr schwer zu decodieren ist; Informationen sind nicht wirklich verloren, aber wahrscheinlich irreparabel beschädigt.

Normalerweise würden Sie eine niedrigere Rate über diesen Träger übertragen: sagen wir 0,5 Millionen Bits/Sekunde auf einem 400-MHz-Träger in einer Bandbreite von 1 MHz (399,5 bis 400,5 MHz).

Und in diesem Fall, wenn Sie auf 1 MHz herunterkonvertieren, haben Sie ein Signal zwischen 0,5 MHz und 1,5 MHz (ungefähr das AM-Band!) ohne verlorene Informationen.

Die tatsächliche Antwort hängt davon ab, was Sie unter Abwärtskonvertierung verstehen.

Wenn Sie einfach das Mischen mit einem lokalen Oszillator meinen, dann gehen zumindest im IQ-Fall nicht unbedingt Informationen verloren, da Ihr recht breitbandiges Signal am Ausgang eines perfekten Mischers immer noch anliegt, nur noch fast die Hälfte seiner Bandbreite bei negativen Frequenzen sein.

Wenn Sie anstelle eines Dual-IQ-Setups nur einen einzigen Mischer verwenden, sind diese negativen Frequenzen immer noch vorhanden, können jedoch nicht von positiven Frequenzen derselben Größe unterschieden werden, sodass Verwirrung wohl einen Informationsverlust darstellen würde.

Die meisten aktuellen Konvertierungsschemata enthalten jedoch auch Filter, häufig sowohl vor als auch nach dem Mischen, und das Filtern ist im Grunde der Akt des absichtlichen Wegwerfens uninteressanter Informationen, um sich auf die interessanten Informationen zu konzentrieren. Das ist also Informationsverlust; obwohl normalerweise von einer wünschenswerten Sorte.

Schließlich müssen Sie bedenken, dass all diese Verarbeitung - (analog, Umwandlung in digitale und oft auch Verkürzung innerhalb des digitalen Bereichs) - Fehler einführt, die auch leicht zu Informationsverlust führen können.