信号带宽：基带信号、窄带信号与宽带信号的含义

一路上

前言

在互联网时代，信号大部分情况下是以电磁波的形式传播的。

根据傅里叶变换可知，每个信号都由大量不同频率的谐波组成，并且信号的谐波成分（也就是频谱特征）是独一无二的。

这带给我们一个启发，一串在时域上看似变化无章的信号，在频谱上可能是简单明了的，这可以大大简化信号的处理或识别过程。

为了更好地认识信号在频谱上的特性，下面重点介绍信号带宽的定义，并说明窄带信号与宽带信号之间的区别。

信号带宽（Bandwidth）

信号带宽一般定义为信号在连续频带中的上限频率和下限频率之间的差值。

在某些情况下，信号带宽（Hz）是指信号的频谱密度（W/Hz 或 V2/Hz）不为零或高于小阈值的频率范围。如下图，阈值通常是相对于最大值定义的，最常见的是 -3 dB ，即频谱密度为其最大值一半的点。

基带信号（Baseband）

在频域中，基带信号是占据从 0 Hz 到某个截止频率的频率范围的信号。它之所以被称为基带，是因为它占据了频谱的最低范围。

在通信中，信号源直接生成的消息信号（文字信号、语音信号、图像信号等）都是基带信号。

由于待传播的消息信号一般强度很弱，无法进行远距离传播。为了把消息信号传输到很远的地方，就需要将消息信号加载到高频率和高能量的载波信号上，也就是调制。调制是根据消息信号的幅度去改变载波信号特性（幅度、频率或者相位）的过程。常见的调制包括幅度调制（AM）、相位调制（PM）、频率调制（FM）等，它们本质上是将信号频谱搬移到设定的高频处。

窄带信号（Narrowband）

对于宽带信号和窄带信号，目前还没有文献或组织对其给出严格定义，因此宽带与窄带没有严格意义上的区分，二者是一个相对概念。

我们假设一信号的频率宽度为 ，中心频率为 。

一般认为，窄带信号满足以下要求：信号的频率宽度  远小于中心频率  ，通常要求 。

例如单频信号则属于窄带信号；而我们大多数情况下测量的信号只包含若干个单频成分，那么这也是窄带信号，对应的频谱称为窄带谱。若从频率成分来理解，窄带信号的相邻频率成分则相差甚远，如正弦信号。

宽带信号（Broadband）

宽带一般来讲是指信号的频率分布在一个连续的宽频带内。如果信号的频率分布范围很广，且信号频率成分是连续的，可以认为是宽带信号。它表示信号或电子线路包含或能够同时处理较宽的频率范围。

宽带是一种相对的描述方式，频率的范围愈大，也就是信号带宽愈高时，能够发送的数据也相对增加。若从频率成分来理解宽带，则认为相邻频率成分相差很小的信号为一个宽带信号。

作者：唐半盏