本文主要讨论了通信系统中可能引入的各种噪声以及相应噪声的计算方法．并介绍了衡量噪声对有用信号影响程度的参数―等效噪声温度和噪声系数，以及噪声系数的定义、计算方法，从而了解噪声对通信系统的影响，为减少噪声的影响提供参考．
### 通信系统噪声的研究
#### 一、引言
在通信工程领域，噪声被认为是通信质量的最大威胁之一。本文深入探讨了通信系统中的噪声问题及其对系统性能的影响，并着重介绍了噪声的计算方法，以及如何评估噪声对有用信号的影响程度。通过理解和掌握这些基本概念和技术，可以有效地减少噪声对通信系统的负面影响。
#### 二、噪声概述
噪声可以被定义为任何限制正确区分有用信息能力的信号。它可以分为外部噪声和内部噪声两大类：
- **外部噪声**：包括雷电噪声、伪噪声、工业噪声、雷达及其他通信设备的电磁干扰。
- **内部噪声**：由系统内部产生，主要包括热噪声（由电子器件中自由电子热运动引起）、散粒噪声、闪烁噪声和非线性处理引入的干扰等，其中最重要的是热噪声。
#### 三、噪声的概率特性描述
噪声信号通常是随机的，可以用概率密度函数（PDF）来描述其强度分布特性。例如，若已知概率密度函数\( p(v) \)，则可以计算出随机信号\( V \)落在任意区间\((V_1, V_2)\)内的概率、均值\( E(V) \)以及均方值\( E(V^2) \)：
\[ P(V_1 < V < V_2) = \int_{V_1}^{V_2} p(V) dV \]
\[ E(V) = \int_{-\infty}^{\infty} V \cdot p(V) dV \]
\[ E(V^2) = \int_{-\infty}^{\infty} V^2 \cdot p(V) dV \]
#### 四、噪声的频域特性分析
由于噪声信号没有确定的时间波形，因此很难直接从时域进行分析。通常从频域特性入手，利用其平均功率谱密度\( S_n(\omega) \)来描述噪声的频谱特性。\( S_n(\omega) \)与噪声信号\( n(t) \)的自相关函数\( R_n(\tau) \)之间存在傅里叶变换关系：
\[ S_n(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} R_n(\tau) e^{-i\omega\tau} d\tau \]
如果噪声信号是各态历经的随机过程，则自相关函数可以表示为：
\[ R_n(\tau) = \int_{-\infty}^{\infty} n(t) n(t-\tau) dt \]
#### 五、噪声温度与噪声系数
1. **等效噪声温度**：在通信系统中，尤其是卫星通信系统中，信号往往非常微弱，因此通常采用等效噪声温度\( T \)来衡量噪声水平。等效噪声温度的概念是将噪声功率等效为相同功率的热噪声，然后计算出对应的温度。在卫星通信中，地球站的性能指标通常用\( G/T \)值来表示，其中\( G \)代表天线增益，\( T \)代表等效噪声温度。
2. **噪声系数**：当噪声相对较大时，常用噪声系数\( F \)来表示噪声的大小。噪声系数定义为：
\[ F = \frac{N_{out}}{GkT_0B_n} - 1 \]
其中\( N_{out} \)是系统输出的噪声功率，\( G \)是功率增益，\( k \)是玻尔兹曼常数，\( T_0 \)是环境温度（常温约为290K），\( B_n \)是等效噪声带宽。
#### 六、结论
本文详细探讨了通信系统中的噪声问题及其对系统性能的影响。通过理解噪声的概率特性、频域特性和噪声温度与噪声系数的概念，可以更好地评估和控制噪声对通信系统的影响。这对于提高通信系统的可靠性和稳定性具有重要意义。未来的研究可以进一步探索减少噪声影响的有效策略和技术。
