1、14.8 接收机的噪声系数与等效噪声温度 噪声来源 热噪声 太阳辐射 宇宙辐射 其他 电火花、电磁泄漏、电磁辐射等 （注：除了热噪声外，其他的噪声在一定条件下是可以认为消除的）24.8 热噪声（ 1） 原理：自由电子的热运动 建模：白平稳遍历高斯过程 均值： 功率功率谱密度： 其中 自相关函数： 带宽 B内的噪声功率 概率密度函数( )0Ent =()02nNPf=0NKT=() ()( ) ()02nNREntnt =+=2KTB =()222212nfn e=34.8 .1热噪声（2） 电子热运动造成 分析和实验表明 阻值为R的电阻两端所呈现的热噪声电压呈高斯分布，其均值为0，方差为 ，其
2、单边功率谱密度为( )223kTRh()()2/4/1hf kTRhfNf V Hze=R44.8.1 热噪声功率谱密度()()2/4/1hf kTRhfNf V Hze= 其中 T为物体的绝对温度； h为普朗克常数， 6.6254 10-34(J.s) k 为玻尔茨曼常数， 1.38054 10 23（ J/K）54.8.1 输出噪声功率谱密度输出噪声功率谱密： 匹配）（HzWo2an2N2KTR)f(H)f(NP =匹配:N(f)/4RRR0NkT=大部分温度和频带下当T290k N0 1.380541023290=4. 0021021(W/Hz)64.8.2 噪声系数（1） 噪声系数 F
3、=(S/N)i/(S/N)o F的定义：若一个电阻与线性网络匹配连接，当该 电 阻 处于室温（ 290K）下，输入信噪比与输出信噪比的比值。 （注：当匹配电阻不在常温下时，不能使用噪声系数，而应该使用等效噪温）111oi i i ieoin i ei iiSGS GS S STN GN P GkTB GkT B N N FT= =+74.8.2 噪声系数 （ 2） F 反映网络产生的噪声，将它折合到输入端后，相当于总输入噪声增大到 F 倍，成为KTBF，网络产生的噪声所折合的那部分输入是KTB(F-1)。 对于级联系统噪声系数可等效为)1(21213121111+=npapapanpapapa
4、kkkFkkFkFFFnullnull84.8.3 等效噪声温度 网络的等效噪声温度 Te：把网络产生的噪声看成是输入的电阻升温 Te度 天线的等效噪声温度 Ta：把天线输出的噪声看成是一个温度为 Ta的电阻所产生。94.8.3 网络的等效等效噪声温度 Te 信号经过网络时，除了输入端的噪声经过网络，另外网络本身也产生热噪声，因此输出端的热噪声变多了。 将网络内部产生的噪声在输入端等效成一个具有一定温度的热噪声通过无噪的网络，该等效温度即为等效噪声温度。 等效噪声温度表示了一个网络的内部噪声情况 。104.8.3网络的等效等效噪声温度 Te（2） 设内部产生噪声功率为 其中:G为网络增益。 无
5、源网络可以通过计算各电阻在工作温度下产生的噪声，然后根据电路等效得到输出的噪声功率， 但是对于有源网络的噪声分析就复杂多了。nePTkBG=neP kT BG=114.8.3 噪声系数F与等效噪温Te的关系 表示了网络内部噪声的情况 级联网络的等效噪温01eTFT= +321112.eeeeTTTTGGG= + +其中Tei是第i级网络的等效噪温，Gi是第i级网络的增益思考：换成噪声系数的表示形式？124.8.3 天线等效噪温 Ta(1) 天线噪声通过馈线进入接收机，当馈线损耗足够小、接收机采用了 LNA后，天线噪声就限制了接收系统噪声的进一步降低。 天线噪温的定义为 Ta Pa/kB 其中
6、Pa是在 B带宽内天线在匹配情况下所接收到的噪声功率，该噪声功率来源与热噪声不同，它可以是 （ 1）天线固有的电阻特性损耗引起的噪声 （ 2）太阳系噪声 该部分噪声与太阳活动 、天 线仰角、方向等均有关系 （ 3）宇宙噪声 （ 4）大气噪声及降雨噪声 （ 5）地面噪声134.8.3 天线等效噪温 Ta(2) 典型值： 12GHz,线极化 ,1.8m天线，仰角为 30度以上时等效噪温为 30K 4GHz，圆极化， 30m天线，仰角大于 30度时等效噪温约为 22K。 馈线的噪声系数 在匹配的情况下，馈线的噪声系数为 F=L 其中， L是馈线损耗（功率）14举例（卫星通信中的等效噪声温度） 以卫星
7、通信接收机的输入端作为参考点 Te=Ta/L+(1-1/L)Tk+Ter 这里 Ta是天线等效噪温 L是馈线损耗 Tk是馈线环境温度 Ter是接收机等效噪温 以馈线输入点作为参考点的等效噪温为 Te=Ta+(L-1)Tk+Lter 可以看到如果要减小卫星系统的等效噪温，需要减小 L和 Ter。15接收机的噪声功率谱 无线通信，接收机与天线相连噪声功率谱 注： Ta是天线等效噪温 F 是噪声系数 T是室温（绝对温度） Te是接收机等效噪温 无线通信中的典型参数：GSM基站接收机的噪声系数为 10dB左右( )()( )01ae aNKTT KTF TKTF=+=+=第五章 数字基带传输系统17引
8、言 什么是基带系统？ 基带信号 (功率谱低通型、直流 )、基带信道 (传递函数低通型 )，信号频谱不搬移，直接传送。 将数字基带信号通过基带信道传输，称此传输系统为数字基带传输系统 为什么要研究基带系统？ 频带系统也存在基带传输问题，基带系统中的许多概念、理论可直接应用于频带系统 (光纤、无线 )； 理论上，频带传输系统总有一个基带传输系统与之对应 等效基带系统； 实际中存在基带传输 (设备内部、外设 )，不只用于低速率传输，还有高速传输，并有迅速发展的趋势。18主要内容 数字基带系统的构成 数字基带信号及其频谱特性 基带传输的常用码型 无符号间干扰的基带传输特性 部分响应系统 无符号间干扰基
9、带传输系统的抗噪声性能 眼图 时域均衡器19信息代码、数字基带信号 信息代码：表示字母、数字或符号等消息的二进制代码。 数字基带信号：数据序列的电波形表示；电信号。单、双极性；归零码、不归零码。20基本的数字基带信号波形 (1) 二进制单极性不归零归零(NRZ)码码 二进制二进制双极性双极性不不归零归零(NRZ)码码0, 1 0, 1nnba= =()12Tstgt ArectT=11101001-AA0111010010AtA0sT0,1 1, 1nnba= =+()12Tstgt ArectT=21基本的数字基带信号波形 (2) 二进制单极性归零零(RZ)码码Ts111010010AA0-
10、A0, 1 0, 1nnba= =()12Ttg t Arect=tA0 二进制 双极性 归归零零(RZ)码码0,1 1, 1nnba= =+()12Ttg t Arect=适于通过同轴电缆等在设备之间进行短距离传输22基本的数字基带信号波形 (2) 差分码：用相邻码元电平是否跳变代表 0或 11nn ndbd= 差分编码(相对编码 )+nbndsT延迟码型编码nanb 绝对码nd 相对码单极性不归零空号差分码跳变： ”0“0A000110110 相对码111010010单极性不归零传号差分码跳变： ”1“A101100010 相对码二进制单极性不归零码111010010A1nn ndbd=
11、null1nn ndbd=23基本的数字基带信号波形 (3) 多电平码波形2kM =k个二进制符号 bi一 个 M进制符号 an例 . k =3, M=8b1b2b3an0 0 0 +70 0 1 +50 1 0 +30 1 1 +11 0 0 -11 0 1 -31 1 0 -51 1 1 -71 1 1 0 1 0 0 1 1bi-7 +3 +1an0-1 -3 -5 -7 -7 -5 -3 -1 -24数字基带系统的构成nbna( )st( )xt na( )rt nb()dt信道信道码型码型编码编码发发 滤滤波器波器收滤收滤波器波器抽样抽样判决判决码型码型译码译码( )nt位位 同同步
12、器步器( )cp t( )()TTg tG () ()nT snst ag tnT= () ()()nT snxt ag t nT nt=+ ()na 传输码 线 路码()Tgt发送脉冲波形 数字脉冲幅度调制 (PAM)(矩形、升余弦、高斯、半余弦脉冲 )随机序列25PAM信号PSD的计算（一般方法）1. 直接计算：2. 通过s(t)的自相关函数计算介绍方法2：具体步骤1. 设an广义平稳，证明s(t)是循环平稳随机过程2. 对s(t)的自相关函数 求时间平均值3. 求 的Fourier变换，得4. 求an的自相关函数MPAM的一般形式可表示为：其中an广义平稳，以一定的概率取M个电平中的一个
13、值。)()( fPfGsT),( +ttRs)(sR)( fPS+= )()(bTnnTtgats)(sR26基带信号的频谱特性 (1)() ()nT snst ag tnT= ( ) ( ) ( )*nnankaaEmRR+=其中 广义平稳随机序列， ；()0,Tsg ttT 发送脉冲波形，() ()nT snEst E ag t nT= = ()aT snmgtnT=周期为周期为 Ts()( )nm T s T snmE aa g tnTg tmT= =+( ) ( ) ( ),sRtt Estst += + ()()( )aT TnmR mng tnTg tmT= =+( ) ( ),s
14、s sRtkTt kT Rtt += +()st 循环平稳27基带信号的频谱特性 (2) 循环平稳过程 s(t) 的功率谱密度() ()221,ssTssTsR Rtt dtT=+() ()1ag smsR mR mTT=() () ( )gTTR gtgt dt=其中：() ()2jfssP f Re d =() ()21aTsP f G fT=() ()2sjfmTaamPf Rme=其中： na随机序列 的功率谱密度( ) ( )TTg tGf() ( )()aa smRRmtmT=( ) () ()naTst aPf G f数字基带信号 的功率谱密度与随机序列 的功率谱特性以及发送滤波
15、器的频率特性 有 关.28基带信号的频谱特性 (3) 特例： na实随机序列 的 各符号互不相关() ( ) ( ) 0, 0nnm n n nm nmCov a a E a E a a E a m+ = = () ( ) ( ) ( ) ( )a n nm n nm n nmR m Eaa Covaa Ea Ea+ += +222,0,0aaammmm+ =()222sjfmTaaamPf m e=+22aamsmmfT=+ ()sTt ( )nastPSD结论：在实随机序列 的各符号互不相关时， 的() ()22222aasT Tmssssm mmPf G f G fTTTT= =+ 29
16、基带信号的频谱特性 (4)() ()22222aasT Tmssssm mmPf G f G fTTTT= =+ 连续谱： ( )TGf形状取决于 离散谱： 1,sT间隔 可提取位同步信息.0,am =若() ()22asTsPf G fT=30基带信号的频谱特性 (5) nb例1.双极性不归零码， 各符号互不相关且0、1等概出现 1na =且等概0,am =()12Tstg t ArectT=( ) ( )sjfTTssGf ATSa fTe=() ()22asTsPf G fT= ( )22sa sAT S fT=1sT22asAT2sT3sT3sT( )sP f2sT1sT( )2221anaEa m =
