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

1、噪聲分類

按不同的出發(fā)點(diǎn)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(shí)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(duì)信號(hào)的作用方式分可分為加性噪聲和乘性噪聲；按噪聲瞬時(shí)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(duì)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(hào)的外部，與信號(hào)同時(shí)進(jìn)入信道或信道中內(nèi)部產(chǎn)生的一類干擾。這是信號(hào)以外的并且疊加在信號(hào)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(jìn)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(huì)活動(dòng)引起的電磁干擾，如電氣開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的電弧干擾源、交通工具的點(diǎn)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(shè)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(shù)手段的改進(jìn)來設(shè)法防護(hù)。

系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的加性干擾來自導(dǎo)體中的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲、電子器件中的器件噪聲，如電子管、半導(dǎo)體器件形成的散彈噪聲等。內(nèi)部噪聲有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，即它們可以看成是具有高斯分布的平穩(wěn)隨機(jī)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(gè)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(jī)性而形成的散彈效應(yīng)起伏過程。分析表明，散彈噪聲可以認(rèn)為是由大量寬度甚窄的脈沖的隨機(jī)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(shí)用帶寬范圍而言，可以認(rèn)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(jī)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(hào)或討論微弱信號(hào)放大等場(chǎng)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(rèn)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(dòng)，騷動(dòng)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(jì)力學(xué)的能量等配定律，在溫度T之下，一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(xué)溫度。

熱騷動(dòng)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(diǎn)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?yàn)闊峋褪俏镔|(zhì)的無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。電路中的起伏，在高靈敏度的情況下，很早就被人所覺察。當(dāng)存在于一個(gè)電路中的信號(hào)的振幅小到與這種隨機(jī)熱騷動(dòng)導(dǎo)致的電壓起伏具有相同數(shù)量級(jí)時(shí)，這種熱起伏將明顯地為干擾信號(hào)。

人們發(fā)現(xiàn)，所關(guān)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(guān)時(shí)間）與所關(guān)心的電路的各種參量有關(guān)。因此，有必要尋求出一個(gè)計(jì)算這些起伏特征的方法。這個(gè)方法就是應(yīng)用熱噪聲的奈奎斯特定理。線性電路中，熱噪聲的計(jì)算方法可歸結(jié)為：在溫度T下，任意線性網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)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(xué)溫度。上述內(nèi)容，實(shí)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(duì)接收機(jī)形成的噪聲。它在整個(gè)空間的分布是不均勻的，最強(qiáng)的來自于銀河系的中部，其強(qiáng)度與季節(jié)、頻率等因素有關(guān)。實(shí)測(cè)表明，在20MHz~300MHz的頻率范圍內(nèi)，它的強(qiáng)度與頻率的3次方成正比。因此，當(dāng)頻率低于300MHz時(shí)，就要考慮到它的影響。實(shí)踐證明，宇宙噪聲也是服從高斯分布的。在一般信號(hào)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(duì)起伏噪聲作一小結(jié)：一是在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)具有平坦的功率譜密度，可認(rèn)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(jī)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(gè)平穩(wěn)隨機(jī)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(jī)疊加而成。如圖4-1所示。白噪聲是一個(gè)不自相關(guān)的隨機(jī)過程。它的自相關(guān)函數(shù)為

B（τ）= N₀/2×δ（τ）

圖4-1：白色過程時(shí)域特征

由上式可知，白噪聲的自相關(guān)函數(shù)為沖擊函數(shù)，只有在τ = 0時(shí)有非零值，而在τ ≠ 0時(shí)均為零。因此，它的自相關(guān)時(shí)間τ_k = 0，即這個(gè)過程沒有任何帶尾跡的性質(zhì)，是一個(gè)不自相關(guān)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(gè)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(shí)際上找不到。這是因?yàn)檎嬲陌咨^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(dāng)其S（ω）等高地展至無限高頻率時(shí)，因?yàn)?span>S（ω）=常數(shù)，所以其功率譜強(qiáng)度必為微量。而人們所具備的感覺測(cè)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(qiáng)度為微量的過程，當(dāng)然不能被感覺測(cè)量到。

我們可以認(rèn)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(shí)踐中所直接遇到的白色過程，就是這種過程，對(duì)于實(shí)用的帶寬范圍內(nèi)，可認(rèn)為這種起伏表現(xiàn)為白色。

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