噪聲就是存在于通信系統(tǒng)中，騷擾信號的傳輸和處理的那一類不需要的電波形。噪聲實際上是一個隨機過程，它在通信中無處不有。

1、噪聲分類

按不同的出發(fā)點可以把噪聲分為不同的類型。若按噪聲的來源分可分為自然噪聲、人為噪聲和電路噪聲；若按干擾噪聲持續(xù)時間的長短分可分為脈沖型噪聲和連續(xù)型噪聲；若按噪聲功率譜密度分可分為白噪聲和有色噪聲；若按噪聲對信號的作用方式分可分為加性噪聲和乘性噪聲；按噪聲瞬時幅度值的概率分布分可分為高斯噪聲和瑞利噪聲。各種噪聲的釋義匯總于下表1中。

表1：各種噪聲的釋義

對通信影響較大的噪聲有散彈噪聲、熱噪聲和宇宙噪聲，按前面的分類方法，它們屬于連續(xù)的加性高斯白噪聲，我們把這類噪聲統(tǒng)稱為起伏噪聲。

2、加性噪聲與乘性噪聲

乘性干擾是由信道自身的傳輸特性產(chǎn)生的線性或非線性干擾。加性干擾則是源自信號的外部，與信號同時進入信道或信道中內(nèi)部產(chǎn)生的一類干擾。這是信號以外的并且疊加在信號上的有害成分，我們統(tǒng)稱為加性噪聲。

加性噪聲來源主要分為兩大類：系統(tǒng)外部和系統(tǒng)內(nèi)部。系統(tǒng)外部進入本系統(tǒng)的噪聲包括自然界產(chǎn)生的如天電干擾，像閃電、磁暴、宇宙射線等；人類社會活動引起的電磁干擾，如電氣開關設備產(chǎn)生的電弧干擾源、交通工具的點火系統(tǒng)、電力線等引入的噪聲。一般此類干擾的頻率范圍多在幾十兆赫茲以內(nèi)，工作頻段的升高將有助于減輕此類干擾的影響，而光波信道則具有明顯的抗電磁干擾特性。外部的干擾還包括周圍的無線電設備產(chǎn)生的無線電干擾，如交調(diào)干擾、鄰道干擾、諧波干擾等。軍事上有意的無線電干擾也屬于此類。這些可以通過工作頻段的合理選擇、無線電頻率的管理以及技術手段的改進來設法防護。

系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的加性干擾來自導體中的熱運動產(chǎn)生的隨機噪聲、電子器件中的器件噪聲，如電子管、半導體器件形成的散彈噪聲等。內(nèi)部噪聲有一個很重要的特點，即它們可以看成是具有高斯分布的平穩(wěn)隨機過程，并且它的噪聲功率譜密度在很寬的范圍內(nèi)（約為0~10¹³Hz），基本上是一個定值，因此又稱為白噪聲。宇宙噪聲也屬于此類。

3、起伏噪聲

1）散彈噪聲：散彈噪聲是一種發(fā)生于有源器件內(nèi)部的載流子或電子發(fā)射的隨機性而形成的散彈效應起伏過程。分析表明，散彈噪聲可以認為是由大量寬度甚窄的脈沖的隨機疊加。散彈噪聲的功率譜直到f =2.2×10⁹ Hz都是基本上平坦的帶限白噪聲。就實用帶寬范圍而言，可以認為是白色噪聲。

散彈噪聲最典型的例子是飽和二極管中電子發(fā)射的隨機性形成在直流分量電流I₀上下的電流起伏。如圖3所示。由圖可知，電流i(t)= I₀+i_n(t)，i_n(t)就是散彈噪聲。由中心極限定理可以證明，散彈噪聲i_n(t)是一高斯過程，且均值為零。i_n(t)的起伏是非常微弱的，顯然，只有在研究接收微弱信號或討論微弱信號放大等場合，才有考慮這種散彈噪聲的必要。

圖3：散彈噪聲

2）熱噪聲：熱噪聲通常又稱為電阻熱噪聲。它的功率譜均勻分布的頻率范圍約為10¹³ Hz，通常認為它是典型的白噪聲。我們知道，在一定溫度下，任何物體都在不斷地騷動，騷動著的物體，通過力和電磁的方式與周圍環(huán)境交換能量。按照統(tǒng)計力學的能量等配定律，在溫度T之下，一個運動自由度的能量平均值等于1/2KT，這里K是玻耳茲曼常數(shù)，K=1.38×10^-23J/K；T是熱力學溫度。

熱騷動同樣以電的形式在電路中表現(xiàn)出來。電路中的電流或電路兩點之間的電位差，被發(fā)現(xiàn)在不停地起伏，在處于一定溫度下的電路中，這種起伏是無法避免的。因為熱就是物質(zhì)的無規(guī)則的運動。電路中的起伏，在高靈敏度的情況下，很早就被人所覺察。當存在于一個電路中的信號的振幅小到與這種隨機熱騷動導致的電壓起伏具有相同數(shù)量級時，這種熱起伏將明顯地為干擾信號。

人們發(fā)現(xiàn)，所關心的物理量的起伏狀況，包括起伏方差，以及起伏過程的快慢程度（即起伏過程的自相關時間）與所關心的電路的各種參量有關。因此，有必要尋求出一個計算這些起伏特征的方法。這個方法就是應用熱噪聲的奈奎斯特定理。線性電路中，熱噪聲的計算方法可歸結為：在溫度T下，任意線性網(wǎng)絡內(nèi)任一節(jié)點電壓或支路電流的熱噪聲的功率譜為

等效的噪聲電壓源功率譜  S_V（ω）= 2KTR

等效的噪聲電流源功率譜  S_I（ω）= 2KTG

式中，G=1/R，K是玻耳茲曼常數(shù)，T是熱力學溫度。上述內(nèi)容，實質(zhì)上就是熱噪聲的奈奎斯特定理。

3）宇宙噪聲：是指天體輻射波對接收機形成的噪聲。它在整個空間的分布是不均勻的，最強的來自于銀河系的中部，其強度與季節(jié)、頻率等因素有關。實測表明，在20MHz~300MHz的頻率范圍內(nèi)，它的強度與頻率的3次方成正比。因此，當頻率低于300MHz時，就要考慮到它的影響。實踐證明，宇宙噪聲也是服從高斯分布的。在一般信號的工作頻率范圍內(nèi)，它具有較為平坦的功率譜密度，均值為零。

下面對起伏噪聲作一小結：一是在相當寬的頻率范圍內(nèi)具有平坦的功率譜密度，可認為是白噪聲；二是其分布是高斯的；三是均值為零，屬于加性噪聲；四是屬于平穩(wěn)隨機過程。因此，我們一般把起伏噪聲也稱為高斯白噪聲。

4、白噪聲

在通信中，大量遇到的干擾是所謂的白噪聲。它是一個平穩(wěn)隨機過程，分析表明，理想的白噪聲是由寬度為無限窄的脈沖的隨機疊加而成。如圖4-1所示。白噪聲是一個不自相關的隨機過程。它的自相關函數(shù)為

B（τ）= N₀/2×δ（τ）

圖4-1：白色過程時域特征

由上式可知，白噪聲的自相關函數(shù)為沖擊函數(shù)，只有在τ = 0時有非零值，而在τ ≠ 0時均為零。因此，它的自相關時間τ_k = 0，即這個過程沒有任何帶尾跡的性質(zhì)，是一個不自相關過程。白噪聲的功率譜密度為

S（ω）= F［B（τ）］= N₀/2（常數(shù)）

因此，它占有無限的帶寬，它的能量均勻分布在整個頻率域。如圖4-2所示。圖中N₀/2為白噪聲雙邊功率譜，N₀為單邊功率譜。

圖4-2：白噪聲

必須提醒，真正的理想白色過程，或者不能察覺到，或者實際上找不到。這是因為真正的白色過程的S（ω）為常數(shù)，其過程功率為無窮大。這種過程沒有被人們發(fā)現(xiàn)過。如果白色過程的功率為有限值，則當其S（ω）等高地展至無限高頻率時，因為S（ω）=常數(shù)，所以其功率譜強度必為微量。而人們所具備的感覺測量手段只能感到一定帶寬內(nèi)的總功率，因此，功率譜密度強度為微量的過程，當然不能被感覺測量到。

我們可以認為真正的白色過程是客觀存在的，但是由于處處有帶限因素，所以，人們能察覺到的，是帶限的（即帶寬甚窄但并非無限寬），且平均功率為非微量的白色過程。通常在工程實踐中所直接遇到的白色過程，就是這種過程，對于實用的帶寬范圍內(nèi)，可認為這種起伏表現(xiàn)為白色。

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