第2章24通信信道2.pptVIP

3.5信道的加性噪声 调制信道对信号的影响除乖性干扰外，还有加性干扰（即加性噪声）。 加性噪声虽然独立于有用信号，但它却始终干扰有用信号，因而不可避免地对通信造成危害。 某些类型的噪声是确知的，如电源哼声、自激振荡、各种内部的谐波干扰等，在原理上可消除或基本消除。另一些噪声则往往不能准确预测其波形，这种不能预测的噪声统称为随机噪声。 加性噪声按来源不同，可分为： （1）人为噪声 人为噪声来源于人类活动造成的其它信号源。如：外台信号、开头接触噪声、工业的点火辐射及荧光灯干扰等。 （2）自然噪声 自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源。如：闪电、大气中的电暴、银河系噪声及其它各种宇宙噪声等。 （3）内部噪声 内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声。如：导体中自由电子的热运动（热噪声）、真空管中电子的起伏发射和半导体中载流子的起伏变化（散弹噪声）及电源哼声。 按噪声的性质，可将噪声分为： （1）单频噪声 （2）脉冲噪声 （3）起伏噪声 （1）单频噪声 单频噪声是一种连续波的干扰，主要是指无线电噪声，还有电源的交流声、信道内设备的自激震荡、高频电炉干扰等也在此类之列。这种噪声的主要特点是其频谱集中在某个频率附近较窄的范围之内，干扰的频率可以通过实测来确定。因此，单频噪声并不是在所有通信系统中都存在，且只要采取适当的措施便可能防止或削弱其对通信的影响。 （2）脉冲噪声 脉冲噪声是在时间上无规则地突发的短促噪声，如工业上的点火辐射、闪电及偶然的碰撞和电气开关通断等产生的噪声。这种噪声的特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间有较长的平静期。从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的频谱（从甚低频到高频）。脉冲噪声主要影响数字信道（编码信道），而对模拟信道（调制信道）的影响比较小。 （3）起伏噪声 起伏噪声是最基本的噪声来源，是普遍存在和不可避免的，其波形随时间作不规律的随机变化，且具有很宽的频谱，主要包括信道内元器件所产生的热噪声、散弹噪声和天电噪声中的宇宙噪声。从它的统计特性来看，可认为起伏噪声是一种高斯噪声，且在相当宽的频率范围内且有平坦的功率密度谱，可称其为白噪声，故而起伏噪声又可表述为高斯白噪声。 高斯白噪声的功率谱密度 噪声带宽Bn= ————— = ———— 3.5.1热噪声 热噪声是由于导体中组成传导电流的自由电子无规则的热运动而引起的。在任何时刻通过导体每个截面的电子数目的代数和是不等于零的，即由自由电子的随机热骚动带来一个大小和方向都不确定（随机）的电流——起伏电流（噪声电流），它们流过导体就产生一个与其电阻成正比的随时间而变化的电压——起伏电压（噪声电压）。 热噪声的功率谱密度 分析和实验结果表明，在从直流到微波（1013Hz）的频率范围内，电阻或导体的热噪声具有均匀的功率谱密度为： Pi（ω）= E[IN2]/2B=2KTG 或：PV（ω）= R2Pi（?）=2KTR 式中，K为波尔兹曼常数（K=1.3805×10-23 J/K)，T为绝对温度(K)，G为电阻R (Ω)的电导值，B为信号的带宽(Hz)。 噪声电阻的模型 热噪声电流及电压的有效值 热噪声电流源及电压源的均方值为： E[IN2]=2Pi(?)B=4KTGB E[VN2]=2Pv(?)B=4KTRB 热噪声电流源及电压源的均方根值（有效值）为： IN=√4KTGB VN=√4KTRB 例3.5-1 设某接收天线的等效电阻为300?，接收机的通频带为4kHz，环境温度为17℃，试求该天线产生的热噪声电压的有效值。 解：R=300? T=17+273=290K B=4kHz 则 Vn=√4kTRB =√4×1.3805 ×1023 ×290 ×300×4×103 =1.386 ×10-7（V） 例3.5-2 计算如图(a)所示电路a,b两端的热噪声电压功率谱 Pv(ω)=2KTRab(ω)=2KT 解： Zab(ω)= = Rab(ω)=Re[Zab(ω)]= 3.5.2散弹噪声 散弹噪声又称散粒噪声或颗粒噪声，是1918年肖特基研究此类噪声时，根据打在靶子上的子弹的噪声而命名的。 散弹噪声出现在电子管和半导体器件中，电子管中的散弹噪声是由阴极表面发射电子的不均匀性引起的。 散弹噪声的性质可用平板型二极管的热阴极电子发射来说明。 散弹效应示意图： 肖特基公式： 可以证明，阳极电流随机起伏