频谱定义及频谱资源的特性
电磁频谱管理与检测
频谱是一种无形的战斗力，并且是可与火力机 械动力相提并论的新型战斗力； 战时频率资源如同弹药、油料一样重要，是作 战的必需物资基础。
21世纪将是频谱战的时代！！！
7.管理机构 国际电信联盟（成立于1865年）
(International Telecommunication Union ，ITU) 联合国设立专门机构，总部 日内瓦，有192个成员国。
研制之初，忽视了舰载雷达警戒系统与舰载卫星通
信系统的电磁兼容性，致使两个系统同时工作时相
互干扰，无法发现目标（来袭导弹）而丧失作战时
机
沉没。
二战后丘吉尔总结说 ：“没有这种战场魔法，我 们就会失败 、失败、直至死亡。”
案例4：美越战争（1961年~1975年）
美国空军在越南战争期间损失惨重，被击落飞
频带名称
至低频（TLF） 至低频（TLF） 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF） 甚低频（VLF） 低频（LF） 中频（MF） 高频（HF）
频率范围
0.03～0.3Hz 0.3～3Hz 3～30Hz 30～300Hz 300～3000Hz 3～30kHz 30～300kHz 300～3000kHz 3～30MHz
攻占旅顺后，举行宴会的日军将领
日本与俄国在中国开始的一场战争
日、俄双方在朴茨茅斯签订和约
案例2：1942年日美中途岛之战
日军对电磁频谱管 理控制不力，作战计划 以及“AF” 密电被美军截 获破译，并发出信息， 日军中套，丧失作战主动权惨败，4艘航空母舰被击沉 ，海军航空兵部队主力全部被歼。
案例3：1982年英阿马岛海战
队信息化建设的高速发展，它已成为未来战场上影
响战争胜负的一个重要砝码。
信号频谱介绍及分析方法
关键词：傅里叶变换 频谱 确知信号 随机信号 频域分析
一 信号频谱的由来
在 LTI 系统中，信号表示成基本信号的线性组合，这些基本信号应该具有以下两 个性质： 1，由这些基本信号能够构成相当广泛的一类有用信号； 2，LTI 系统对每一个基本信号的响应应该十分简单，以使得系统对任意输 入信号的响应由一个很方便的表示式。 在 LTI 系统中，复指数信号的重要性在于：一个 LTI 系统对复指数信号的响 应也是一个复指数信号，不同的是幅度上的变化，即： 连续时间： e st → H ( s )e st 离散时间： z n → H ( z ) z n 这里 H ( s ) 或 H ( z ) 是一个复振幅因子， 一般来说是复变量 s 或 z 的函数。 对于连续时间和离散时间来说， 如果一个 LTI 系统的输入能够表示成复指数 的线性组合，那么系统的输出也能表示成相同复指数信பைடு நூலகம்的线性组合；并且输出 表达式中的每一个系数可以用输入中相应的系数分别与有关的系统特征值
{e jnω1t : n ∈ Z } ，函数周期为
T1，角频率为 ω1 = 2πf1 = 2π 。
T1
(3) (4) (i)
任何满足狄义赫利条件周期函数都可展成傅里叶级数。 三角形式的 FS： 展开式： f (t ) = a0 + ∑ (an conω1t + bn sin nω1t )
n =1 ∞
Fn + F− n = an Fn − F− n = bn / j
2 2 2 2 cn = dn = an + bn = 4 Fn F− n = 4 Fn 2
( n ≠ 0)
(iv) (v) (6)
Fn 关于
n 是共扼对称的，即它们关于原点互为共轭。
无线电频率管理及业务划分
无线电频率管理及业务划分无线电频谱是一种宝贵的自然资源,是现代社会得以发展的基本要素之一。
它为人类所共有,为人类所共享。
《条例》第四条明确:无线电频谱资源属国家所有。
这是我国首次在法律上确认了无线电频谱资源作为一种自然资源的性质和地位。
无线电频谱具有一般自然资源共有的属性,也具有独特的个性。
如同土地、矿产、水资源一样,无线电频谱是有限的，我国将3赫兹-3000吉赫范围内的频率列为无线电频谱,这是基于人们对无线电波的认识水平而定的。
实际上,由于技术条件的限制,目前仅仅在几十吉赫以下的频谱得到了应用。
这就是说,人们目前能够使用的无线电频谱仅仅是划分的总量的十分之一而己。
在已用的频谱范围内,尽管可以通过科学管理和技术手段对其充分利用,但在一定的时间、空间条件下,其利用毕竟是有限的。
不同于土地、矿产等资源,无线电频谱具有非耗竭性，它可以被使用,但不会消耗掉。
因此,不使用就是一种浪费。
另外,由于无线电频谱具有传播固有性,使用不当也会造成浪费,甚至会带来危害。
为此,我们必须加强频谱的管理,使其得到合理、充分的利用。
国家无线电管理部门代表国家对整个无线电频率从宏观上作出统一部署和长远计划，这种部署和规划主要是根据各种无线电业务的特点和需要,在国际电联总的要求下,划分频段,分配频率,使各种无线电业务在指定的频段内充分合理利用。
国际上负责无线电频谱管理的机构是联合国国际电信联盟(ITU)下设的无线电通信部门。
各国无线电管理机构先将本国的无线电业务所用的频率报该部门,经审查后对这些频率进行登记。
国际电信联盟一般每二年召开一次各成员国参加的世界无线电行政大会,也就是现改称为世界无线电通信大会,共同协商重大的频谱分配和使用方面的问题,各国又根据其决议对本国的无线电业务的频段进行划分或调整。
因此,不管在国际上还是在国内,无线电业务的分类和所划分的频段不是一成不变的,根据业务的需要、技术水平的发展会有所变动或调整。
我国现行频谱规划的法规性文件是国家信息产业部无线电管理局2001年发布的《中华人民共和国无线电频率划分规定》，就是根据《条例》,参照国际电信联盟1998年出版的最新《无线电规则》版本和2000年世界无线电通信大会通过的最后文件,结合我国无线电业务的发展现状,对原全国无线电管理委员会1982年颁发的《无线电频率划分规定》进行了修改。
调频信号频谱
调频信号频谱摘要：一、引言二、调频信号频谱的基本概念1.调频信号的定义2.频谱分析的作用三、调频信号频谱的特点1.频谱的组成2.边频带特性3.能量集中在基带附近四、调频信号频谱的应用1.通信系统中的调制与解调2.信号检测与估计五、总结正文：一、引言调频信号广泛应用于通信、广播等领域，对信号的频谱特性进行研究有助于更好地理解和应用调频信号。
本文将对调频信号频谱进行详细分析，讨论其特点及应用。
二、调频信号频谱的基本概念1.调频信号的定义调频信号是一种非恒定包络的模拟信号，通过对信号的频率进行调制以传输信息。
调频信号可以表示为：s(t) = A(t) * cos(2πf_ct + θ(t))其中，A(t) 表示信号的幅度，f_c 表示载波频率，θ(t) 表示相位，t 表示时间。
2.频谱分析的作用频谱分析是研究信号频谱特性的过程，可以帮助我们了解信号的能量分布情况以及所携带的信息。
对于调频信号，频谱分析有助于理解信号在各个频率分量上的能量分布情况。
三、调频信号频谱的特点1.频谱的组成调频信号的频谱由载波信号和调制信号组成。
载波信号的频谱是单一频率的矩形波，而调制信号的频谱则包含了一系列频率分量。
2.边频带特性调频信号的频谱具有边频带特性，即能量集中在载波频率的两侧。
这是由于调频信号的频谱宽度与调制信号的频率范围有关，而调制信号的能量分布主要集中在基带附近。
3.能量集中在基带附近调频信号的能量主要集中在载波频率的基带附近，这是由于调频信号的频谱特性使得其能量在基带附近具有较强的相关性。
四、调频信号频谱的应用1.通信系统中的调制与解调在通信系统中，调频信号的频谱特性对于信号的调制与解调具有重要意义。
通过对调频信号进行频谱分析，可以更好地实现信号的调制与解调，从而提高通信系统的性能。
2.信号检测与估计在信号检测与估计领域，对调频信号的频谱特性进行分析有助于实现对信号的准确检测与估计。
例如，在无线通信中，通过分析接收到的调频信号频谱，可以实现对信号的解调以及信道信息的估计。
无线电频谱管理
无线电频谱管理
Index
无线管与执法机构职责
▪ 无线电频谱监管与执法机构职责
无线电频谱管理的重要性： 无线电频谱是有限的自然资源，合理管理对于保障无线电通信的可靠性、安全性和效率至关重要。 频谱管理的不当会导致频谱资源浪费、频段干扰、无线电通信质量下降等问题。 无线电频谱监管与执法机构的职责： 监测和监管频谱使用：负责监测和监管无线电频谱的使用情况，确保频谱资源的合理利用。 频谱规划和分配：制定频谱规划方案，合理分配频段给不同的无线电通信系统和业务。 执法和处罚：对频谱使用违规行为进行执法和处罚，维护频谱秩序和公平竞争环境。 频谱监测技术与手段： 频谱监测设备：使用先进的频谱监测设备，如频谱分析仪、无线电监测车等，对频谱进行实时监测和分析。 频谱监测系统：建立完善的频谱监测系统，包括监测设备、数据处理与分析平台，实现对频谱使用情况的全面监控 。 频谱监测技术：应用现代无线通信技术，如软件无线电技术、智能感知技术等，提高频谱监测的精度和效率。 频谱管理政策与法规： 频谱管理法规：制定和完善频谱管理的相关法规和政策，明确频谱管理的原则、流程和责任。 频谱分配机制：建立公平、公正、透明的频谱分配机制，促进频谱资源的合理配置和利用。 频谱共享与动态分配：推动频谱共享和动态分配技术的发展，提高频谱利用效率和灵活性。 国际频谱管理合作： 国际频谱协调：积极参与国际频谱管理组织和协调机制，推动国际频谱资源的合理分配和利用。 跨境频谱管理：加强与邻国的频谱管理合作，解决跨境频谱干扰和冲突问题。 频谱管理国际标准：参与国际频谱管理标准的制定和推广，提高我国在国际频谱管理领域的影响力。
无线电频谱管理的国际合作与标准化
▪ 频谱管理的国际合作案例分析
国际频谱规划案例： 国际间频谱规划的协商和合作案例，如2G、3G、4G等移动通信频段的国际协商和分配。 频谱共享案例： 国际间频谱共享的实践案例，如卫星通信和无线电广播之间的频谱共享。
4.2周期信号的频谱
2A ( n 1, 3, 5,) n 90o ( n 1,3,5,) n o ( n 1, 3, 5,) 90 Fn
信号与系统
周期矩形脉冲信号的频谱
对于周期矩形脉冲，在一个周期内为
A t t
4.2-5
f (t )
0
2 2
4A (n 1,3,5,...) nπ
矩形波：
图1
n 90o (n 1,3,5,...)
谱 线
相位值 振幅 图2 角频率
信号与系统
4.2
周期信号的频谱
4.2-3
4.2.1 周期信号频谱的特点
频谱特点：
•
离散性：每根谱线代表一个谐波分量， 称为离散谱线。 谐波性：基波1的整数倍频率 收敛性：高次谐波幅度渐小，当谐波次 数无限增多时，谐波分量的振幅趋于无 穷小。
4.2 周期信号的频谱
信号与系统
4.2-1
4.2.1 周期信号频谱的特点
将周期信号分解为傅里叶级数(简称傅氏级数)，为在频域 中认识信号特征提供了重要的手段。由于在时域内给出的 不同信号，不易简明地比较它们各自的特征，而当周期信 号分解为傅氏级数后，得到的是直流分量和无穷多正弦分 量的和，从而可在频域内方便地予以比较。为了直观地反 映周期信号中各频率分量的分布情形，可将其各频率分量 的振幅和相位随频率变化的关系用图形表示出来，这就是 信号的“频谱图”。频谱图包括振幅频谱和相位频谱。前 者表示谐波分量的振幅An随频率变化的关系；后者表示谐 波分量的相位φn 随频率变化的关系。习惯上常将振幅频谱 简称为频谱。
奇谐函数
偶谐函数
注：指交流分量
信号与系统
第13讲 周期信号的频谱及其特点
号的调制与解调等等。
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2
本章主要内容
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
周期信号的分解与合成 周期信号的频谱及特点 非周期信号的频谱 傅氏变换的性质与应用（1） 傅氏变换的性质与应用（2）
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3
本章主要内容
3.6 周期信号的频谱 3.7 系统的频域分析 3.8 无失真传输系统与理想低通滤波器 3.9 取样定理及其应用 3.10 频域分析用于通信系统
0 0 20 30 40 50
0.15
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14
周期信号的单边频谱
已知周期信号 f(t)11c o ts2 1s in t
2 4 3 4 3 6
求其基波周期T，基波角频率0，画出它的单边频谱图。
解：将f(t)改写为： f(t) 1 1 c o t s2 1 c o t s 2 4 3 4 3 62
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13
周期信号的单边频谱
画出周期信号 f(t) 的振幅频谱和相位频谱。
f(t) 1 si0 n t 2 co 0 t sco 20 ts ( 4 )
f(t) 1 5 co 0 ts 0 .( 1) 5 c o 20 s t 4
Ak 5
k
0.25
1
1
0
0
20 30 40 50
相位频谱图描述各次谐波的相位与频率的关系。
根据周期信号展开成傅里叶级数的不同形式，频谱图又分 为单边频谱图和双边频谱图。
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8
周期信号的单边频谱
周期信号 f ( t ) 的三角函数形式的傅里叶级数展开式为
f(t)A0 Ancos(n1tn) n1
A n 与 n 1 的关系称为单边幅度频谱；
无线电频谱的含义和特点
2. 无线电频谱特点
《中华人民共和国物权法》第五十条规定：“无线电频谱资源属于国家所有”。
① 频谱资源是有限的 ② 频谱资源具有排他性 ③ 频谱资源具备复用性 ④ 频谱资源是非耗竭性的 ⑤ 频谱资源具有固有传播特性 ⑥ 频谱资源具有易污染性
4
EDITED BY LIUJUN
3. 无线电频谱管理
无线电频谱管理是指：合理、有效地开发和利用无 线电频谱资源，审批各类无线电台的设置，协调和处理 各类无线电干扰，监督检查各类无线电台的使用情况， 维护空中电波秩序，保证各种无线电业务的正常进行的 管理工作和管理体系
5
EDITED BY LIUJUN
我国无线电管理机构
6
EDITED BY LIUJUN
小结
1.1 移动通信发展概述
什么是无线电波频谱？ 无线电波频谱有哪些特点？ 无线电频谱如何管理？
7
EDITED BY LIUJUN
通信技术专业教学资源库 深圳信息职业技术学院
谢谢
主讲： 刘俊老师
通信技术专业教学资源库 深圳信息职业技术学院
《移动终端测试与维修》课程
无线电频谱的 含义和特点
主讲： 刘俊老师
目录
01
无线电频谱含义
02
无线电频谱特点
03
无线电频谱管理
1. 无线电频谱含义
无线电频谱（ spectrum）一般指频率范围内发射无线电波的无线电频率的总称
3
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频谱定义及频谱资源的特性
1.频谱的定义。
我们对电磁波频谱最为熟悉的部分就是可见光。
“频谱”这个术语实际上最初只限于光。
物理学家在17至19世纪首先认识到白色光实际上是由从红到紫各种不同颜色的光组成的。
因此，白色光是不同颜色的频谱。
光像水池中的水波纹一样表现出波的特性，波峰之间的距离就称为波长。
单位时间内通过某一点的波峰数就称为频率。
因此光具有波长和频率，红色光的波长最长，频率最低，而紫色光的波长最短，频率最高。
电磁频谱可以从可见光向两个方向发展，更高频率、更短波长的“光”包括紫外光、X射线以及宇宙射线，而更长波长、更低频率的“光”则首先是红外线光，然后随着波长越来越短即是无线电波。
理论和实践证明，当电子通过导线行进时其周围空间存在着电场和磁场，而且是随着时间而变化的，同时磁场的变化会产生电场，电场的变化也会产生磁场。
交变的电磁场不仅存在于导体的周围，而且能够脱离其产生的波源向远方传播，这种以相同的频率向周围空间辐射传播的交变电磁场就称为电磁波。
电磁波在空中以光速传播，即每秒中30万公里。
1864年英国人麦克斯韦从理论上确定了电荷、电流、电场的关系，而且确定了电磁波的存在。
1888年德国人赫兹使用来顿瓶做放电实验，第一次由人工产生了波长为30厘米的电磁波，从而证明了麦克斯韦的理论，因此人们在很长一段时间都把电磁波叫做赫兹波，后来把频率的单位称为赫兹，直至今天。
若用f表示频率，用V表示电磁波每秒钟传播的距离（米），用λ表示波长（米），则三者之间的关系为：f=V/λ，其中频率的单位是赫兹（Hz）或周/秒，也可用千赫（KHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）表示。
它们之间的关系是：1KHz=1000Hz，1MHz=1000KHz，1GHz=1000MHz。
2.无线电频谱。
电磁频谱中3000GHz以下的部分称为无线电频谱。
无线电频谱可用来进行声音和图像广播、气象预报、导航、无线电通信、灾害预报、报时等业务。
根据无线电波传播及使用的特点，国际上将其划分为12个频段，而通常的无线电通信只使用其中的第4到第12个频度，无线电频谱和波段的划分如表1所示。
表1
在电信领域中还经常使用更低的电磁频谱。
为确定电信领域中频段的命名，把频段向低扩展到包括表2所示的范围。
表2
对某些频段有时用字母来表示，而不是使用符号或缩写字符来表示，例如在雷达和空间通信的领域里，有些人使用了表3中所例的频段表达方式，但是在国际电信联盟（ITU）的出版物中未建议使用这些字符。
表3
3.无线电频谱资源的特性。
无线电频谱是一种特殊的自然资源。
说它是一种自然资源，是由于它具有一般资源的共同特性，像土地、水、矿山、森林一样是国家所有的。
但从国际范围来说，它又属于人类共有的、人类共享的。
此外，它还具有一般自然资源所没有的如下特性：
（1）无线电频谱资源是有限的。
包括红外线、可见光、X射线在内的电磁波的频谱是相当宽的，而无线电通信使用的频谱资源，最底可为3KHz，最高达3000GHz。
更高
的电磁频谱当然不是以3000GHz为限的，使用3000GHz以上电磁频谱的电信系统也
在研究探索之中，但它最大不能超过可见光的范围。
由于受到技术上和可提供能够
操作使用的无线电设备方面的限制，ITU当前只划分了9KHz~400GHz范围，而且目
前实用的较高的频段只是在几十GHz。
根据无线电波的传播特性，像大家所熟知的
蜂窝移动通信业务（俗称大哥大）一般只能工作在3GHz以下，现主要工作在800MHz、
900MHz/1800MHz。
另外，尽管人们可以通过频率、时间、空间这三维相互关联的要
素进行频率的多次复用指配来提高频率利用率，但就某一频率或频段而言，在一定
的区域、一定的时间、一定的条件下之下，它又是有限的。
（2）无线电频谱可以被利用但不会被消耗掉，是一种非消耗的资源。
它不同于土地、水、矿山、森林等可以再生或非再生的资源，如果得不到充分利用，则是一种资源
浪费，而若使用不当也是一中资源浪费，甚至会造成严重的危害。
（3）无线电波有固有的传播特性，它不受行政区域、国家边界的限制。
因此，任何一个国家、一个地区、一个部门甚至个人都不能随意地使用，否则会造成相互干扰而
不能确保正常通信。
（4）无线电频谱资源极易受到污染。
它最容易受到人为噪声和自然噪声的干扰，使之无法正常操作和准确而有效地传输各类信息。
鉴于上述原因，为了加强对无线电频谱这种宝贵资源的、有限的自然资源管理和有效地利用，从便于无线电频谱的规划、管理以及设备的研制生产和使用出发，通常对无线电频谱按业务进行频段和频率的划分、分配和指配。
按规定把某一频段供某一种或多种地面或空间业务在规定条件下使用，称为“频率划分”。
为此，国际电联（ITU）专门制定了国际《无线电规则》，实际上这是一个各个国家都要遵守的国际上通用的无线电法规，各个国家也都据以制定了自己国家的无线电法或相关的详细管理规定，同时为各类无线电业务划分了频率或频段。
ITU还专门建立了国际频率划分表，把世界划分为三个区域，第一区域包括欧洲、非洲和部分亚洲国家，第二区包括南、北美洲，第三区包括大部分亚洲国家和大洋洲。
我国为第三区。
使用无线电频率的无线电业务基本上分为两大类。
即无线电通信业务和射电天文业务。
无线电通信业务又可分为地面业务及空间业务、航空和水上安全业务等总共为37种业务。
无线电频率划分表为各类无线电业务划分了频率或频段，例如我国把279~281MHz划分给移动业务，用于开放全国联网无线寻呼业务等。
我国的频率划分表是1983年制定的，随着无线电事业的发展，这些年来频率的划分和使用都发生了相当大的变化，现正在积极组织修订。
把某一频段批准给一个国家或多个国家、地区或部门在规定条件下使用，称为“频率分配”。
我国的频率分配是有国家无线电管理机构统一进行的，例如把87~108MHz频段分配给广播部门开发FM广播业务在全国各地统一规划和使用等。
国家或地方无线电管理机构根据设台审批权限批准某单位或个人的某一电台在规定的条件下操作使用某一无线电频率，称为“频率指配”。
根据《中华人民共和国无线电管理条理》的规定，用户设置各类无线电台必须在领取电台执照后才能进行合法的操作和使用。