窄带信号是指其带宽远小于中心频率的信号。具体来说，当信号的带宽(B)远小于其中心频率(f0)，即相对带宽B/f0远小于1时，该信号被称为窄带信号。通常情况下，这种信号的相对带宽B/f0<0.1.窄带信号的频谱集中在某一非零频率附近，且远离零频率。
在通信领域，窄带信号通常用于传输低速率的信息，例如语音、传真图像等。此外，窄带信号也可以通过调制技术将其搬移到指定的高频范围内，形成适合传输的信号。窄带信号的特点是频谱效率较低，因为它们每单位频率能传输的信息量较少。
窄带信号与宽带信号的主要区别在于带宽的大小。宽带信号的带宽远大于中心频率，而窄带信号的带宽则远小于中心频率。
一、 窄带信号在通信系统中的具体应用
窄带信号在通信系统中的具体应用非常广泛，涵盖了多个领域和用途。以下是几个主要的应用场景：
窄带通信技术在智能电网、智能家居和智慧城市中扮演着重要角色。这些领域需要大量传感器数据，而传感器通常位于难以通过电缆到达的位置。无线技术的引入使得传感器的连接变得快速且易于使用，提供了巨大的优势。窄带技术能够高效传输稀少且小的数据包，如每小时传输一次的平均温度，这对于机器对机器(M2M)通信至关重要。
窄带技术特别适用于监控大型基础设施、工业过程监控、环境和地形监控、定位和运动跟踪以及智慧城市应用。例如，在供水和排水系统中，泵、管道和阀门配备的传感器可以独立发送状态和故障消息。在工业过程控制领域，窄带信号的高故障抗性至关重要，可以减少无线电通信错误。
窄带卫星通信(Narrowband SATCOM)支持全球战术通信，包括应急通信、内部通信、情报广播和战斗网络无线电的远程扩展。窄带SATCOM使用小型便携式终端进行远距离通信，非常适合移动性强的战术终端。
窄带技术被广泛应用于语音、数据和遥测通信，以及商业、工业、农业、学校、医院、政府机构、媒体等多个行业。窄带技术的应用需要对频率进行调整，以确保信号的有效传输。
窄带分频系统使用由载波频率定义的相对狭窄的无线电信道，每个无线电信道由一对频率组成：用于基站到移动站传输的频率称为下行链路，用于移动站到基站传输的频率称为上行链路。窄带信道技术在现代通信系统中提高了频谱效率，降低了系统复杂度，同时保持了良好的通信性能。
TETRA、TETRAPOL和F^25系统主要应用于SAR任务或一般安全和紧急情况，而NATON/BW系统则主要用于战术/军事通信。这些系统使用25kHz或更小的带宽，限制了数据速率，但提供了稳健的远距离通信能力。
窄带信号在通信系统中的应用非常广泛，涵盖了从智能城市到工业过程监控、从战术通信到语音和数据传输等多个领域。
二、 如何通过调制技术将窄带信号搬移到高频范围
要将窄带信号搬移到高频范围内，可以采用调制技术。调制是一种信号处理过程，通过控制高频载波信号的某些参数(如幅度、频率或相位)，使其按照低频基带信号的变化规律进行变化，从而实现将低频信号转换为高频信号的目的。
具体来说，有几种常见的调制技术可以实现这一目标：
振幅调制（AM） ：这是最简单的调制方式之一，通过改变载波信号的幅度来反映基带信号的变化。例如，在全载波调幅(SAM)中，载波信号的幅度会随着基带信号的变化而变化，从而将低频信号搬移到高频载波分量两侧。
频率调制（FM）和相位调制（PM） ：这两种技术通过改变载波信号的频率或相位来反映基带信号的变化。FM调制器可以是任何电压控制振荡器(VCO)，它能够根据基带信号的变化调整输出频率。
正交幅度调制（QAM） ：这是一种高级的数字调制技术，通过同时改变载波信号的幅度和相位来传输信息。QAM能够提供更高的数据传输速率，并且在抗干扰性能上也表现优异。
双边带调幅（DSB）和单边带调幅（SSB） ：这些技术通过选择性地保留载波信号的一部分来减少所需的带宽，从而提高传输效率。
三、 窄带信号的频谱效率低的原因是什么?
窄带信号的频谱效率低的原因主要在于其带宽限制和信号处理的复杂性。首先，窄带信号的带宽较小，这使得其在传输过程中容易受到频率选择性衰落的影响，导致信号质量下降。其次，窄带信号通常采用时分多址(TDMA)技术，这种技术需要在时间槽之间提供足够的保护时间来适应时钟不稳定性、延迟扩展等因素，从而增加了信号处理的复杂性。此外，窄带信号的传播特性也会影响其频谱效率，例如在水声通信中，介质的吸收会导致声信号幅度和能量的衰减，限制了可用带宽。
四、 窄带信号与宽带信号在传输性能上的主要差异有哪些?
窄带信号与宽带信号在传输性能上的主要差异可以从多个方面进行分析：
1. 多径效应处理：
窄带信号由于其带宽较小，多径分量无法被完全解析，导致接收器中出现较大的信号波动(衰落)。这意味着窄带信号在多径环境中容易受到干扰，信号质量较差。
相比之下，宽带信号的带宽较大，可以更好地解析多径分量，从而减少信号波动和衰落。
2. 频率选择性：
窄带信号的延迟扩散与符号长度之比较小，因此频率选择性较弱。这使得窄带信号在频率变化时对信道变化的敏感度较低。
宽带信号的延迟扩散与符号长度之比较大，频率选择性增强。这意味着宽带信号在频率变化时更易受到信道变化的影响。
3. 误码率（BER）性能：
窄带天线系统由于较低的传输效率，通常表现出较高的BER。这表明窄带信号在噪声功率谱条件下容易产生更多的错误。
宽带天线系统则通常具有较低的BER，因为其传输效率更高。
4. 频谱重用率：
窄带系统将信道分配给单个用户，相邻单元的用户无法使用相同的信道，导致总带宽利用效率低下。
宽带系统则允许多个用户在同一频段上共享信道，提高了频谱重用率。
5. 数据速率和噪声水平：
窄带通信适用于低速、短距离、低功耗的通信需求，但其数据速率较低且噪声水平较高。
宽带通信则适用于高速、长距离、高数据速率的通信需求，具有更高的数据速率和较低的噪声水平。
6. 应用场景：
窄带通信尤其适用于需要大量无线电控制设备的场景，如建筑工地或工业厂区。
宽带通信则广泛应用于需要高速数据传输的应用场景，如互联网接入和局域网通信。
五、 窄带信号的相对带宽B/f0<0.1这一标准是如何确定的?
窄带信号的相对带宽B/f0<0.1这一标准是基于信号带宽与中心频率之比来定义的。具体来说，窄带信号的相对带宽是指信号的频率宽度B与中心频率f0之比，通常要求这个比值小于0.1.即B/f0<0.1.
这一标准的确定主要基于以下几个方面的考虑：
- 信号处理和通信系统理论：在信号处理和通信系统中，窄带信号通常指的是其带宽远小于中心频率的信号。这种定义有助于简化信号分析和处理，因为窄带信号的频谱特性相对简单，可以近似为单频或少量频率成分。
- 工程实践中的经验总结：在实际工程应用中，相对带宽小于0.1的信号被认为是窄带信号，这有助于设计和优化相关的电路和天线系统。例如，在射频匹配和天线设计中，窄带信号的相对带宽小于10%被认为是合理的。
- 不同场景下的应用需求：在不同的应用场景中，如阵列信号处理、自相关矩阵特征值分析等，窄带信号的定义可能有所不同，但通常都遵循相对带宽小于0.1的标准。
