《通信原理》第十五讲.PDF

《通信原理》 第十五讲 §3 ．5 加性噪声 加性噪声与信号相互独立，并且始终存在，实际中只能采取措施减小加性噪 声的影响，而不能彻底消除加性噪声。因此，加性噪声不可避免地会对通信造成 危害。 一、 噪声的分类 a) 根据噪声的来源进行分类，一般可以分为三类。 1．人为噪声 人为噪声是指人类活动所产生的对通信造成干扰的各种噪声。其中包括工业 噪声和无线电噪声。 2 ．自然噪声 自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源所产生的噪声。如雷电、磁暴、太 阳黑子、银河系噪声、宇宙射线等。 3 ．内部噪声 内部噪声是指通信设备本身产生的各种噪声。如电阻一类的导体中自由电子 的热运动产生的热噪声、电子管中电子的起伏发射或晶体管中载流子的起伏变化 产生的散弹噪声等。 b) 如果根据噪声的性质分类，噪声可以分为单频噪声、脉冲噪声和起伏噪 声。 1．单频噪声 单频噪声主要是无线电干扰，频谱特性可能是单一频率，也可能是窄带谱。 单频噪声的特点是一种连续波干扰。可以通过合理设计系统避免单频噪声的干 扰。 2 ．脉冲噪声 脉冲噪声是在时间上无规则的突发脉冲波形。包括工业干扰中的电火花、汽 车点火噪声、雷电等。脉冲噪声的特点是以突发脉冲形式出现、干扰持续时间短、 脉冲幅度大、周期是随机的且相邻突发脉冲之间有较长的安静时间。由于脉冲很 窄，所以其频谱很宽。但是随着频率的提高，频谱强度逐渐减弱。可以通过选择 合适的工作频率、远离脉冲源等措施减小和避免脉冲噪声的干扰。 3 ．起伏噪声 起伏噪声是一种连续波随机噪声，包括热噪声、散弹噪声和宇宙噪声。对其 特性的表征可以采用随机过程的分析方法。起伏噪声的特点是具有很宽的频带， 并且始终存在，它是影响通信系统性能的主要因素。 二、 起伏噪声及特性 在起伏噪声中，我们主要讨论热噪声、散弹噪声和宇宙噪声的产生原因，分 析其统计特性。 热噪声是由传导媒质中电子的随机运动而产生的，实验结果和理论分析证 明，在阻值为R 的电阻器两端所呈现的热噪声，其单边功率谱密度为 4Rhf 2 P (f ) (V / Hz) (3.5-1) n ⎛ hf ⎞ exp⎜ ⎟−1 ⎝KT ⎠ 式中 T 为所测电阻的绝对温度 K 1.38054 ×10−23 (J / K ) 为玻耳兹曼常数 h 6.6254 ×10−34 (J / s) 为布郎克常数 功率谱密度曲线如图 3-28 所示。在室温(T 290K ) 条件下，f 1000GHz 时， 功率谱密度P (f ) 基本上是平坦的。这个频率范围是很宽的，包含了毫米波在内 n 的所有频段，通常我们把这种噪声按白噪声处理。因此，通信系统中热噪声的功 率谱密度可表示为 P (f ) 2RKT (V 2 / Hz) (3.5-2) n P (f ) n 2kRT 0.2 0.4 hf / KT 图3-28 热噪声的功率谱密度 电阻的热噪声还可以表示为噪声电流源或噪声电压源的形式，如图 3-29 所 示。其中图 3-29(b)是噪声电流源与纯电导相并联；图 3-29(c)是噪声电压源与纯 电阻相串联。 图3-29 电阻热噪声的等效表示 根据中心极限定理可知，热噪声电压服从高斯分布，且均值为零。其一维概 率密度函数为 1 ⎛ v2 ⎞ f n (v) 2πσ exp⎜⎜−2σ2 ⎟⎟ n ⎝ n ⎠ 因此，通常都将热噪声看成高斯白噪声。 除了热噪声之外