窄帶信號與寬帶信號的區(qū)別

在互聯(lián)網(wǎng)時代，信號大部分情況下是以電磁波的形式傳播的。

根據(jù)傅里葉變換可知，每個信號都由大量不同頻率的諧波組成，并且信號的諧波成分（也就是頻譜特征）是獨一無二的。這帶給我們一個啟發(fā)，一串在時域上看似變化無章的信號，在頻譜上可能是簡單明了的，這可以大大簡化信號的處理或識別過程。

為了更好地認(rèn)識信號在頻譜上的特性，下面重點介紹信號帶寬的定義，并說明窄帶信號與寬帶信號之間的區(qū)別。

Part1信號帶寬（Bandwidth）

信號帶寬一般定義為信號在連續(xù)頻帶中的上限頻率和下限頻率之間的差值。

在某些情況下，信號帶寬（Hz）是指信號的頻譜密度（W/Hz 或 V2/Hz）不為零或高于小閾值的頻率范圍。如下圖，閾值通常是相對于最大值定義的，最常見的是 -3 dB ，即頻譜密度為其最大值一半的點。

Part2基帶信號（Baseband）

在頻域中，基帶信號是占據(jù)從 0 Hz 到某個截止頻率的頻率范圍的信號。它之所以被稱為基帶，是因為它占據(jù)了頻譜的最低范圍。

在通信中，信號源直接生成的消息信號（文字信號、語音信號、圖像信號等）都是基帶信號。

由于待傳播的消息信號一般強度很弱，無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。為了把消息信號傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，就需要將消息信號加載到高頻率和高能量的載波信號上，也就是調(diào)制。調(diào)制是根據(jù)消息信號的幅度去改變載波信號特性（幅度、頻率或者相位）的過程。常見的調(diào)制包括幅度調(diào)制（AM）、相位調(diào)制（PM）、頻率調(diào)制（FM）等，它們本質(zhì)上是將信號頻譜搬移到設(shè)定的高頻處。

Part3窄帶信號（Narrowband）

對于寬帶信號和窄帶信號，目前還沒有文獻(xiàn)或組織對其給出嚴(yán)格定義，因此寬帶與窄帶沒有嚴(yán)格意義上的區(qū)分，二者是一個相對概念。

我們假設(shè)一信號的頻率寬度為 ，中心頻率為 。

一般認(rèn)為，窄帶信號滿足以下要求：信號的頻率寬度 遠(yuǎn)小于中心頻率 ，通常要求 。

例如單頻信號則屬于窄帶信號；而我們大多數(shù)情況下測量的信號只包含若干個單頻成分，那么這也是窄帶信號，對應(yīng)的頻譜稱為窄帶譜。若從頻率成分來理解，窄帶信號的相鄰頻率成分則相差甚遠(yuǎn)，如正弦信號。

Part4寬帶信號（Broadband）

寬帶一般來講是指信號的頻率分布在一個連續(xù)的寬頻帶內(nèi)。如果信號的頻率分布范圍很廣，且信號頻率成分是連續(xù)的，可以認(rèn)為是寬帶信號。它表示信號或電子線路包含或能夠同時處理較寬的頻率范圍。

寬帶是一種相對的描述方式，頻率的范圍愈大，也就是信號帶寬愈高時，能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)也相對增加。若從頻率成分來理解寬帶，則認(rèn)為相鄰頻率成分相差很小的信號為一個寬帶信號。

編輯：黃飛

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