窄帶信號(hào)與寬帶信號(hào)的區(qū)別

在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，信號(hào)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(gè)信號(hào)都由大量不同頻率的諧波組成，并且信號(hào)的諧波成分（也就是頻譜特征）是獨(dú)一無二的。這帶給我們一個(gè)啟發(fā)，一串在時(shí)域上看似變化無章的信號(hào)，在頻譜上可能是簡(jiǎn)單明了的，這可以大大簡(jiǎn)化信號(hào)的處理或識(shí)別過程。

為了更好地認(rèn)識(shí)信號(hào)在頻譜上的特性，下面重點(diǎn)介紹信號(hào)帶寬的定義，并說明窄帶信號(hào)與寬帶信號(hào)之間的區(qū)別。

Part1信號(hào)帶寬（Bandwidth）

信號(hào)帶寬一般定義為信號(hào)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(hào)帶寬（Hz）是指信號(hào)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(duì)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(diǎn)。

Part2基帶信號(hào)（Baseband）

在頻域中，基帶信號(hào)是占據(jù)從 0 Hz 到某個(gè)截止頻率的頻率范圍的信號(hào)。它之所以被稱為基帶，是因?yàn)樗紦?jù)了頻譜的最低范圍。

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

由于待傳播的消息信號(hào)一般強(qiáng)度很弱，無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。為了把消息信號(hào)傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的地方，就需要將消息信號(hào)加載到高頻率和高能量的載波信號(hào)上，也就是調(diào)制。調(diào)制是根據(jù)消息信號(hào)的幅度去改變載波信號(hào)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(hào)頻譜搬移到設(shè)定的高頻處。

Part3窄帶信號(hào)（Narrowband）

對(duì)于寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)，目前還沒有文獻(xiàn)或組織對(duì)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(gè)相對(duì)概念。

我們假設(shè)一信號(hào)的頻率寬度為 ，中心頻率為 。

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

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

Part4寬帶信號(hào)（Broadband）

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

寬帶是一種相對(duì)的描述方式，頻率的范圍愈大，也就是信號(hào)帶寬愈高時(shí)，能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)也相對(duì)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(hào)為一個(gè)寬帶信號(hào)。

編輯：黃飛

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