北京邮电大学《通信原理》课程讲义-数字基带传输系统(1)

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1、4.8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）14.8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：En⎡⎤⎣⎦(t)=0N0¢功率功率谱密度：Pf()=n2¢其中NK0=TN0¢自相关函数：REn()τ=+⎡⎤⎣⎦n(t)n(tτδ)=()τ22¢带宽B内的噪声功率σ=KTB2n¢概率密度函数1−2fn()=e2σ22πσ24.8.1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

2、压呈高斯分布，其均值为0，方差为2，2(πkT)其单边功率谱密度为R3h4Rhf2RNf()=()V/Hzhf/kTe−134.8.1热噪声功率谱密度4Rhf2Nf()=()V/Hzhf/kTe−1¢其中¢T为物体的绝对温度；-34¢h为普朗克常数，6.6254×10(J.s)－23¢k为玻尔茨曼常数，1.38054×10（J/K）44.8.1输出噪声功率谱密度¢匹配输出噪声功率谱密：2N(f)H(f)KTNP===o（W）anHzR22RR匹配:N(f)/4R大部分温度和频带下Nk=T0当T＝290kN＝1.38054×10－23×2900=4.002×10－

3、21(W/Hz)54.8.2噪声系数（1）¢噪声系数F=(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）SGSGSS11Soiiii====NoiGN++PnGkTiBGkTeBNi1+TeNiFTi64.8.2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F−1F−1F−123

4、nF=F+++"+1kkkkk"kpa1pa1pa2pa1pa2pa(n−1)74.8.3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。84.8.3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。94.8.3网络的等效等效噪声温度T（2

5、）e¢设内部产生噪声功率为P=kTBGnePnT=ekBG¢其中:G为网络增益。¢无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。104.8.3噪声系数F与等效噪温T的关系e¢表示了网络内部噪声的情况TF=1+eT0¢级联网络的等效噪温TTe2e3TT=+++...ee1GGG112•其中•T是第i级网络的等效噪温，ei•G是第i级网络的增益i•思考：换成噪声系数的表示形式？114.8.3天线等效噪温T(1)a¢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

6、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124.8.3天线等效噪温T(2)a¢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=

7、L¢其中，L是馈线损耗（功率）13举例（卫星通信中的等效噪声温度）¢以卫星通信接收机的输入端作为参考点¢Te=Ta/L+(1-1/L)Tk+Ter¢这里¢T是天线等效噪温a¢L是馈线损耗¢T是馈线环境温度k¢T是接收机等效噪温er¢以馈线输入点作为参考点的等效噪温为¢T=T+(L-1)T+Lteaker¢可以看到如果要减小卫星系统的等效噪温，需要减小L和T。er14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NK0=+(TaeT)(=+K(TaF−1)T)=KTF¢注：¢T是天线等效噪温a¢F是噪声系数¢T是室温（绝对温度）¢T是接收机等效噪温e¢无

8、线通信中的典型参数：GS