功率谱 等效噪声带宽
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等效噪声带宽计算公式
等效噪声带宽计算公式,是用于评估电路或系统中噪声对性能的影响程
度的一种数学模型。
通过计算等效噪声带宽,可以预测噪声信号在电路中的
表现并进行优化设计。
等效噪声带宽计算公式通常用于分析和设计各种通信、电子设备和电路,以确保信号传输过程中的噪声最小化,从而提高系统性能和可靠性。
在模拟
电路和数字电路设计中,等效噪声带宽计算公式被广泛应用。
一种常用的等效噪声带宽计算公式是通过计算信噪比(SNR)来确定。
SNR通常用分贝(dB)表示,计算公式为SNR = 10log10(Psignal/Pnoise),
其中Psignal代表信号功率,Pnoise代表噪声功率。
等效噪声带宽(ENBW)可以通过以下公式计算得出:
ENBW = (SNR/Signal-to-noise ratio at 1 Hz) * Bandwidth
其中,Signal-to-noise ratio at 1 Hz是信噪比在1 Hz带宽上的值。
这个值
通常可以通过实验或模拟计算得到,并且往往与电路的参数和特性相关。
通过等效噪声带宽计算公式的应用,设计工程师可以估计系统中的噪声
级别,对信号的传输质量和系统的性能进行分析和评估。
在实际应用中,根
据具体的设计要求和系统特性,可以选择合适的噪声模型和计算方法来推导
等效噪声带宽。
总之,等效噪声带宽计算公式是设计电路和系统时必备的工具之一,它
能够帮助工程师估计噪声对系统的影响,从而指导优化设计和提高系统性能。
正确使用和理解等效噪声带宽计算公式,可以在电路设计中发挥重要的作用。
窗函数的等效噪声带宽计算窗函数在信号处理中起到了重要的作用,用于在时域或频域对信号进行加窗处理。
加窗主要目的有两个:一是抑制泄漏现象,即信号频谱的波形在频域中有较低的幅度,并且尽量抑制泄漏部分干扰其他频带的信号;二是改善频谱分辨率,使得信号频率的峰值更加明显,更易于分析和提取。
然而,在进行频谱分析时,窗函数也会引入一些额外的误差,其中之一是窗函数的等效噪声带宽。
等效噪声带宽是指信号的功率在频域中的分布,对应于理想窗函数时的带宽大小。
计算窗函数的等效噪声带宽的方法有很多,下面介绍其中两种常见的计算方法。
1.通过频域上的近似计算等效噪声带宽:这种方法通过窗函数的频域表达式来计算等效噪声带宽。
对于一个窗函数w(t),其傅里叶变换为W(f),等效噪声带宽可以通过下式近似计算:ENBW ≈ ∑ ,W(f),² / ,W(0),² df其中,ENBW 表示等效噪声带宽,f 表示频率,W(f),² 表示频率 f上的功率谱密度,W(0),² 是窗函数的功率系数,df 是频率间隔。
这种方法的优点是计算简单,但近似出的结果可能会引入一定的误差。
2.通过时域上的精确计算等效噪声带宽:这种方法通过窗函数的时域表达式来计算等效噪声带宽。
对于一个窗函数w(t),其长度为L,等效噪声带宽可以通过下式计算:ENBW = (∑ ,w(t),² dt) / (,h(t=0),² L)其中,ENBW表示等效噪声带宽,w(t)表示窗函数的时域表达式,w(t),²表示时域t上的功率密度,h(t=0)是单位冲激函数。
这种方法的优点是精确度较高,但计算相对较为复杂。
需要注意的是,以上介绍的窗函数等效噪声带宽的计算方法适用于连续窗函数,对于离散窗函数,可以类似地进行计算。
通过计算等效噪声带宽,可以评估窗函数的频谱特性,进而选择合适的窗函数进行信号处理。
总结起来,窗函数的等效噪声带宽是评估窗函数频谱特性的指标之一,可以通过频域近似计算或时域精确计算来得到。
关于SNR 和Eb/N0通信系统的误码性能经常表示为检测统计量(抽样值)的信噪比,常用的有0/b E N 和S/N ,其中0/b E N 表示传输1比特信息所需要的接收信号能量和信道噪声的单边功率谱密度的比值,又称为比特信噪比。
检测信噪比往往又和接收信噪比直接相关,在处理方式一定的条件下,知道了检测信噪比就可以直接推出接收信噪比。
许多同学对这两者的关系不清楚,特别是当系统采用了纠错编码技术后,更加容易混淆。
[1]000s s b s S ST E E k N N BT N N λλ=== (1.1)其中,0N (W/Hz )是信道噪声的单边功率谱密度,B (Hz )是等效噪声带宽,s T (s )是传输的符号周期,s BT λ=表示时间带宽乘积,一般的最佳接收系统的1λ=,非最佳接收系统一般1λ>;k 表示每个符号所携带的信息比特数,由调制进制数和纠错码的码率决定。
由(1.1)式也可以写成0b E S N N kλ= (1.2)例1. 2PSK 最佳接收机和普通接收机 对于非带限的2PSK 最佳接收机,0//b E N S N =;对于非带限的2PSK 普通接收机,设基带波形采用全占空的矩形波,此时接收机的带通滤波器的带宽为2/s B T =,它就是等效噪声带宽,所以2λ=,此时有0/2/b E N S N =我们知道,2PSK 最佳接收机的性能为E P Q = 而上述这种情况下的2PSK 普通接收机的性能为[2]E P Q Q ==, 即普通接收机的性能要比最佳接收机差3dB 。
[3]例2. 16QAM 最佳接收系统。
对于非带限的16QAM ,最佳接收系统的时间带宽乘积为1λ=,4k =,于是014b E S N N = 即/S N 要比0/b E N 大4倍(6dB )。
例3. 采用1/2码率纠错编码的16QAM 最佳接收系统。
此时1λ=,2k =,于是有012b E S N N =References:[1] G Lehmann E. L. And Casella. Theory Of Point Estimation (2ed)[M]. Springer, 1998.[2] Goldsmith A. Wireless communications[M]. Cambridge University Press, 2005.[3] Benvenuto N Cherubini G. Algorithms For Communications Systems And Their Applications[M]. Wiley, 2002.。
等效噪声功率等效噪声功率(EquivalentNoisePower)是指在电气电子学中,对于某个电路或系统,与噪声功率相等的信号功率。
它是衡量电路或系统噪声性能的重要指标,通常用于评估信号处理电路、电子设备和通信系统的质量。
噪声是指一切不希望的、随机的干扰信号。
在电路和系统中,噪声是由各种不同的因素引起的,如热噪声、量子噪声、杂散噪声等等。
这些噪声会对信号进行干扰,导致信号质量下降,因此在电路和系统的设计中,需要考虑噪声的影响,以保证信号的质量。
等效噪声功率是用来描述噪声对信号的影响的一个指标。
它的定义是:在某个电路或系统中,当输入信号功率等于等效噪声功率时,输出信号的信噪比为1。
也就是说,等效噪声功率是指在输入信号功率等于等效噪声功率时,输出信号与噪声的功率相等。
在实际的电路和系统设计中,等效噪声功率是一个非常重要的指标。
它可以用来评估电路和系统的噪声性能,以确定是否满足应用需求。
在通信系统中,等效噪声功率是衡量接收机灵敏度的指标之一。
在放大器设计中,等效噪声功率是用来评估放大器的噪声系数的指标。
等效噪声功率的计算方法是根据噪声功率的定义来计算的。
噪声功率是指在某个频段内,电路或系统中噪声所产生的功率。
噪声功率的计算方法是将噪声功率谱密度乘以带宽,即:N = B × S其中,N表示噪声功率,B表示带宽,S表示噪声功率谱密度。
等效噪声功率的计算方法是将噪声功率除以信号增益,即:ENP = N / G其中,ENP表示等效噪声功率,N表示噪声功率,G表示信号增益。
等效噪声功率与信噪比是密切相关的。
信噪比是指信号功率与噪声功率之比。
当信噪比为1时,信号功率等于噪声功率,即等效噪声功率。
因此,等效噪声功率与信噪比之间存在以下关系:ENP = (SNR - 1) × kT × B / G其中,SNR表示信噪比,kT表示玻尔兹曼常数乘以温度,B表示带宽,G表示信号增益。
在电路和系统设计中,需要尽可能地降低等效噪声功率,以提高信噪比和性能。
等效噪声带宽的等效原则等效噪声带宽(ENBW)是评估噪声源的一个重要参数,它的准确确定对于系统设计和分析是至关重要的。
它可以解释噪声源对系统性能的影响,从而为工程师提供指导,使得设计能够更加合理和有效。
首先,让我们来了解什么是等效噪声带宽。
噪声是无规律的信号,在电子电路中常常是不可避免的。
电子元器件、线路和环境等都会产生噪声。
等效噪声带宽是一种测量噪声功率的指标,它表示了功率谱密度处理了多宽频带之后的等效宽度。
在频谱分析中,噪声功率谱密度在频率上的宽度与等效噪声带宽有关。
为了更好地理解等效噪声带宽的概念,我们可以举一个例子。
假设我们有一个噪声源发出的噪声信号,我们希望知道它所占据的频带宽度。
我们可以对这个信号进行频谱分析,并找出它的功率谱密度。
然后,我们将该功率谱密度与一个理想的矩形滤波器的频率响应进行卷积运算,得到一个等效噪声带宽。
这个等效噪声带宽可以看作是一个矩形滤波器的中值频率,它能够给出相同功率的频谱宽度。
等效噪声带宽是一个非常有用的概念,在很多实际应用中都有着广泛的应用。
例如,在通信系统中,等效噪声带宽可以帮助工程师评估整个系统的噪声特性,从而选择合适的信号处理方法。
此外,它还可以用于优化信号接收和传输过程中的噪声性能,提高系统的抗干扰能力和信噪比。
在实际应用中,确定等效噪声带宽是一个复杂的过程,需要考虑多个因素。
首先,噪声源的频率特性对等效噪声带宽有着重要影响。
频率特性可以描述噪声源在不同频率上的功率分布情况,对于合理评估等效噪声带宽非常重要。
其次,信号处理过程中的滤波器或放大器等设备的频率响应也会对等效噪声带宽产生影响。
这些设备的截断频率和陡峭度等参数会影响噪声信号的频谱分布,进而影响等效噪声带宽的测量结果。
最后,系统设计中的其他因素,如环境噪声、干扰源等,也会对等效噪声带宽产生不可忽视的影响。
针对等效噪声带宽的确定,我们可以采取一些方法来提高测量精度和稳定性。
例如,在频谱分析中,我们可以选择合适的分辨率和积分时间,以确保测量结果的准确性。
随机信号分析CONTENTS 目录CONTENTS白噪声通过线性系统等效噪声带宽等效噪声带宽的意义白噪声通过线性系统白噪声通过线性系统的输出功率谱密度为20()()2Y N S H ωω=物理谱为20()()Y G H N ωω=输出的自相关函数为20()()4j Y N R H e d ωττωωπ∞−∞=⎰00()()2N h u h u duτ∞=+⎰系统输出的平均功率为等效噪声带宽理想系统与实际系统在同一白噪声激励下,两个系统的输出平均功率相等;理想系统的增益等于实际系统的最大增益。
等效原则用一个幅频响应为矩形的理想系统等效实际系统,理想系统的带宽即为等效噪声带宽。
目的ωH (0)ωH ()max ωH ()ωH ()ω∆ωe 等效噪声带宽⎰=∞πωωE Y t H d N 2[()]()0022实际系统输出的平均功率理想系统输出的平均功率=∆πωE Y t N K e 2[()]022O KO 有缘学习更多+谓ygd3076考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺)max ()K H ω=功率相等220max 1()()e H d H ωωωω∞∆=⎰实际系统的等效噪声带宽低通滤波器带通滤波器max ()(0)H H ω=0max ()()H H ωω=系统的等效噪声带宽只由线性系统本身所确定。
则系统在白噪声激励下的输出平均功率为20max ()2e N H ωωπ∆根据系统等效噪声的原则,也可将任意平稳随机信号等效为限带白噪声,等效噪声带宽为⎰∆=∞ωωωωS S d e (())()1max 0有缘学习更多+谓ygd3076考证资料或关注桃报:奉献教育(店铺)等效噪声带宽的意义意义:➢作为比较线性系统性能的判据➢方便的描述非常复杂线性系统及其噪声响应在计算和测量噪声时,通常都可以用3dB带宽直接代替等效噪声带宽等效噪声带宽方便比较不同线性系统的性能,使复杂系统的评估简便系统等效噪声带宽的两个原则为输出功率相等,理想系统增益等于实际系统最大增益系统的等效噪声带宽只由线性系统本身所确定任意平稳随机信号可以等效为限带白噪声通常都可以用3dB带宽直接代替等效噪声带宽。
等效噪声带宽的概念
等效噪声带宽是一个与系统或信号处理中的噪声相关的概念。
这个概念通常用于描述系统中噪声的总体影响,并将其表示为一个等效的频带宽度。
以下是一些关于等效噪声带宽的重要概念:
1.定义:等效噪声带宽是指在一个特定频率范围内,具有相同总功率的正弦波的宽度。
这个概念使得我们可以用一个等效的宽频带信号来表示噪声。
2.信号-噪声比:在通信系统或电子设备中,信号-噪声比是一个关键的参数。
等效噪声带宽考虑了整个频谱范围内的噪声功率,有助于更全面地理解系统中的噪声。
3.滤波器效应:在某些系统中,信号经过滤波器时可能会引入不同频率上的噪声。
等效噪声带宽有助于描述这些滤波器对噪声的影响。
4.功率密度谱:噪声通常用功率密度谱表示,描述了在不同频率上的功率分布。
等效噪声带宽对整个功率密度谱进行了综合,提供了一个对系统噪声特性的整体认识。
5.系统性能:等效噪声带宽是评估系统性能的一个关键参数。
在一些应用中,需要在特定的频带内对系统的噪声进行有效控制,等效噪声带宽可以帮助实现这个目标。
总的来说,等效噪声带宽是一个用于综合描述系统中噪声特性的有用概念,有助于工程师更好地理解和优化系统性能。
功率谱 等效噪声带宽 噪声系数 噪声温度1. 噪声电压平均值:01lim ()T n n T v v t dt T →∞=⎰2. 噪声电压方均值(也是1Ω电阻上的平均功率P ): 22001lim ()()T n n T P v v t dt S f df T ∞→∞===⎰⎰ ()S f 为功率谱密度,单位为W/Hz 。
3. 噪声电压有效值:=4. 电阻R 热噪声的功率谱密度为:()4S f KTR =其中K 为波尔茨曼常数1.38×10-23J/K ,T(K)=T ℃+273.5. 品质因数为Q ,谐振电阻为R p ,等效噪声带宽为Δf n 的谐振电路,噪声电压的方均值:22001lim ()()4nTf n n p n T v v t dt S f df KTR f T ∆→∞===∆⎰⎰显然谐振回路实际电阻r 上的噪声电压方均值为:222244pn nr n n R v v KTr f KT f Q Q =∆=∆= 6. 四端口网络,电压传输系数为()A f ,输入噪声功率谱密度为()i S f ,则输出噪声功率谱密度为:2()()()o i S f A f S f =⋅7. 等效噪声带宽n f ∆f由噪声功率相等有00()()o o n S f df S f f ∞=∆⎰由于输入噪声功率谱密度均匀()i S f ,故有2020()()n A f df f A f ∞∆=⎰相应的输出噪声电压方均值: 22000()()()()no o o n i n v S f df S f f A f S f f ∞==∆=∆⎰ 可以证明,对于带宽为0.72f ∆的谐振回路,其等效噪声带宽为0.7(2)2n f f π∆=∆8. 噪声系数 噪声系数为输入信噪比(信号功率与噪声功率之比)si ni P P 与输出信噪比so noP P 的比值: si ni si no si no no n so no ni so ni p si ni pP P P P P P P F P P P P P G P P G =====输入端信噪比输出端信噪比 其中p so si G P P =为功率增益。
(d )10lgsi ni n so no P P F B P P =附:关于dB 定义dBu 就是以1uV 为基准的电压分贝(dB )表示。
计算公式是:G="20log"(Vo/Vi ) (Vi 即为1uV)1mV 表示60dBu 。
dBm 是以1mW 为基准的功率分贝(dB )表示。
表示公式是:G="10log"(P/Pm ) (Pm 即为1mW )0.01mW 即为-20dBm 。
分贝的定义分以下三种情况:1.2.1 对电压和与电压呈线性关系的参数的表达电压和与电压呈线性关系的参数,这里权且简称为电压型参数,以A表示,以x 表示其 单位。
以1x 为基准值,则A的电平单位为称分贝x ,代号为dB x ,计算公式为()(dB )20lg 1A x A x x= A可以是电压(电动势、端电压)、电场强度和天线系数,x可以是V、mV、μV,V/m 、mV/m 、μV/m 和m -1 等,对应的电平单位分别为dBV、dBmV、dBμV,dBV/m 、dBmV/m 、dBμV/m(常记为dBμ)和dBm -1等。
同类电压型电平单位(天线系数除外)词头之间的转换公式为dBx=dBmx+60=dBμx+120dBmx=dBμx+601.2.2 对功率和与功率呈线性关系的参数的表达功率和与功率呈线性关系的参数,这里权且简称为功率型参数,以B表示,以x表示其单位。
以1y为基准值,则B的电平单位称分贝y,代号为dBy,计算公式为()(dB )10lg 1B y B y y= B可以是功率或功率密度,y 可以是 W、mW、μW,W/m 2、mW/cm 2、μW/cm 2 、pW/m 2等, 对应的电平单位分别为dBW 、dBmW(常记为dBm)、dBμW, dBW/m 2、dBmW/cm 2、dBμW/cm 2、dBpW/m 2等。
同类功率型电平单位词头之间的转换公式为dBy=dBmy+30=dBμy+60dBmy=dBμy+301.2.3对功率倍数的表达以P1表示输入功率、辐射功率、载波功率(对应的电压有效值为U 1,电流有效值为I 1),P2表示输出功率、接收功率、杂散辐射/邻道功率(对应的电压有效值为U2,电流有效值为I2),仍以y表示P1、P2的单位,则传输增益G或传输损耗L的分贝表达式为:P2(y)U2I2(dB )10lg 20lg 20lg P1(y)U1I1G L y ===或 这里的y可以是W、mW、μW、KW、MW等,P1(U 1、I 1)与P2(U 2、I 2)的单位应一致,G和L的单位为dB 。
杂散辐射相对于载波功率的电平P杂散辐射和邻道功率相对于载波功率的电平P邻道功率,其值为负数,单位一般记为dBC (英文carrier 有“载波”之意),表达式为: P杂散辐射(或P邻道功率)P2(y)(dB )10lg P1(y)C = 特别地,当U 1表示接收机的可用灵敏度,U2分别表示接收机输入比可用灵敏度高3dB的有用信号而使输出信纳比降回到12dB的相邻波道上无用信号电压和落入有用信号工作频率的二信号三阶互调的组合频率的电压(两条频率的电压应相等)时,两电压倍数的分贝值分别表示接收机的邻道选择性P邻道选择和互调抗扰性P互调抗扰,其值为正数,单位一般记为dBr(英文relative 有“相对的” 之意),表达式为: P邻道选择(或P互调抗扰)U2(y)(dB )20lg U1(y)r = 另外,天线增益和噪声系数也可归入此类,详见第6节。
2 射频电压射频电压一般指电台、仪器射频级和天线系统中所研究频率上信号的电压幅度,按检波方式,可分为平均值(AV)电压、均方根值(RMS)电压、峰值(PEAK)电压等,以下简称为电压。
习惯上,信号发生器和接收天线输出端的开路电压称为电动势,以ein 表示;而当其接上负载(如通信接收机、场强仪、测试接收机、频谱分析仪、综合测试仪的收信端等,下面统称为接收设备,以及假负载)后,其输出端和所接负载输入端的电压称为端电压,以Vin 表示。
电压的线性单位通常有V、mV、μV,对应的电平单位分别为dBV、dBmV、dBμV。
不同词头的电压单位间的换算可利用(3)、(4)两式。
为区别电动势与端电压,通常在电动势单位后加(e.m.f.)或(EMF ),而在端电压单位后加(c.c.)或不加注明。
当信号发生器或接收天线输出端的阻抗与负载阻抗匹配时,电动势为端电压的2倍,即ein (μV)=2Vin (μV) (12)ein (dBμV)=Vin (dBμV)+6.02 (13)其它参数到接收功率的转换公式有Pr (dBm)=Vin (dBμV)-F(dB) (14)上式中F为折算系数,F(dB)=90+10lgR,R为接收设备的输入阻抗。
当阻抗为50Ω时,F=106.99dB,当阻抗为75Ω时,F=108.75dB。
E(dBμV/m )=Vin (dBμV)+K(dBm -1) (15)S(dBW/m2)=Vin (dBV)+K(dBm -1)-25.76 (16)式中K为天线系数,详见第7节。
3 射频功率射频功率一般指电台、仪器射频级和天线系统中所研究频率上信号在一个特定的射频周期内输出到负载上的的功率算术平均值, 以下简称为功率。
分为峰包功率、平均功率、载波功率等。
习惯上, 以P表示。
功率的线性单位通常有W、mW、μW,对应的电平单位分别为dBW、dBmW(常记为dBm)、dBμW。
不同词头的功率单位间的换算可利用(7)、(8)两式。
发射功率一般用Pt(英文transmit有“发射”之意)表示,接收功率一般用Pr(英文receive有“接收”之意)表示。
接收功率与其它参数的转换公式为Vin(dBμV)=Pr(dBm)+F(dB)(17)E(dBμV/m)=Pr (dBm)+F(dB)+K(dBm-1)(18)S(dBW/m2)=Pr (dBm)+F(dB)+K(dBm-1)-25.76(19)4 电场强度电场强度是长度为1米(m)的天线所感应的电压,简称场强,习惯上以E表示。
场强的线性单位通常有V/m、mV/m、μV/m,对应的电平单位分别为dBV/m、dBmV/m、dBμV/m(常记为dBμ)。
不同词头的场强单位间的换算可利用(3)、(4)两式。
场强与其它参数间的折算公式有Vin(dBμV)=E(dBμV/m)-K(dBm-1)(20)Pr(dBm)=E(dBμV/m)-F(dB)-K(dBm-1)(21)S(dBW/m2)=E(dBV/m)-25.76(22)S(dBμW/cm2)=E(dBμV/m)-125.76(23)5 功率通量密度功率通量密度是电波入射到单位面积上的辐射功率,简称功率密度,通常以S表示。
平均功率密度是电波入射到单位面积上的平均辐射功率。
功率密度的线性单位通常有W/m2、mW/cm2、μW/cm2、pW/m2,对应的电平单位分别为dBW/m2、dBmW/cm2、dBμW/cm2、dBpW/m2等。
功率密度单位间的换算,面积单位相同的可利用(7)、(8)两式。
面积单位不同的换算公式为S(μW/m2)=100S(μW/cm2)(24)S(dBμW/m2)=S(dBμW/cm2)+4025)功率密度与场强间线性值的折算公式为S(W/m2)=E2(V/m)/120π(26)S(μW/cm2)=E2(μV/m)/(120π×1010)(27)功率通量密度与其它参数的转换公式为E(dBV/m)=S(dBW/m2)+25.76(28)E(dBμV/m)=S(dBμW/cm2)+125.76(29)Vin(dBV)=S(dBW/m2)-K(dBm-1)+25.76(30)Pr(dBm)=S(dBW/m2)-F(dB)-K(dBm-1)+25.76(31)6 天线功率增益天线在某方向上的辐射强度(每单位立体角内天线所辐射的功率)与天线从其信号源所得净功率的比值的4π倍称为天线在该方向上的功率增益,简称天线增益。
天线增益的最大值称为天线峰值功率增益[2]。
通常所说的天线增益便指的是天线峰值功率增益,而对非峰值功率增益常常指明是某方向上的增益。
对通常所说的天线增益,有一个更常见的相对于标准天线的定义:被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与和被研究天线具有同等输入功率的标准天线在同一点所产生的最大辐射强度之比[3]。
准确地说,这种定义下的天线增益应称为天线的相对增益。
当以理想的各向同性辐射器(或称点源辐射器、无方向性天线)为标准天线时,相对增益的定义与前述峰值功率增益的定义是等价的。