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1、蔡竟业 第一章第一章 通信系统噪声和非线性特性通信系统噪声和非线性特性 （书中第二章）（书中第二章）电子科技大学 蔡竟业蔡竟业 无线通信收发机前端结构示意图无线通信收发机前端结构示意图蔡竟业 无线通信信号及参数无线通信信号及参数 一、一、基本信号基本信号 通信最基本的信号为正弦（余弦）信号。理通信最基本的信号为正弦（余弦）信号。理 想单频正弦信号的数学表征如下：想单频正弦信号的数学表征如下：V(t)=VV(t)=V0 0Sin(2Sin(2f f0 0t+t+0 0)= V)= V0 0Sin(Sin(t)(t)V V0 0为正弦时变信号的峰值（电压）为正弦时变信号的峰值（电压）f f0 0
2、为正弦时变信号的频率（为正弦时变信号的频率（HzHz）0 0为正弦时变信号的初始相移（弧度）为正弦时变信号的初始相移（弧度）(t) (t) 为正弦时变信号的相角为正弦时变信号的相角 ; 降低接收机的灵敏度降低接收机的灵敏度; ; 增大误码率增大误码率; ; 提高解调器的最低门限提高解调器的最低门限 干扰正常通信干扰正常通信 4.4.噪声信号的特征参量噪声信号的特征参量 噪声信号频谱噪声信号频谱( (窄带窄带, ,宽带宽带, ,白噪声白噪声) ) 噪声功率谱噪声功率谱(S(SI/I/V V(f(f),),单位单位: :dBmdBm/Hz/Hz 等效噪声带宽等效噪声带宽蔡竟业 噪声电流功率噪声电流
3、功率噪声电压功率噪声电压功率噪声电流均方值噪声电流均方值噪声电压均方值噪声电压均方值等效噪声带宽等效噪声带宽H(f)Si(f)So(f)蔡竟业 电阻的热噪声特性电阻的热噪声特性带宽带宽B B的线性网络中的线性网络中R R的噪声功率的噪声功率电阻电阻R R热噪声源的资用噪声功率热噪声源的资用噪声功率PNPN结的散粒噪声特性结的散粒噪声特性闪烁噪声特性闪烁噪声特性蔡竟业 两端口网络的等效输入噪声源两端口网络的等效输入噪声源蔡竟业 RFRF电路或系统的性能可用噪声系数表征电路或系统的性能可用噪声系数表征! !噪声系数噪声系数(Noise Factor)(Noise Factor)F=F=输入信噪比输
4、入信噪比/ /输出信噪比输出信噪比Gp Pn0PSiPniPso=GpPsiPno=GpPni+Pn0NF=10log(F) NF=10log(F) （dBdB）输入信噪比输入信噪比输出信噪比输出信噪比噪声系数噪声系数蔡竟业 电路或系统的噪声系数与电路自身的噪电路或系统的噪声系数与电路自身的噪 声大小有关声大小有关, ,还与输入信号的噪声大小及电还与输入信号的噪声大小及电 路增益相关路增益相关。任何实际电子系统总是有噪声的，所以任何实际电子系统总是有噪声的，所以F F 一定大于一定大于1 1。理想无噪声电路的噪声系数。理想无噪声电路的噪声系数F=1F=1 或或NF=0dBNF=0dB例：如图示
5、二端口例：如图示二端口 网络，试求其噪声网络，试求其噪声 系数。系数。ViRoRs蔡竟业 解：该电路电压增益解：该电路电压增益输入信号功率输入信号功率输出信号功率输出信号功率输入噪声功率输入噪声功率输出噪声功率输出噪声功率电路噪声系数电路噪声系数蔡竟业 讨论讨论(1)(1) (2)(2)无源电路的噪声系数等于其插入损耗无源电路的噪声系数等于其插入损耗(3)(3)( (阻抗匹配阻抗匹配) )等效噪声温度等效噪声温度若若任何一个线性网络产生的噪声为白噪声任何一个线性网络产生的噪声为白噪声 ，则可用网络输入端温度为，则可用网络输入端温度为T Te e的电阻所产生的电阻所产生 的热噪声来代替，此时，该
6、网络可视为无噪的热噪声来代替，此时，该网络可视为无噪 的。的。蔡竟业 有噪 网络RsTe=0GpPn0RL无噪 网络RsTeGpNn0RLGp,B,TeRsT0PnoRLPni输入噪声功率输入噪声功率输出噪声功率输出噪声功率蔡竟业 等效噪声温度应用在低噪声接收系统等效噪声温度应用在低噪声接收系统 （卫星通信）（卫星通信）, ,其噪声系数小其噪声系数小,F,F趋于趋于1 1，使，使 用等效噪声温度用等效噪声温度，分辨率较高。分辨率较高。 多网络级联电路噪声系数多网络级联电路噪声系数Gp1 B1 Te1RsT0Pno2RLPniGp2 B2 Te2Pno1第一级电路的输出噪声功率第一级电路的输出噪
7、声功率蔡竟业 级联等效噪声温度级联等效噪声温度第二级电路的输出噪声功率第二级电路的输出噪声功率蔡竟业 多级级连电路的等效噪声温度多级级连电路的等效噪声温度多级级连电路的噪声系数多级级连电路的噪声系数级联电路前几级噪声系数对系统总噪声系级联电路前几级噪声系数对系统总噪声系 数贡献大数贡献大, ,前级增益越大，前级增益越大，后级噪声贡献越小后级噪声贡献越小! !低低噪高放（噪高放（LNALNA）是提高接收机灵敏度的）是提高接收机灵敏度的 关键电路之一。关键电路之一。蔡竟业 解：解：例：两级级连电路，例：两级级连电路， NF1=2dB,Gp1=12dB,NF2=6NF1=2dB,Gp1=12dB,N
8、F2=6 dB,Gp2=10dB,dB,Gp2=10dB,求总的噪声求总的噪声 系数系数NFNF。Gp1 NF1Gp2 NF2蔡竟业 有源有源/ /无源器件的非线性特性无源器件的非线性特性; 降低中频带宽降低中频带宽; ; 降低解调信噪比要求。降低解调信噪比要求。解调器对其输入信号大小要求必须大于一定量解调器对其输入信号大小要求必须大于一定量 值（值（V Vpppp1V1V）, ,通信系统灵敏度越高，要求系统总增通信系统灵敏度越高，要求系统总增 益益G Gv v越大。越大。能不能通过增大能不能通过增大G Gv v来提高灵敏度呢？来提高灵敏度呢？ 提高通信系统灵敏度的设计要求提高通信系统灵敏度
9、的设计要求降低中频带宽受制于信息流量降低中频带宽受制于信息流量降低解调信噪比要求取决于调制解调方式。降低解调信噪比要求取决于调制解调方式。蔡竟业 通信系统内部噪声折算到输入端为通信系统内部噪声折算到输入端为0.1V,0.1V,若若 要求输出信号要求输出信号1V,SNR1V,SNRo o=12dB=12dB。GVEAGV通信系统本地噪声一定时，提高通信系统本地噪声一定时，提高G GV V并不一定能并不一定能 提高提高E EA A 。提高通信系统灵敏度的关键是降低系统本地提高通信系统灵敏度的关键是降低系统本地噪声噪声! !卫星通信接收灵敏度提高卫星通信接收灵敏度提高3dB,3dB,则需要增加则需要
10、增加20M$!20M$!蔡竟业 接收机动态范围接收机动态范围短波短波SSBSSB接收机性能指标典型值接收机性能指标典型值 NF=7-10dB B=3KHzNF=7-10dB B=3KHzR RA A=50 E=50 EA A=1.1-1.6V=1.1-1.6V输出信号输出信号不产生非线性失真不产生非线性失真的输入信号电平范围。的输入信号电平范围。无线通信系统的动态范围主要取决于信道中无线通信系统的动态范围主要取决于信道中 的放大器的放大器( RF LNA, IF Amp, RF PA)( RF LNA, IF Amp, RF PA)。 输入信号动态范围的下限输入信号动态范围的下限P Piminimin和上限和上限P Pimaximax蔡竟业 作业题作业题pp91-92. 2.4, 2.5, 2.7, 2.13pp91-92. 2.4, 2.5, 2.7, 2.13
