信道的加性噪声

AWGN信道中的信噪比估计算法一、本文概述本文旨在探讨和分析在加性白高斯噪声（AWGN）信道中的信噪比（SNR）估计算法。

AWGN信道是一种理想的通信信道模型，其中噪声是加性的、白色的，并且服从高斯分布。

在实际的无线通信系统中，SNR是一个关键的参数，它直接影响到通信系统的性能和可靠性。

因此，准确地估计SNR对于优化系统性能、提高通信质量和实现可靠的数据传输至关重要。

本文将首先介绍AWGN信道的基本概念和特性，包括噪声的统计特性和其对信号的影响。

随后，将详细讨论几种常用的SNR估计算法，如基于统计特性的估计算法、基于信号处理的估计算法以及基于机器学习的估计算法等。

这些算法各有优缺点，适用于不同的应用场景和信道条件。

本文还将对这些SNR估计算法的性能进行评估和比较，包括它们的估计精度、计算复杂度以及鲁棒性等方面。

通过仿真实验和理论分析，我们将揭示各种算法在不同SNR水平和信道条件下的表现，并为实际应用中的SNR估计提供有益的参考和指导。

本文还将探讨SNR估计算法在无线通信系统中的应用，如信道编码、调制解调、信号检测等方面。

通过合理的SNR估计，可以有效地提高通信系统的性能，实现更可靠的数据传输和更高的频谱效率。

本文将对AWGN信道中的SNR估计算法进行全面而深入的探讨，旨在为无线通信领域的研究和实践提供有益的参考和启示。

二、AWGN信道中的信噪比估计方法概述在加性白高斯噪声（AWGN）信道中，信噪比（SNR）估计是一项关键任务，它对于无线通信系统的性能优化、错误控制以及信号恢复等方面具有重要影响。

SNR估计的准确性直接影响到接收机的性能，因此，开发高效、准确的SNR估计算法一直是无线通信领域的研究热点。

在AWGN信道中，SNR通常定义为信号功率与噪声功率的比值。

由于噪声是白噪声，即其功率谱密度在所有频率上都是恒定的，因此SNR可以简化为信号幅度与噪声幅度的比值。

然而，在实际通信系统中，由于信号受到多种干扰和失真的影响，准确估计SNR变得十分困难。

什么是噪声,⽩噪声,加性噪声,乘性噪声什么是噪声,⽩噪声,加性噪声,乘性噪声噪声:不期望接收到的信号(相对于期望接收到的信号⽽⾔)---------------------⽩噪声(⽩杂讯)，是⼀种功率频谱密度为常数的随机信号或随机过程，是功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。

此信号在各个频段上的功率是⼀样的，由于⽩光是由各种频率（颜⾊）的单⾊光混合⽽成，因⽽此信号的这种具有平坦功率谱的性质被称作是“⽩⾊的”，此信号也因此被称作⽩噪声。

相对的，其他不具有这⼀性质的噪声信号(功率谱密度不均匀分布)被称为有⾊噪声。

---------------------⼀个噪声过程所具有的频谱宽度远远⼤于它所作⽤系统的带宽。

理想的⽩噪声具有⽆限带宽，因⽽其能量是⽆限⼤，这在现实世界是不可能存在的。

实际上，我们常常将有限带宽的平整讯号视为⽩噪⾳，因为这让我们在数学分析上更加⽅便。

然⽽，⽩噪声在数学处理上⽐较⽅便，因此它是系统分析的有⼒⼯具。

⼀般，只要⼀个噪声过程所具有的频谱宽度远远⼤于它所作⽤系统的带宽，并且在该带宽中其频谱密度基本上可以作为常数来考虑，就可以把它作为⽩噪声来处理。

例如，热噪声和散弹噪声在很宽的频率范围内具有均匀的功率谱密度，通常可以认为它们是⽩噪声。

-------------------------------加性噪声⼀般指热噪声、散弹噪声等，它们与信号的关系是相加，不管有没有信号，噪声都存在。

⽽乘性噪声⼀般由信道不理想引起，它们与信号的关系是相乘，信号在它在，信号不在他也就不在。

⼀般通信中把加性随机性看成是系统的背景噪声；⽽乘性随机性看成系统的时变性（如衰落或者多普勒）或者⾮线性所造成的。

⾼斯噪声,⾼斯⽩噪声,加性⾼斯⽩噪声. ----头⼤!White Gaussian noise (AWGN)功率谱密度函数在整个频域内是常数，即服从均匀分布。

之所以称它为“⽩”噪声，是因为它类似于光学中包括全部可见光频率在内的⽩光.所谓⽩噪声是指它的功率谱密度函数概率密度函数的⾼斯⽩噪声，是指噪声的概率密度函数满⾜正态分布统计特性，同时它的功率谱密度函数是常数的⼀类噪声。

这⾥值得注意的是，⾼斯型⽩噪声同时涉及到噪声的两个不同⽅⾯，即概率密度函数的功率谱密度函数均匀性，⼆者缺⼀不可。

正态分布性和功率谱密度函数均匀性正态分布性Additive white Gaussian noise (AWGN)/加性⾼斯⽩噪声加性⾼斯⽩噪声（AWGN）从统计上⽽⾔是随机⽆线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。

⾄于叫“⾼斯”，是因为所以有的噪声都被看作了⼀种随机过程，⽽⾼斯噪声服从⾼斯分布，“⽩”是因为其功率Additive white Gaussian noise (AWGN)is a channel model in which the only impairment（损害）to communication is a linear addition of wideband or white noisewith a constant（定常数）spectral density (expressed as watts per hertz<⽡特/赫兹>of bandwidth) and a Gaussian distribution of amplitude. The model does not account for fading, frequency selectivity, interference, nonlinearity or dispersion. However, it produces simple and tractable(可驯服的)mathematical models which areuseful for gaining insight into the underlying behavior of a system before these other phenomena are considered.Wideband Gaussian noise comes from many natural sources, such as the thermal vibrations(热⼒学震动)of atoms in conductors (referred to as thermal noise or Johnson-Nyquist noise), shot noise, black body radiation from the earth and other warm objects, and from celestial(天体)sources such as the Sun.The AWGN channel is a good model for many satellite and deep space communication links. It is not a good model for most terrestrial links because of multipath,terrain blocking, interference, etc. However, for terrestrial path modeling, AWGN is commonly used to simulate background noise of the channel under study, inaddition to multipath, terrain blocking, interference, ground clutter and self interference that modern radio systems encounter in terrestrial operation.。

第三章信道与噪声通信原理电子教案第3章信道与噪声学习目标：信道的数学描述方法；恒参信道/随参信道及其传输特性；加性高斯白噪声；信道容量的概念。

重点难点：调制信道模型；编码信道模型；恒参信道对信号传输的影响；加性高斯白噪声；Shannon信道容量公式。

随参信道对信号传输的影响；起伏噪声；噪声等效带宽；连续信道的信道容量“三要素”。

随参信道特性的改善。

课外作业： 3-5，3-11，3-16，3-19，3-20本章共分4讲《通信原理》第九讲知识要点：信道等义、广义信道、狭义信道，调制信道和编码信道。

§3.1 信道定义与数学模型1、信道定义信道是指以传输媒质为基础的信号通道。

信道即允许信号通过，又使信号受到限制和损害。

研究信道的目的：建立传播预测模型；为实现信道仿真器提供基础。

狭义信道仅指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道；广义信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这种信道称为广义信道。

狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。

有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。

广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。

图3-1 调制信道和编码信道2、信道的数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。

下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。

1. 调制信道模型图3-2 调制信道模型二端口的调制信道模型其输出与输入的关系有一般情况下，可表示为信道单位冲击响应与输入信号的卷积，即或其中，依赖于信道特性。

对于信号来说，可看成是乘性干扰，而为加性干扰。

在实际使用的物理信道中，根据信道传输函数的时变特性的不同可以分为两大类：一类是基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道；另一类信道是传输函数随时间随机快变化，这类信道称为随机参量信道，简称随参信道。

加性噪声的‎存在虽独立‎于有用信号‎(携带信号的‎信号)，但它却始终‎干扰有用信‎号，因而就不可‎避免地对通‎信造成危害‎。

倍道中加性‎噪声(简称噪声)的来源是多‎方面的，一殷可以分‎为三方面：(1)人为噪声；(2)自然噪声；(3)内部噪声。

人为噪声来‎源于无关的‎其它信号源‎，例如：外台信号、开关接触噪‎声、工业的点火‎辐射及荧光‎灯干扰等。

自然噪声是‎指自然界存‎在的各种电‎磁波源，例如：闪电、大气中的电‎暴、银河系噪声‎及其他各种‎宇宙噪声等‎。

内部噪声是‎系统设备本‎身产生的各‎种噪声，例如：在电阻一类‎的导体中自‎由电子的热‎运动(常称为热噪‎声)、真空管中电‎子的起伏发‎射和半导体‎中载流子的‎起伏变化(常称为散弹‎噪声）及电源哼声‎等。

然而，某些类型的‎噪声是可以‎消除的，例如接触不‎良、电源哼声、自激振荡、各种内部的‎谐波干扰等‎。

虽然消除这‎些噪声不一‎定很容易，但至少在原‎理上可设法‎消陈或基本‎消除。

另一些噪声‎则往往无法‎避免，而且它们的‎准确波形不‎能预测。

这种不能预‎测的噪声统‎称为随机噪‎声。

常见的和基‎本的随机噪‎声又可分为‎单频噪声、脉冲噪声和‎起伏噪声三‎类。

单频噪声是‎一种连续波‎的干扰(如外台信号‎)，它可视为一‎个正弦波，但其幅度、频率或相位‎是事先不能‎预知的。

这种噪声的‎主要特点是‎占有极窄的‎频带，但在频率轴‎上的位置可‎以实测。

因此，单频噪声并‎不是在所有‎通信系统中‎都存在。

脉冲噪声是‎在【时间上无规‎则地时而安‎静时而突发‎的噪声】，例如，工业的点火‎辐射、闪电及偶然‎的碰橙和电‎气开关通断‎等产生的噪‎声。

这种噪声的‎主要特点是‎其突发的脉‎冲幅度大，但单个突发‎脉冲持续时‎间短，且相邻突发‎脉冲之间往‎往有较长的‎安静时段。

从频谱上看‎，脉冲噪声通‎常有较宽的‎额谱(从甚低频到‎高颜)，但频率越高‎，其频谱成分‎就越小。

起伏噪声是‎以热噪声、散弹噪声及‎宇亩噪声为‎代表的噪声‎。