通信原理

通信原理-----噪声

通信原理

-----噪声

噪声，从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯

上把周期性的、规律的有害信号称为干扰，而把其他有害的信号称为噪声。

噪声可以笼统的称为随机的，不稳定的能量。它分为加性噪声和乘性噪声，

乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。在这

里我们主要讨论加性噪声。

一、信道中加性噪声的来源，一般可以分为三方面：

1 人为噪声

人为噪声来源于无关的其它信号源，例如：外台信号、开关接触噪声、工业

的点火辐射等，这些干扰一般可以消除，例如加强屏蔽、滤波和接地措施等

2 自然噪声

自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、雷击、太阳黑子、

大气中的电暴和各种宇宙噪声等，这些噪声所占的频谱范围很宽，并不像无线

电干扰那样频率是固定的，所以这种噪声难以消除。

3 内部噪声

内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：电阻中自由电子的热运动

和半导体中载流子的起伏变化等。内部噪声是由无数个自由电子做不规则运动

形成的，它的波形变化不规则，通常又称起伏噪声。在数学上可以用随即过程

来描述这种噪声，因此又称随机噪声。

随机噪声的分类

常见的随机噪声可分为三类:

（1）单频噪声

单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号），它可视为一个已调正弦波，

但其幅度、频率或相位是事先不能预知的。这种噪声的主要特点是占有极窄的

频带，但在频率轴上的位置可以实测。因此，单频噪声并不是在所有通信系统

中都存在。

(2)脉冲噪声

脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。这种噪声的主要特

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往往有较长的

安静时段。从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的频谱（从甚低频到高频），但频

率越高，其频谱强度就越小。脉冲噪声主要来自机电交换机和各种电气干扰，

雷电干扰、电火花干扰、电力线感应等。数据传输对脉冲噪声的容限取决于比

特速率、调制解调方式以及对差错率的要求。脉冲噪声由于具有较长的安静期，

故对模拟话音信号的影响不大,脉冲噪声虽然对模拟话音信号的影响不大，但是

在数字通信中，它的影响是不容忽视的。一旦出现突发脉冲，由于它的幅度大，

将会导致一连串的误码，对通信造成严重的危害。CCITT关于租用电话线路的脉

冲噪声指标是15分钟内，在门限以上的脉冲数不得超过18个。在数字通信中，

通常可以通过纠错编码技术来减轻这种危害。

(3)起伏噪声

起伏噪声是以热噪声、散弹噪声及宇宙噪声为代表的噪声。这些噪声的特点

是，无论在时域内还是在频域内他们总是普遍存在和不可避免的。起伏噪声既

不能避免，且始终存在。

二、噪声分为以下几种类型：

1.热噪声

又称白噪声。是由导体中电子的热震动引起的，它存在于所有电子器件和

传输介质中。它是温度变化的结果，但不受频率变化的影响。热噪声是在所有

频谱中以相同的形态分布，它是不能够消除的，由此对通信系统性能构成了上

限。

或称约翰逊噪声（Johnson noi）。噪声的一种。当光电倍增管施加负高

压，而无光投射光电阴极时，由于光电极极与倍增极的电子热发射和玻璃外壳

与管座的漏电，导致热电子由倍增极放大，所引起的暗电流的波动。在记录仪

器上则出现噪声。

2.散粒噪声

散粒噪声是半导体的载体密度变化引起的噪声。

3.

4.

5.筒接收到扬声器产生的白噪声，然后在每个频率段进行自动均衡从而得到

一个平坦的响应。这种系统用在专业级的设备、高端的家庭立体声系统或者一

些高端的汽车收音机上。

5.白噪声也作为一些随机数字生成器的基础使用。

6.白噪声也可以用于审讯前使人迷惑，并且可能用于感觉剥夺技术的一部

分。上市销售的白噪声机器产品有私密性增强器、睡眠辅助器以及掩饰耳鸣。

三、高斯白噪声

高斯白噪声，是指噪声的概率密度函数满足正态分布统计特性，同时它的功

率谱密度函数是常数的一类噪声。这里值得注意的是，高斯型白噪声同时涉及

到噪声的两个不同方面，即概率密度函数的正态分布性和功率谱密度函数均匀

性，二者缺一不可。

在通信系统的理论分析中，特别是在分析、计算系统抗噪声性能时，经常

假定系统中信道噪声（即前述的起伏噪声）为高斯型白噪声。其原因在于

1是高斯型白噪声可用具体数学表达式表述，便于推导分析和运算；

2.是高斯型白噪声确实反映了实际信道中的加性噪声情况，比较真实地代表

了信道噪声的特性。

窄带高斯噪声

通信的目的在于传递信息，通信系统的组成往往是为携带信息的信号提供一

定带宽的通道，其作用在于一方面让信号畅通无阻，同时最大限度的抑制带外

噪声。所以实际通信系统往往是一个带通系统。下面研究带通情况下的噪声情

况。

当高斯噪声通过以为中心角频率的窄带系统时，就可形成窄带高斯噪声。

远远小于其中心频率的系统，即所谓窄带系统是指系统的频带宽度

的系统。这是符合大多数信道的实际情况的。

窄带高斯噪声的特点是频谱局限在附近很窄的频率范围内，其包络和相

位都在作缓慢随机变化。如用示波器观察其波形，它是一个频率近似为，包络

和相位随机变化的正弦波。

因此，窄带高斯噪声可表示为

式中，为噪声的随机包络；为噪声的随机相位。相对于载波

的变化而言，它们的变化要缓慢的多。

窄带高斯噪声的频谱和波形示意图：

特点：

（1） 一个均值为零的窄带高斯噪声n（t），假定它是平稳随机过程，

则它的同相分量nI（t）和正交分量nQ（t）也是平稳随机过程，为高斯分布，

且均值也都为零，方差也相同。

（2） 窄带高斯噪声的随机包络服从瑞利分布。

（3） 窄带高斯噪声的相位服从均匀分布。

应用：

高斯噪声用来考核一个系统，有限带宽“白噪声”做为未来的随机信号，它

拥有各平权的频率信号，可以以此用来初步考核系统的整个频带。对于接收机

的链路来说，噪声系数是一个很重要的指标，总的噪声系数在各级的合理分配

可以有效的提高接收机的灵敏度。

五、总结

我们加强对噪声认识和了解才能更好的减少通信时噪声的影响，甚至利用噪

声。这样才能使通信的可靠性和传输效率。