有耗二端口网络的噪声系数
• 我们将有耗二端口网络视为无源有耗器件，如衰减 器、有耗传输线等 • 用损耗因子L来表示，GA=1/L
T FL T0
• 室温下 F=L
级联系统中的噪声系数(1)
G1,F1,Bn G2,F2,Bn
• (F1，G1)为第一级放大器的噪声系数和增益 • (F2，G2)为第二级放大器的噪声系数和增益 • F0为级联后的系统噪声系数
3. 根据调制方式和传输速率确定等效噪声带宽
fb B fb (1 ) log 2 M
4. 根据灵敏度的计算公式即可确定在某噪声系数下 的收信门限电平
计算收信门限电平的例题(1)
• 某通信系统的调制方式为64QAM调制，经相 干解调，BER与归一化信噪比的关系为
BER64 QAM 1Eb 7 erfc 24 7 N0
F0 3.94dB(2.48)
F0 2.04dB(1.67)
• 应合理地分配各级电路的噪声系数和增益 • 在一定条件下,系统的噪声系数只取决于系 统的第1级电路的噪声系数
计算接收机的总噪声系数
IL=2dB
G=20dB NF=2dB
CL=7dB
G=30dB NF=6dB
主要内容
基本知识：微波工程常用单位 和表示方法 无线系统体系构架 系统的非线性和补偿措施 系统的噪声和噪声系数 系统的灵敏度和动态范围 微波收发系统的实现 微波收发系统中的频率源技术 设计实例
• 意义： 信号通过二端口网络(放大器)后，由于器件本 身产生噪声，使信噪比变坏，使信噪比下降的 倍数就是该器件的噪声系数。
噪声系数的定义2
• 输出端的噪声可分为两部分 – 由进入系统的外部噪声造成的 NinGa – 系统的内部附加噪声 Na – Pn=Na+NinGa
N a N inGa NF N inGa N a kT0 BnGa kT0 BnGa


L M
BER16 QAM
2 Eb 3 erfc 8 5N0
BER64QAM
1Eb 7 erfc 24 7 N0
收信门限电平(2)
2. 根据调制方式确定系统的载噪比 C/N Es f s C Pr C Es / Ts N N F KT0 B N 0 B N 0 N F KT0
• F12=2+（2-1）/（1-10）=2.1 • F21=2+（2-1）/（1-100）=2.01
第1级NF对系统的影响
F1 2dB(1.58) G1 10dB(10) F1 2dB(1.58) G1 20dB(100) F2 10dB(10) G1 20dB(100) F2 10dB(10) G1 20dB(100)
级联系统中的噪声系数(2)
G1,F1,Bn G2,F2,Bn
Na 2 ( F2 1)kT0 BnG2
kT0Bn Na2 Na1 kT0Bn kT0BnG1 Na1G2 kT0BnG1G2 总附加功率 总噪声功率
Nout kT0 Bn FG1G2
Na1 ( F1 1)kT0 BnG1
Prt=-114+NF+10log(fb) (MHz)+Eb/N0
动态范围(1)
接收机（特别是移动接收机）所接收的信号强弱 是变化的，通信系统的有效性取决于它的动态范 围，即高性能地工作所能承受的信号变化范围。 动态范围的下限是灵敏度，它受到噪声基底的限 制。当输入信号太大时，由于系统的非线性而产 生了失真，输出信噪比反而下降，因此动态范围 的上限由最大可接受的信号失真决定。
热噪声的分析
RN A
PN kTB
•噪声功率随带宽的减小而减小
•噪声功率随温度的降低而降低 •噪声功率公式仅适应于1000GHz以下的频率
噪声系数的定义1
S in N in NF S out N out N out N inGa N out kT0 BnGa
输入端信噪比
输出端信噪比
收信门限电平(1)
• 根据调制方式、传输速率、BER门限可 确定通信系统的收信门限电平。 过程如下： 1. 首先根据调制方式和BER门限，求出对应的理论 归一化比特能量信噪比Eb/N0
MQAM相干解调的BER
BER4QAM Eb 1 erfc 2 N0
3 log2 L Eb L 1 BER erfc 2 L log L L 1 N0
动态范围的定义(2)
1) 对功率放大器常用线性动态范围的概念(Linear dynamic range)。 定义为：产生1dB压缩点的输入信号电平与灵敏 度或（或噪声基底之比） 2) 对LNA和混频器则常用无杂散动态范围的概念 (SFDR)(Spurious-free dynamic range)，即下限输 入信号为灵敏度（或下限为噪声基底），上限为 在输出端引起的三阶交调失真分量Po3等于最小可 检测电平，折合到到输入端，恰好等于输入信号 为灵敏度（或下限为噪声基底）， 即Pin,max=Ft/GP。
这里考虑的噪声是接收机输入端的总的白噪声，包括 接收机输入匹配噪声电阻供给的及接收机本身产生的热 噪声功率之和。 N0代表接收机输入端单边带噪声功率谱密度。 对理想信道，可取fs=B，对于基带具有余弦滚降特性 的频带传输系统，B=（1+α）.fs
收信门限电平(3)
• 当B=fs时，
C Es Eb log 2 M N N0 N0
主要内容
• 灵敏度
– 灵敏度的定义
– 灵敏度的定量表示 – 收信门限电平 • 动态范围 – 动态范围的定义
– 动态范围的定量表示
灵敏度的定义
• 在给定接收机解调器前所要求的输出信噪
比的条件下，接收机所能检测的最低输入
信号电平。 • 灵敏度与所要求的信号质量即输出信噪比 有关，还与接收机本身的噪声系数有关。
Na Noise (in) x Gain [N in G] Noise (in)
To= 290K
Na
Gain 20dB NF 10dB
Nin
Np = Na + Nin G
at 290K
Imperfect Amplifier Degrades Signal to Noise Ratio
噪声系数的定义3
• 利用等效噪声温度 将放大器自身产生的那部分噪声由其输入端的 等效噪声温度Te来表示 则Na=kTefG
同样Nin=kT0fG
kT0 fG kTe fG T0 Te NF kT0 fG T0
NF 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.5 2.0 3.0 4 NF(dB) 1.023 1.047 1.072 1.096 1.122 1.148 1.175 1.202 1.23 1.259 1.413 1.585 1.995 2.512 Te(K) 6.82 13.81 20.96 28.27 35.75 43.41 51.24 59.26 67.47 75.87 120.9 171.3 291.6 442.9
而
Po,min
No 此灵敏度为Pin,min=kB[Ta+(F-1) T0](SNR)o,min
SNRo,min是所要求的最低输出信噪比，因
灵敏度的定量表达式(3)
灵敏度用dB表示
Pin,min (dBm) 10logk Ta F 1T0 (dBm/ Hz) 10log(B) SNR
噪声对微波通信系统的影响(1)
噪声对微波通信系统的影响(2)
噪声的来源
• 热噪声 – 导体内部电子的热运动和电子器件中的载流子的 不规则运动所产生的噪声. • 各种干扰噪声 – 主要是由电波多径传播、阻抗失配、电源波动及 其它欣道的干扰所产生的噪声。 • 波形失真 – 传输设备的线性失真与非线性失真所产生的噪声 • 外部噪声 – 外部设备的电磁干扰、各种雷电和云层放电所辐 射的电磁干扰和宇宙间其它星系辐射的电磁干扰 所产生的噪声。
微波通信技术
第4章 微波通信中的收发技术
主要内容
基本知识：微波工程常用单位 和表示方法 无线系统体系构架 系统的非线性和补偿措施 系统的噪声和噪声系数 系统的灵敏度和动态范围 微波收发系统的实现 微波收发系统中的频率源技术 设计实例
主要内容
• 引言
– 噪声的来源 – 噪声对微波通信系统的影响 • 噪声系数的定义 • 级联系统的噪声系数 • 混频器的噪声系数
级联系统中的噪声系数(3)
Nout kT0 Bn FG1G2 Nout Na 2 Na1G2 kT0 BnG1G2 Na 2 ( F2 1)kT0 BnG2 Na1 ( F1 1)kT0 BnG1
对N级级联系统
F2 1 F F1 G1
FN 1 F2 1 F3 1 F F1 ...... G1 G1G2 G1G2 ...GN 1
系统的基底噪声Ft
当Ta=T0=290K时，基底噪声为
基底噪声 (dBm ) 10 log kT0 (dBm / Hz) NF (dB) 10 log( B) 174(dBm / Hz) NF (dB) 10 log B( Hz) 114(dBm / MHz ) NF (dB) 10 log B( MHz )
例
一低噪声放大器的增益为20dB，噪声系 数为2dB，假设其工作带宽为100MHz， 问：该LNA的输出基底噪声是多少？
基底噪声 (dBm ) 114(dBm / MHz ) NF (dB ) 10 log B( MHz ) 114 2 10 log( 100) 114 2 20 82dBm
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