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信號帶寬:基帶信號、窄帶信號與寬帶信號的含義

發布時間:2023-04-04作者來源:金航標瀏覽:9915


在互聯網時代,信號大部分情況下是以電磁波的形式傳播的。

根據傅里葉變換可知,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[敏感詞]的。這帶給我們一個啟發,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。

為了更好地認識信號在頻譜上的特性,[敏感詞]重點介紹信號帶寬的定義,并說明窄帶信號寬帶信號之間的區別。

Part1信號帶寬(Bandwidth)

信號帶寬一般定義為信號在連續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。

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Part2基帶信號(Baseband)

在頻域中,基帶信號是占據從 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,是因為它占據了頻譜的[敏感詞]范圍。

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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

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由于待傳播的消息信號一般強度很弱,無法進行遠距離傳播。為了把消息信號傳輸到很遠的地方,就需要將消息信號加載到高頻率和高能量的載波信號上,也就是調制調制是根據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。常見的調制包括幅度調制(AM)、相位調制(PM)、頻率調制(FM)等,它們本質上是將信號頻譜搬移到設定的高頻處。

Part3窄帶信號(Narrowband)

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

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我們假設一信號的頻率寬度為 ,中心頻率為 

一般認為,窄帶信號滿足以下要求:信號的頻率寬度  遠小于中心頻率  ,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,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的寬頻帶內。如果信號的頻率分布范圍很廣,且信號頻率成分是連續的,可以認為是寬帶信號。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,能夠發送的數據也相對增加。若從頻率成分來理解寬帶,則認為相鄰頻率成分相差很小的信號為一個寬帶信號。

Part5參考文獻

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Bandwidth_(signal_processing).
[2] https://en.wikibooks.org/wiki/Communication_Systems/Baseband_and_Broadband_Signals.
[3] https://blog.csdn.net/qq_42691315/article/details/113178744.






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