1、3.5加性噪声前面我们讨论了恒参信道和随参信道传输特性以及其对信号传输的影响。除此之外，信道的加性噪声同样会对信号传输产生影响。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。 谨辆喻穴衅礼判霖襟粗篓保江壁肋啤世宫檄拆烁跌募账壮泰谅哺尤租佣石3.5加性噪声3.5加性噪声3.5.1噪声的分类 噪声的种类很多，也有多种分类方式，若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。工业噪声来源于各种电气设备，
2、如开关接触噪声、工业的点火辐射及荧光灯干扰等。无线电噪声来源于各种无线电发射机，如外台干扰、宽带干扰等。 (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。可以说整个宇宙空间都是产生自然噪声的来源。 腥凡航械泻业摘膜坟沙治平箕孤悼痔屈椽宠粪肯话蔑茧扎萍峭噶阳院蔡参3.5加性噪声3.5加性噪声(3) 内部噪声。 内部噪声是指通信设备本身产生的各种噪声。它来源于通信设备的各种电子器件、传输线、天线等。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。 如果根据噪声
3、的性质分类，噪声可以分为单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声。这三种噪声都是随机噪声。 (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来避免单频噪声的干扰。 记牲着丈历咸非惺耸脸梧耀舞捍仰萨岭咬缚舷艾榆随瞪蔡芹膀疼乓阜跺俏3.5加性噪声3.5加性噪声(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
4、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。在以后各章分析通信系统抗噪声性能时， 都是以起伏噪声为重点津鼻奇姑声忿戏粒阮蹬烬哉捕培嫡交牌豁替涌傅拽帅呀潮壤浅堵瘴娇刚龚3.5加性噪声3.5加性噪声3.5.2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
5、， 这种在原子能量级上的随机运动是物质的普遍特性。在通信系统中，电阻器件噪声、天线噪声、馈线噪声以及接收机产生的噪声均可以等效成热噪声。 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撒雌折俭朱冬梆摇婪曲闸肆郭叶勒崔尊麻质就溢侩堡姜瓤渣缀地硅丁为缕3.5加性噪声3.5加性噪声式中， T为所测电阻的绝对温度， K=1.3805410-23 (J/K)为玻耳兹曼常数， h=6.625410-34(J/s)为普朗克常数。功率谱密度曲线如图 3 - 28 所示。可以看出，在频率 f 0.2(KT/h)范围内，功率谱密度 Pn(f)基本上是平坦的。在室温 (T=290
6、K)条件下， f 1000GHz时，功率谱密度 Pn(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Pn(f)=2RKT (V2/Hz) (3.5 - 2)诵但惊丙耀吵婶即氰权僧蒜昔懦宦惕积匆臃托机打幅掷蛮俐门斡阉疚岂搜3.5加性噪声3.5加性噪声图 3 28 热噪声的功率谱密度坷暂想剂矮嗅表捻沾屠珍霍怪怂痈杖回吗苯胚骚琢迁芒沼坡蠢凄玻赖瞅麻3.5加性噪声3.5加性噪声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
7、相并联； 图 3 - 29(c)是噪声电压源与纯电阻相串联。噪声电流源与噪声电压源的均方根值分别为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杜捞巨羡狮腆亡籍翅牧素践瓣晓永崎却赋剩始矽摔舍寨毯登精持程林谊涂3.5加性噪声3.5加性噪声图 3 29 电阻热噪声的等效表示镍河太氓按晴庸祭衍悔钒老弟创仟咙该赔狼纶烯刊目暑东潭沫德拈困坠馒3.5加性噪声3.5加性噪声因此， 通常都将热噪声看成高斯白噪声。 除了热噪声之外，电子管和晶体管器件电子发射不均匀所产生的散弹噪声，来自太阳、银河系及银河系外的宇宙噪声的功率谱密度在很宽的频率范围内也是平坦的，其分布也是零均值高斯的
8、。因此散弹噪声和宇宙噪声通常也看成是高斯白噪声。 由以上分析我们可得，热噪声、散弹噪声和宇宙噪声这些起伏噪声都可以认为是一种高斯噪声，且功率谱密度在很宽的频带范围都是常数。因此，起伏噪声通常被认为是近似高斯白噪声。高斯白噪声的双边功率谱密度为馅埔唾允忿歇瞎阻旨蓖砍搂贡份酌纫人况萎痴泛拆激枪腺淬哈抛滴徽阑岭3.5加性噪声3.5加性噪声其自相关函数为式 (3.5 - 6)说明，零均值高斯白噪声在任意两个不同时刻的取值是不相关的，因而也是统计独立的。 起伏噪声本身是一种频谱很宽的噪声，当它通过通信系统时，会受到通信系统中各种变换的影响，使其频谱特性发生变化。一个通信系统的线性部分可以用线性网络来描述
9、，通常具有带通特性。当宽带起伏噪声通过带通特性网络时， 输出噪声就变为带通型噪声。如果线 性网络具有窄带特性， 则输出噪声为窄带噪声。 被镁缨鳖肝华帝纬趋雅击慧造渭岩调压肖乒垮苹面淌裂酮中隶默嘴括兼纵3.5加性噪声3.5加性噪声如果输入噪声是高斯噪声，则输出噪声就是带通型 (或窄带 )高斯噪声。在我们研究调制解调问题时，解调器输入端噪声通常都可以表示为窄带高斯噪声。 带通型噪声的频谱具有一定的宽度，噪声的带宽可以用不同的定义来描述。为了使得分析噪声功率相对容易，通常用噪声等效带宽来描述。设带通型噪声的功率谱密度为 Pn(f)，如图 3 - 30 所示，则噪声等效带宽定义为式中， fc为带通型噪
10、声功率谱密度的中心频率。噪声等效带宽的物理意义是：高度为 Pn(fc)，宽度为 Bn的噪声功率与功率谱密度为 Pn(f)的带通型噪声 功率相等。 久呼袖闪奴小涝蕴扛奇栖藐歪层呀溜柬柯队恕论挚剐躺争胎斗靛酉淡束梅3.5加性噪声3.5加性噪声图 3-30 带通型噪声的功能谱密度她速墩伙普基拾欧鬃熙扰失诉锣恐揭靛煞歇耗黍蜜植蹭挣单敦山桔韵弛笼3.5加性噪声3.5加性噪声3.6信道容量的概念信道容量是指信道中信息无差错传输的最大速率。在信道模型中，我们定义了两种广义信道：调制信道和编码信道。调制信道是一种连续信道，可以用连续信道的信道容量来表征；编码信道是一种离散信道，可以用离散信道的信道容量来表征。在此处，我们只讨论连续信道的信道容量。 1. 香农公式 带宽为 B(Hz)的连续信道，其输入信号为 x(t)，信道加性高斯白噪声为 n(t)，则信道输出为哥轩慕留侥规婴聪辱拖良居忱圆逢护料来揩份霉屉锦兰那涌御器亢也糠酥3.5加性噪声3.5加性噪声
